局部放電對聚酰亞胺薄膜的損傷特性及材料改性研究.pdf

1、高速鐵路以其快速、高效、環(huán)保等諸多優(yōu)點已受到世界各國的青睞。變頻調(diào)速牽引電機是高速動車組的動力來源，其穩(wěn)定性和可靠性是保障動車組安全運行的關(guān)鍵。變頻牽引電機的匝間絕緣材料聚酰亞胺薄膜(polyimide，PI)長期承受脈寬調(diào)制(PWM)高頻方波脈沖電壓的持續(xù)沖擊，其陡峭的上升沿和高頻率等特點導(dǎo)致牽引電機絕緣處于嚴酷的電氣環(huán)境中，絕緣過早失效時有發(fā)生，因此對變頻調(diào)速牽引電機絕緣技術(shù)進行系統(tǒng)的研究顯得尤為重要。前期研究主要從電氣角度出發(fā)探索

2、變頻電機的絕緣失效機理，對電機匝間絕緣材料本身在老化過程中的微觀降解規(guī)律和機理研究較少。
　　本文研究了老化過程中PI材料微觀結(jié)構(gòu)和形貌的變化規(guī)律，探索了PI薄膜的微觀降解機理;同時制備了PI/Al2O3納米復(fù)合電介質(zhì)，主要開展的研究工作如下:
　　(1)基于高頻方波脈沖電壓下的局部放電檢測系統(tǒng)，分析了PI普通膜和PI納米膜在不同溫度環(huán)境中的局部放電參量;研究了單層膜、雙層膜及三層膜在不同溫度環(huán)境中的擊穿特性，對比分析了普通

3、膜和納米膜的擊穿強度與試驗溫度的關(guān)系，探究了納米膜具有更優(yōu)異高溫穩(wěn)定性的原因;采用分子模擬技術(shù)探索了PI的熱降解過程，發(fā)現(xiàn)了聚酰亞胺分子主鏈在熱作用下易于斷裂的分子鍵，揭示了PI分子鏈的熱降解機理。
　　(2)利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了PI薄膜表面及橫截面微觀形貌的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)PI薄膜的降解是從試樣表面逐漸向內(nèi)部發(fā)展的過程;之后，采用傅里葉紅外光譜(FTIR)研究了PI薄膜在老化前后的紅外光圖譜，發(fā)現(xiàn)PI分子主鏈上的醚鍵

4、(C-O-C)和酰亞胺環(huán)(C-N-C)鍵在局部放電老化作用下斷裂，局部放電侵蝕造成有機分子鏈斷裂是聚合物降解的本質(zhì)原因;高相位出現(xiàn)的局部放電叢可作為變頻電機繞組匝間絕緣失效的標志。摻雜的納米粒子改善了介質(zhì)材料耐局部放電的能力。
　　(3)采用原位聚合法制備了分散狀態(tài)良好的PI/Al2O3納米復(fù)合薄膜，并測試了復(fù)合薄膜的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切與頻率、溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)復(fù)合薄膜的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切隨納米粒子含量的增加而增加，且表