低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究

摘要：随着宽禁带电力电子器件与电机技术加容易引发局部放电(partialdischarge，PD)，加速电机绕组绝缘材料的老性，提出基于特高频下混频技术和硅光电倍增缘的界面电荷弛豫过程，发现重复方波电压下ResearchonPartialDischargeofMoreElSUNHao1,2,WANGYalin1,2,(1.DepartmentofElectrical2.KeyLaboratoryofControlofPowerTranAbstract：Duetothedevelopmentofwide-bandgappowerelectronicdevicesandmotortecdensityandcapacityofelectricaircraftmotorshavebeeelectricaircraftpropulsion.However,high-frequencysquarewaveelectricalstresswithhighdU/dt(charge,whichmayacceleratetheagingofinsulatingmaterialtoevaluatetheinsulaordertosolvethisproblem,thispaperintroducesacombineddetectionmethodfocraftpropulsionmotorinsulationbasedonUHFdown-mixwhichhasstronganti-elecposedmethodisusedtomeasurethepartialdiappliedunderdifferentairpressures(downinsulationofmotorinsulationisanalyzed,andtheachargeontransientelectricfieldunderrepeatedsquarewavevoltageisproposed.TtialdischargeinitialvoltageunderfastsquarewavewithdiperformanceevaluationandoptimizationdesignofpropulsionmotorformoreelectrKeywords：partialdischarge;moreelectricaircraft;ultraProjectsupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(5200566电评估，并要求电机绝缘系统的放电起始电压电起始电压(repetitivepartialdischargeinception下降沿产生的电磁干扰(electromagneticinterfer-下局部放电检测方法。有研究者采用1~500MHzHFCT)来检测局部放电，但其测量频带上限只有数是PMT需要辅助电路提供较高的供电电压(0.5~2余电荷对电机双绞线绝缘电场动态分布的拮抗作1基于下混频与硅光电倍增的快速方波电孙浩，王亚林，范路，等：低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究567+ϕϕL−ϕ) 和ϕL分别为局部放电信号和本振信号的幅值和相 ωL的差频信号与频率为ωC+ωL的和频信如此便将频率较高的原始信号uC搬移至频率较低(在千赫兹至吉赫兹范围内)，目前局放检测的所用μm的双绞线来模拟电机绕组绝缘，并使用绕线器Fig.1Diagramofdown-mixingFig.2PDdetection568dU/dt方波电压。本文中对试样施加的方波电压上真空控温腔体可将内部温度控制在20~250℃,腔感器和绝缘试样对准窗口分别安装在腔体内外两SiPM传感器之间添加隔热板，腔体内部温度从20℃上升到200℃,隔热板外侧温度会上升2℃Fig.4PartialdischargedetectionsysFig.5UHForiginalsignalFig.6SpectrumofEMIinterferencea孙浩，王亚林，范路，等：低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究569Fig.7FilteredUHF应，并且SiPM光传感器信号的信噪比显著强于本文采用脉冲电流法(放电发生在方波平坦部分避开干扰的位置)对这2种方法在固定实验设置条件的正弦波电压下试样的PDIV(首次出现放电)与570正弦电压下的PDIV，这说明方波电压下更容易出为了进一步分析气压对双绞线试样放电特性时间(放电时刻与电压开始上升时刻的时间间隔)以及放电相位–幅值图谱(phase-resolvedpartialdis-Fig.11Statisticparametersof双绞线试样的绝缘结构由固体介质绝缘层(常孙浩，王亚林，范路，等：低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究571Fig.12Phase-resolvedpartialdischarge⎧u(t)=Uε(t)2l1E1+l0E0=u(t)E1+ε0E0=σs1E1−γ0E0+∂σs/∂t=0−t/τ)(t)=γ1U+(ε1−γ1)Ue−t/τ方波下双绞线绝缘电场分布情况，双绞线直径为Fig.13Insulationstructureandmodeloftw572−=α1(f)E+−ΔE+=α2(f)E−+ΔE(6)γ0/(S·m–1)γ1/(S·m-1)ε0ε15×10–111性方波电压下场强分布(EAC)与直流电压下场强分Fig.15ElectricfieldanalysisofunipolarandE−=−1−α1(f)ΔE−α1(f)α2(f)=1−α2(f)Δ+α1(f)α2(+孙浩，王亚林，范路，等：低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究573Fig.16Electricfieldsimul3.3重复方波电压下界面弛豫电荷与局放残余电放电产生的残余空间电荷纳入考虑，并分析其对析的弛豫电荷产生场强Eq共同作用在气隙中产生Paschen定律用来表征均匀电场下气隙击穿电强下双绞线试样的PDIV。由于本文研究的试样绝574Fig.17DynamicsofinterfacerelaxatUinc(p)=+C(8)ABCR2λ(10)用上述概率分布模型来拟合不同压强下相同强会更早达到Einc，因此ti减小。λ先缓慢降低后明显减小，3）下降沿延迟时间高于上升沿延迟时间，该电场略高于下降沿处电场，导致下降沿延迟时间孙浩，王亚林，范路，等：低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究575Fig.19PDdelaytimedisunipolarsquarewavetiλR2tiλR22）方波电压下电机绝缘的PDIV低于正弦电修正的Paschen定律能够较好地拟合双绞线试样表征上升/下降沿放电延迟时间，延迟时间期望λ先[1]朱新宇.多电飞机及其技术发展分析[J].民用飞机设计与研究，ZHUXinyu.Analysisofmoreelectricairopment[J].CivilAircchinesforthemoreelectricaircraft:partiawhichmotorstatorsareatrisk?[J].conductorsforelectricvehiclesystpowertrainsinaircraft:technicalchTransactionsonEhargeinvestigationofform-woundelectricmachinewrelectricaircraftpropulhargeinvestigationofform-woundelectricmachinewrelectricaircraftpropulpulsevoltageparameterson放电检测的特高频天线设计[J].高电压技术，2020，46(10)：576impulsivevoltageconditionsforinverter-teristicsatrepetitivesquarevoltagesChinaTechnologicalScimoreelectricalaircraft(MEA)[C]//Proceedings2017-43rdAnnualConferenceoftheIEEEIndustrialety.Beijing,China:III:impactofreducedpressureAccess,2021,9:27485-27的方波下局部放电测试方法[J].高电压技术，2022，48(3)：