本發(fā)明涉及一種電工絕緣薄膜脈沖電應(yīng)力絕緣加速老化壽命試驗中電磁作用力的一種產(chǎn)生裝置。

背景技術(shù)：

電工絕緣薄膜是一種重要的電工基礎(chǔ)材料，它的性能與電氣壽命直接影響電氣裝備的壽命和運行安全。電工絕緣薄膜的壽命主要受電應(yīng)力、熱應(yīng)力、電磁機械作用力的影響。為了快速獲得電工絕緣薄膜的電壽命信息，需要模擬電氣裝備運行過程電工絕緣薄膜承受的應(yīng)力環(huán)境，在不改變絕緣失效機理的前提下，通過適當增加電工絕緣薄膜承受的應(yīng)力值來加速電工絕緣薄膜的老化過程，通過與參照電工絕緣薄膜試樣的對比確認被試電工絕緣薄膜壽命性能的優(yōu)劣和改進程度，或利用壽命模型估計電工絕緣薄膜在正常使用應(yīng)力環(huán)境下的壽命信息。當前電機的速度控制和新能源發(fā)電的勵磁控制等廣泛使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，這些應(yīng)用領(lǐng)域中電工絕緣薄膜承受的是持續(xù)的高頻脈沖電壓和相應(yīng)的電磁機械作用力。脈沖電壓的幅值及脈沖邊沿電壓變化率、脈沖頻率、溫度、電磁機械作用力是影響絕緣薄膜老化速度的主要應(yīng)力。當前使用的脈沖電應(yīng)力絕緣薄膜加速老化實驗裝置只包含脈沖電壓的幅值和頻率、溫度三個應(yīng)力因子，主要用于研究脈沖電壓幅值、脈沖頻率、溫度這些應(yīng)力因子對絕緣壽命的影響，還沒有考慮電磁機械作用力產(chǎn)生的機械應(yīng)力對絕緣老化速度的影響，以這些研究為基礎(chǔ)建立的絕緣壽命模型也沒有考慮電磁作用力的影響。

脈沖電壓應(yīng)用環(huán)境下，脈沖電壓的幅值和脈沖邊沿電壓變化率、脈沖頻率等電應(yīng)力，以及熱應(yīng)力和電磁作用產(chǎn)生的機械應(yīng)力是影響絕緣壽命的主要應(yīng)力。當前的電工絕緣薄膜脈沖電壓加速老化壽命試驗方法是將電工絕緣薄膜試樣放置于上下電極之間，在上下電極上施加脈沖電壓獲得加速老化所需要的脈沖電應(yīng)力，將試樣及上下電極置于可控溫度的均勻溫度場中獲得所需要的熱應(yīng)力，尚不包含電磁作用力這個應(yīng)力因子。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為電工絕緣薄膜脈沖電壓加速老化壽命試驗提供一種大小和頻率可調(diào)的電磁作用力產(chǎn)生方法，從而構(gòu)建能更完整模擬電氣設(shè)備真實應(yīng)力環(huán)境的電工絕緣薄膜脈沖電壓絕緣加速老化壽命試驗裝置。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：電工絕緣薄膜脈沖電壓加速老化實驗電磁作用力產(chǎn)生裝置，包括高壓脈沖電源、柔性高壓線、上電極、下電極和勵磁電源；上電極是圓柱形軟磁材料制成的導(dǎo)體，具有一個經(jīng)研磨的導(dǎo)電平面，電磁吸盤下電極包括分割成N-S磁極的導(dǎo)電軟磁體和勵磁線圈，下電極具有一個經(jīng)研磨的導(dǎo)電平面，勵磁線圈與下電極軟磁體之間的絕緣電壓不低于AC20kV；下電極水平放置導(dǎo)電平面向上，上電極的導(dǎo)電平面向下放置在下電極上方。

利用上述裝置進行實驗的步驟為：

一、電工絕緣薄膜試樣放置在上下電極導(dǎo)電平面之間，由上電極的自重和上下電極間的電磁作用力將絕緣薄膜試樣上壓緊在下電極平面上；勵磁電源給下電極的勵磁線圈通入脈沖勵磁電流i_f(t)將產(chǎn)生脈沖性電磁作用力F_C＝f(i_f)，位于上下電極之間的電工絕緣薄膜試樣受到電磁機械作用力F是上電極自重產(chǎn)生的作用力F₀和電磁作用力F_C的合力F＝F₀+F_C＝F₀+-f(i_f)，由于F0＜＜F_C＝f(i_f)，F(xiàn)＝f(i_f)，通過調(diào)整勵磁電源輸出的勵磁電流的幅值I_f，和周期T_f，就能產(chǎn)生大小在0.1kg～50kg和周期在0.05mS～100ms調(diào)節(jié)的電磁機械應(yīng)力，選擇的最大作用力不得造成絕緣薄膜試樣的直接機械損傷。

二、高壓脈沖電源的P_U輸出端和P_D輸出端分別連接到上電極和下電極上為絕緣薄膜試樣提供脈沖電壓幅值U_P和脈沖周期T_P能調(diào)節(jié)的脈沖電壓以獲得脈沖電應(yīng)力加速老化所需要的脈沖電應(yīng)力；將絕緣薄膜試樣連同上下電極一起放置在溫度能控制的均勻溫度場中，獲得實驗所需要的熱應(yīng)力。

本發(fā)明除電應(yīng)力和溫度應(yīng)力外再添加電磁作用力這個應(yīng)力因子，將能更完整地反映電氣設(shè)備運行過程中絕緣承受的應(yīng)力環(huán)境，更準確和全面地研究脈沖電應(yīng)力環(huán)境下絕緣老化規(guī)律。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的試驗方法原理圖。

圖中標記：1-高壓脈沖電源；2-柔性高壓線；3-上電極；4-絕緣薄膜試樣；5-下電極：6-下電極的勵磁線圈；7-勵磁電源。

圖2為本發(fā)明實施例的上電極示意圖，上圖為側(cè)視圖，下圖為橫截面圖，標記為A的螺紋孔用于接高壓脈沖電源1的P_U輸出端的柔性高壓線2。

圖3為本發(fā)明實施例的下電極的電磁鐵磁極分布圖，圖中標記為B的部分填充銅導(dǎo)體分割電磁鐵的N-S磁極，銅導(dǎo)體與N-S極的軟磁導(dǎo)體一起構(gòu)成放置絕緣薄膜試樣4的光滑平面，其中標記為C的螺紋孔用于高壓脈沖電源1的P_D輸出端，標記為P_G的螺紋孔用于接地。

具體實施方式

實施例：

電工絕緣薄膜脈沖電壓加速老化實驗電磁作用力產(chǎn)生裝置，包括高壓脈沖電源1、柔性高壓線2、上電極3、下電極5和勵磁電源7。上電極3是由軟磁導(dǎo)體材料制作圓柱體，外徑25mm，高度25mm，在上電極3上部標記為A的位置設(shè)置M4螺紋孔用于連接高壓脈沖電源1的P_U輸出端，上電極3的下部平面倒角并研磨作為絕緣薄膜試樣4導(dǎo)電接觸面。下電極5由分割成N-S極的軟磁導(dǎo)體材料和嵌入的勵磁線圈6構(gòu)成，分割為N-S極的上部平面的磁極寬度3～6mm，N-S極間用寬度約2.5mm的黃銅分隔，如附圖3所示。下電極5的上部平面是經(jīng)研磨平整的光滑導(dǎo)電平面，薄膜絕緣試樣4放置在該導(dǎo)電平面上。

利用上述裝置進行實驗的步驟為：

一、絕緣薄膜試樣4放置在上電極3和下電極5之間，勵磁電源7為下電極5的勵磁線圈6提供脈沖勵磁電流i_f(t)，產(chǎn)生的脈沖性電磁作用力；勵磁電源7是脈沖周期T_f和脈沖電流值I_f能調(diào)節(jié)的脈沖電流源，脈沖周期T_f在0.05mS～100ms之間調(diào)節(jié)，脈沖電流I_f在0～20A之間調(diào)節(jié)，通過控制脈沖周期T_f和脈沖電流I_f控制絕緣薄膜試樣4承受的機械應(yīng)力。最大電磁作用力0.1kg≤F_CMAX≤50kg，試驗時依據(jù)絕緣薄膜試樣4的特性選擇電流I_f，使機械應(yīng)力能夠模仿絕緣薄膜正常使用時承受的機械應(yīng)力又不造成絕緣薄膜試樣4的直接機械損傷。

二、高壓脈沖電源1電壓峰值U_P在200V～3000V之間能調(diào)節(jié)，脈沖頻率f_UF在1kHz～20kHz之間調(diào)節(jié)，選擇雙極性或單極性脈沖電壓中的一種電壓波形輸出。高壓脈沖電源1的一個輸出端P_U通過限流電阻RX連接到上電極3在A處的螺紋孔，高壓脈沖電源1的P_D輸出端連接到下電極在C處的螺紋孔，從而在絕緣薄膜試樣4的上下電極之間施加脈沖電應(yīng)力。

三、將下電極5、絕緣薄膜試樣4和上電極3組成的試樣組件置至于能設(shè)定并能控制溫度的均勻溫度場中，獲得所需要的溫度應(yīng)力。