用于高频脉冲电压下变频电机绝缘放电检测的特高频天线设计

由于电力电子器件高频开断产生的强电磁干扰,正弦电压下测试技术已不适用于陡脉冲电压下变频电机绝缘局部放电检测。对此,通过在传统阿基米德平面螺旋天线上添加微带巴伦实现阻抗匹配,并在天线辐射面上覆盖高介电常数介质优化天线结构,提升了天线在0.5~1.5GHz频带的增益性能,增加了重复脉冲下放电检测高频信噪比,从而解决了纳秒陡脉冲强电磁干扰下局部放电检测技术难题。然后,利用所设计的脉冲电压下特高频传感器,实验研究了重复脉冲参数和传感器布置对变频电机绝缘放电时频信号影响规律。研究表明,重复脉冲电压下放电信号能量在0.5~1.3GHz范围内随天线放置距离增加非线性衰减;在高频区域重复脉冲频率对放电频谱影响显著,放电特高频信号随频率增加衰减严重。结合传感器建模仿真、实物制作和实验验证,得出高频脉冲下用于变频电机绝缘放电检测的最佳阿基米德平面螺旋天线参数和布置方式:当介质覆层厚度为1mm,距天线辐射面的距离d=30 mm时,在500~900 MHz频带范围内增益均大于2.5 dB,在900 MHz^2.0 GHz频带范围内增益大于7.0 dB,且驻波比小于1.4。研究结论为高频脉冲电压下特高频放电检测提供实验基础和参考。

变频电机绝缘系统局部放电检测柔性传感器设计

在利用特高频(ultra high frequency,UHF)传感器对电机绝缘系统进行局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测试时,现有的UHF传感器多为体积较大的刚性基底天线,测试位置的限制性较大。设计了一款可贴附在电机定子的柔性窄带天线,通过灵活改变测试位置实现更为准确的电机定子绝缘系统PDIV测试。设计天线总厚度为0.16 mm,尺寸为90 mm×100 mm。通过仿真与实测分析发现,天线弯曲曲率半径从1.5916 mm到11 cm变化时,谐振频点右移,其实际工作频带至少在0.7~1.2 GHz之间。搭建电机定子绝缘局部放电(partial discharge,PD)检测平台进行天线性能分析,实验表明相较于外置型阿基米德螺旋天线(Archimedean spiral antenna,ASA),内置柔性天线灵敏度较高,近场接收到的PDIV信号幅值至少为外置天线的100倍,PD频域分布在0.2~1.1 GHz之间。实验发现,柔性天线不同贴附位置检测灵敏度由高到低排序依次为:电机端部,内壁,外壁;将柔性天线贴附于电机外壁,可以在避免破坏电机结构的同时检测到电机离线实验或在线运行时绝缘产生的PD信号。

变频电机匝间绝缘故障放电信号电磁辐射特性研究

特高频(UHF)检测法是变频电机绝缘诊断局部放电(PD)的重要方法,采集得到的PD信号电磁频谱与放电类型、传感器天线及信号接收装置密切相关,然而,传统方法难以判定PD信号是绕组绝缘放电特征,还是绝缘绕组作为发射天线的辐射特性。该文将聚酰亚胺单点交叉试样作为偶极子天线,利用高频电磁仿真软件计算天线谐振频率,分析不同长度、不同交叉角度下试样天线的辐射特性;然后利用宽频天线(0.5~2 GHz的阿基米德螺旋天线)搭建PD检测实验平台,研究试样天线长度、实验环境和方波脉冲电压参数对PD信号频域特性的影响。在此基础上,仿真分析扁线电机定子匝间绝缘局部放电的电磁辐射特性,依据IEC 60034-18-41标准对匝间绝缘和主绝缘施加相应的方波脉冲电压,利用宽频天线进行PD检测。结果表明,单点交叉试样天线的计算谐振频率f_(1)、仿真谐振频率f_(2)和PD信号频域f_(3)基本一致,且均随试样天线的增长往低频域移动;10 cm的单点交叉试样天线的仿真谐振频率为2.15 GHz,此试样下实验得到的PD频域信息缺失,时域幅值大幅下降。可以得出,电机匝间绝缘的放电特性与其作为发射天线的辐射特性相关。