大型發(fā)電機線圈制造改進工藝研究

田穎 劉蓮蓮

摘要：針對傳統(tǒng)的線圈制造工藝無法滿足當(dāng)前大型發(fā)電機工作要求的問題，對電機線圈的制造工藝進行了改進。指出了制造工藝中的關(guān)鍵問題，提出了工藝改進應(yīng)著重考慮的工藝參數(shù)，并重點介紹了線圈結(jié)構(gòu)材料的選擇、繞線工藝與設(shè)備，以及絕緣工藝的改進。

關(guān)鍵詞：大型發(fā)電機;線圈;工藝;絕緣;繞線

引言

線圈作為發(fā)電機的核心部件之一，其制造質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了發(fā)電機的工作狀態(tài)及使用壽命。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，線圈的工作穩(wěn)定性成為影響電機可靠性的關(guān)鍵因素。另一方面，線圈的運行狀態(tài)很大程度上取決于線圈的制造質(zhì)量，改進線圈的制造工藝，提高線圈產(chǎn)品質(zhì)量，是保證線圈乃至整個發(fā)電機系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)。近年來，我國大型電機線圈的使用曾多次出現(xiàn)匝間短路、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定以及后線圈開匝等事故，其原因主要在于匝間絕緣被破壞、焊接不可靠、線圈壓型工藝粗糙等。針對以上問題，本文研究了大型發(fā)電機線圈制造工藝特點，提出了線圈制造關(guān)鍵環(huán)節(jié)的改進工藝，對于提高線圈生產(chǎn)質(zhì)量，改善發(fā)電機系統(tǒng)工作穩(wěn)定性具有重要的工程意義。

1.線圈制造工藝要求

1.1大型發(fā)電機線圈制造工藝特點

大型發(fā)電機的線圈的制造，首先要經(jīng)過直線沖制通風(fēng)孔、加工通風(fēng)槽、砂光、加工直線接頭，以及直線匝間絕緣壓制及清理等工藝，其次應(yīng)進行端部通風(fēng)槽的加工、端部接頭加工、砂光等工序，最后進行直線和端部的組合焊接。其中沖孔工序是加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是線圈制造工藝的難點。這是因為，當(dāng)電機容量增大時，線圈導(dǎo)電面積也隨之增大，線規(guī)厚度隨之增加，由此沖孔工序的難度也隨之增大。除此之外，匝間絕緣壓制和定位及匝間絕緣通風(fēng)孔的加工也是線圈制造工藝的難點問題之一。

1.2?大型發(fā)電機線圈制造工藝參數(shù)

隨著近年來大型發(fā)電機單機容量的不斷提升，電機的額定工作電壓也不斷增大，對發(fā)電機的線圈也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，其中主要的工藝參數(shù)包括耐電壓強度、介質(zhì)損耗、運行電暈、吸潮性、熱導(dǎo)率，以及抗震性能等。

2.線圈制造改進工藝

2.1?線圈結(jié)構(gòu)材料的選擇

大型發(fā)電機線圈的組成材料較多，包括絕緣材料、防暈材料以及股線材料等。線圈的主絕緣層由多膠玻璃粉母帶構(gòu)成，包括一層粉云母紙和二層無堿玻璃增強布，并將桐改性環(huán)氧樹脂作為粘合劑使用。為了提高絕緣性能，需提高絕緣體系的云母含量，這就要求使用高性能、高透氣性的云母紙，并且選用具有較為穩(wěn)定性能的環(huán)氧樹脂和無堿玻璃布，這在一定程度上保證了線圈的質(zhì)量。防暈材料的選用時需保證電阻具有穩(wěn)定的半導(dǎo)體低阻帶和高阻帶，合理的防電暈結(jié)構(gòu)能夠提高線圈的起始電暈電壓，保證在線圈運行時不會產(chǎn)生電暈。股線絕緣是繞組線主要采用的結(jié)構(gòu)材料，這種材料可以減小絕緣厚度，提升電機槽滿率，進而提升電機技術(shù)指標(biāo)。

2.2?繞線工藝及設(shè)備改進

國內(nèi)外線圈繞線工藝包括疊繞、波形繞、分布波形繞三種，其中分布波形繞是目前國內(nèi)外最為先進的繞線方法。在國內(nèi)，采用最多的是疊繞工藝，但其僅適用于人工嵌線且槽滿率不高的情況，更多用于功率較小的電機。波形繞在機械嵌線、槽滿率上優(yōu)于疊線工藝，且比疊線繞成本低。分布波形繞不僅適用于機械繞線，且槽滿率能夠達到84%，因為無效邊和線端面距離小，因此更加省錢。

分布波形繞工藝具有線圈正反雙向繞制、線圈的分布具有相位角，以及線圈始、終端定向等特征，需經(jīng)過設(shè)備與模具單工序來實現(xiàn)。國內(nèi)外的線圈繞線機普遍采用電機驅(qū)動繞線，對于水輪發(fā)電機等大型電機的線圈，對于繞線機的要求更高。根據(jù)分布波形繞的工藝特點，繞線機應(yīng)將交流伺服調(diào)速式作為驅(qū)動，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確的繞線、排線及分度等功能。

2.3?線圈絕緣改進工藝

研究表明，大型發(fā)電機線圈的絕緣性能與主絕緣壓型工藝密切相關(guān)，因此，在選用合適的絕緣材料的基礎(chǔ)上，線圈絕緣質(zhì)量的提高關(guān)鍵在于壓型工藝的改進。

2.3.1多膠模壓新工藝

當(dāng)前傳統(tǒng)的多膠模壓工藝已經(jīng)不能夠滿足大型電機高電壓與高工作場強線圈的制造需求，然而仍然具有許多工藝優(yōu)勢，因此需在保留原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，對多膠模壓工藝進行改進。首先，為了調(diào)整云母帶的膠化時間，必須進行主絕緣的預(yù)烘處理，且在預(yù)烘處理后24小時以內(nèi)必須進行模壓，以防云母帶膠化時間變化和線圈的吸潮。在線圈的烘爐外加熱固化方面，傳統(tǒng)的工頻大電流通電加熱方法很難保證線圈各點溫度的的均勻，進而引起絕緣發(fā)空，影響介電性能，因此應(yīng)采用專門設(shè)計的電烘焙外加熱手動絕緣壓模。

2.3.2少膠VPI工藝

少膠VPI絕緣工藝要經(jīng)過導(dǎo)線的制造、主絕緣的包扎、預(yù)烘、VPI浸漬、加熱絕緣固化以及防暈處理等工序，最終還需進行絕緣性能的試驗。其中主絕緣的包扎是決定線圈絕緣性能的關(guān)鍵因素之一。由于場強的增大，對于少膠體系線圈，其主絕緣厚度在同電壓等級情況下較多膠體系薄，相應(yīng)的云母帶包扎厚度也應(yīng)隨之減小。在VPI浸漬工序中，加壓是保證樹脂充分浸入線圈云母帶層之間的最重要過程，浸漬后不應(yīng)立即取出，而應(yīng)晾曬30分鐘左右，避免浪費。在后期的絕緣固化工序中，對于線圈的直線部分，應(yīng)使用精加工的模具型腔以確保線圈截面尺寸的精確，對于線圈的引線部位，應(yīng)合理設(shè)定定位裝置，保證引線相對于直線的空間尺寸，對于線圈的端部，采用銅環(huán)引線處理方法，包夾板熱收縮帶固化。

3.結(jié)論

由于工作場強的提高，傳統(tǒng)的大型發(fā)電機線圈制造工藝已經(jīng)不能夠滿足加工要求，而必須通過工藝的改進，提高線圈質(zhì)量。線圈制造工藝的改進應(yīng)能進一步提高耐電壓強度、介質(zhì)損耗、運行電暈等關(guān)鍵參數(shù)。線圈加工工藝中，線圈結(jié)構(gòu)材料的選擇是前提，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)著重對繞線工藝及設(shè)備、線圈的絕緣工藝進行改進。

參考文獻：

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