CN104931834A - 绕组绝缘试样加速老化寿命实验电磁作用力应力产生方法 - Google Patents

绕组绝缘试样加速老化寿命实验电磁作用力应力产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绕组绝缘试样加速老化寿命实验电磁作用力应力产生方法。用永磁体作为磁场源在上磁极和下磁极之间建立气隙磁场，将绝缘试样放置在气隙磁场中的绝缘试样安装平面上，给绝缘试样的导体施加脉冲电流产生电磁作用力。绝缘试样安装平面位于下磁极铁芯上，绝缘试样安装平面为裸露的光滑导电平面。在绝缘试样安装平面的两端设置绝缘试样导体引线区绝缘板，绝缘试样导体引线区绝缘板与下磁极铁芯之间的耐电压值不低于10kV，耐热性能不低于250℃。绝缘试样为线圈绕组或绕组模型绝缘试样。本发明在绕组绝缘试样加速老化绝缘寿命试验中，除了电应力和温度应力外，还添加了电磁作用力这个应力因子，实验环境更接近电气设备应用的环境条件。

Description

绕组绝缘试样加速老化寿命实验电磁作用力应力产生方法
技术领域
本发明涉及一种包含电磁作用力因子的变频电机用电磁线绞线对绝缘脉冲电压加速老化寿命试验方法。
背景技术
电工绝缘材料和电气装备绝缘结构的电气寿命直接影响电气装备的寿命和运行安全，为了快速获得电气设备新的绝缘结构的电寿命，需要模拟运行过程绝缘结构承受的应力环境，在不改变绝缘失效机理的前提下，通过适当增加绝缘结构承受的应力值来加速绝缘老化过程，通过与标准试样的对比确认绝缘结构性能的优劣和改进程度，或利用寿命模型估计绝缘结构在正常使用应力环境下的寿命信息。当前电机的速度控制和新能源发电的励磁控制等广泛使用脉冲宽度调制（PWM）技术，这些应用领域中绝缘结构承受的已不是传统的直流电和工频正弦交流电，而是持续的高频脉冲电压。在持续高频脉冲电压应用环境中，脉冲电压的幅值及脉冲边沿电压变化率、脉冲频率、温度、电磁作用力是影响绝缘老化速度的主要应力。当前研制的脉冲电应力绝缘加速老化实验装置只包含脉冲电压的幅值和频率、温度三个应力参数，主要用于研究脉冲电压幅值、脉冲频率、温度这些应力因子对绝缘寿命的影响，还没有考虑电磁作用力产生的机械应力对绝缘老化速度的影响。在脉冲电应力绝缘加速老化实验中，除电应力和温度应力外，再添加电磁作用力这个应力因子，将能更完整地体现电气设备运行过程中绝缘承受的应力环境，更准确和全面地研究脉冲电应力环境下绝缘老化规律。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲电压加速老化绝缘寿命试验过程电磁作用力产生方法，从而构建更全面接近真实应力环境的一种含电磁作用力的脉冲电压绝缘加速老化寿命试验装置。
脉冲电压应用环境下，脉冲电压的幅值和脉冲边沿电压变化率、脉冲频率等电应力，温度应力、电磁作用产生的机械应力是影响绝缘寿命的主要应力。通常的绕组绝缘试样的脉冲电应力加速老化绝缘寿命试验是通过给试样施加脉冲电压获得需要的电应力、将试样置于要求温度的均匀温度场中获得温度应力，不包含电磁作用力这个应力因子。在对绕组绝缘试样施加电应力和温度应力基础上，利用一对永磁体在垂直于绕组绝缘试样的方向上产生一个磁场，然后在绕组绝缘试样的导体中通过双极性或单极性脉冲电流，则该导体就会受到电磁力的作用。用B表示磁场的磁感应强度，l表示磁场中导体的有效长度，I表示导体中的电流，则电磁作用力F=B×l×I，通过改变电流I的大小和方向，就可以改变电磁作用力的大小和方向。此方法可以进行包含电、温度、电磁作用力等应力因子的绕组绝缘试样加速老化绝缘寿命试验。
具体步骤为：
一 、用永磁体作为磁场源在上磁极和下磁极铁芯的绝缘试样安装平面之间建立气隙磁场，将绕组绝缘试样放置在下磁极铁芯的绝缘试样安装平面上，给绕组绝缘试样的导体施加脉冲电流产生电磁作用力, 绕组绝缘试样为线圈绕组或绕组模型。
二、下磁极由下磁极铁芯、下磁极永磁体和下磁极永磁体导磁盖板构成；下磁极铁芯的上部设置绝缘试样安装平面和上磁极铁芯的安装平面，下磁极铁芯在下部开槽并在槽内安装下磁极永磁体，下磁极永磁体的S极向上，用下磁极导磁盖板覆盖在下磁极永磁体的N极上作为下磁极铁芯磁路的一部分；在下磁极铁芯的上磁极铁芯安装平面上安装上磁极铁芯，在上磁极铁芯上安装上磁极永磁体，由上磁极永磁体和上磁极铁芯构成上磁极；下磁极的绝缘试样安装平面与上磁极永磁体下平面之间留d=10mm~40mm的气隙，下磁极永磁体的S极和上磁极永磁体的N极相对，通过下磁极铁芯和上磁极铁芯构成的磁路，在绝缘试样安装平面上方的气隙处形成气隙长度d=10mm~40mm的气隙磁场。
三、下磁极铁芯的绝缘试样安装平面为裸露的金属导电平面，该平面应平整光滑无毛刺，在绝缘试样安装平面的两端设置绝缘试样导体引线区绝缘板；绝缘试样导体引线区绝缘板与绝缘试样安装平面高度相同，绝缘试样导体引线区绝缘板与下磁极铁芯之间的耐电压值为10~20kV，耐热性能250~300℃；绝缘试样安放在下磁极铁芯的绝缘试样安装平面上，利用固定装置对绝缘试样进行固定；
四、脉冲电流源电流值I F在0~100A之间调节，脉冲频率f IF在1kHz~20kHz之间调节，选择双极性或单极性脉冲电流中的一种电流波形输出；利用高温导线将脉冲电流源的I+输出端接绝缘试样的导体的F端，利用高温导线将脉冲电流源的另一输出端I-接绝缘试样的导体的B端，使绝缘试样的导体中流过脉冲电流IF，在磁场中产生电磁作用力F=f(IF)。
五、脉冲电压源电压峰值UP在100V~3000V之间调节，脉冲频率fUF在1kHz~20kHz之间调节，选择双极性或单极性脉冲电压中的一种电压波形输出；利用高压导线将脉冲电压源的一个输出端U+通过限流电阻RX连接到绝缘试样的导体的B端，利用高压导线将脉冲电压源的U-端连接到下磁极铁芯的G点，G点接地，从而在绝缘试样与下磁极的绝缘试样安装平面之间施加脉冲电应力。
六、将绝缘试样以及与之连接的高温导线和高压导线、固定装置、下磁极铁芯及下磁极永磁体和上磁极铁芯及上磁极永磁体置于能设定并能控制温度的均匀温度场中，获得温度应力。
所述绝缘试样为线圈绕组或绕组模型绝缘试样。
本发明的优点是：在绕组绝缘试样加速老化绝缘寿命试验中，除了电应力和温度应力外，还添加了电磁作用力这个应力因子，实验环境更接近电气设备应用的环境条件。
附图说明
图1为本发明的试验原理图。
图2为本发明实施例线圈绕组绝缘试样的试验装置主视图。
图3为本发明实施例图2线圈绕组绝缘试样的试验装置a-a截面图。
图4为本发明实施例试验装置侧视图。
图中标记：1-脉冲电压源；2-脉冲电流源；3-绝缘试样；4-固定装置；5-下磁极永磁体，6-上磁极永磁体；7-下磁极铁芯；8-上磁极铁芯；9-绝缘试样导体引线区绝缘板；10-下磁极永磁体导磁盖板。
具体实施方式
实施例：
线圈绕组绝缘试样的试验原理如图1。
一、用下磁极永磁体5和上磁极永磁体6作为磁场源在下磁极的绝缘试样安装平面和上磁极永磁体6之间建立气隙磁场，将绝缘试样3放置在气隙磁场中的绝缘试样安装平面上，给绝缘试样3的导体施加脉冲电流产生电磁作用力。
二、下磁极由下磁极铁芯7、下磁极永磁体5和下磁极永磁体导磁盖板10构成；下磁极铁芯7的上部设置绝缘试样安装平面和上磁极铁芯的安装平面，下磁极铁芯7在下部开槽并在槽内安装下磁极永磁体5，下磁极永磁体5的S极向上，用下磁极导磁盖板10覆盖在下磁极永磁体5的N极上作为下磁极铁芯7磁路的一部分；在下磁极铁芯7的上磁极铁芯安装平面上安装上磁极铁芯8，在上磁极铁芯8上安装上磁极永磁体6，由上磁极永磁体6和上磁极铁芯8构成上磁极；下磁极的绝缘试样安装平面与上磁极永磁体下平面之间留d=10mm~40mm的气隙，下磁极永磁体5的S极和上磁极永磁体6的N极相对，通过下磁极铁芯7和上磁极铁芯8构成的磁路，在绝缘试样安装平面上方的气隙处形成气隙长度d=10mm~40mm的气隙磁场。
三、下磁极铁芯的绝缘试样安装平面为裸露的金属导电平面，该平面应平整光滑无毛刺；在绝缘试样安装平面的两端设置绝缘试样导体引线区绝缘板9；绝缘试样导体引线区绝缘板9的平面与绝缘试样安装面高度相等，绝缘试样导体引线区绝缘板9与下磁极铁芯7之间的耐电压值10~20kV，耐热性能250~300℃；绕组绝缘试样3安放在下磁极铁芯7的绝缘试样安装平面上，利用固定装置4对绝缘试样3进行固定。
四、脉冲电流源2电流值I F在0~100A之间调节，脉冲频率f IF在1kHz~20kHz之间调节，选择双极性脉冲电流的电流波形输出；利用高温导线将脉冲电流源2的I+输出端接绝缘试样3的导体的F端，利用高温导线将脉冲电流源2的另一输出端I-接绝缘试样3的导体的B端，使绝缘试样3的导体中流过脉冲电流IF，在磁场中产生电磁作用力F=f(IF)。
五、脉冲电压源1电压峰值UP在100V~3000V之间调节，脉冲频率fUF在1kHz~20kHz之间调节，选择双极性脉冲电压的电压波形输出；利用高压导线将脉冲电压源1的一个输出端U+通过限流电阻RX连接到绝缘试样3的导体的B端，利用高压导线将脉冲电压源1的U-端连接到下磁极铁芯7的G点，G点接地，从而在绝缘试样3与下磁极的绝缘试样安装平面之间施加脉冲电应力。
六、将绝缘试样3以及与之连接的高温导线和高压导线、固定装置4、下磁极永磁体5和上磁极永磁体6、下磁极铁芯7和上磁极铁芯8置于能设定并能控制温度的均匀温度场中，获得温度应力。
所述绝缘试样3为线圈绕组绝缘试样。

Claims (1)

1.一种绕组绝缘试样加速老化寿命实验电磁作用力应力产生方法，其特征在于具体步骤为：
一、用永磁体作为磁场源在上磁极和下磁极之间建立气隙磁场，将绝缘试样（3）放置在气隙磁场中的绝缘试样安装平面上，给绕组绝缘试样（3）的导体施加脉冲电流产生电磁作用力；
二、下磁极由下磁极铁芯（7）、下磁极永磁体（5）和下磁极永磁体导磁盖板10构成；下磁极铁芯（7）的上部设置绝缘试样安装平面和上磁极铁芯的安装平面，下磁极铁芯（7）在下部开槽并在槽内安装下磁极永磁体（5），下磁极永磁体（5）的S极向上，用下磁极导磁盖板（10）覆盖在下磁极永磁体（5）的N极上作为下磁极铁芯（7）磁路的一部分；在下磁极铁芯（7）的上磁极铁芯安装平面上安装上磁极铁芯（8），在上磁极铁芯（8）上安装上磁极永磁体（6），由上磁极永磁体（6）和上磁极铁芯（8）构成上磁极；下磁极的绝缘试样安装平面与上磁极永磁体下平面之间留d=10mm~40mm的气隙，下磁极永磁体（5）的S极和上磁极永磁体（6）的N极相对，通过下磁极铁芯（7）和上磁极铁芯（8）构成的磁路，在绝缘试样安装平面上方的气隙处形成气隙长度d=10mm~40mm的气隙磁场；
三、下磁极铁芯（7）的绝缘试样安装平面为裸露的金属导电平面，该平面应平整光滑无毛刺；在绝缘试样安装平面的两端设置绝缘试样导体引线区绝缘板（9）；绝缘试样导体引线区绝缘板（9）与绝缘试样安装平面高度相同，绝缘试样导体引线区绝缘板（9）与下磁极铁芯之间的耐电压值为10~20kV，耐热性能250~300℃；绝缘试样（3）安放在下磁极铁芯（7）的绝缘试样安装平面上，利用固定装置（4）对绕组绝缘试样（3）进行固定；
四、脉冲电流源（2）电流值I F在0~100A之间调节，脉冲频率f IF在1kHz~20kHz之间调节，选择双极性或单极性脉冲电流中的一种电流波形输出；利用高温导线将脉冲电流源（2）的I+输出端接绝缘试样（3）的导体的F端，利用高温导线将脉冲电流源（2）的另一输出端I-接绝缘试样（3）的导体的B端，使绝缘试样（3）的导体中流过脉冲电流IF，在磁场中产生电磁作用力F=f(IF)；
五、脉冲电压源（1）电压峰值UP在100V~3000V之间调节，脉冲频率fUF在1kHz~20kHz之间调节，选择双极性或单极性脉冲电压中的一种电压波形输出；利用高压导线将脉冲电压源（1）的一个输出端U+通过限流电阻RX连接到绕组绝缘试样（3）的导体的B端，利用高压导线将脉冲电压源（1）的U-端连接到下磁极铁芯（7）的G点，G点接地，从而在绝缘试样（3）与下磁极的绝缘试样安装平面之间施加脉冲电应力；
六、将绝缘试样（3）以及与之连接的高温导线和高压导线、固定装置（4）、下磁极铁芯（7）及下磁极永磁体（5）和上磁极铁芯（8）及上磁极永磁体（6）置于能设定并能控制温度的均匀温度场中，获得温度应力；
所述绝缘试样（3）为线圈绕组或绕组模型绝缘试样。
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Assignee: Liuzhou Liudi Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000093

Denomination of invention: Method of generating electromagnetic force stress in accelerated aging life test of winding insulation sample

Granted publication date: 20171212

License type: Common License

Record date: 20221121