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贾汪聚酰亚胺加热膜老化过程中的表面放电特性

作者: 692 次浏览 时间:2019-12-26

信息摘要:...

聚酰亚胺(polyimide,PI)加热膜作为特殊工程塑料在变频电机绝缘设计中得到了广泛应用,方波脉冲电压下的局部放电是造成变频电机绝缘系统失效的主要原因之一。动力电池加热片聚酰亚胺,是综合性能更佳的有机高分子材料之一。其耐高温达400℃以上 ,长期使用温度范围-200~300℃,部分无明显熔点,高绝缘性能,103 赫下介电常数4.0,介电损耗仅0.004~0.007,属F至H。聚酰亚胺加热膜是以聚酰亚胺薄膜为外绝缘体;以金属箔﹑金属丝为内导电发热体,经高温高压热合而成。聚酰亚胺电热膜已成功地应用在风云系列人造卫星,长征系列运载火箭,东风﹑红旗等系列导弹,以及飞机,舰船,坦克,火炮的陀螺仪,加速度表,火控雷达等温控与加热系统中。为探讨放电对电机绝缘的损伤作用过程,基于ASTM 2275 01 标准设计一套表面放电老化试验系统,并对PI 加热膜进行老化试验。表面放电使介质表面碳化,增加了PI 加热膜的表面电导率,这对表面放电活性有较大的影响;借助扫描电子显微镜观察了不同放电老化阶段下PI 加热膜表面及横截面的微观形貌,发现PI 加热膜的降解是从试样表面逐渐向内部发展的过程; 采用傅里叶红外光谱(Fourier transform infraredspectroscopy,FTIR)分析了PI 加热膜在老化前后的FTIR 图谱,发现PI 分子主链上的醚键(C-O-C)和酰亚胺环(C-N-C)键在放电老化作用下断裂,表面放电侵蚀造成有机分子链断裂是聚合物降解的本质原因。

变频电机以其控制方便、节能降耗等优点,在高速铁路、船舶、家用电器等领域得到了广泛的应用。变频调速牵引电机是高速动车组的关键设备之一,其性能直接影响动车组的稳定性和可靠性。变频调速牵引电机通常采用脉宽调制(脉冲宽度调制,PWM)驱动。输出脉宽调制电压具有上升幅度陡、频率高[3≤4]的特点。大量研究表明,局部放电(局部放电,PD)是变频调速牵引电动机绝缘损坏的主要原因。目前,对脉冲方波电压下的局部放电测量技术和利用局部放电参数表征绝缘状态的研究较多,但对电机绝缘材料本身在老化过程中的微观结构和形貌演变的研究较少。

局部放电产生的高能带电质点、热效应、活性物质以及紫外光辐射效应等共同对有机分子结构造成破坏,促使绝缘材料降解并导致其绝缘性能下降。利用先进材料分析手段(如:扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、原子力显微镜、表面台阶仪、X 光电子能谱等),可从结构、物相、生成物等方面对放电老化后的绝缘材料进行研究。目前局部放电对固体绝缘材料侵蚀的研究主要集中在硅橡胶及其复合材料、环氧树脂及其复合材料[17-23]、聚丙烯[24-25]、聚酰胺及其复合材料 、油纸绝缘[28-30] 等。


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