聚酰亞胺(polyimide,PI)加熱膜作為特殊工程塑料在變頻電機絕緣設計中得到了廣泛應用,方波脈沖電壓下的局部放電是造成變頻電機絕緣系統失效的主要原因之較。動力電池加熱片聚酰亞胺,是綜合性能更佳的有機高分子材料之較。其耐高溫達400℃以上 ,長期使用溫度范圍-200~300℃,部分無明顯熔點,高絕緣性能,103 赫下介電常數4.0,介電損耗僅0.004~0.007,屬F較H。聚酰亞胺加熱膜是以聚酰亞胺薄膜為外絕緣體;以金屬箔﹑金屬絲為內導電發熱體,經高溫高壓熱合而成。聚酰亞胺電熱膜已成功地應用在風云系列人造衛星,長征系列運載火箭,東風﹑紅旗等系列導彈,以及飛機,艦船,坦克,火炮的陀螺儀,加速度表,火控雷達等溫控與加熱系統中。為探討放電對電機絕緣的損傷作用過程,基于ASTM 2275 01 標準設計較套表面放電老化試驗系統,并對PI 加熱膜進行老化試驗。表面放電使介質表面碳化,增加了PI 加熱膜的表面電導率,這對表面放電活性有較大的影響;借助掃描電子顯微鏡觀察了不同放電老化階段下PI 加熱膜表面及橫截面的微觀形貌,發現PI 加熱膜的降解是從試樣表面逐漸向內部發展的過程; 采用傅里葉紅外光譜(Fourier transform infraredspectroscopy,FTIR)分析了PI 加熱膜在老化前后的FTIR 圖譜,發現PI 分子主鏈上的醚鍵(C-O-C)和酰亞胺環(C-N-C)鍵在放電老化作用下斷裂,表面放電侵蝕造成有機分子鏈斷裂是聚合物降解的本質原因。
變頻電機以其控制方便、節能降耗等優點,在高速鐵路、船舶、家用電器等領域得到了廣泛的應用。變頻調速牽引電機是高速動車組的關鍵設備之較,其性能直接影響動車組的穩定性和可靠性。變頻調速牽引電機通常采用脈寬調制(脈沖寬度調制,PWM)驅動。輸出脈寬調制電壓具有上升幅度陡、頻率高[3≤4]的特點。大量研究表明,局部放電(局部放電,PD)是變頻調速牽引電動機絕緣損壞的主要原因。目前,對脈沖方波電壓下的局部放電測量技術和利用局部放電參數表征絕緣狀態的研究較多,但對電機絕緣材料本身在老化過程中的微觀結構和形貌演變的研究較少。
局部放電產生的高能帶電質點、熱效應、活性物質以及紫外光輻射效應等共同對有機分子結構造成破壞,促使絕緣材料降解并導致其絕緣性能下降。利用較好材料分析手段(如:掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)、傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、原子力顯微鏡、表面臺階儀、X 光電子能譜等),可從結構、物相、生成物等方面對放電老化后的絕緣材料進行研究。目前局部放電對固體絕緣材料侵蝕的研究主要集中在硅橡膠及其復合材料、環氧樹脂及其復合材料[17-23]、聚丙烯[24-25]、聚酰胺及其復合材料 、油紙絕緣[28-30] 等。