电动汽车驱动电机绝缘剩余寿命在线诊断关键技术研究

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电动汽车用驱动电机使用电力进行驱动,驱动电机工作在PWM控制方式。相对于传统汽车,电动车辆具有环境污染小、噪音低、能效高等优点,随着清洁能源发电和新能源发电等技术的进步,电力来源日趋丰富,电力生产对环境的影响日趋减小,电动车的优势更趋显著。驱动电机是电动车的重要部件,绝缘失效是导致电机故障的最主要原因。电动车驱动电机工作可达750V的PWM控制方式,绝缘故障特别是对地(铁芯)绝缘故障不仅影响车辆运行,且会直接威胁到乘员的健康和生命安全,因此对电动汽车驱动电机的绝缘和运行过程的绝缘寿命监测提出了更高的要求。  国内外对变频电机绝缘技术的研究成果也有一定的积累,特别是对绝缘老化机理认识和绝缘寿命模型的研究,但大多以大型机车用驱动电机绝缘为研究对象,针对电动汽车驱动电机的绝缘剩余寿命模型与绝缘剩余寿命在线检测的研究还较少。为了对电动汽车的驱动电机绝缘剩余寿命进行研究,本文在结合国内外针对电动汽车用驱动电机绝缘研究的基础上,以电动汽车驱动电机为对象,开展了相关方面的研究。  首先,结合国内外研究现状,分析了现有的电机绝缘寿命模型与绝缘的在线检测原理,根据电动汽车用驱动电机特性,分析了引起驱动电机绝缘故障的几种主要老化因子;同时,本文根据建立的电机绝缘简化模型给出了绝缘电阻的求解方程推导,针对简化模型给出实验模型以及以绝缘电阻为测量目标的理论分析。  为了对上述实验模型经行验证,需要对试样的绝缘寿命失效时间进行分析,以及需要获得接近绝缘失效的试样;论文设计了一套基于级联式高频方波脉冲的绝缘试样老化实验装置,在实验装置上模拟电机的电应力环境对试样进行全剩余寿命实验。实验装置首先利用电力电子技术研制了一套电压可调、具有高隔离度的0~500V直流开关电源一套高隔离度的辅助电源、高频脉冲电压和用于输出脉冲参数控制的基于嵌入式的脉冲控制电路。0~500V的直流电源经过高频脉冲电路输出频率、占空比、电压可调的双极性方波脉冲电压;基于STM32F103脉冲控制电路为每级方波脉冲模块提供同步的控制信号,多级高频方波脉冲经过级联获得0~4kV、f=1kHz~20kHz、上升沿与下降沿小于90ns、最大占空比50%的寿命老化实验所需方波脉冲电压。  试样的绝缘电阻作为材料绝缘失效指标的一项重要指标。论文根据理论推导设计了一种用于双极性方波脉冲电压绝缘寿命实验的漏电流检测电路。利用该电路把回路电流中的等效电容过渡过程电流剔除,只对绝缘漏电流测量信号,反映当前试样绝缘电阻的状况;实验结果发现试样绝缘电阻在老化过程中依据绝缘电阻变化速率可分为三个阶段,且在绝缘寿命后期绝缘电阻的变化率明显增大,且伴随的绝缘电阻的跳动过程。
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