Luận án tiến sĩ non linear analysis of electrical and thermal stress grading system in multi level inverter driven medium voltage motors

Luận án tiến sĩ: Phân tích phi tuyến tính hệ thống phân tầng điện áp và nhiệt trong động cơ trung áp điều khiển bằng biến tần đa cấp. Nghiên cứu chuyên sâu về kỹ thuật điện.

Trường đại học

Shibaura Institute Of Technology

Chuyên ngành

Environmental Energy Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Thesis

2014

100
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

Lời cam đoan

Tóm tắt

Lời cảm ơn

Danh mục hình vẽ

Danh mục bảng

Danh mục từ viết tắt

Danh mục ký hiệu

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Lời mở đầu

1.2. Cấu trúc hệ thống phân độ ứng suất

1.2.1. Băng giáp dẫn điện

1.2.2. Băng bán dẫn

1.2.3. Sự phụ thuộc nhiệt độ và điện trường của vật liệu trong hệ thống phân độ ứng suất

1.3. Mục tiêu của nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH HỆ THỐNG PHÂN ĐỘ ỨNG SUẤT DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

2.1. Các phương pháp tiếp cận áp dụng cho phân tích phân độ ứng suất trong các nghiên cứu trước đây

2.2. Các mô hình hệ thống phân độ ứng suất dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn

2.2.1. Mô hình phân tích điện trường

2.2.2. Mô hình phân tích truyền nhiệt

2.2.3. Mô hình bộ biến đổi nguồn áp cầu H nối tiếp

2.2.4. Mô hình toán học cho truyền sóng xung PWM trong mạng ASD

3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHÂN ĐỘ ỨNG SUẤT

3.1. Đáp ứng tần số của hệ thống phân độ ứng suất

3.2. Phân tích hoạt động của hệ thống phân độ ứng suất dưới nguồn điện áp PWM

3.2.1. Điện áp đầu ra của SCHB VSC

3.2.2. Phân tích điện trường

3.2.3. Phân tích truyền nhiệt

3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp quá mức do không phối hợp trở kháng giữa cáp và động cơ

4. CHƯƠNG 4: THẢO LUẬN VÀ KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ

4.1. Ứng suất điện trường và nhiệt trong SGS

4.2. Kiểm chứng các mô hình phân tích dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Danh mục công trình công bố

Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Phân Tích Phi Tuyến Động Cơ Trung Áp Biến Tần

Năng lượng là một trong những vấn đề quan trọng nhất toàn cầu. Bên cạnh nỗ lực khai thác năng lượng tái tạo, việc sử dụng hiệu quả năng lượng đã trở thành giải pháp đối mặt với tình trạng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Trong thực tế, ứng dụng của hệ thống điều khiển tốc độ (ASDs) để điều khiển động cơ AC đang cho thấy khả năng nâng cao hiệu suất sử dụng điện. Công nghệ này chuyển đổi năng lượng từ lưới điện xoay chiều thành năng lượng có tần số biến đổi, cho phép điều khiển tốc độ động cơ. Nhu cầu về ASDs, đặc biệt ở mức điện áp trung áp (trên 600V), đang tăng lên. Xu hướng này đặt ra thách thức cho cấu trúc cách điện của động cơ, do sự xuất hiện của xung lặp lại trong điện áp đầu ra của ASDs. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống cách điện tương thích với động cơ được cấp nguồn bởi biến tần là vô cùng cần thiết. Tài liệu gốc từ Shibaura Institute of Technology nhấn mạnh tầm quan trọng của việc này trong bối cảnh hiệu quả năng lượng. Nguyễn Nhật Nam đã có những nghiên cứu sâu rộng về vấn đề này.

1.1. Cấu Trúc Hệ Thống Phân Tầng Điện Áp Stress Grading System

Tiêu chuẩn IEC Technical Specification (TS) 60034-18-42 quy định hệ thống cách điện dạng cuộn dây loại II được sử dụng trong động cơ điện có điện áp định mức trên 700 V và phải chịu được phóng điện cục bộ (PD) trong suốt tuổi thọ của nó. Ngoài ra, hệ thống phân tầng điện áp (SGS) bao gồm băng dẫn điện (CAT) và băng bán dẫn (SCT) được yêu cầu để giảm ứng suất điện bề mặt trong trường hợp điện áp trên 5kV. Băng CAT thường là vật liệu composite từ nhựa polyester hoặc véc ni trộn với graphite hoặc muội than. Điện trở suất của băng phải đủ nhỏ để ngăn chặn PD bên trong rãnh, nhưng không quá thấp để tăng dòng điện xoáy qua các lá thép stator.

1.2. Vật Liệu Bán Dẫn Trong Hệ Thống Phân Tầng Nhiệt SCT

Tại cuối băng CAT, băng SCT được sử dụng để tạo ra sự chuyển đổi mượt mà từ điện thế thấp trên CAT sang điện thế cao trên lớp cách điện chính bên ngoài. Để sản xuất SCT, các nhà sản xuất sử dụng vật liệu composite trong đó một hoặc nhiều chất độn cụ thể được trộn vào ma trận cách điện với số lượng cao hơn ngưỡng thấm. Tính chất quan trọng nhất của vật liệu này là độ dẫn điện phụ thuộc vào điện trường. Dựa trên cơ chế bán dẫn, các vật liệu này có thể được phân loại thành hai nhóm: truyền thống và mới. Nhóm trước bao gồm composite polyme với chất độn như silicon carbide (SiC), muội than và một số oxit kim loại. Silicon carbide (SiC) được ưa chuộng do hiệu suất nhiệt và cơ học vượt trội.

II. Thách Thức Ảnh Hưởng Biến Tần Đa Cấp Đến Động Cơ Trung Áp

Ứng dụng biến tần đa cấp trong điều khiển động cơ trung áp mang lại hiệu quả cao, nhưng đồng thời tạo ra những thách thức lớn đối với hệ thống cách điện của động cơ. Điện áp đầu ra của biến tần đa cấp chứa nhiều thành phần hài bậc cao, gây ra ứng suất điện áp và nhiệt độ tăng cao trong động cơ. Điều này có thể dẫn đến suy giảm chất lượng cách điện, giảm tuổi thọ và thậm chí gây hỏng hóc. Việc hiểu rõ ảnh hưởng của biến tần đa cấp đến hệ thống phân tầng điện áp và nhiệt là rất quan trọng để thiết kế và vận hành động cơ trung áp một cách an toàn và hiệu quả.

2.1. Harmonic Trong Điện Áp Biến Tần và Tác Động Đến Động Cơ

Điện áp đầu ra của biến tần đa cấp thường chứa các thành phần harmonic. Các thành phần này có thể gây ra nhiều vấn đề cho động cơ, bao gồm tăng tổn thất, tăng nhiệt độ, và giảm tuổi thọ cách điện. Các thành phần harmonic có tần số cao có thể gây ra hiệu ứng bề mặt (skin effect), làm tăng mật độ dòng điện ở bề mặt dây dẫn, từ đó làm tăng tổn thất và nhiệt độ.

2.2. Ứng Suất Điện Áp Quá Độ do Biến Tần Gây Ra

Biến tần tạo ra điện áp xung có tốc độ tăng cao (dv/dt), gây ra ứng suất điện áp lớn trên hệ thống cách điện của động cơ, đặc biệt là tại các điểm kết nối dây quấn. Điều này đặc biệt nghiêm trọng khi sử dụng cáp dài giữa biến tần và động cơ, do hiện tượng phản xạ sóng điện áp. Nguyễn Nhật Nam đã chỉ ra trong nghiên cứu của mình rằng điện áp quá độ có thể làm tăng cường độ và thời gian tác dụng của ứng suất điện và nhiệt, làm giảm hiệu quả của hệ thống phân tầng điện áp.

III. Phương Pháp Phân Tích Phi Tuyến Tính Điện Áp Nhiệt Độ Hiệu Quả

Để giải quyết các thách thức trên, cần có các phương pháp phân tích phi tuyến tính hiệu quả để đánh giá chính xác phân bố điện áp và nhiệt độ trong động cơ trung áp khi được điều khiển bằng biến tần đa cấp. Các phương pháp này phải tính đến các yếu tố phi tuyến như tính chất của vật liệu cách điện, hiệu ứng bề mặt, và ảnh hưởng của harmonic. Mô phỏng sử dụng phần mềm chuyên dụng như COMSOL là một công cụ mạnh mẽ để thực hiện các phân tích này.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm COMSOL Để Mô Phỏng Hệ Thống Điện

Phần mềm COMSOL Multiphysics có thể được sử dụng để xây dựng các mô hình phân tích phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng điện trường và truyền nhiệt trong động cơ trung áp. Các mô hình này có thể tính đến các đặc tính phi tuyến của vật liệu cách điện và các điều kiện biên khác nhau. Kết quả mô phỏng giúp xác định các điểm nóng và các vùng có ứng suất điện áp cao, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu.

3.2. Xây Dựng Mô Hình Toán Học Surge Trong Matlab Simulink

Một mô hình toán học về surge có thể được xây dựng trong Matlab/Simulink để tính toán điện áp overshoot tại đầu cực động cơ do sự không tương thích trở kháng giữa cáp và động cơ. Mô hình này có thể được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của overshoot đến hệ thống phân tầng điện áp và nhiệt. Nguyễn Nhật Nam đã phát triển một mô hình như vậy để tính toán điện áp overshoot và đánh giá tác động của nó.

IV. Giải Pháp Tối Ưu Hóa Hệ Thống Phân Tầng Điện Áp Nhiệt Động Cơ

Dựa trên kết quả phân tích phi tuyến tính, có thể đưa ra các giải pháp để tối ưu hóa hệ thống phân tầng điện áp và nhiệt trong động cơ trung áp. Các giải pháp này có thể bao gồm việc lựa chọn vật liệu cách điện phù hợp, cải thiện thiết kế của hệ thống phân tầng, và sử dụng các kỹ thuật điều khiển biến tần để giảm thiểu harmonicứng suất điện áp. Mục tiêu là tăng cường khả năng chịu đựng của động cơ trước các tác động tiêu cực của biến tần đa cấp.

4.1. Lựa Chọn Vật Liệu Cách Điện Chịu Nhiệt Điện Áp Cao

Việc lựa chọn vật liệu cách điện có đặc tính chịu nhiệt và điện áp cao là rất quan trọng. Vật liệu cách điện nên có độ bền điện môi cao, độ dẫn nhiệt tốt, và khả năng chịu được các ứng suất cơ học và hóa học. Các vật liệu composite tiên tiến có thể là lựa chọn tốt để cải thiện hiệu suất của hệ thống phân tầng điện áp.

4.2. Cải Thiện Thiết Kế Hệ Thống Phân Tầng Để Giảm Ứng Suất

Thiết kế của hệ thống phân tầng điện áp có thể được tối ưu hóa để giảm thiểu ứng suất điện áp tại các điểm quan trọng. Điều này có thể bao gồm việc thay đổi hình dạng và kích thước của băng CAT và SCT, và sử dụng các lớp cách điện bổ sung để phân tán ứng suất. Nghiên cứu của Nguyễn Nhật Nam đã khám phá các cấu hình khác nhau của hệ thống phân tầng để tìm ra thiết kế tối ưu.

V. Kết Quả Đánh Giá Hiệu Quả Hệ Thống Điều Khiển và Phân Tầng Nhiệt

Việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp tối ưu hóa là rất quan trọng để đảm bảo rằng chúng thực sự cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Các thử nghiệm thực tế và mô phỏng có thể được sử dụng để đánh giá phân bố điện áp và nhiệt độ, tổn thất, và độ bền cách điện của động cơ. Kết quả đánh giá sẽ cung cấp thông tin quan trọng để tiếp tục cải tiến thiết kế và vận hành.

5.1. So Sánh Kết Quả Mô Phỏng Với Thử Nghiệm Thực Tế

Để đảm bảo tính chính xác của các mô hình phân tích phi tuyến tính, cần so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thu được từ các thử nghiệm thực tế. Sự phù hợp giữa mô phỏng và thử nghiệm sẽ xác nhận tính tin cậy của các mô hình và cho phép sử dụng chúng để dự đoán hiệu suất của động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau.

5.2. Đánh Giá Tuổi Thọ Động Cơ Sau Khi Tối Ưu Hóa Hệ Thống

Mục tiêu cuối cùng của việc tối ưu hóa hệ thống phân tầng điện áp và nhiệt là kéo dài tuổi thọ của động cơ. Do đó, cần thực hiện các thử nghiệm và phân tích để đánh giá tuổi thọ của động cơ sau khi áp dụng các giải pháp tối ưu hóa. Các phương pháp đánh giá có thể bao gồm thử nghiệm lão hóa cách điện và phân tích dữ liệu vận hành để phát hiện các dấu hiệu suy giảm.

VI. Tương Lai Phát Triển Hệ Thống Điều Khiển và Mô Hình Phân Tầng Mới

Nghiên cứu về phân tích phi tuyến tính và tối ưu hóa hệ thống phân tầng điện áp và nhiệt trong động cơ trung áp điều khiển bằng biến tần đa cấp vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các mô hình phân tích chính xác hơn, khám phá các vật liệu cách điện mới, và phát triển các kỹ thuật điều khiển biến tần tiên tiến hơn. Mục tiêu là tạo ra các động cơ trung áp có hiệu suất cao, tuổi thọ dài, và khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt.

6.1. Nghiên Cứu Vật Liệu Cách Điện Nano Để Nâng Cao Hiệu Suất

Vật liệu nano có tiềm năng cách điện tốt hơn. Các vật liệu nano có thể cải thiện độ bền điện môi, khả năng chịu nhiệt, và độ dẫn nhiệt của vật liệu cách điện, từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thống phân tầng.

6.2. Áp Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo Để Tối Ưu Điều Khiển Biến Tần

Sử dụng AI để điều khiển biến tần có thể làm giảm harmonic trong điện áp, giúp làm mát hệ thống. Sử dụng AI có thể giúp động cơ trung áp hoạt động hiệu quả và ổn định hơn, cũng như kéo dài tuổi thọ.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

15/05/2025
Luận án tiến sĩ non linear analysis of electrical and thermal stress grading system in multi level inverter driven medium voltage motors

Trích đoạn nội dung tài liệu

SHIBAURA INSTITUTE OF TECHNOLOGY Non-linear Analysis of Electrical and Thermal Stress Grading System in Multi-Level Inverter-Driven Medium Voltage Motors by Nguyen Nhat Nam A thesis submitted to Shibaura Institute of Technology in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor Engineering Graduate School of Engineering and Science September 2014 Abstract SHIBAURA INSTITUTE OF TECHNOLOGY ABSTRACT Advanced Research Program on Environmental Energy Engineering Graduate School of Engineering and Science by Nguyen Nhat Nam Energy has been one of the most important problems in the world. Beside numerous efforts to explore and to apply renewable resources of energy, the efficient use of energy has become a good solution to face the depleted situation of fossil fuels. In practice, applications of adjustable speed drives are demonstrated being able to enhance the efficiency of using electric power. However, this trend becomes a big challenge for stress grading systems of stator end-winding insulations in AC motors because of fast and high voltage impulses in the output of the frequency-variable drives.

Hence, a comprehensive understanding about the behaviour of stress grading systems in the inverter source conditions is an inevitable demand. Originated from this desire, the aim of our research work is to analyze the electrical and the thermal stress grading mechanisms of a typical stress grading system in invert-fed medium voltage motors. Based on a finite element method software package named COMSOL, two models of electric field and heat transfer analyses are developed taking into account the nonlinearly electrical behaviour of the semiconductive tape in the stress grading systems. Besides, a mathematical model of surge travelling is ii Abstract modified and built in Matlab/Simulink to compute overshot voltages at the motor terminal caused by the cable-motor impedance mismatch.

In the inverter applied conditions, the electric field stress and the dissipated power in the conductive armour tape of the stress grading system are validated existing during the short rise time interval of the impulses. The dissipated power density is observed to be greatest in the area at the stator slot exits, hence the highest temperature rise locates in this region. Moreover, the effects of voltage overshooting and ringing due to the cable-motor impedance mismatch on the stress grading system behaviour are clarified in detail. This phenomenon can increase both the intensity and the lasting time of the electric and thermal stresses, exacerbate the ineffective situation of the stress grading system, especially in the cases of long connecting cables, high cable-motor surge impedance differences, and newer inverters with very fast electronic switches.

With the results achieved above, the application of our simulation models can be a promising way for the improvements and optimal designs of stress grading system compatible to inverter-fed motors. iii Acknowledgements I would like to express my highest gratitude to Professor Satoshi Matsumoto for his enthusiastic guidance, valuable suggestions and helps not only in the research work but also in my daily life. Financial supports from Japan International Cooperation Agency (JICA) for my study and living are highly appreciated. I gratefully acknowledge my examination committee members; Professor Hiroyuki Nishikawa, Professor Goro Fujita, Professor Kan Akatsu, and Professor Akiko Kumada for their valuable comments and kindly cooperation in reviewing my research work.

I would like to thank Emeritus Professor Yoshikazu Shibuya for his useful advices and encouragements during my research work. I am thankful to my dear friend, Mr. Le Dinh Khoa for allowing me to use his simulation model of Series Connected H-Bridge Voltage Source Converter, and for all his useful discussions. Special acknowledgement is sent to Mr.

Takahiro Nakamura from Tokyo University for his precious experiment information. The helps and supports from Ms. Junko Okura, Ms. Makiko Hagiwara and Mr.

Seiji Mizuno of JICA during my living in Japan are highly appreciated. I would like to thank all the members of Matsumoto Laboratory, and University staffs at Shibaura Institute of Technology, especially the Global Initiative Section and Graduate School Section for all their helps and supports. Finally, I would like to acknowledge the endless supports from my family including my grandparents, my parents, my beloved wife, my sister and my brother in law. iv I would like to devote this thesis to my grandfather… v Contents CONTENTS Declaration of Authorship i Abstract ii Acknowledgements iv List of Figures viii List of Tables xiii Abbreviations xiv Symbols xv 1 Introduction 1 1.2 Stress grading system structure .1 Conductive armour tape .3 Temperature and field dependence of materials in stress grading systems .5 Objective of the present study .1 Approaches applied for stress grading analysis in previous works .2 FEM based models of stress grading system .1 Electric field analysis model .2 Heat transfer analysis model .3 Series Connected H-Bridge voltage source converter model .4 Mathematical model for PWM surge transmission in ASD networks .1 Frequency response of the stress grading system .2 Operation analysis of the stress grading system under PWM voltage sources .1 Output voltages of the SCHB VSCs .2 Electric field analysis .3 Heat transfer analysis .3 Investigation of the effect of overshot voltage due to impedance mismatch between cable and motor .1 Electric field and thermal stresses in the SGS .2 Validation of the FEM based analysis models.

65 5 Conclusion and Future works 70 5. 71 A List of publication 74 References 77 vii List of Figures Fig. 1-1: A general configuration of inverter-driven motor. 1-2: A typical structure of type II form wound insulation system.

1-3: Microstructure view of semiconductive materials based on SiC and ZnO [8]. 1-4: Measuring samples of CAT or SCT in [111. 1-5: DC resistivity of CAT measured at 22 oC, 80 oC, 110 oC and 155 o C in [11]. 1-6: DC resistivity of SCT measured at 22 oC, 80 oC, 110 oC and 155 o C in [11].

1-7: Electric field dependent curves of the electrical conductivity of SCT measured at DC, 60 Hz, 3 kHz and 5 kHz in [12]. 1-8: A typical stress grading configuration for optimization problem in [13]. 1-9: Spark gap generator circuit proposed in [18]. 1-10: Sectionalized structure of stress grading system with an additional conductive tape in [19].

1-11: Illustration of capacitive stress grading systems using embedded foils. 2-1: Equivalent circuit of a stress grading system [26,30-31]. 2-2: Schwarz-Christoffel conformal transformation mapping plane (z) onto plane () [13, 32]. 2-3: Detailed size of the studied stress grading system in 2D axially symmetric coordinate (r, z).

2-4: Electrical conductivity of the materials versus electric field strength. 2-5: Boundary conditions used in the electric field analysis models. 2-6: A typical cooling system for high power motors [37]. 2-7: Boundary conditions used in the heat transfer analysis model.

2-8: The mesh profile of the SGS used in the two analysis models. 2-9: Typical topology of a (2M+1)-level SCHB VSC [1, 42]. 2-10: Computation algorithm of VM for Matlab/Simulink used in [45]. 2-11: Improved computation algorithm of VM for Matlab/Simulink in this work.

3-1: Electric potential and tangential electric field stress on the surfaces of the SGS in case of 50 Hz sinusoidal voltage source. 3-2: Maximum value along z-axis of average dissipated power density in the SGS and maximum temperature on the surfaces of the SGS in case of 50 Hz sinusoidal voltage source. 3-3: Maximum tangential electric field stress on the surfaces of the CAT and the SCT in case of sinusoidal voltage sources with the frequency from 50 Hz to 5 MHz. 3-4: Maximum tangential electric field stress on the surfaces of the SGS in the four cases 50 Hz, 26 kHz, 123 kHz and 5 MHz sinusoidal voltages.

3-5: Maximum temperature on the surfaces of the CAT and the SCT in case of sinusoidal voltage sources with the frequency from 50 Hz to 20 kHz. 3-6: Electric potential and tangential electric field stress on the surfaces of the SGS in case of 5 MHz sinusoidal voltage source. 3-7: Output phase-to-ground voltages of the 5L SCHB and 11L SCHB VSCs. 3-8: Harmonic spectra in the phase-to-ground voltages of the 5L and the11L SCHB VSCs.

3-9: Maximum tangential electric field stress on the surfaces of the SGS in the three cases of 5L, 11L SCHB VSCs and 9 kV RMS (phase-to- phase) sinusoidal voltage source. 3-10: Tangential electric field on the surfaces of the SGS at the two points (z = 0 mm and z = 56.9 mm) in the two cases of 5L and 11L SCHB VSCs during the interval from 10 ms to 20 ms. 3-11: Tangential electric field on the surfaces of the SGS at the two points (z = 0 mm and z = 56.9 mm) in the case of 5L SCHB VSC during the interval from 12. 3-12: Tangential electric field on the surfaces of the SGS at the two points (z = 0 mm and z = 56.9 mm) in the case of 11L SCHB VSC during the interval from 12.

3-13: Distribution of electric potential and tangential electric field on the surfaces of the SGS during the interval from 12.18 ms in the case of 5L SCHB VSC. 3-14: Distribution of electric potential and tangential electric field on the surfaces of the SGS during the interval from 12.475 ms in the case of 11L SCHB VSC. 3-15: Maximum value along z-axis of average dissipated power density in the SGS in the cases of 5L and 11L SCHB VSCs. 3-16: Temperature distribution on the surfaces of the SGS in the three cases of 11L, 5L SCHB VSCs and sinusoidal voltage source after 30 hours.

3-17: Comparison of maximum tangential electric field stress on the surfaces of the SGS under the 11L SCHB voltages between the two cases without and with voltage overshooting. 3-18: Tangential electric field on the surfaces of the SGS at the two points (z = 0 mm and z =56.9 mm) in the cases of 11L SCHB voltages during the interval from 10. 3-19: Tangential electric field on the surfaces of the SGS at the two points (z = 0 mm and z = 56.9 mm) in the cases of 11L SCHB voltages during the interval from 12. 3-20: Maximum value along z-axis of average dissipated power density in the SGS in the cases of 11L SCHB voltages without and with voltage overshooting.

3-21: Temperature distribution on the surfaces of the SGS in the cases of 11L SCHB voltages without and with voltage overshooting after 30 hours. 3-22: Simplified waveform of the 11L SCHB VSC used in the ns- scaled electric field analysis. 3-23: Tangential electric field stress at z = 0 mm on the surface of the CAT under the simplified and the 11L SCHB voltages. 3-24: Voltage overshot factor versus the cable length for the two motor impedance values of 100  and 1000 .

3-25: Maximum tangential electric field on the CAT at z =0 versus the rise time of the inverter voltages. 4-1: RC low pass filter circuit. 4-2: Frequency response of a low pass filter output. 4-3: Maximum values along z-axis of dissipated power density in the SGS.

4-5: Hypothesis explained for PD on the middle surface of CAT in [29]. 69 xii List of Tables Table 2-1: Electrical properties of the materials .24 Table 2-2: Thermal properties of the materials. 26 Table 2-3: Basic data of the SCHB VSCs. 31 Table 3-1: Fundamental harmonic and THD of the phase voltage provided by the 5L and the 11L SCHB VSCs.

42 Table 3-2: Amplitude, appearance time and location of maximum tangential electric field stress on the surface of the SGS in the three cases of 5L, 11L SCHB VSCs and 9 kVRMS (phase-to-phase) sinusoidal voltage source. 44 Table 3-3: Important differences of tangential electric field stress at the two special positions on the SGS in the cases of 5L and the 11L SCHB VSCs. 46 Table 3-4: Important data of temperature distribution in the SGS from the heat transfer analyses. 49 Table 3-5: Surge characteristics of the inverter, the cable and the motor in the fundamental case.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ