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558 在交流电压和冲击电压条件下逆变器供电的电动机线圈局部放电特性


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2o.   o 6№2

国 外 大 电 机 

3  5

在 交 流 电压 和 冲 击 电压 条件 下  逆 变 器 供 电的 电动机 线 圈局 部 放 电特 性 
(目 )N o i a a a a 等  ak H ykw  

/>【 关键词] 电动机 ;双股绞合线 ;局部放 电;起始 电压 ;周期冲 山电n ;交流 电压   

引言 
由于普通由逆变器供电的电动车辆和混合车辆的 
电动机运 行在 低 电压下 【 J一 般来 说 它 们的绝 缘 性能  l , 。

据此 在本 文 中 ,我 们 以双股 绞合线 作 为 逆变器 供  电 的 电动机 线周 的简 化试 样 ,研究 局部 放 电 ( D ) P 起 

始特性 ,讨论在 6H 0 z交流电压和陡波前冲击电压下  双股 绞台 线局 部放 电起 始 特性有 何不 同。  

对于绝缘 的基本 设 计来 说并 不 重要 =但 为 了得 到更 好 

性能,逆变器供电的电动机运行电压不断提高 , 例  2,为 了获得大 功 率输 出 和 紧凑型 结构 ,要 求合 理 的  f l 乜气绝 缘性 能设 计 。尤其 是 逆 变器供 电的 电动机 利用  乜 电子装置 , 力 例如具有高速开关性能的 I B l, G Tj 于    该电动机承受陡波前 的瞬态冲击 电压 , 如图 l 所示。   中 击电压是由于逆变器的冲击阻抗 ( i 他 , Z  ) 电缆阻    亢 ( 。I z b )和 电动机 阻 抗 ( I 。)的不 同引起 的。对  e ZT   1 m
F 2 ~ 0 W 电动 机 Z o 在 k / ,示 于 图 2    0 5k m  f级 p,而 





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通 常 非常 低 至 0 ,即 z, Q 仃t o  

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,> 龇 > i     z  m 。这样 冲击 电压强度就在 电动机绝  彖 系统上产生局部放电并使电气绝缘系统老化 ,以至 
旨 。 穿  
逆 变器 
’ 。 一 ’ ‘ ’ 一 一 一 ’ 一  一 ’  

容量 ( W 或 k A ) k V  

图 2 旋转 电机冲击阻抗 

实验 准备 
测 量 双股 绞合线 局 部放 电特 性 的接线 示 于 图 3  。 双股 绞 合线 由两 根漆 包线 组 成 :铜 线 直径 08 5   . mm, 4

窆流发电 

( )电路 接线 图  a
V  V 

漆包厚度 0 3 m,双股绞合线节距 7 m,总长 10 .m 0 m 3  mm,漆包 有两层 :内层 ( 厚度 003 . mm,介 电 常数  2 38 ,外 层 ( .) 厚度 00 7 m,介 电 常数 42) 双股  .0 r a . 。该 绞合线一股接地 ,另一股 接交流电压或冲击电压 ,交  流电压频率为 6 H ,冲击电压上升时间 2n ,一次  0z 0s

0  

Il J    J

0  
( )逆变 器输  端电 压波 形  b

冲击持续 ls l ,重复频率 6 6ps a 或 0 p。   在交流电压和冲击电压作用下 的局部放电起始电  压 ( D V) P I 用光强计检测 。 局部放电光强信号使用光  电倍 增器 ( MT)观察 ,局部放 电光发 射影 象用 静物  P 摄 影 的精 密相 机 (Ⅱ )通过 影象 倍增 器 曝光 5 取 得 。 s   同样通过高频 ( G z 1 H )电流互感器 C I测量交流电  T 压下双股绞合线的局部放 电电流脉冲, C 2 用 T 测量耦  合 电 容的 电流脉 冲 。  

川    l   J
( )电 动机 输入 端 电压 波形  C

图 1 逆变器供 电的电动 机系统 

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在交 流电压和冲击电压条件下逆变器供 电的电动机线 圈局部放 电特性 

20 . 2 0 6i   ' , h

双股 绞合 线  影 像倍 增器 
交流 高压发 生 器  或  冲击 高 压发生 器  光 电倍增 管 


GH z5 S   G埘


i  

静 止照 相机 

\  
高频 C   T
( G z  1 H)

图 3 试验 接线 图  c.( c 耦合 电容) 仅在 交流 电压下才有 

交流 电压下 的局部放 电特性 
我们 使 用光 电倍 增 管 ( MT)测 量两 个 双股绞 合  P 线 在 交流 电压 下 的局 部 放 电特 性 ,试样 A 是用 过 的 ,   试 样 B 是新 的 。发现 试样 A 的起始 局 放 电压 P I A DV   为 86 p,V k 峰值 电压 ,试 样 B 的起 始 局放 电压  1V k p为
P VB 7 0 p。 DI 为 8 V k 

图 4 示 出施 加 电压 、试 样 A 在起 始 局 放 电压  P VA 86 。时 的 P 光 强度 和 P 电 流脉 冲。试  DI 为 1V k D D
() b 

样 A的 P D光强度信号为陡脉冲波形 ,用 C 1 双股  T ( 绞合线 ) C 2( 和 T 耦合电容 ) 测量 P 电流脉 冲信号  D
极 性 相反 ,三者 同时被 检测 出来 ,证 明 了在 双 股绞合  线 试样 上产 生 了局部 放 电 。   图 5 别示 出施 加 电压 V 90 k 20 V k 局  分 a0Vp和 00 。时 部放 电光发射影 像 。P 光 发 射首 先在 9 0 k 生 , D 0Vp发   随施加 电压 升高 而增 强 。光 学 P I 测 量大 约 比电流  DV

图 5 交流 电压下的 P D光发射影像 
() =9 0 k ()Va 0 0 k a Va 0 Vp b =2 0 Vp 

互感器测得的 P I D V高 5 左右 。 6 % 图 示出在楔形间隙  空间 P D光发射的放大影像 。  
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\ 压0i /   、电(V) 外  /  加 5d 0v 1  \ / 
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图 6 双股胶合线 P D光发射影像( 放大)  

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冲击 电压下 的局部放 电特性 
图7 分别示出试样 A在如下三种情况下的冲击电  压 和光强度波形 ,此时脉 冲重 复率为 6p s a   0p ,( ) I0V# 无 P ,( 15Vp P O0 ( D) b)30  ̄ DⅣ ) C 20 Vp。 ( ,( )0 0 k  在试样 A上施加的冲击电压变化时所检测到的光强度  信号示于图 7 b 和 ( ) () C 。图 7( ) C 中的局部放 电发  生详情示 于图 8 ,从图 8中清楚地看出局部放电起始  点 比施加的很陡的脉冲电压有所延迟 。图 9 分别示 出   试样 A在脉冲电压为 6p s a 10V kb 20V k 0p 下( ) 0 D ) 0 p 4 ( 0  

局放 电 流 C l5 /i) T (mAdv 

一 f 局 电 T5一 +  一  r   2m/ )  . (AI  放 流C d  ’ i v
l 放   光亮强 1u i  度( .d ) aJ v


时 间(0 n dv  2 0 e i) /

图 4 交流 电压下 的 P D光强度 和 P 电流脉 冲波形  D
( 试样 A 电压峰值 8 6 #   , 1V )

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时的局部放电光发射影像,首先看到 10 V 40 #时在双  股绞合线的两端发生局部放电光发射, 同时随 v 的增  a

10 V 50 #时的电场分布 ( 沿双股绞合线表 面 ) 是缝 隙 

加P D沿双股绞合线全长扩展 。  

宽度 d 的函数 。 根据帕申定律 ’ 的空气 中击穿强  】 计算 度示于图 I。 l 当气隙 d 0 3 m, .80 p时 , = . m V = 0 V t 电场  0
沿导体表面的分布曲线与帕申曲线相切 ,这个结果符  合交流电压下的理论计算 P I 值并和 8 6 D下的  DV 1V k PI D V测量值相一致 。  

冲击  压 (c Vdv  5  /i) O
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冲击 电压(0V dv  50 /i)
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时 间(0 n/i) 2 0 s v  d
( V, 10 V c P   a , 00 p ) =   D)

1放亮度a i   光强(;) 局 2   .v u . / d

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时 间(0 s i) 5 n/ v  d

图 8 冲击 电压 下的外施 电压 和 P D光强度 波形详图 

( 冲击电压波前 2 n, 0s 试样  6 p s 0 0 #   0p; 0 V ) 2

时 间(0 n/i) 20 s v  d

() = 30 , P I   bVa15 、  DV) p I   冲击E 5 Vd   I  压(c ,h)   0 r  
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() =Z 0 V ̄  avI 4 0 ,

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局放光 亮 强度 ( . dv  2 u i) a J
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时 间(0 n/i) 2 0 s v  d
() = 0 0 , cva 2 0 Vp 

() . 2 0   bv = 0 0

图 7 冲击电压 下的电压和 P D光密波形( 浪涌 
波前 2 n , 样 A6 p s  0s 试 ,O p)

图 9 冲击电压下的光发射影像( 电压  冲击
波前 2 n, 0s 试样 A,o t) 6p  

于P DⅣ 机 理 的讨 论 
我们利用 电场计算的有限元法和空气中的帕申定  } 计算双股绞合线交流电压的 P I D V理论值。 l 示  图 0 ; 双股绞合线交叉点处的等位线 ,两导体之间的缝隙 
: d 度 示于图 l。图 l 分别示出 V 为 50 0 和  0 1 a 0 、8 0

交流电压和冲击电压下起始局放电压 P I 的比 DV   较示于图 l , 2 图中标绘出了两种情况下的平均值和标  准偏差 , 对于试样 A和 B, 交流电压下的起始局放电  压PI D V几乎是一样 的,另一方面 ,对于 冲击 电压 ,   6p s 0p 的起始局放电压低于 6p 局放电压值 , ps 也低于 

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在交流 电压 和冲击 电压条件下逆变器供电的电动机线圈局部放电特性 

2 o .0  0 6N 2

单脉冲下的局放电压值。这个结果表示双股绞合线 冲  击 电压重复率愈高,其绝缘性能愈坏。对于试样 A,  
冲击电压下的 P I 平均值是交流 电压时的 1 ~ . DV . 1  6 8 倍 ,对试样 B,冲击 电压下的 P I D V平均值是交流电  压时的 2 ~ . 倍。 .2 3 7 冲击 电压下的 P I D V高于交流电压  下的 P I D V归因于在双股绞合线高 电场区域缺少初始  电子 , 遇到冲击电压时 , 初始 电子的缺少是有意义的。   因为 施加 电压 时 间短 ( 10 s 和有 限的 电压 强度值 。 一 0n )   这个实验 中受冲击波波前和电压持续时间等的影响极 
大。  

结论 
我们研究了逆变器供 电的电动机线 圈的双股绞合 
线试样在交流电压和 冲击电压下的局放特性,其结论 
如下 :  

测 量 了交 流 电压下 的起 始局 放 电压 ,并证 实 了与 

使用 电场分析方法和帕申定律得到的理论值相一致。   对 于 不 同重 复 率 冲击 电压 下 的起始 局 放 电压 
PI D V进行 了测量 :6 p s 0 p 的起 始局 放 电压 P V低 于  DI

6p ps和单脉冲情况下的 P I D V,说明 了冲击电压重复  率影 响 电气绝 缘 性能 。   对于使用过 的样品和新的样品 ,冲击电压下的起  始 局 放 电压 分 别 是 交 流 电压 下 的 1 ~ . 和 23 28 . 1 6 8 .~ .   倍。这可能是 由于局部电场区的起始电子缺少 ,冲击  电压 的波 前 和持续 时 间对 获得脉 冲 比影 响很 大 。  
[ 考 文 献] 参  
【】 M. e g rS R. a b l a dG. . tn, S me l F n e, . C mp el n   C So e “ o   ,
p o ris f a ta dic a g s r pete  o  p ri l s h r e  me s r d u i g a u e  d rn   f s  rs tm e v la e s r e , l s o   20 2, a t i e i   ot g   u g s” n uc n 0  

图 l 双股胶合线 的等 电位线  O

p 1 -1 6, 0 . p.53 5 2 02 

【】 M. uh l, F i r  c a i o  eitr r  2   Ka fod “ a ueme hns ft  net n l m  h u
i s lt n o   w  o t g   lcrc ma h n s f d b   n u ai   fl o o v l e ee t   c i e   e   y a i
p s  c n r le  i v re , CEI ule o to ld n e r” t DP,P P.25 -2 7, 4 5   1 95. 9  

【】 M.Me矗 .S n ,S B l n   .L kbn k, 3 l,J u g . el d G .S iis i ,a  
‘ fe tofs g   o t g  ie tme o  h  ns l to   ‘ Ef c    u e v l e rs  i   n t e i u a i n r a o  o v l ge ma h n   d by P M   o v re s’ f l w— o t   c e f     W a i e c n e r ,  t ’

I EE T a so   v 1 3 ,P 7 6 7 5 1 9 . E   r n  nI A, o . 4 P .6 — 7 ,9 8 

[】 K. mua S I y , . s rn , . i t,ad 4  Ki r , . t a S U h o e M H I a n   a i d
气 隙宽 度 d(u ) nn 

W . t ,“ s h r e c n ii   nd s r a e c a g   Bio Dic a g   o d ton a   u fc   h r e

图 l  电场强度与气 隙宽度 的关 系  l

d srb t n n e  r p t i e b p l   i u s ,。 i i u o  u d r e e i v   i o a t i t r mp le ”   I ADM . P 1 6 -1 6 , 0 3. CP P .0 1 0 4 2 0  

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I    I

【】 T c nc l e o   fI E , S i hn   ug s ad 5 eh i   p r o E J “ w ti g s e  n  a R t c r
a p ia o  e h ol y o  a u p lc t n t c n og   fv c um ic i  e k r ,  i crut br a e s’ ’

工   苣 
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v 1 4 2 p 2 , 9 2  o. 2 , .8 1 9 .
i   .  

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DI  
…  

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【】 T W . kn G. u a G. p r n , . rru , 6 . Dai, L x , O p m n J Vi ex e a g  
G.W i d,a d n n  H.W i k l e n e k mpe :“ e k o     r Br a d wn of g s si   n f r fed . s h n c r e  o   tog n, a e  n u io m  l s Pa c e   u v sf rn r e   i i

‘   上 

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一 试样A I    
口 试样 B   。  

ar n  s lu  h x fuo i e ” El cr , n . 2 i a d u f r ea l rd , e ta o 3 ,PP.  

T  
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6 一 2 9 4    8 .1 7 . l
;  

【】 J M. eka dJD. rg sE e t c l ra ?o n 7 . M e  n  . C a g, lcr a  ekd w   i B
6p  ps 单 脉 冲 

6Hz c 0    a

6p s 0 p 

o ae .onWi y& S n . 9 8 fG ssJ h   l e o s 17 .  

冲击 脉 冲 

阎康 译 自 (E E Eetcl nuao   gzn 》 ( E   l r a Islt nMaaie   I ci   i
Jn ayF buy2 0 , o.  No1 杨 笑 石 a u r/ err 0 5 V 1 1 . 2, 校 

图 l 交流和冲击 电压下的 P V ( 2 DI 冲击 电压波 前 2 r ) 0l   s


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