随着电力电子技术的发展,变频调速交流传动系统在牵引机车中得到广泛应用。但采用该系统后,逆变器输出的PWM(脉冲宽度调制)高压方波脉冲的上升沿很陡、频率很高,导致在PWM脉冲电压下牵引电机绝缘过早失效。传统交流电机绝缘设计方法和理论已不完全适用于变频调速电机,因此对变频电机绝缘技术进行系统的研究迫在眉睫。已报道的研究成果大多以散绕组变频电机为研究对象,对成型绕组变频电机的研究很少。本论文在总结国内外变频电机绝缘技术研究成果的基础上,以影响变频牵引电机绝缘老化的两个主要因素:局部放电(PD)和空间电荷为具体的研究对象,详细地研究了变频牵引电机绝缘的局部放电和空间电荷的行为及机理,老化特征及表征参量等。通过这些研究,将极大地促进变频条件下绝缘老化和击穿理论的发展,使变频调速技术应用前景更加广泛。设计了一种新的脉冲电压下局部放电测量系统和统计分析软件。采用高频响应特性较好的NiZn铁芯材料,采用小波包算法来分解传感器输出信号,从而去除脉冲电压快速上升和下降过程所带来的干扰,提取出脉冲电压下的局部放电信号。根据工频电压下局部放电分析方法,通过时间开窗和统计,使用专用的脉冲电压下局部放电分析软件可得到脉冲电压下的各种放电谱图,以便更深入分析脉冲电压下的局部放电行为和机理。对脉冲电压下的空间电荷测量方法、影响因素进行了讨论,并研究了脉冲电压波形参数对空间电荷行为的影响。设计了基于电声脉冲法的空间电荷分布直接测量系统和热刺激电流测量系统。讨论了陷阱参数的计算方法,对比了高斯拟合和动力学方程拟合对活化能计算的影响。对不同脉冲频率老化对绝缘微观结构的影响进行了讨论,聚酰亚胺膜的寿命主要与高温峰的活化能和电荷量有关,低温峰的活化能和电荷量对试样的寿命影响不大,脉冲电压下,活化能可能随老化程度加剧而减小。根据空间电荷测量结果,分析了不同的脉冲频率、电压幅值、电压极性、脉冲电压上升时间和绝缘层数对空间电荷行为的影响。研究了不同参数的脉冲电压对纳米和非纳米聚酰亚胺膜、电机定子绕组的绞线对试样的局部放电行为的影响。分析了不同参数的脉冲电压对不同绝缘材料的局部放电起始放电电压(PDIV)、局部放电参量(平均放电量和放电次数)、相位分辨模式的影响,脉冲频率增加和电压上升时间的缩短都会导致反向电场作用增强,从而导致局部放电行为的差异。此外,通过扫描电镜(SEM)和局部放电分析结果,纳米膜具有三层结构,表层纳米颗粒导致其表面电导率大,能削弱局部放电作用,而且表面的纳米颗粒层具有良好的保护作用,导致放电对绝缘内部损伤较小。为探讨高压方波脉冲下绝缘的加速老化机理和老化特征,对电机定子绕组的绞线对试样进行了老化。比较分析了脉冲电压和工频电压下样本老化特征的不同,脉冲电压下老化后样本很容易出现“放电丛”现象,该现象主要是由于脉冲电压下较强的反向电场作用而导致。对匝间和对地绝缘样本在脉冲电压下老化后的矩特征参量进行了对比分析,其平均放电量的偏斜度和老化时间存有联系。