Enhancing the reliability of electric transportation motors through insulation coordination and improved qualification

Gli obiettivi ambiziosi di aumentare l'efficienza, le prestazioni e le densità di potenza degli azionamenti per il trasporto non possono essere raggiunti con compromessi sulla affidabilità dei motori. Per gli specialisti dell'isolamento la sfida sarà cruciale, poiché sia l'uso di convertitori a wide-bandgap (WBG) basati su semiconduttori SiC e GaN, sia le tensioni operative più elevate previste per i prossimi azionamenti, aumenteranno gli stress elettrici a livelli senza precedenti. Si prevede che il bus DC negli aeromobili raggiunga gli 800 V (split +/-400 V) e oltre, sotto la spinta del settore della mobilità aerea urbana e dalla necessità di elettrificare gli attuatori elettromeccanici/elettroidraulici (parte essenziale del concetto di "More Electric Aircraft"). Contemporaneamente, si stima che presto nei motori per trazione di veicoli elettrici il DC bus aumenterà fino a 1200 V. Il sistema di isolamento elettrico è una delle parti più delicate di una macchina elettrica in termini di probabilità di guasto. In particolare, la comparsa di scariche parziali (PD) è deleteria per l'affidabilità dell'azionamento, soprattutto in presenza di transitori veloci e ripetitivi. In questa tesi è stata condotta un'ampia attività sperimentale per ampliare le conoscenze sull'innesco di PD, sulla resistenza dei materiali in loro presenza e per identificare nuovi fenomeni che compromettono l'affidabilità dell'isolante. L'attenzione si è concentrata sull'impatto che hanno le forme d'onda prodotte da convertitori WGB e le condizioni ambientali tipiche del settore trasporti su modelli di isolamento. Particolare impegno è stato profuso nell'analisi alle pressioni ridotte tipiche del funzionamento alle quote di crociera degli aerei di linea. I risultati ottenuti, dopo una discussione critica, sono stati utilizzati per suggerire un coordinamento tra le tensione di innesco di scarica e gli stress del convertitore, al fine di proporre una procedura di qualificazione migliorata basata sulla già esistente norma IEC 60034-18-41.