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局部放电对聚酰亚胺薄膜的损伤特性及材料改性研究
| 论文题名： | 局部放电对聚酰亚胺薄膜的损伤特性及材料改性研究 |
| 关键词： | 高速动车组;牵引电机;聚酰亚胺薄膜;局部放电;损伤特性;材料改性 |
| 摘要： | 高速铁路以其快速、高效、环保等诸多优点已受到世界各国的青睐。变频调速牵引电机是高速动车组的动力来源，其稳定性和可靠性是保障动车组安全运行的关键。变频牵引电机的匝间绝缘材料聚酰亚胺薄膜(polyimide，PI)长期承受脉宽调制(PWM)高频方波脉冲电压的持续冲击，其陡峭的上升沿和高频率等特点导致牵引电机绝缘处于严酷的电气环境中，绝缘过早失效时有发生，因此对变频调速牵引电机绝缘技术进行系统的研究显得尤为重要。前期研究主要从电气角度出发探索变频电机的绝缘失效机理，对电机匝间绝缘材料本身在老化过程中的微观降解规律和机理研究较少。 本文研究了老化过程中PI材料微观结构和形貌的变化规律，探索了PI薄膜的微观降解机理;同时制备了PI/Al2O3纳米复合电介质，主要开展的研究工作如下: (1)基于高频方波脉冲电压下的局部放电检测系统，分析了PI普通膜和PI纳米膜在不同温度环境中的局部放电参量;研究了单层膜、双层膜及三层膜在不同温度环境中的击穿特性，对比分析了普通膜和纳米膜的击穿强度与试验温度的关系，探究了纳米膜具有更优异高温稳定性的原因;采用分子模拟技术探索了PI的热降解过程，发现了聚酰亚胺分子主链在热作用下易于断裂的分子键，揭示了PI分子链的热降解机理。 (2)利用扫描电子显微镜(SEM)观察了PI薄膜表面及横截面微观形貌的变化规律，发现PI薄膜的降解是从试样表面逐渐向内部发展的过程;之后，采用傅里叶红外光谱(FTIR)研究了PI薄膜在老化前后的红外光图谱，发现PI分子主链上的醚键(C-O-C)和酰亚胺环(C-N-C)键在局部放电老化作用下断裂，局部放电侵蚀造成有机分子链断裂是聚合物降解的本质原因;高相位出现的局部放电丛可作为变频电机绕组匝间绝缘失效的标志。掺杂的纳米粒子改善了介质材料耐局部放电的能力。 (3)采用原位聚合法制备了分散状态良好的PI/Al2O3纳米复合薄膜，并测试了复合薄膜的介电常数、介质损耗角正切与频率、温度的关系，发现复合薄膜的介电常数和介质损耗角正切随纳米粒子含量的增加而增加，且表现出较明显的频率依赖性和温度依赖性;复合薄膜的击穿场强随纳米粒子的增加而降低，但增加了其耐局部放电寿命。热作用不同程度地降低了复合薄膜的击穿场强和绝缘寿命。 |
| 作者： | 罗杨 |
| 专业： | 高电压与绝缘技术 |
| 导师： | 吴广宇 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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