基于圈式結(jié)構(gòu)的大型貫流定子線圈制作研究

錢小軍

(杭州杭發(fā)發(fā)電設(shè)備有限公司，浙江 杭州 311251)

1 概 述

圈式線圈多膠模壓絕緣系統(tǒng)主要應(yīng)用于電動機(jī)及較小容量的發(fā)電機(jī)，主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)制作工模具少，應(yīng)用設(shè)備集中，工作效率相對條形結(jié)構(gòu)要更高。以往，長鐵芯中大容量貫流電機(jī)定子線圈一般采用條形模壓絕緣系統(tǒng)，制作周期長、工序多、應(yīng)用模具多，制作成本高。隨著汽發(fā)條形定子線圈設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)的日益豐富，對各種原材料、模具、工藝及設(shè)備對線圈質(zhì)量影響的認(rèn)識也逐步加深。為解決大容量貫流電機(jī)定子線圈生產(chǎn)問題，花較多時間和精力對大型貫流圈式定子線圈的設(shè)計(jì)制造進(jìn)行了試驗(yàn)摸索，對影響產(chǎn)品質(zhì)量的各種因素有了相應(yīng)對策，各工序上的制約點(diǎn)也逐步摸清。

2 試制過程中出現(xiàn)的問題

在近1年的試制驗(yàn)證過程中，做了10多次樣品試制和試驗(yàn)，這里按試驗(yàn)流程來進(jìn)行問題的匯總，這些問題可能會在某次出現(xiàn)，但并不一定同時出現(xiàn)。主要問題如下：

(1)梭形繞制時，由于股線漲力不均勻，產(chǎn)生了個別股線的截面過度縮小問題，各班次股線漲力調(diào)整不一致，致使繞制成的線圈梭形形狀偏差較大。

(2)大型機(jī)組匝間絕緣需包云母帶并墊加強(qiáng)層多膠云母板，端部轉(zhuǎn)角處還要單獨(dú)加墊。當(dāng)工作環(huán)境溫度超過35 ℃，多膠云母板和云母帶變軟，邊包邊繞時粘在一起，繞制梭形轉(zhuǎn)角時外圈銅線無法伸長，兩匝墊在一起，R處匝間絕緣遭到破壞。

(3)漲型時，由于貫流圈式線圈截面大、角度大、回彈量大，漲型參數(shù)難控制，漲型動作時鼻部匝間易損壞。

(4)整形是手工作業(yè)，各班次的線圈形狀和尺寸不可能一致，再加上梭形形狀尺寸偏差，整形后的線圈形狀和尺寸偏差就更大了。

(5)主絕緣包扎時，由于線圈上下層接近于平行，上層包扎時設(shè)備移動式支撐輪與線圈截面尖角來回摩擦，致使絕緣損壞，影響包扎質(zhì)量。

(6)絕緣防暈結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的主絕緣模壓后再刷二次防暈結(jié)構(gòu)，改為高阻帶與主絕緣與槽部防暈起一次模壓成型的處理方式后，用老式模壓設(shè)備壓出的線圈有較深的皺溝。

(7)線圈熱壓時，直線部位用常規(guī)兩只壓腳再增加壓力的熱壓方式壓出的線圈截面尺寸不穩(wěn)定，時常有尺寸超差現(xiàn)象。

(8)熱壓后線圈出爐后冷縮變形不規(guī)律，出現(xiàn)線圈夾角變形超差現(xiàn)象。

3 解決方案

為適應(yīng)用戶對質(zhì)量要求的提高，從影響質(zhì)量的設(shè)計(jì)、原材料、設(shè)備、模具、制作工藝、環(huán)境等方面進(jìn)行分析研究。

3.1 優(yōu)化選擇線規(guī)及生產(chǎn)廠家

根據(jù)繞制的梭形線圈分析試驗(yàn)結(jié)果，針對梭形線圈繞制過程中出現(xiàn)的個別股線的截面過度縮小問題和線圈形狀尺寸偏差問題，重新分析比較試驗(yàn)了型號及生產(chǎn)廠家的因素后，還有一個原因，那就是線規(guī)的拉伸形變特性不一致。為此，多股線的貫流線圈優(yōu)化采用GLEB雙玻線。

3.2 放線架改造

原放線架的漲力是用彈簧加螺旋扣進(jìn)行調(diào)整，漲力的大小由作業(yè)者的手感判斷。因此在并繞股線數(shù)較多時，不同股線間的漲力差異可能會較大；此時，會出現(xiàn)個別股線截面縮小過度的問題。更換線盤時，靠手感調(diào)節(jié)的漲力會有差異，造成各班次梭形形狀偏差大的現(xiàn)象。

新放線架采用磁粉漲力控制(見圖1)，對于同一機(jī)組能夠做到優(yōu)化配置漲力并穩(wěn)定下來，排除了作業(yè)者的人為因素。

圖1 磁粉恒漲力放線架示意

3.3 繞線工作室無塵恒溫控制

當(dāng)工作環(huán)境溫度超過35 ℃，云母帶及多膠云母板等匝間絕緣融化變軟，邊包邊繞時云母帶膠粘到輪子上，已包扎的絕緣很快粘在一起變成一個小整體。繞制梭形轉(zhuǎn)角時外圈銅線無法伸長，梭形R成型時疊在一起，R處匝間絕緣遭到破壞。

搭建繞線工作室，裝上恒溫空調(diào)，保持繞線工作室溫度在15～25 ℃內(nèi)，匝間絕緣不會粘連，繞制梭形R時也能自然成型，不會疊在一起，匝間絕緣質(zhì)量得到保障。

3.4 漲型整形控制

由于貫流圈式線圈截面大、角度大、回彈量大，原先老式漲型機(jī)漲型工序中參數(shù)難控制，漲型動作時鼻部匝間易損壞。漲型完成后工序是整形，整形是手工作業(yè)，各班次的線圈形狀和尺寸不可能一致，再加上梭形形狀尺寸偏差，整形后的線圈形狀和尺寸偏差就更大了。

按工藝需要設(shè)計(jì)制造新式漲型機(jī)，滿足漲型及端部整形兩個工序工作需要(見圖2)。根據(jù)線圈直線邊長度、截面的多樣性，高剛度的線圈直線邊自動抓取裝置，其線圈鼻端的夾緊部分可依據(jù)鼻部半徑進(jìn)行更換；其在漲型過程中穩(wěn)定、牢固夾緊直線邊。直線邊與端部轉(zhuǎn)角不鼓包，線圈之間沒有磨擦運(yùn)動。漲型后的線圈沒有任何機(jī)械損傷，線圈表面絕緣及線圈匝間絕緣完好無損，保證線圈電氣性能的可靠。對線圈可自動定距及對中，漲型原理、軌跡均繞圓心運(yùn)動，確保兩端跨距一致，根據(jù)線圈的大小自動成形。線圈斜邊頂弧度機(jī)構(gòu)采用拼接式，可拼出不同弧形，以保證不同規(guī)格線圈斜邊的漲型要求，采用伺服機(jī)構(gòu)控制頂弧座的軸向移動，

圖2 漲型機(jī)示意

配置帶側(cè)肩的弧塊可有效消除兩極線圈端部內(nèi)翻，4個頂弧機(jī)構(gòu)可單獨(dú)升降控制，強(qiáng)度高，操作簡便。采用伺服機(jī)構(gòu)控制鼻部的位置，保證鼻部高度、長度、偏角完全受控。采用開啟式鼻夾機(jī)構(gòu)，鼻部轉(zhuǎn)角位置更短，放取線圈方便。鼻部在拉型過程中，由夾頭自動轉(zhuǎn)角可調(diào)。漲型后線圈形狀一致，線圈成型尺寸精確，能將梭型線圈最終成型為成品線圈，不再需要用復(fù)型模來進(jìn)行復(fù)型。

3.5 主絕緣包扎

由于線圈上下層接近于平行，端部短，跨距小于200 mm。若應(yīng)用半自動包帶機(jī)包扎主絕緣包扎時，直線轉(zhuǎn)彎電氣性能最薄弱處剛好需要接包，上層包扎時設(shè)備移動式支撐輪與線圈截面尖角來回碰擦，這幾種因素均為損傷絕緣材料，影響對地絕緣包扎質(zhì)量。

根據(jù)貫流定子線圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用機(jī)器人包帶機(jī)小包帶頭一次性全包直線和端部是最佳方案。

3.6 改造模壓設(shè)備

傳統(tǒng)模壓方式壓鐵無加熱件，熱壓座與壓鐵會有較大溫度差。傳統(tǒng)模壓的壓腳前后位置固定，很難調(diào)整壓腳中心線與壓鐵中心線一致。傳統(tǒng)模壓僅壓直線段，線圈直線段與端部彎曲部位的形狀難以保證，往往使該部位絕緣層成為電氣弱點(diǎn)。

首先對壓鐵進(jìn)行改進(jìn)，采用單面發(fā)熱紅外板結(jié)合低鐵導(dǎo)熱槽，節(jié)能、平面溫度均勻，在線圈兩寬面用加熱板同時加熱。其次是對上壓腳作結(jié)構(gòu)改進(jìn)，制成分體式結(jié)構(gòu)，外套筒與壓缸連接，內(nèi)桿裝在外套筒上，前后位置可根據(jù)中心需要無級調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)用PLC觸摸屏輸入并儲存工藝參數(shù)，內(nèi)設(shè)圈式及線棒膠化主絕緣模壓工藝參數(shù)，全自動數(shù)控溫度及壓力。采用自動預(yù)壓工藝，5～10 min后自動加滿壓的使用工藝，采用OMRON觸摸屏及PLC自動控制熱壓溫度。為了便于記錄、分析及改進(jìn)，本控制系統(tǒng)可以完整地記錄下模壓設(shè)備PLC自動控制的全過程(見圖3)

圖3 模壓設(shè)備數(shù)控制界面

3.7 線圈定型

傳統(tǒng)工藝熱壓完成線圈出爐后放在平臺上自由冷卻，冷縮受周圍環(huán)境影響較大，變形不規(guī)律，出現(xiàn)線圈空間裝配形狀變形超差現(xiàn)象。

現(xiàn)設(shè)計(jì)制造模擬鐵芯嵌線狀定型模(見圖4)，圈式線圈冷縮受控，確保線圈空間裝配形狀滿足要求。

圖4 模擬鐵芯嵌線狀定型模

4 實(shí)例應(yīng)用及性能特點(diǎn)

4.1 實(shí)例應(yīng)用

到目前為止，按照新方案建造了多座電站的發(fā)電機(jī)圈式線圈，典型業(yè)績?nèi)缦滤?見表1)。

表1 典型業(yè)績

通過對按照新方案制造的多座電站項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)大型貫流圈式定子線圈的檢查、跟蹤，不難發(fā)現(xiàn)前文所述的問題都已經(jīng)得到圓滿解決。

4.2 性能特點(diǎn)

5 結(jié) 語

在投入了大量的人力、物力、財(cái)力后，大幅度提高了大型貫流圈式線圈的性能和整體質(zhì)量，圈式線圈的設(shè)計(jì)、制造也上了一個臺階。在大幅度減輕了勞動強(qiáng)度的同時，成品一等品率提高到99.5%以上，這一結(jié)論已被上述業(yè)績所驗(yàn)證。