低温等离子表面处理对变频牵引电机匝间绝缘性能影响
低温等离子表面处理对变频牵引电机匝间绝缘性能影响：
聚酰亚胺(polyimide, pi)因其优异的介电特性而应用于高速动车组牵引电机的匝间绝缘中。中国高速铁路通过引进、消化吸收以及再创新后，已取得了举世瞩目的成就。变频牵引电机是高速动车组的核心设备之一，其调速是通过脉冲宽度调制(pulse width modulation, pwm)技术进行的，由于脉冲的上升时间短、频率高，加上电缆线与电机终端的阻抗失谐，会产生过电压，对电机的匝间绝缘造成冲击，造成其绝缘失效，威胁行车安全。
变频电机匝间绝缘材料采用的是聚酰亚胺(polyimide, pi), 其采用2/3叠包方式缠绕电磁线，即电磁线上会有三层pi薄膜作为电机绕组的匝间绝缘。在材料制备，电磁线绕制等过程中，变频电机的匝间绝缘材料间难免会产生气隙、褶皱等缺陷。研究表明，变频电机匝间绝缘中的局部放电是造成电机绝缘失效的根本原因。
因此，低温等离子表面处理可提高变频电机匝间绝缘的耐局部放电能力可显著提高电机的绝缘寿命，确保电力机车安全运行。近年来，低温等离子表面处理技术在聚合物材料表面改性上有着广泛的应用，因其结构简单，且能在大气压空气中产生大规模的低温等离子体，大规模应用于工业生产中。
低温等离子体处理可使材料表面发生刻蚀、交联、基团引入等，进而显著改变材料的表面特性，例如亲水性、憎水性、沿面闪络电压、表面电荷消散、空间电荷积聚特性等。
变频电机匝间绝缘间的局部放电也是一种发生在气隙中材料表面的气体放电，且其工作电压为方波脉冲电压，当脉冲极性反转时，由于材料表面电荷的弥散特性，会加剧气隙中的放电剧烈程度。因此，可利用低温等离子表面处理只改变材料表面而不影响其内部基体结构的优越特性，对聚酰亚胺薄膜进行等离子体表面改性，进而提升其绝缘性能。接触角是反映薄膜表面能的一个关键参数，其由薄膜的表面特性所决定，接触角越小，表明薄膜表面的亲水性越强，表面能越大。
等离子体对材料的改性实际上是等离子体与材料表面之间相互作用的过程，在这个过程中，主要发生材料表面的刻蚀、分子链的交联以及极性官能团的引入。高活性的等离子体使空气中的许多分子(如h2o、02、n2等)发生电离或者激发，并形成粒子产物(n2、o2、o、h、紫外光等)，这些粒子产物在等离子体处理过程中会带上较高的能量并撞击pi薄膜，一方面使得pi薄膜发生交联或刻蚀，使其表面无定形区的惰性物质被消除，活性基团暴露了出来。
另一方面，活性粒子亦会使pi分子链发生开环反应，并在分子链末端引入-nh2、- cooh、--oh等极性亲水基团，从而提高材料表面的亲水性及表面能。此外，极性基团的增加、活性物质的暴露亦会增加材料表面的载流子数量，进而提高材料的表面电导率。
未经低温等离子表面处理的双层薄膜仅是简单的物理叠加，层间的pi分子间难以形成交联或交接，从而无法形成电荷转移通道，这使得肖特基发射或场致发射注入到薄膜内部的电子容易聚集在一层薄膜内部，难以到达第二层，加之层间界面的低导电性，加剧了电荷的聚集，引起电场畸变，进而造成薄膜的绝缘破坏。
经过低温等离子表面处理改性后，一方面，由于薄膜的表面能增加，粘连性更好，层间的pi分子链会发生一定程度的交联或交接，这使得两层薄膜的层间pi分子链之间形成一定的物理缠绕，进而形成桥路，利于电荷在膜与膜之间传递;
另一方面，双层叠加薄膜的层间界面引入了极性基团等载流子，载流子的增加，增强了薄膜层间的导电性，利于层间电荷的扩散。电荷的扩散或转移，减弱了薄膜内部或层间电荷的积聚，减小了局部场强畸变，提高了其绝缘特性。
等离子处理可提高单、双层薄膜的耐电晕能力，单层薄膜耐电晕性能增加的主要原因是表面引入的极性基团增强了其表面电荷的扩散能力，增大了表面电荷注入难度，而双层薄膜耐电晕性能的提高还包括层间界面的改善。
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变频电机匝间绝缘材料采用的是聚酰亚胺(polyimide, pi), 其采用2/3叠包方式缠绕电磁线，即电磁线上会有三层pi薄膜作为电机绕组的匝间绝缘。在材料制备，电磁线绕制等过程中，变频电机的匝间绝缘材料间难免会产生气隙、褶皱等缺陷。研究表明，变频电机匝间绝缘中的局部放电是造成电机绝缘失效的根本原因。
因此，低温等离子表面处理可提高变频电机匝间绝缘的耐局部放电能力可显著提高电机的绝缘寿命，确保电力机车安全运行。近年来，低温等离子表面处理技术在聚合物材料表面改性上有着广泛的应用，因其结构简单，且能在大气压空气中产生大规模的低温等离子体，大规模应用于工业生产中。
低温等离子体处理可使材料表面发生刻蚀、交联、基团引入等，进而显著改变材料的表面特性，例如亲水性、憎水性、沿面闪络电压、表面电荷消散、空间电荷积聚特性等。
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经过低温等离子表面处理改性后，一方面，由于薄膜的表面能增加，粘连性更好，层间的pi分子链会发生一定程度的交联或交接，这使得两层薄膜的层间pi分子链之间形成一定的物理缠绕，进而形成桥路，利于电荷在膜与膜之间传递;
另一方面，双层叠加薄膜的层间界面引入了极性基团等载流子，载流子的增加，增强了薄膜层间的导电性，利于层间电荷的扩散。电荷的扩散或转移，减弱了薄膜内部或层间电荷的积聚，减小了局部场强畸变，提高了其绝缘特性。
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