电力电子技术不断进步，因此要求也在不断变化。特别是快速开关器件的快速进步提出了绝缘材料制造商和系统集成商必须应对的新挑战。
由于逆变器产生陡峭的 dv/dt 电压脉冲，旋转机器、变压器、电缆或轴承的绝缘系统承受明显更高的应力。许多应用中不断增加的系统电压进一步放大了这一趋势，如电动汽车 (400 × 800 V) 和光伏系统 (1000 × 1500 V) 中所观察到的那样。与传统的 50 Hz 正弦电压相比，陡峭逆变器 dv/dt 斜率的应用会导致应力增加，原因如下：
降低局部放电起始电压 (PDIV) 并增加局部放电活动。
绕组内电压分布不均匀。
位移电流引起的极化效应和电介质加热。
在这些充满挑战的操作条件下，准确了解老化过程以及估计绝缘系统剩余寿命的能力至关重要。
萨克斯和汉诺威应用科学大学开发了一种测试台，可以真实模拟逆变器运行的应力，可用于加速绝缘耐久性评估。相应的项目“ISODyn”得到了德国 ZIM 研究经费的支持。
测试要求
高频电压脉冲下的绕组线耐久试验尚无统一的国际标准，因此我们参考现有的中国标准GB/T 4074.21-2018，并结合制造商的反馈，得出以下要求（图2），即dv/脉冲发生器必须满足dt。
电压波形：双极性方波
峰值电压：1.5 kV（应模块化可扩展）
上升时间tr > 25 ns (10-90%) – 可调
限度。电压斜率 dv/dt：60 kV/μs
脉冲频率：20kHz
测试温度>180℃
电压过冲 (1- U p / U a ) < 2%
被测设备接地
图 2. 一个周期内的电压波形规格。图片由博多电力系统提供
当绝缘在陡峭的 dv/dt 电压脉冲下劣化时，会发生由于绝缘故障而导致的电机绕组击穿。这种退化会导致电弧放电，降低绝缘电阻并导致击穿。可靠的检测对于防止测试台损坏并准确定义终寿命至关重要。
影响绝缘寿命的因素
耐力测试进行各种测量。对结果进行统计分析。测试样品由符合 IEC 60851 标准的双绞铜线组成。
研究了脉冲频率fp对不含添加剂的传统铜线漆的电气寿命的影响（图 3）。平均而言，样本在约 4 分钟（对于 11 kHz）到约 55 分钟（对于 1 kHz）后失效。电寿命随着频率f p 的增加而几乎线性减少。
图 3. 电气寿命随开关频率变化的概率图。图片由博多电力系统提供
此外，还研究了转换速率、温度和绝缘材料对终寿命的影响，检查了上升时间 ( t r ) 和烤箱温度的组合（图 4）。
上升时间的变化对使用寿命有显着影响
温度升高会降低电气寿命
绝缘材料的选择及其结构成分显着影响整体寿命。
图 4. 上升时间和温度对传统铜线漆寿命的影响。图片由博多电力系统提供
用于寿命测试的独特模块化 dv/dt 脉冲发生器测试台
Saxogy和汉诺威应用科学大学联合开发了模块化高压脉冲发生器，如图5所示。
图 5. dv/dt 脉冲发生器电源单元示意图。图片由博多电力系统提供
该发电机采用的 SiC MOSFET 技术。它的设计具有适应性，允许扩展以满足寿命测试和即将推出的绝缘测试标准的特定测试要求。
该概念是可扩展的，可以扩展以满足特定的应用需求。双极电压波形可在 0.4 kVpp 至 12 kVpp 的宽电压范围内调节，具体取决于配置，并且发生器可以实现高达 200 kV/μs 的电压斜率。
可调负载设置
我们开发了的栅极驱动电路，确保 SiC 逆变器的过冲保持在 2% 以下。
此外，在开关期间实现了几乎线性的电压梯度，确保每个上升沿和下降沿的应力一致。为了调整应力水平，需要根据各个绝缘测试标准的要求，通过 16 个步骤来微调电压斜率。要改变加速耐久性测试的测试时间，发生器的方波频率可以设置在 2 kHz 到 20 kHz 之间。
除了绝缘测试的电气关键数据外，开发还重点关注绝缘耐久性测试台的两个基本要求：
发电机绝不能超过其绝缘极限并对自身造成应力
大多数绝缘测试以绝缘击穿结束，从发电机的角度来看，这代表低阻抗短路。必须在几微秒内检测和处理这种短路电流，并且在设备的使用寿命之外重复此过程。
