张丽丽[1]2004年在《PWM变频调速牵引电机绝缘破坏机理的初步研究》文中指出我国的铁路运输一直处于十分紧张的状态，有些线路已经超负荷运行，发展高速铁路迫在眉睫。交流传动电力机车是轨道牵引动力的发展方向，变频调速牵引电机是我国铁路提速、重载必需的装备，作为交流传动电力机车的关键部件之一，牵引电机的性能直接影响到机车运行的稳定性和可靠性。 伴随着电力电子技术的发展，交流传动牵引电机得以向大功率化、小型轻量化、高转速方向发展。但随之产生的问题是，变频调速牵引电机在推广应用过程中，出现大批电机绝缘早期损坏的情况，许多电机运行的寿命只有1～2年，有的只有几个星期。这严重制约了高速电力机车在我国的普及与发展。目前人们对于变频调速牵引电机绝缘过早损坏的原因尚不十分清楚，因此，亟待针对这一问题，开展系统的理论和试验分析，从而揭示绝缘过早损坏的机理，并相应找出对策。 本论文主要针对电机绝缘破坏的原因开展工作。从电机系统的角度出发，分析了变频电源、电缆和电机叁个环节中哪些因素可能对绝缘产生影响，是怎样作用的；以及绝缘介质是如何在热、机械应力和脉冲电压的作用下老化继而失效的。最后，通过与普通交流电机运行特点相比较，给出变频调速牵引电机绝缘过早损坏的原因，它是今后从电机控制、运行、结构和材料角度解决这一问题的理论依据。
温凤香[2]2005年在《变频调速牵引电机端子过电压及其对绝缘破坏机制的研究》文中认为为了满足铁路提速的迫切需求,高速交流传动机车在我国已经成为铁路发展的首选。同时,高速交流传动机车广泛采用高开关频率器件的脉宽调制(PWM)逆变器,使得逆变器输出脉冲具有陡上升沿。高频PWM脉冲电压波在电缆中传播,会在变频调速牵引电机端形成振荡的过电压,这样的电压在电机绕组中又分布不均匀,造成前几匝绕组承受更高的电压,最终容易导致电机绕组绝缘的失效。 针对上述问题,本文首先通过传输线理论建立了机车用电缆的分布参数模型,以及变频调速牵引电机的高频等效电路。基于电缆的结构及布置,解析计算出其分布参数值;利用ANSYS软件对定子槽内电磁场进行有限元分析,得到绕组分布参数值。然后分析了PWM逆变器驱动牵引电机时电机端过电压的产生机理,研究了电机端电压幅值的影响因素,理论分析同仿真结果基本吻合。利用电机高频等效电路研究PWM脉冲电压在电机绕组内的分布情况,探讨了电机分布参数对绕组电压分布的影响。 在以上分析的基础上,以降低电机端过电压、改善绕组电压分布为原则提出抑制电机绕组绝缘失效的对策。对于变频调速牵引系统中加入滤波器后进行仿真研究,合理的设定滤波器参数可以有效的解决上述问题。另外,根据绕组电压分布特性提出改进绝缘结构同样可以达到抑制绕组绝缘失效的目的。
林同光[3]2006年在《基于连续高压方波脉冲绝缘老化试验系统》文中研究指明随着高速铁路的快速发展,交流传动牵引机车的性能正面临着越来越高的要求。作为交流传动牵引机车的关键部件之一,变频牵引电机的性能将直接影响机车运行的稳定性和可靠性。变频调速驱动系统输出的脉冲电压波具有陡上升沿,其作用于牵引电机,将导致绕组绝缘的加速老化。为了保证牵引机车运行的安全可靠性,牵引电机绕组绝缘的诊断技术和剩余寿命评估技术显得日益迫切。 为了研究方波脉冲对牵引电机绕组绝缘的作用机理,本文研制了一套模拟实际运行情况的绝缘老化试验系统。根据牵引逆变系统电压波形和加速老化试验原则,采用变压式试验电源(高频脉冲电源+高频脉冲变压器)的方案设计试验系统。其中,高频脉冲电源采用现代电力电子技术和新型开关器件相结合,利用叁相不控整流电路得到直流电压,通过直流降压斩波电路完成输出电压的控制,再通过全桥逆变电路产生频率可调的连续脉冲方波,并采用过电压保护和叁级过电流保护技术确保高频脉冲电源的可靠性。在对原有高频脉冲变压器的输出特性分析基础之上,提出一种新型高频脉冲变压器设计方案,采用小变比的高频脉冲变压器原边并联、副边串联的方式研制成了具有变比高、输出频带宽、波形失真小等特点的高频脉冲变压器。 为了验证系统的可靠性,对牵引电机绕组对地绝缘材料聚酰亚胺薄膜进行寿命曲线测试,提出了其随脉冲幅值、脉冲频率和环境温度变化的寿命模型。试验表明,该系统具有高可靠性和实用性,完全满足了变频牵引电机绝缘老化试验的需要,系统参数达到了国际同类试验系统的指标,试验得到的绝缘寿命模型为研究变频牵引电机的绕组绝缘的破坏机理创造了条件。
何景彦[4]2008年在《基于介电谱的变频牵引电机匝间绝缘老化研究》文中指出变频牵引电机是交流传动牵引机车的关键设备之一,其安全、可靠性直接影响牵引机车的性能。根据国外高速牵引电机的有关运行经验,采用了应用IGBT器件的PWM逆变器后,出现了绝缘过早损坏的情况,尤其是定子绕组匝间绝缘击穿。研究发现高压方波脉冲使得介质损耗、局部放电和空间电荷对绝缘的老化作用加剧,导致绝缘过早失效。因此,研究变频牵引电机匝间绝缘的老化和失效机理,确定反映绝缘性能的特征参量及绝缘评估办法,对于高速机车变频牵引电机的安全运行具有重要的理论和实际意义。对于变频牵引电机匝间绝缘老化微观机理的研究,目前相关的报道很少。有必要开展系统的试验,研究利用介电参量估计绝缘的运行状态,或者以其作为评估剩余寿命的依据。另外,对于方波脉冲下不同绝缘材料老化的异同,需要通过深入的对比试验,为解决这一问题提供参考依据。本论文针对以上问题开展了一定的研究工作。首先对绝缘介质的极化和损耗做了简单的介绍,并建立了不同绝缘材料介电谱的测试系统,重点分析了纳米和非纳米聚酰亚胺薄膜老化前后的介电谱,并结合相同老化条件下薄膜的表面形貌,研究了材料老化前后的微观分子结构形态和宏观介电性能之间的关系;然后讨论了绞线对试样在正弦电压和高压方波脉冲老化下介电特性的异同,以及高压方波脉冲波形参数对绞线对试样介电特性的影响,最后对比聚酰亚胺薄膜试样分析了绞线对试样老化前后的介电谱,研究了变频电机匝间绝缘老化的微观机理。论文工作为研究高压方波脉冲下变频电机匝间绝缘的破坏机理及寻求相应的防护对策打下了良好的基础。
舒雯, 吴广宁, 佟来生[5]2006年在《电压畸变对变频调速牵引电机绝缘影响的研究》文中研究指明分析电压畸变加速变频调速牵引电机热老化、机械老化和电老化进程的原因,通过Matlab软件建立变频电源和直接转矩控制方式牵引电机组成的变频调速仿真系统,仿真分析逆变电源参数以及运行状态与电压畸变及其带来的谐波损耗之间的关系,找出电机最恶劣的工作状态,综合绝缘破坏因素考虑直接转矩控制参数设置问题,指出电压畸变对变频调速牵引电机绝缘破坏的程度,为绝缘设计提供依据。同时,为进行变频电机绝缘破坏机理的研究提供理论基础。
周凯[6]2008年在《脉冲电压对变频牵引电机绝缘老化的影响机理研究》文中研究表明随着电力电子技术的发展,变频调速交流传动系统在牵引机车中得到广泛应用。但采用该系统后,逆变器输出的PWM(脉冲宽度调制)高压方波脉冲的上升沿很陡、频率很高,导致在PWM脉冲电压下牵引电机绝缘过早失效。传统交流电机绝缘设计方法和理论已不完全适用于变频调速电机,因此对变频电机绝缘技术进行系统的研究迫在眉睫。已报道的研究成果大多以散绕组变频电机为研究对象,对成型绕组变频电机的研究很少。本论文在总结国内外变频电机绝缘技术研究成果的基础上,以影响变频牵引电机绝缘老化的两个主要因素:局部放电(PD)和空间电荷为具体的研究对象,详细地研究了变频牵引电机绝缘的局部放电和空间电荷的行为及机理,老化特征及表征参量等。通过这些研究,将极大地促进变频条件下绝缘老化和击穿理论的发展,使变频调速技术应用前景更加广泛。设计了一种新的脉冲电压下局部放电测量系统和统计分析软件。采用高频响应特性较好的NiZn铁芯材料,采用小波包算法来分解传感器输出信号,从而去除脉冲电压快速上升和下降过程所带来的干扰,提取出脉冲电压下的局部放电信号。根据工频电压下局部放电分析方法,通过时间开窗和统计,使用专用的脉冲电压下局部放电分析软件可得到脉冲电压下的各种放电谱图,以便更深入分析脉冲电压下的局部放电行为和机理。对脉冲电压下的空间电荷测量方法、影响因素进行了讨论,并研究了脉冲电压波形参数对空间电荷行为的影响。设计了基于电声脉冲法的空间电荷分布直接测量系统和热刺激电流测量系统。讨论了陷阱参数的计算方法,对比了高斯拟合和动力学方程拟合对活化能计算的影响。对不同脉冲频率老化对绝缘微观结构的影响进行了讨论,聚酰亚胺膜的寿命主要与高温峰的活化能和电荷量有关,低温峰的活化能和电荷量对试样的寿命影响不大,脉冲电压下,活化能可能随老化程度加剧而减小。根据空间电荷测量结果,分析了不同的脉冲频率、电压幅值、电压极性、脉冲电压上升时间和绝缘层数对空间电荷行为的影响。研究了不同参数的脉冲电压对纳米和非纳米聚酰亚胺膜、电机定子绕组的绞线对试样的局部放电行为的影响。分析了不同参数的脉冲电压对不同绝缘材料的局部放电起始放电电压(PDIV)、局部放电参量(平均放电量和放电次数)、相位分辨模式的影响,脉冲频率增加和电压上升时间的缩短都会导致反向电场作用增强,从而导致局部放电行为的差异。此外,通过扫描电镜(SEM)和局部放电分析结果,纳米膜具有叁层结构,表层纳米颗粒导致其表面电导率大,能削弱局部放电作用,而且表面的纳米颗粒层具有良好的保护作用,导致放电对绝缘内部损伤较小。为探讨高压方波脉冲下绝缘的加速老化机理和老化特征,对电机定子绕组的绞线对试样进行了老化。比较分析了脉冲电压和工频电压下样本老化特征的不同,脉冲电压下老化后样本很容易出现“放电丛”现象,该现象主要是由于脉冲电压下较强的反向电场作用而导致。对匝间和对地绝缘样本在脉冲电压下老化后的矩特征参量进行了对比分析,其平均放电量的偏斜度和老化时间存有联系。
曹开江[7]2012年在《高频脉冲电压下牵引电机绝缘电破坏及老化机理的研究》文中研究说明变频调速牵引电机作为高速动车的九大关键技术之一,其定子绝缘系统工作在逆变器输出的PWM高频方波脉冲电压下,是保障高速动车安全运行的关键。变频牵引电机作为高速动车的核心部件,其绝缘系统是电机的薄弱部位,承受PWM高频脉冲的持续冲击。牵引电机正在向高功率、体积小、质量轻、可靠性越来越高的方向发展,电机的绝缘系统将工作在更加严酷的电气环境下。因此,研究牵引电机定子绕组绝缘的击穿和寿命特性,分析高频方波电压下的放电特性及其对绝缘寿命的影响,探寻高频方波脉冲下的绝缘老化特性及表征参量,将推进高频方波脉冲电压下绝缘破坏理论的发展,学术价值和工程意义重大。针对牵引电机定子绕组匝间绝缘开展试验,研究了绝缘的击穿和加速老化寿命,分析了绝缘的击穿行为,发现了高频脉冲电压下绝缘的电压-重复率-上升时间联合寿命模型。结果表明：电击穿过程中电子从电场中得到的能量大于损失给晶格振动的能量,电导进入不稳定阶段,导致绝缘的迅速破坏；纳米颗粒的添加改善了聚合物的耐电树枝化能力；脉冲电压、重复率和上升时间的寿命特性都呈现为幂函数关系。采用高频高压脉冲下的局部放电检测系统,测试分析了不同脉冲参数下绞线对、电磁线以及绝缘材料的放电参量,讨论了空间电荷对放电以及寿命的作用机制。结果表明：随着脉冲重复率和电压上升率的升高,局部放电活动加剧,放电向方波脉冲的零点位置移动；空间电荷在脉冲极性翻转时气隙场强增大,电荷的存储效应增强了放电活动；纳米颗粒的添加改善了材料的电荷迁移能力,降低了材料局部场强畸变和局部放电活动。基于高频高压绝缘老化试验系统,研究了高频方波脉冲下绝缘的老化特性及表征,测试分析了不同老化时间下薄膜材料的表面形貌、剩余击穿场强和空间电荷分布特性,阐述了空间电荷对绝缘老化的影响,探索了表征绝缘老化程度的放电统计参量。结果表明：纳米粒子的添加降低了局部放电对材料的老化作用,纳米复合薄膜的剩余击穿场强下降较少；平均放电量的偏斜度可以预测绝缘的剩余寿命时间；脉冲重复率的增加、上升时间的缩短以及老化时间的增长都将导致空间电荷注入量增加,高能量热电子的产生和复合加速了绝缘老化进程。
佟来生[8]2006年在《变频调速交流牵引电机绝缘电老化机理的研究》文中进行了进一步梳理随着大功率开关器件技术的进步，变频调速交流传动系统在机车牵引领域得到广泛应用。变频牵引电机是交流传动牵引机车的关键设备之一，其安全、可靠性直接影响牵引机车的性能。变频电机绝缘长期承受PWM高压方波脉冲，其老化机理以及寿命模型理论尚属空白；传统交流电动机绝缘设计方法已不能满足变频电机绝缘的实际需要，因此对变频电机绝缘技术进行系统的研究迫在眉睫。已报道的研究成果大多以散绕组变频电机为研究对象，对成型绕组变频电机的研究很少。论文在国内外变频电机绝缘技术研究成果的基础上，以动车组变频牵引电机为研究对象，详细地研究了成型绕组变频电机定子绝缘老化机理，为建立变频电机绝缘设计理论奠定了一定的基础。 为研究变频牵引电机定子绕组承受电压，建立了电缆和电机定子绕组的高频等效电路模型，研究了电机端电压及绕组内部电压分布的情况。结果表明：电机端过电压幅值是脉冲上升沿时间和电缆长度的函数；不仅上升沿时间对绕组内部电压分布情况产生影响，电缆长度也会改变绕组内部绝缘承受的电压。 论文中研制了一套用于高压方波脉冲的绝缘老化试验装置，模拟逆变器对绝缘材料的进行老化试验。装置采用电力电子技术输出方波脉冲，再经高频变压器升压，输出高压方波脉冲，峰峰值最高可达10kV，电压水平高于其它方波脉冲绝缘材料试验设备。对变频牵引电机用电磁线进行绝缘失效试验，得到电磁线绝缘寿命随高压方波脉冲幅值、频率以及温度的变化曲线，为电机绝缘结构设计提供了参考。 局部放电是导致绝缘老化、击穿的重要因素之一。论文中采用脉冲电流传感器、示波器和计算机建立了一套高压方波脉冲下局部放电测量装置。根据实际测量信号特征，提出一种小波包—包络算法对传感器输出信号进行处理，滤除来自高压方波脉冲和空间的干扰，提取出放电信号。通过对比分析工频交流与高压方波脉冲下的放电信号特征，探讨了高压方波脉冲下放电机理及其影响因素。随后依照实际测量结果，分析了局部放电特征参量随脉冲幅值，频率和温度的变化趋势。 为探讨高压方波脉冲下绝缘的加速老化机理，设计了一种与电机绕组具有相同绝缘结构、工艺的绞线对试样。分别在工频交流和10kHz高压方波脉冲下
张国钦[9]2006年在《基于非破坏性参量的变频牵引电机绝缘电老化的试验研究》文中认为为满足铁路提速发展的迫切需求,交流传动电力机车已经成为首选。交流传动电力机车是轨道牵引动力的发展方向,变频调速牵引电机是我国铁路提速、重载必需的装备。作为交流传动电力机车的关键部件之一,牵引电机的性能可能直接影响机车运行的稳定性和可靠性。 高速交流传动机车广泛采用高开关频率器件的脉宽调制(PWM)逆变器,使得逆变器输出脉冲具有陡上升沿。高频PWM脉冲电压波在电缆中传播,会在牵引电机端形成振荡的过电压,这样的电压在电机绕组中分布不均匀,造成前几匝绕组承受更高的电压,最终可能导致电机绕组绝缘失效。这严重制约了高速电力机车在我国的普及与发展。目前对于变频调速牵引电机绝缘老化、破坏的机理尚不清楚,因此,亟待针对这一问题,开展系统的理论和试验分析,从而揭示绝缘老化的机理,并找出相应对策。 本论文主要针对电机定子绝缘进行试验研究。从电机绝缘结构出发,设计了电机匝间绝缘和对地绝缘试样;在此基础上对绝缘进行了工频交流和方波脉冲电压下老化对比试验,并在不同老化周期测试了介质损耗角正切、电容、工频交流电压下局部放电参量随老化时间的变化趋势。
张依强[10]2013年在《热效应对变频牵引电机绝缘特性的影响机理研究》文中研究表明变频牵引电机绝缘系统在方波脉冲条件F不仅要承受更强的电应力,同时还是受到机械力、温度和湿度等因素的影响,造成牵引电机绝缘系统出现过早失效,从而影响机车的安全运行。因此,对变频调速牵引电机绝缘系统失效机理的研究已经迫在眉睫,国内外专家已经在这方面做了大量工作,取得的研究成果也已在工程中得到应用。本论文将在国内外在该领域已取得成果的基础上,研究温度这一因素对变频调速牵引电机用电磁线绝缘特性的影响,通过此研究进一步完善有关变频调速牵引电机绝缘失效机理的理论,为绝缘系统的优化提供了理论根据。局部放电是造成电机绝缘失效的主要因素之一,因此局部放电测试是评估绝缘状态的重要手段,本文基于自行研制的方波脉冲电源开发了一套局部放电信号测试系统,并利用该系统对不同温度条件下的电磁线试样进行了局部放电测量并比较了纳米与非纳米材料试样的局部放电特性。试验结果表明,随着温度的升高,在相同的周期内放电次数增多,最大放电量减小；而且在相同的温度条件下,纳米材料试样的局部放电次数较非纳米的要多,但是最大放电量要比非纳米的要小。利用delta2000测试仪探讨了变频电机用电磁线介质损耗角正切值(tanδ)在不同老化时间和不同老化频率下的温度谱,从试验结果的分布图可以看出,在低温区,tanδ值随着温度的升高也会逐渐增大,在130。C左右tanδ值达到极值,温度再升高tanδ有小幅度的减小。基于IEC60851-5标准搭建了一套变频电机绝缘老化装置,研究了不同温度条件下电磁线试样击穿电压和老化寿命的变化规律。试验结果表明随着温度的升高,试样的击穿电压呈现下降趋势,而且相同温度条件下纳米材料试样比非纳米材料试样的击穿电压值要低,这是由于纳米颗粒改变了材料的内部结构；试样的老化寿命随着温度的升高而逐渐缩短,比较了不同的试验电压和不同的试验频率对老化寿命的影响,根据反幂函数的变化规律,建立了老化寿命随温度变化的数学模型。使用电子扫描电镜(SEM)分析了电磁线击穿点处的微观形貌,剖析了击穿点处绝缘材料的化学成分,试验结果表明击穿处呈现黑色粉末状,这是由于绝缘层被炭化,C元素含量过高造成的。
参考文献：
[1]. PWM变频调速牵引电机绝缘破坏机理的初步研究[D]. 张丽丽. 西南交通大学. 2004
[2]. 变频调速牵引电机端子过电压及其对绝缘破坏机制的研究[D]. 温凤香. 西南交通大学. 2005
[3]. 基于连续高压方波脉冲绝缘老化试验系统[D]. 林同光. 西南交通大学. 2006
[4]. 基于介电谱的变频牵引电机匝间绝缘老化研究[D]. 何景彦. 西南交通大学. 2008
[5]. 电压畸变对变频调速牵引电机绝缘影响的研究[J]. 舒雯, 吴广宁, 佟来生. 电气应用. 2006
[6]. 脉冲电压对变频牵引电机绝缘老化的影响机理研究[D]. 周凯. 西南交通大学. 2008
[7]. 高频脉冲电压下牵引电机绝缘电破坏及老化机理的研究[D]. 曹开江. 西南交通大学. 2012
[8]. 变频调速交流牵引电机绝缘电老化机理的研究[D]. 佟来生. 西南交通大学. 2006
[9]. 基于非破坏性参量的变频牵引电机绝缘电老化的试验研究[D]. 张国钦. 西南交通大学. 2006
[10]. 热效应对变频牵引电机绝缘特性的影响机理研究[D]. 张依强. 西南交通大学. 2013
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