变频电机绝缘电老化用高压脉冲电压发生器研制

发布时间：2020-03-19 05:19

【摘要】：变频电机因具有调速性能好、易启动、节能等显著优点,而在民生工程、工业生产、家用电器等诸多领域获得广泛应用。变频电机的驱动器采用脉宽调制技术,输出具有脉冲上升时间短,以及高电压幅值和高重复频率的方波脉冲。由于变频电机的绝缘系统在承受连续的高频高压方波脉冲作用时,绝缘材料内部会产生大量的局部放电和空间电荷,造成绝缘性能的早期失效,因此以往的工频交流电压作用下的绝缘老化机理、绝缘寿命评估方法和试验设备已经不能适用于变频条件下脉冲应力的绝缘系统寿命评估。为解决这一问题,可在不改变其绝缘老化失效机理的条件下,采用提高脉冲电压幅值、脉冲作用时间和脉冲重复频率等加速老化的方法,使绝缘材料承受的真实电应力在加速电应力下仍具有单值映射关系,以此缩短绝缘寿命评估时间。本文的主要工作为研制一款变频电机绝缘电老化试验用双极性高频高压方波脉冲发生器,并且实现脉冲频率、脉冲宽度、脉冲死区时间、脉冲单双极性和脉冲幅值电压均可调。本文首先介绍了变频电机的特点和研究背景,阐述了高频高压脉冲发生器的研究意义和国内外发展现状。通过对目前常用的几种高压脉冲发生器拓扑结构和脉冲发生器的相关技术进行分析,确定本文的出发点。根据变频电机绝缘电老化试验的技术指标要求,将脉冲发生器系统分为整流滤波电路、脉冲充电电路和脉冲形成电路。最终确定采用可提供稳定输出的三相整流滤波电路作为前级电路,具有充放电回路电气隔离功能的高频变压器谐振恒流充电电路作为中间级电路,逆变全桥级联的脉冲形成电路作为后级电路。文中也介绍了对该高压脉冲发生器的主电路拓扑结构通过软件进行的原理仿真验证、对功率器件和驱动电路进行的参数计算和选型,以及样机的搭建和调试工作。由于绝缘试品属于阻容性负载,存在脉冲放电结束后产生的较大脉冲拖尾电流会破坏脉冲方波输出的问题。本文在详细分析阻容性负载的脉冲拖尾机理后,提出尾切控制策略,实现在阻容性负载下仍能获得良好的脉冲方波输出特性。同时通过对脉冲形成电路的移相控制策略,实现高压双极性窄脉冲方波输出。另外,通过对谐振恒流充电回路的控制策略,实现脉冲输出电压的调节。
【图文】：

固态半导体,发生器,充电开关,放电开关

图 2-1 传统 Marx 发生器Fig. 2-1 Traditional Marx generator Marx 改进电路种基于固态半导体开关控制充电的全压源，Tci为充电开关，Tdi为放电开关图 2-2 单极性全固态 Marx 发生器

全固态,双极性,输出阶段,开关管

该电路拓扑结构的优点是每级的开关管较少，易于控制；具有负载的普性；不需要大体积的限流电感等。但是这种电路只能输出单极性脉冲，具有定的应用局限性。（3）双极性全固态 Marx 改进电路如图 2-3 所示是基于半导体开关的一种双极性全固态 Marx 改进电路，中 Tdc为直流充电开关管，各级的 Tai和 Tbi为电容充电开关管，T2i和 T4i为脉冲放电开关管，T1i和 T3i为负脉冲放电开关管[62]。电路可大体分为充电阶段、正脉冲输出阶段和负脉冲输出阶段三部分。充电阶段，仅导通直流充电开关 Tdc和各级的电容充电开关 Tai和 Tbi，直流通过充电开关和二极管对各级电容进行充电；在正脉冲输出阶段，将所有充开关管关断，并开通各级的正脉冲放电开关管 T2i和 T4i，为负载输出正脉冲在负脉冲输出阶段，将所有正脉冲放电开关管关断，并开通各级的负脉冲放开关管 T1i和 T3i，为负载输出负脉冲。这种电路虽然克服了传统 Marx 电路只能输出单极性脉冲的缺点，但是级电路使用的二极管和开关管的数量过多，，不仅成本高，而且其设备的控制杂、稳定性差。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM30

【参考文献】