Charakterisierung von Isolierwerkstoffen für wechselrichtergespeiste Niederspannungsmaschinen zur Modellbildung von Teilentladungserscheinungen am Beispiel eines Flugantriebs

In wechselrichtergespeisten elektrischen Niederspannungsmaschinen muss nach DIN EN 60034-18-41 für die gesamte Lebensdauer die Teilentladungsfreiheit des Wicklungssystems garantiert werden. Neben steilen Spannungsflanken im Wechselrichterbetrieb wird die Gefahr für das Auftreten von Teilentladungen durch den niedrigen Umgebungsluftdruck speziell bei Flugantrieben erhöht. Teilentladungen treten in Lufteinschlüssen auf, wodurch die Isolierschicht beschädigt wird. Herkömmliche Isoliermaterialien halten dauerhaft auftretenden Teilentladungen nicht stand und können innerhalb kürzester Zeit zum Ausfall der Maschine führen. Es gilt daher zu untersuchen, inwieweit neuartige Isolierwerkstoffe für den Einsatz bei Teilentladungen geeignet sind. Im Auslegungsprozess des Isoliersystems ist daher eine möglichst genaue Abschätzung der sog. Teilentladungseinsetzspannung (PDIV) notwendig. Die zur Modellierung von Teilentladungsprozessen benötigten Materialparameter der Isolierung sind jedoch oftmals gänzlich unbekannt. Die Aufgabenstellung dieser Arbeit liegt daher in der Charakterisierung der Isoliermaterialien bezüglich der relativen Permittivität und des Rückwirkungskoeffizienten, wodurch ein zuverlässiges Modell zur genauen Vorhersage der PDIV im Auslegungsprozess einer elektrischen Maschine erzeugt werden kann. Die PDIV muss oberhalb einer definierten Prüfspannung liegen, um die Teilentladungsfreiheit zu gewährleisten. Zur Berechnung der Prüfspannung wird die Zwischenkreisspannung mit diversen Sicherheitsfaktoren multipliziert, um die realen Belastungen im Betrieb zu berücksichtigen. Um den Einfluss des normativ nicht berücksichtigten Umgebungsluftdruck abzubilden, werden das Isoliersystem einer elektrischen Maschine für den Flugbetrieb untersucht und Betriebsgrenzen abgeleitet.