- Towards a partial discharge free insulation system for the More Electrical Transportation
- Lusuardi, Luca <1991>
Subject
- ING-IND/33 Sistemi elettrici per l'energia
Description
- Currently, electric motor manufacturers install a ground and turn insulation capable of withstanding normal operating voltages without exceeding the dielectric strength of the air. If the electric field generated during operation exceeds this characteristic quantity, there are pre-discharge phenomena, which accelerate the degradation of the insulation and therefore lead to a shortening of the useful life of the machine. The main objective of this thesis was to develop a model capable of determining the so-called Partial Discharge Inception Voltage for random-wound machines and to facilitate the design of their electrical insulation system. In addition to this, an in-depth study was carried out on how to improve the qualification process of electric motors and actuators intended for use in the world of More Electric Transportation. First, it was considered how to effectively test the insulation systems of random-wound electrical machines to prove that they are PD-free. Subsequently, the impact of thermo-mechanical stress due to frequent speed and torque variations was studied. Finally, the impact of partial discharges on insulation at different altitudes was investigated to better understand the potential risk these can have on the correct operation of the machine, since it is easier to trigger them at pressures above sea level. Ultimately, this thesis seeks to provide various tools for a complete study of the reliability of the insulation system of an electric random-wound motor (or actuator) applied to the transport sector, with particular regard to preventing the partial discharge triggering. Nevertheless, a general approach has been adopted that can be extended to the study of other low-voltage machines, such as dry-type high-frequency transformers or hairpin motors.
- Attualmente, i produttori di motori elettrici installano isolamenti di terra e di spira in grado di sopportare le normali tensioni di funzionamento senza superare la rigidità dielettrica dell'aria. Se il campo elettrico generato durante il funzionamento supera questa quantità caratteristica, si verificano fenomeni di pre-scarica che accelerano l'invecchiamento del materiale e quindi portano ad un accorciamento della vita utile della macchina. L'obiettivo principale di questa tesi è quello di sviluppare un modello in grado di determinare la cosiddetta Tensione di Innesco delle Scariche Parziali (PDIV) per macchine a filo avvolto e di facilitare la progettazione del loro sistema di isolamento elettrico. Oltre a questo, è stato condotto uno studio approfondito su come migliorare il processo di qualificazione dei motori elettrici e degli attuatori destinati ad essere utilizzati nel mondo del More Electric Transportation. In primo luogo, si è considerato come testare efficacemente i sistemi di isolamento delle macchine elettriche a filo avvolto per dimostrare che sono privi di scariche parziali. Successivamente, è stato studiato l'impatto delle sollecitazioni termo-meccaniche dovute alle frequenti variazioni di velocità e di coppia. Infine, si è analizzato l'impatto delle scariche parziali sull'isolamento a diverse altitudini per comprendere meglio il potenziale rischio che queste possono avere sul corretto funzionamento della macchina, poiché è più facile innescarle a pressioni sopra il livello del mare. In definitiva, questa tesi cerca di fornire vari strumenti per uno studio completo dell'affidabilità del sistema di isolamento di un motore (o attuatore) elettrico a filo avvolto applicato al settore dei trasporti, con particolare riguardo alla prevenzione dell'innesco delle scariche parziali. Tuttavia, è stato adottato un approccio generale che può essere esteso allo studio di altre macchine a bassa tensione, come i trasformatori a secco ad alta frequenza o i motori hairpin.
Date
- 2020-03-16
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-26089
Lusuardi, Luca (2020) Towards a partial discharge free insulation system for the More Electrical Transportation, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Ingegneria biomedica, elettrica e dei sistemi