脉冲电压对电机定子绝缘影响的试验研究

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1、第28卷第2期电工电能新技术Vo1．28，No．22009年4月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyApril2009脉冲电压对电机定子绝缘影响的试验研究韩冬，付祥波，宋暾日方(1．成都电业局，四川1成都610021；2．四川省电力公司，四川成都610021)摘要：变频电机定子绝缘承受来自逆变器的连续高压脉冲方波，其失效机理同工频正弦电压作用下具有很大的差异。本文以匝间绝缘用的电磁线为试验对象，研究了脉冲电压幅值、脉冲上升沿时间、脉冲频率、占空比以及温度对绝缘失效时间的影响。结果指

2、出：高频正弦电压下的电晕老化绝缘失效机理并不适合于连续高压脉冲下的失效。脉冲电压造成电磁线表面变色的针孔状损伤或者大面积的炭化是导致绝缘失效的直接原因。在高频下，脉冲陡上升沿加速了绝缘的失效。关键词：脉冲电压；匝间绝缘；老化中图分类号：TM34；TM303文献标识码：A文章编号：1003．3076(2009)02．0054．04测试电压电极引言随着大功率开关器件的开发及应用，出现了采用调节频率和电压的交流电机调速方式。交流电机通过PWM变频器完成输出电压幅值、频率的调制，这个调制主要是逆变器按脉宽调制的方式来完成的]。一方面，高压方波脉冲使得定

3、子绕组绝缘承受更大的电压；另一方面，高压方波脉冲频率可达20kI-Iz，高频作用使得介质损耗、局部放电、空间电荷对绝缘的老化作用加剧，导致绝缘过早失效。】。图1U型电磁线为了研究脉冲电压波形对变频电机定子绝缘失Fig．1Ushapemagneticwire效时间的影响程度，本文模拟了电机实际运行的条件，进行了绝缘失效时间的测试。试验主要研究电压波形参数(幅值、频率、上升沿时间等参数)对于失效时间的影响程度。1试样与试验装置根据国际电工委员会标准IEC60851—5进行U图2测试系统示意图型电磁线的制作，试样的布置见图1。图2是绝缘Fig．2Te

4、stsystemschematicdiagram失效时间测试系统，由脉冲发生器、试样、宽频带电流传感器、滤波放大环节和示波器组成。变频电机端电压脉冲波形如图3所示。当改变电压脉冲波形2试验及结果分析的参数后，经过一定的作用时间，试样将失去其原有绝缘失效试验以10个试样为一组，每组都在同的绝缘性能，击穿瞬间，试验线路的电流突增，当线样的条件下进行试验，结果采用二维Weibul1分布统路中的电流达到8mA时，脉冲发生器因过流保护动计分析，以失效概率63．2％对应的失效时间作为绝作而停止工作。以此为标准，记录绝缘失效时间。收稿日期：2008．10．0

5、2作者简介：韩冬(1974．)，女，四川籍，工程师，在职硕士研究生，主攻电力系统无功功率补偿及电压稳定性的研究。第2期韩冬，等：脉冲电压对电机定子绝缘影响的试验研究555432l12345从试样在绝缘失效后的击穿表征来看，在不同咖咖咖。咖啪的电压等级下进行失效时间的测试，总体上出现了两种有不同表面特征的失效试样：一种是在电磁线绝缘表面出现了变色的针孔状的缺陷；另一种是在电磁线绝缘上出现了大面积的炭化。其中，前一种试样是在很强的电场的作用下失效的；而第二种试样是在较低的电场下，但频率很高的情况下失效的。0123456789102．2脉冲频率对绝缘

6、失效时间的影响电磁线绝缘的失效时间同脉冲频率并不是简单图3脉冲电压波形的线性关系J。该试验是在室温下进行的，试验参Fig．3Pulsewave~orrfl数为：脉冲幅值为：4kV，脉冲上升率为83kV／ttsec，占缘失效时间，见下式空比为50％。通过试验得到失效时间随脉冲频率变化的曲线如图5所示。肌)：1一p【一(]，≥式中，F(t)一失效概率，、0分别为Weibul1分布的鼍形状参数、尺度参数，t为随机变量，即绝缘材料的屋蕾失效数据，t≥。本文采用二项式回归法对Weibul1较分布参数进行估计，算法简单且对0估计值精度高。2．1电压脉冲幅值

7、对绝缘失效时间的影响该试验是在室温下进行的，试验参数为：脉冲频图5脉冲频率与绝缘失效时间的关系率为20kHz，脉冲上升率为83kv／btsec，占空比为Fig．5Relationshipbetweeninsulationfailure50％。为了加速绝缘的失效，设定温度为130~C。lifetimeandpulsefrequency通过试验得到失效时间随脉冲电压(峰．峰值)波形幅值变化的曲线，见图4。从图中可以看出，脉冲电压下，由于具有很高的脉冲上升沿，失效时间随频率的变化同正弦电压波形式是不一致的。在正弦电压波形下，失效时间随芒屋频率的变化曲

8、线是线性的。该曲线可以分成两个部蟹校分，5kHz为曲线的转折点。在脉冲频率低于5kHz时，失效时间随频率变化的曲线可表示成T1=B，其中B为常数，．厂