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變壓器匝間絕緣材料表面放電特性的鉆研

高頻變壓器具有體積小、重量輕、轉換效率高、應用范圍廣等突出優點。高頻高壓變壓器是直流變換器和電力電子變壓器必不可少的核心設備。其主要功能是在工作過程中實現高頻升壓、功率傳輸和高壓側與低壓側的電氣隔離。

匝間絕緣材料作為高頻變壓器繞組絕緣的重要組成部分,其高頻絕緣性能嚴重影響高頻變壓器的整體電阻水平和運行可靠性,成為制約大功率、高頻、小型化發展的重要因素。因為高頻變壓器電壓波形下工作很長一段時間,短的上升時間,大的振幅和頻率高,inter-turn絕緣材料熊高重復頻率的電應力沖擊,和強大的電熱耦合效應也會加劇其絕緣性能的下降和惡化。

已有研究表明,沿面閃絡的電場強度遠低于相同間隙體的電場強度,更容易造成絕緣損傷和過早失效。因此,對匝間絕緣材料高頻表面放電特性的實驗研究,dmd絕緣材料對高頻變壓器絕緣結構的優化設計具有重要的指導意義。

目前,國內外對固體絕緣材料在工頻條件下的表面放電特性進行了大量的研究。針對絕緣材料高頻表面放電的特點,現有研究多集中在頻率對放電發展過程、放電形式和材料老化特性的影響。dmd絕緣紙

羅陽、吳廣寧等發現在雙極方波脈沖電壓下,隨著聚酰亞胺薄膜放電的進展,平均放電量和放電次數均先減小后增大。

劉濤,李qingmin等人建立了一個實驗平臺,高頻絕緣氣固表面放電,研究了在不同頻率和表面放電的發展和演化階段,并發現的表面放電模式與表面特征樣本,介電常數、電壓頻率、表面電場分布和其他因素。

劉雄、林海丹等使用幅值為18kV、頻率為100Hz的脈沖電壓對環氧樹脂表面造成老化損傷。他們在環氧樹脂老化前后進行了閃絡實驗,發現隨著老化時間的延長,閃絡電壓先降低后升高。

的絕緣實驗的數據處理和分析,現有的研究表明,固體介質的絕緣失敗率是非常符合威布爾分布,和逆冪函數模型作為實證模型來描述絕緣物質生活和電場強度之間的關系。

前人的研究對沿面放電主要/紙/納秒脈沖功率頻率和真空絕緣條件等相互結合,與沿面放電的高頻特征研究中,更側重于材料本身在高頻正弦信號在放電過程中,微觀結構和形態演變與高頻變壓器匝間絕緣實際工作距離較大,并且很少涉及到各種材料放電特性的對比,因此難以為高頻變壓器匝間絕緣設計的工程應用提供直觀的參考和借鑒。

本文的雙極性高頻率方波電壓下四個優秀的耐熱及電氣性能的固體絕緣沿面放電實驗,研究絕緣紙,膜電極間隙擊穿電壓特征值,初始排放的影響和閃絡電壓與頻率分析材料,提出適合高頻表面絕緣壽命計算冪函數模型,為大功率高頻變壓器匝間絕緣材料的合理選擇和絕緣結構的優化設計提供理論依據。

絕緣紙dmd高頻變壓器,根據實際運行情況,設計基于高頻方波信號的沿面放電實驗平臺,主要研究頻率間隔、匝間絕緣材料的沿面放電特性,結合SEEA的影響模型表面的絕緣材料在高頻放電機理進行了分析,同時得到初始放電電壓,閃絡電壓和沿面絕緣壽命隨頻率的變化,對高頻變壓器匝間絕緣的優化設計有參考價值,得出以下結論:

1)在雙極高頻方波電壓下,不同絕緣材料的閃絡電壓在一定程度上隨電極間距變化。帶電粒子的表面發展階段對閃絡的形成影響很大,與材料類型和表面條件密切相關。

2)電壓頻率對初始放電沒有影響,閃絡電壓隨著頻率的增加而顯著降低。根據SEEA模型,頻率對初始電子的形成影響很小。在電子倍增階段,頻率的增加導致二次電子雪崩的發展速率增加。加上絕緣表面的熱效應,閃絡電壓明顯下降。

3)隨著頻率的增加,絕緣材料從電暈產生到閃絡形成的時間明顯縮短。在表面放電發展階段,頻率對介電極化損耗、表面電荷耗散時間和表面熱效應有很大影響,最終導致絕緣壽命顯著下降。

4)與四種匝間絕緣材料在高頻下的表面絕緣性能相比,薄膜絕緣材料的初始放電電壓高于復合絕緣紙,說明PET薄膜和聚酰亞胺薄膜都具有良好的耐電暈性能。不同頻率聚酯薄膜的平均閃絡電壓比聚酰亞胺薄膜高0.05 ~ 0.65kv。此外,PET薄膜的絕緣壽命指數(n)低于其他絕緣材料,說明電老化率較低。

因此,考慮電暈電阻、電老化率、閃絡電壓等因素,PET薄膜在1-20khz頻率范圍內具有較好的表面絕緣性能。但在工程應用中,仍然需要將高頻體的擊穿特性作為高頻變壓器匝間絕緣材料選擇的主要理論依據。


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