变频调速交流牵引电机绝缘电老化机理的研究

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1、西南交通人学研究生学位论文变频调速交流牵引电机绝缘电老化机理的研究年级二00二级姓名佟采生申请学位级别工学博士专、Ik电力系堡垒苎鱼丝当指导教师吴广宁教授2006年7月西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要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

2、，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

3、分布情况产生影响，电缆长度也会改变绕组内部绝“誓承受的电压。论文中研制j-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lOkV，电压水平高于其它方波脉冲绝缘材料试验设备。对变频牵弓1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

4、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，提出一种小波包一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lOkHz高压方波脉冲下第lI页西南交通大学博士研究

5、生学位论文进行老化试验。通过对比表征参量随老化时间的变化趋势，分析不同电压形式对绝缘老化作用。介质损耗、局部放电、热刺激电流等绝缘老化表征参量的变化趋势表明高压方波脉冲对绝缘的老化作用远大于工频交流电压。关键词：牵引电机，逆变器，绝缘，局部放电，老化西南交通大学博士研究生学位论文第1II页AbstractIntheprocessoflargepowersemiconductordevices，frequencycontroldrivesystemsarewidelyusedinthefieldofl

6、ocomofivetraction．RailwaytrafficdevelopsrapidlyinChina，whichattractsmoreandmoreaRentiononthesecurityandreliabilityoflocomotive．ACtractionmotorsareoneofthekeyequipmentsoflocomotive．andtheirperformanceisimportantonlocomotive．InsulationofACtractionmotorfa

7、cesthecontinuoussquarewavepulsesfromtractioninverter,butnottheconventionalACvoltage．Designandmanufacturetechnologyoflargepowertractionmotorisrapidlyprogressedinchina．However，thereiSnosufficientstandardnorcommonrecognitionastothepropertiesofcontinuoussq

8、uarewavepulsevoltagestressandwarrantyrequirementsofwindinginsulations．Inordertoinvestigatetheinfluenceofsquarewavepulsewithshortrisetimeonwindinginsulation，ACtractionsystemofexpresslocomotiveisusedassubject．Combiningwithactualmanufactur