由PWM 电压源逆变器操作导致的上升时间与电缆长度对电机绝缘损耗的影响.doc

由PWM电压源逆变器操作导致的 上升时间与电缆长度对电机绝缘存损耗的影响由PWM 电压源逆变器操作导致的上升时间与电缆长度对电机绝缘损耗的影响摘要电缆长度与PWM电压逆变器升涨时间的作用表现为它们各自对电压辐峰值以及损耗电晕能量的影响，这种损耗电晕能量是一种顺势过冲，由电波在电机端反射形成。为了更方便的学习不同逆变器输出电压波形上升时间和电缆长度可用有限差分模式刺激系统的电压反映，其由电压源逆变器，电缆和终接绕组组成。 简介发电机端瞬态电压增加现象是由陡电压波导致的并由开关式电源反向变换机产生。最近几年这一现象颇为引人注目。供电方面固态开关器件的不断增长型开关速度功能够造成电压前波。这些电波能够在相对短距离的电缆长度之间产生比较明显的电波反映。电压应力对电机绝缘具有不利影响，有时在几小时内会对电机绝缘造成非常严重的介电破坏。. 电晕能量老化机理以下预测分析认为对电绝缘起破坏作用的机理原则是由电波反映导致的。电晕需要最低电压阈值或电晕应在电介质开始击穿之前需超过电压阈值。电晕起始电压（CIV）是电绝缘的一种化学成分，空气密度，空气的物理几何，绕组内对静电荷密度经行分离的固体绝缘材料。这论文的第二段列出绝缘寿命与电晕过程所需的电源量成反比。. 模型介绍电机制的有限差分模型代表NEMA frame 为215，10hp, 笼型感应电动机。模型中使用的电缆在四导体之后建模，电缆是12号AWG并且还有一个与地面连接的铠装金属护套。. 电缆长度的效率图表一绘制了电压对电机端的反应，电缆长度为100，100_250平方英尺。逆变器输出的电压波也所示，其曲线上升率为5000伏/微秒，或大概是0.1微秒 (逆变器直流电压为1090%)。可以看出，电机端的电压峰值只在电缆长度有稍微上升时才上升，接近逆变器直流电压的两倍。电压端（伏） 时间（秒）图表一机制端电压反映和电缆长度电压峰值（伏） 电缆长度（英尺）图表二电压峰值和电缆长度相关电晕量每脉冲 电缆长度（英尺）图表三相关电晕暂态能量和电缆长度图表二显示了一些电缆长度的电压峰值反应。直流电压和逆变器输出电压波形升涨率分别为2480伏和5000伏/微秒。模型结果很适合，根据回归分析法，方程为1. y= a+bx+c/x相互系数为 0.9996，这里 a= 1291.5, b=0.12045, c=6153.7。曲线表示电压峰值在电缆长度为0到100英尺之间变化的最快。图表一中电压端的另一个特征是当电缆长度升涨时振幅的自然平率也会增长。这是由增长型电缆电感造成的，被视为增长型长度的曲线函数，与电机绕组的相间电容量经行交互。如果假设为绝缘系统具有一个给定类型的电晕起始电压（CIV）, 这样任何电压就可采用绕组端。超出CIV电压可转换成电晕生产量。参考以下公式二；2. 这里 是瞬态电晕量，R是电晕放电路径的电阻，V是外加电压。Tt 是外加电压超越 时用的时间。即使不能测量R的等值，但是相关值在图标一的波形中可以预算出来。通过预测和R 的值可以得知公式2的数值。图标三中对相关电晕量在几个电缆长度间的每脉冲给予评估。值被设为1000伏（峰值）。与电压峰值相反的这次达到了渐近线，相关电晕量作为电缆长度的一个成分指数增长。根据回归分析法模型结果跟以下等式相吻合。3. 相互系数为 0.9997，a= -.0031, b=1.7611e-5, c=1.4566. 逆变器电压的上升率作用近期以来关于电压源逆变器输出上升时间的问题受到了太多重视。一个陡电压波会影响绕组并且会在绕组内造成瞬态电压的不均匀分布。作者的试验结果证明匝间电压陡度不会影响清漆磁线的值。逆变器输出最快电压上升率更重要的结果是波浪反射的作用。图表四说明电压在机制端的反应其上升率为1000, 500010000伏/微秒，电缆长度假设为150英尺。电压端（伏） 时间（秒）图表四机制端的电压反应&逆变器输出上升率图表五则显示的是峰值电压上升成功率。除了上升率少于3000伏/微秒之外，峰值电压不易受上升时间的变化。数值为10003000伏/微秒时是典型的GTOs和双极晶体管。后代IGBTs的上升率高于5000伏/微秒。以下为图表五的公式。4. 相关系数为 0.9979，a=1275.6, b=1.6628e8. 由以上信息得知，相关电晕量的每瞬态脉冲要比绝缘峰值电压更明显。峰值电压（伏） 电压上升率（伏/微秒）图表五峰值电压&逆变器输出电压上升率相关的电晕量每脉冲 电压上升率（伏/微秒）图表六相关的电晕瞬态能量&逆变器输出电压上升率图表六可以看出，相关电晕量曲线在3000伏/微秒时开始饱和，说明了逆变器上升时间比0.18微秒更快。可设为1000伏，峰值和电缆长度为150英尺。可参照以下等式；5. 相关系数为 0.99963, a= -3.7062 b= -2.076e6. 总结造成电绝缘破坏的因素中峰值电压和上升时间为其主要原因。特别是，能量与电晕部分破坏有密切关系，这取决于电绝缘系统里的电应的度数。从以上讨论可看出，电缆长度是决定瞬态电晕量每反射波脉冲和