CN106569111A - 电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化实验电磁作用力产生方法 - Google Patents

电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化实验电磁作用力产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化实验电磁作用力产生方法。建立一个实验装置，包括高压脉冲电源、柔性高压线、上电极、下电极和励磁电源；电工绝缘薄膜式样放置在上下电极导电平面之间。由励磁电源给下电极的励磁线圈施加脉冲励磁电流对电极中间的电工绝缘薄膜式样产生电磁机械作用力，通过控制脉冲励磁电流的幅值和周期控制电磁作用力的大小和周期。在上电极和下电极之间施加电应力，将上电极、下电极和电工绝缘薄膜试样放置在温度可控的均匀温度场中产生所需要的热应力。本发明除电应力和温度应力外再添加电磁作用力这个应力因子，更完整反映电气设备运行中绝缘承受的应力环境，更准确地研究脉冲电应力环境下绝缘老化规律。

Description

电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化实验电磁作用力产生方法
技术领域
本发明涉及一种电工绝缘薄膜脉冲电应力绝缘加速老化寿命试验中电磁作用力的一种产生方法。
背景技术
电工绝缘薄膜是一种重要的电工基础材料，它的性能与电气寿命直接影响电气装备的寿命和运行安全。电工绝缘薄膜的寿命主要受电应力、热应力、电磁机械作用力的影响。为了快速获得电工绝缘薄膜的电寿命信息，需要模拟电气装备运行过程电工绝缘薄膜承受的应力环境，在不改变绝缘失效机理的前提下，通过适当增加电工绝缘薄膜承受的应力值来加速电工绝缘薄膜的老化过程，通过与参照电工绝缘薄膜试样的对比确认被试电工绝缘薄膜寿命性能的优劣和改进程度，或利用寿命模型估计电工绝缘薄膜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，这些应用领域中电工绝缘薄膜承受的是持续的高频脉冲电压和相应的电磁机械作用力。脉冲电压的幅值及脉冲边沿电压变化率、脉冲频率、温度、电磁机械作用力是影响绝缘薄膜老化速度的主要应力。当前使用的脉冲电应力绝缘薄膜加速老化实验装置只包含脉冲电压的幅值和频率、温度三个应力因子，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，还没有考虑电磁机械作用力产生的机械应力对绝缘老化速度的影响，以这些研究为基础建立的绝缘寿命模型也没有考虑电磁作用力的影响。
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，以及热应力和电磁作用产生的机械应力是影响绝缘寿命的主要应力。当前的电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化寿命试验方法是将电工绝缘薄膜试样放置于上下电极之间，在上下电极上施加脉冲电压获得加速老化所需要的脉冲电应力，将试样及上下电极置于可控温度的均匀温度场中获得所需要的热应力，尚不包含电磁作用力这个应力因子。
发明内容
本发明的目的是为电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化寿命试验提供一种大小和频率可调的电磁作用力产生方法，从而构建能更完整模拟电气设备真实应力环境的电工绝缘薄膜脉冲电压绝缘加速老化寿命试验装置。
具体步骤为：
一、建立一个实验装置，包括高压脉冲电源、柔性高压线、上电极、下电极和励磁电源；上电极是圆柱形软磁材料制成的导体，具有一个经研磨的导电平面，电磁吸盘下电极包括分割成N-S磁极的导电软磁体和励磁线圈，下电极具有一个经研磨的导电平面，励磁线圈与下电极软磁体之间的绝缘电压不低于AC20kV；下电极水平放置导电平面向上，上电极的导电平面向下放置在下电极上方。
二、电工绝缘薄膜试样放置在上下电极导电平面之间，由上电极的自重和上下电极间的电磁作用力将绝缘薄膜试样上压紧在下电极平面上；励磁电源给下电极的励磁线圈通入脉冲励磁电流if(t)将产生脉冲性电磁作用力FC＝f(if)，位于上下电极之间的电工绝缘薄膜试样4受到电磁机械作用力F是上电极自重产生的作用力F0和电磁作用力FC的合力F＝F0+FC＝F0+f(if)，由于F0＜＜FC＝f(if)，F＝f(if)，通过调整励磁电源输出的励磁电流的幅值If，和周期Tf，就能产生大小在0.1kg～50kg和周期在0.05mS～100ms调节的电磁机械应力，选择的最大作用力不得造成绝缘薄膜试样的直接机械损伤。
三、高压脉冲电源的Pu输出端和PD输出端分别连接到上电极和下电极上为绝缘薄膜试样提供脉冲电压幅值UP和脉冲周期TP能调节的脉冲电压以获得脉冲电应力加速老化所需要的脉冲电应力；将绝缘薄膜试样连同上下电极一起放置在温度能控制的均匀温度场中，获得实验所需要的热应力。
本发明除电应力和温度应力外再添加电磁作用力这个应力因子，将能更完整地反映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。
附图说明
图1为本发明的试验方法原理图。
图中标记：1-高压脉冲电源；2-柔性高压线；3-上电极；4-绝缘薄膜试样；5-下电极：6-下电极的励磁线圈；7-励磁电源。
图2为本发明实施例的上电极示意图，上图为侧视图，下图为横截面图，标记为A的螺纹孔用于接高压脉冲电源1的PU输出端的柔性高压线2。
图3为本发明实施例的下电极的电磁铁磁极分布图，图中标记为B的部分填充铜导体分割电磁铁的N-S磁极，铜导体与N-S极的软磁导体一起构成放置绝缘薄膜试样的光滑平面，其中标记为C的螺纹孔用于高压脉冲电源1的PD输出端，标记为PG的螺纹孔用于接地。
具体实施方式
实施例：
一、建立一个实验装置，包括高压脉冲电源1、柔性高压线2、上电极3、下电极5和励磁电源7。
二、上电极3是由软磁导体材料制作圆柱体，外径25mm，高度25mm，在上电极3上部标记为A的位置设置M4螺纹孔用于连接高压脉冲电源1的PU输出端，上电极3的下部平面倒角并研磨作为绝缘薄膜试样4导电接触面。
三、下电极5由分割成N-S极的软磁导体材料和嵌入的励磁线圈6构成，分割为N-S极的上部平面的磁极宽度3～6mm，N-S极间用宽度约2.5mm的黄铜分隔，如附图3所示。下电极5的上部平面是经研磨平整的光滑导电平面，薄膜绝缘试样4放置在该导电平面上。
四、绝缘薄膜试样4放置在上电极3和下电极5之间，励磁电源7为下电极5的励磁线圈6提供脉冲励磁电流if(t)，产生的脉冲性电磁作用力；励磁电源7是脉冲周期Tf和脉冲电流值If能调节的脉冲电流源，脉冲周期Tf在0.05mS～100ms之间调节，脉冲电流If在0～20A之间调节，通过控制脉冲周期Tf和脉冲电流If控制绝缘薄膜试样4承受的机械应力。最大电磁作用力0.1kg≤FCMAX≤50kg，试验时依据绝缘薄膜试样4的特性选择电流If，使机械应力能够模仿绝缘薄膜正常使用时承受的机械应力又不造成绝缘薄膜试样的直接机械损伤。
五、高压脉冲电源1电压峰值UP在200V～3000V之间能调节，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。高压脉冲电源1的一个输出端PU通过限流电阻RX连接到上电极3在A处的螺纹孔，高压脉冲电源1的PD输出端连接到下电极在C处的螺纹孔，从而在绝缘薄膜试样的上下电极之间施加脉冲电应力。
六、将下电极5、绝缘薄膜试样4和上电极3组成的试样组件置至于能设定并能控制温度的均匀温度场中，获得所需要的温度应力。

Claims (1)

1.一种电工绝缘薄膜脉冲电压加速老化实验电磁作用力产生方法，其特征在于具体步骤为：
一、建立一个实验装置，包括高压脉冲电源(1)、柔性高压线(2)、上电极(3)、下电极(5)和励磁电源(7)；上电极(3)是圆柱形软磁材料制成的导体，具有一个经研磨的导电平面，电磁吸盘下电极(5)包括分割成N-S磁极的导电软磁体和励磁线圈(6)，下电极(5)具有一个经研磨的导电平面，下电极(5)的励磁线圈(6)与下电极(5)的软磁体之间的绝缘电压不低于AC20kV；下电极(5)水平放置导电平面向上，上电极(3)的导电平面向下放置在下电极(5)上方；
二、电工绝缘薄膜试样(4)放置在上电极(3)、下电极(5)导电平面之间；由励磁电源(7)给下电极(5)的励磁线圈(6)提供脉冲励磁电流，通过调节脉冲励磁电流的幅值和周期，产生大小在0.1kg～50kg和周期在0.05mS～100ms能调节的电磁机械应力；
三、高压脉冲电源(1)的PU输出端和PD输出端分别连接到上电极(3)和下电极(5)上为绝缘薄膜试样(4)提供脉冲电压幅值UP和脉冲周期TP能调节的脉冲电压，以获得脉冲电应力加速老化所需要的脉冲电应力；
四、将绝缘薄膜试样(4)连同上下电极(5)一起放置在温度能控制的均匀温度场中，获得实验所需要的热应力。
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Application publication date: 20170419

Assignee: Liuzhou Liudi Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000094

Denomination of invention: Method of generating electromagnetic force in accelerated aging test of electrical insulating film by pulse voltage

Granted publication date: 20190604

License type: Common License

Record date: 20221121