技术摘要：
本发明公开一种高频方波和正弦电压下磁件绝缘介质短时击穿测试方法。高频变压器一般采用环氧树脂进行浇注，高频非正弦电压、电流和高温环境会导致绝缘击穿。本发明的主要内容如下：考虑高频变压器典型工况，搭建了高频电场下绝缘短时击穿测试平台；测试平台包括高压电  全部
背景技术：
由于可再生能源与分布式发电的快速发展，电力电子变压器受到越来越多的关 注。高频变压器作为电力电子变压器的核心部件，起到电压隔离与能量交换的作用，其设计 开发、性能的稳定与否直接关系到整个系统的安全稳定运行。高频变压器是一种特殊的变 压器，其频率高、功率密度大。容量和电压等级相同时，高频变压器相比传统电力变压器体 积要小很多。另外，在电力电子变压器运行工况中，高频变压器所变换的不是正弦电压，而 是接近方波的高频脉冲电压。高频变压器的设计与传统电力变压器差异较大。高频变压器 的工作环境往往是高压、高频与高温的共同作用，同时电压包含复杂高频谐波成分。在运行 工况下，由于高频与谐波电压的共同作用，高频变压器铁芯、绕组和绝缘介质都会产生大量 的损耗，然而，高频变压器的体积较小，散热面积较小，最终就会导致高频变压器的热量不 断积累，温度上升，造成绝缘介质在高温高压中发生击穿，严重威胁高频变压器的安全稳定 工作。 高频变压器的设计主要包括磁芯材料、绕组安排、结构分析和绝缘设计。其中绝缘 介质材料与绝缘结构的性能是制约高频变压器性能的一个关键因素，传统变压器的绝缘设 计往往参考工频正弦电压和直流电场下的标准和经验，而高频变压器设计更加复杂，没有 标准和经验可循。另外，绝缘强度和耐压特性是高频变压器设计必须考虑的首要关键因素。 因此，本发明提出一种高频方波电压下磁件绝缘介质短时击穿测试方法，旨在为高压高频 变压器设计提供测试方法和实验基础。
技术实现要素：
本发明针对目前大容量电力电子变压器中高频变压器绝缘设计的基本问题，提出 一种高频变压器磁件绝缘介质短时击穿的测试方法，一方面，通过本方法获得磁件绝缘介 质击穿特性的变化规律，特别是频率和温度的影响；另一方面，为磁件短时失效提供数据分 析，为高频变压器绝缘设计提供重要实验基础。 为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案： 一种高压大容量电力电子变压器中高频变压器磁件绝缘介质短时击穿的实验测 试方法，所述的高频变压器磁件绝缘介质材料为环氧树脂。所述的实验测试平台主要包括 高压高频电源、测试单元、检测/采集单元和控制单元。高压大容量电力电子变压器中高频 变压器磁件绝缘介质短时击穿的实验测试方法包括以下具体步骤： 步骤1： 基于高频变压器典型运行工况特性，如高频方波电压，高温等，搭建绝缘介质材料 高频电场下的短时击穿测试平台。测试平台包括高压高频电源、电极和被测试样单元、保护 4 CN 111736048 A 说　明　书 2/5 页 模块、检测模块、数据采集单元、程序控制单元和屏蔽措施。 步骤2： 设置高压高频电源输出电压的起始值、最大值、频率和升压时间；选择击穿电压的 波形为方波或者正弦波；控制电压电压幅值由起始值连续升压至绝缘介质击穿为止。 步骤3： 连接并设置高压差分探头、高频电流探头，分别检测击穿实验时绝缘介质材料的 电压与电流实时波形； 步骤4： 设置示波器电压与电流信号的触发条件，采用边沿触发，采集击穿瞬间的电压与 电流波形； 步骤5： 将准备好的绝缘介质试样置于电极之间；避免试样边缘靠近电极，并通过电极上 方弹簧夹紧试样； 步骤6： 设置恒温油浴的温度为所需实验温度，将试样和电极放入油浴中保持稳定； 步骤7： 运行短时击穿测试实验，获取击穿实验数据并进行数据存储和处理。 作为对上述技术方案的进一步补充和完善，本发明还包括以下附加技术特征： 所述步骤1中环氧树脂绝缘介质材料高频电场下短时击穿测试平台包括高压高频 电源、电极和被测试样单元、保护模块、检测模块、数据采集单元、程序控制单元和屏蔽措 施。高压高频电源有数据采集卡、功率放大电路、高频变压器、驱动和保护电路组成；测试回 路中串联一个2MΩ电阻进行击穿后设备的限流保护；检测模块采用高压差分探头和高频电 流探头检测电压和电流波形。 进一步的：所述步骤2中设置的升压速率为1kV/s，且可控；电压频率最高可达 10kHz，其电源电压波形为占空比50％的方波或正弦波。实验过程中电压幅值逐渐增加，若 电压幅值上升至最高设定值试样仍然没有击穿，则增大电压幅值重新进行实验。 进一步的：所述步骤3中高压差分探头与绝缘介质是并联关系，高压差分探头测量 的实际电压与输出电压的比值是1500:1，输出电压通过同轴电缆连接至示波器，高频电流 探头线圈套在试样与地之间的低压连接线上，线圈在示波器上显示的是电压信号，分析时 将测量的电压信号转换为电流信号，转换关系为20mV/A。 进一步的：所述步骤4示波器的触发条件为脉冲边沿触发。 进一步的：所述步骤5的绝缘介质试样厚度为100μm，电极为球-球电极，材料为金 属铜，电极直径为25mm，上电极接高压电源，下电极接地。 进一步的：所述步骤6恒温加热单元包括恒温加热油浴、加热流动和温度控制单 元，其中恒温加热油浴具有内循环与加热功能，最高温度为200℃，硅油置于恒温加热油浴 箱体内。 进一步的：所述步骤7通过软件界面控制高频高压电源输出规定的电压波形，并进 行连续升压实验；通过示波器和采集显示击穿电压与电流波形；正弦波电压下的实验时，规 定以击穿时刻前一周期电压波形的有效值作为击穿电压数值，以击穿时刻第一个电流脉冲 5 CN 111736048 A 说　明　书 3/5 页 在时间上的积分作为击穿电流数值。高频方波电压下的击穿实验时，规定击穿时刻前方波 电压的最高幅值为击穿电压值。 本发明由于采取以上技术方案具有以下优点：1、本技术方案充分考虑电力电子变 压器中高频变压器绝缘介质的典型运行工况，高压电源可以输出的电压频率范围较大，最 高可达10kHz，输出最高电压可达10kV，电压波形可选为方波或者正弦，覆盖高频变压器的 典型运行工况。2、本技术方案可以实现不同温度下的绝缘介质短时击穿测试，最高实验温 度可达200℃，覆盖高频变压器的运行温度工况。3、本技术方案可以实现绝缘介质短时击穿 时刻电压与电流的波形采集与数据分析处理。 附图说明 图1是短时击穿测试平台组成示意图。 图2示波器采集得到的方波电压下击穿电压波形。 图3示波器采集得到的正弦电压下击穿电压波形。 图4示波器采集得到的击穿电流波形。