变频电机是现代工业系统不可或缺的重要设备之一,因为能够方便调速、具有经济节能等优势而被广泛应用于轨道交通、航天航空、舰艇船舶等社会各领域。变频电机主要采用脉冲宽度调制技术(PWM)进行馈电调速,变频器输出的脉冲方波电压具有上升沿陡、频带宽等特点,经电缆传输至电机端易在电机定子绕组中产生过电压并且造成电压分布不均,使得定子绝缘系统中局部电场过高,进而导致定子绕组绝缘结构的损伤,加快变频电机运行时绝缘电老化速度。并且近些年来变频电机定子因绝缘薄弱导致的接地故障频繁发生,对此,通过仿真方法研究变频电机定子绕组对地电压分布特性与脉冲过电压下电场分布特性,以及通过放电试验探索定子对地绝缘结构放电发展规律对定子对地绝缘系统失效机理研究具有重要意义。本文基于JL2100型变频电机定子绕组结构,构建定子绕组槽部及端部有限元模型,计算各匝绕组槽内部分及端部的各分布参数,利用电路仿真软件搭建定子绕组高频等效电路,采用理论与仿真相结合的方法,研究定子绕组各匝对地电压分布特性。之后,基于绕组电压分布及定子绕组有限元模型,进一步研究电机槽部电场分布特性。研究结果表明,线圈绕组各匝导体排列越靠后,其对地电压幅值越大,通过增大输入电压的上升沿时间,可有效改善绕组各匝对地电压分布。同时发现,电场强度最大值出现在电机槽最上面一匝的倒角处。定子绕组端部绝缘层中电场集中在槽口附近位置,随着脉冲电压幅值增加,端部表面低阻防晕层电场先递增后向非线性防晕层转移。随着上升沿时间的增加,低阻防晕层中最大场强明显降低,端部表面电场分布得到改善。对于定子对地绝缘结构的电老化机理研究,搭建了电老化加压放电试验平台,总结了试样局部放电发展过程,研究发现试样内局部放电首先发展在方波电压上升沿及下降沿位置,在电压幅值升高的过程中,电压波形平顶区也逐渐出现放电现象,到试验后期不论是上升沿、下降沿处还是平顶区都发生剧烈放电。探究了不同频率下试样放电特征参量随试验进程的变化规律,发现随频率的升高,对试样放电有促进作用,放电现象更剧烈,同时发现各参量对应的曲线变化特性与试样的放电发展过程有一定的对应关系。