絕緣介質(zhì)壽命記錄儀傳感器比較
因高速鐵路帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，國內(nèi)外投入了巨大的人力物力來發(fā)展高速鐵路。高速牽引機(jī)車是高速鐵路發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著大功率開關(guān)器件開發(fā)及應(yīng)用的出現(xiàn)，采用調(diào)節(jié)頻率和電壓的交流電機(jī)調(diào)速使電力機(jī)車牽引傳動(dòng)進(jìn)入了交流傳動(dòng)時(shí)代，而變頻電機(jī)又是電力牽引機(jī)車的核心裝置之一，故對(duì)變頻電機(jī)的研究尤為重要。
變頻電機(jī)工作在脈沖方波電壓下，工作環(huán)境特殊，絕緣結(jié)構(gòu)易遭破壞。在實(shí)際運(yùn)行中，變頻電機(jī)絕緣頻頻出現(xiàn)過早失效，而聚酰亞胺薄膜又是變頻電機(jī)的主絕緣材料，故研究聚酰亞胺薄膜在方波電壓下的絕緣壽命，需對(duì)其進(jìn)行加速老化壽命試驗(yàn)。因概率統(tǒng)計(jì)性，通常在一個(gè)特定試驗(yàn)條件下需要同時(shí)對(duì)多個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，若一一對(duì)試樣加壓，試驗(yàn)要耗費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性也會(huì)降低。擊穿信號(hào)的檢測(cè)是裝置關(guān)鍵部分之一。檢測(cè)擊穿信號(hào)的傳統(tǒng)方式通常采用電流互感器(T A)或高壓分壓器。但是在高壓脈沖方波下都存在不足。本文設(shè)計(jì)了基于熱敏檢測(cè)方式的多路監(jiān)控和記錄的壽命記錄裝置。
一、電流互感器
會(huì)對(duì)不同頻率下的方波電壓波形產(chǎn)生畸變。尤其是在較低頻率時(shí)，方波周期長，TA僅在上升沿和下降沿有感應(yīng)輸出，而在方波平頂區(qū)域輸出值衰減為0。故其感應(yīng)輸出幾乎完失去方波波形，見圖1。罔中C H 1為輸入方波，C H 2為TA輸出波形。其輸出脈沖電壓有效值小，不能可靠反應(yīng)擊穿信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，高壓脈沖電源輸出浮地當(dāng)高壓輸出電纜穿過TA但未加負(fù)載TA仍有很大輸出值。這是因本文中脈沖方波上升沿為2 s，頻率0．5H z~20 kH z，電壓波含有豐富的高頻分量而產(chǎn)生高頻感應(yīng)磁場(chǎng)，故TA仍會(huì)有感應(yīng)電壓輸出。此輸出值隨電壓和頻率變化很大，造成擊穿信號(hào)提取不可靠。因測(cè)試回路l 1的電流為nlA級(jí)，T A采集信號(hào)很容易受到干擾。實(shí)驗(yàn)中某支路擊穿時(shí)有大電流通過，此時(shí)開關(guān)切斷該支路。因脈沖電源存在升壓變壓器，將會(huì)在其它支路巾產(chǎn)生沖擊電流，見圖2。圖2中，將脈沖電源等效成理想脈沖電源與電感L串聯(lián)。當(dāng)試樣1發(fā)生擊穿時(shí)，L中電流劇增，K．切斷試樣1時(shí)，電流不能突變，大電流將分流到其它未擊穿支路，則會(huì)產(chǎn)生沖擊增量△，當(dāng)分流凹路越少時(shí)，△越可能造成開關(guān)的誤動(dòng)作。
二、高壓分壓器
采用高壓分壓器，通常使用的電阻或電容分壓，該法缺點(diǎn)在于測(cè)量回路和試驗(yàn)高壓回路有直接的電氣連接，閡試驗(yàn)系統(tǒng)高壓輸出浮地，在檢測(cè)回路中會(huì)出現(xiàn)高的電勢(shì)，存在安全隱患。在開斷擊穿支路時(shí)仍存在沖擊干擾，造成誤動(dòng)作。
三、新型傳感器
熱傳感器采用P T C熱敏電阻．25℃下零功耗電阻值為5.1 kfl。其熱響應(yīng)曲線見圖3。從圖3可知該P(yáng) T C電阻的熱響應(yīng)為非線性。從10～35℃變化率約為170Q℃，35～70℃變化率約為700Q℃。日常環(huán)境溫度在0～38℃問，為解決熱敏電阻的非線性響應(yīng)問題．呵通過信號(hào)處理方法調(diào)整如分溫度區(qū)段調(diào)整信n_增益。熱敏電阻與限流電阻的位置關(guān)系見圖4。限流電阻與試樣串聯(lián)在高壓回路中，路中的電流變化可從限流電阻溫度變化檢測(cè)到。因熱容存在限流電阻溫度不能突變且熱敏電阻響應(yīng)仔在熱傳導(dǎo)過程。故為了提高熱敏電阻隨限流電阻溫度變化的響應(yīng)速度，采用熱容量小的熱敏電阻和限流電阻。本文采用了小型PT C熱敏電阻和15 kfl、10 W高壓電阻，耐受溫度為100℃?！嫫鋯栍脤?dǎo)熱硅脂代替氣隙減小熱阻，提高響應(yīng)速度。因溫度不會(huì)突變．故高壓同路的短時(shí)沖擊電流造成的限流電阻溫升叮略。本文用的限流電阻為鍍金膜陶瓷高壓電阻，熱容約為1．089 kJ／(kg·K)，單只質(zhì)量為28 g，耗能為30.5 J。。設(shè)高壓回路中電源過沖電流i為500 m A，過沖時(shí)問t為1 I llS，則在限流電阻R上的耗散能量為：
以上過沖電流的參數(shù)均為保守估計(jì)，可知，過沖電流在限流電阻上引起的溫升<0.123℃，可略。裝置獲取試樣擊穿信號(hào)是通過檢測(cè)溫度變化，空間電磁場(chǎng)不會(huì)影響熱信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確度。故采用熱敏電阻作為傳感器不僅可避免電磁干擾和可消除電源沖擊干擾。且該檢測(cè)方式簡單可靠。傳感器與高壓回路無直接電氣連接安全性好。http://m.hrbxysm.com
