電機(jī)散嵌繞組定子絕緣工藝探討

吳細(xì)坤　李信　成藝

【摘 要】隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，電機(jī)的絕緣技術(shù)也取得了豐碩的成果。在1 140 kV或者以下的電機(jī)繞組方式有時候會遇到散嵌繞組，這是一種新型的絕緣處理工藝，人們對其相關(guān)方面的經(jīng)驗和技術(shù)還有很多疑問。因此，我們需要對散嵌繞組絕緣處理工藝進(jìn)行全方位的分析和研究，只有這樣，才能保障此類定子絕緣性能達(dá)到人們期望的效果。

【關(guān)鍵詞】散嵌繞組；定子絕緣；絕緣工藝；定子鐵芯軸向變形

【中圖分類號】TM3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0204-02

1 我國電機(jī)絕緣材料及相關(guān)工藝介紹

在我國，絕緣材料行業(yè)從某種程度上來說是一個非常分散的行業(yè)，絕緣材料主要可以分為電氣絕緣用樹脂浸漬纖維制品、電氣絕緣用漆、卷繞制品、電氣絕緣用塑膠制品、電氣絕緣用膠粘帶、柔軟符合材料、電氣絕緣用云母制品等。而且，生產(chǎn)電機(jī)所用的絕緣材料的廠家數(shù)量眾多，必然出現(xiàn)質(zhì)量參差不齊等現(xiàn)象。因此，對電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)來說，選擇合適的絕緣材料顯得非常困難。電機(jī)絕緣材料中常用的主要是浸漬漆、電磁線及槽絕緣3個部分，它們的加工工藝及質(zhì)量性能將直接影響到電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)性能[1]。

1.1 浸漬漆及相關(guān)工藝介紹

目前，國內(nèi)的浸漬漆可以分為無溶劑漆和有溶劑漆兩個類型，等級分為B、F、H級。其中，B級主要是用在一些小功率的電機(jī)上，F(xiàn)級主要是用在Y、Y2等一系列電機(jī)，而H級主要用在礦山、防爆、鐵道牽引電機(jī)等一些特殊的電機(jī)上面。傳統(tǒng)的有溶劑浸漬漆在烘焙的過程中，會產(chǎn)生大量揮發(fā)物質(zhì)，固化后的固體含量能達(dá)到45%，這導(dǎo)致繞組間會留有大量的空氣間隙。而且很多時候其溶劑都有一定的毒性，這在烘焙過程中會對周邊的環(huán)境造成極大的污染。無溶劑浸漬漆相對來說優(yōu)勢明顯，比如其擁有滲透性填充性比較好、固化整體性好、黏結(jié)性好及絕緣質(zhì)量比較高等優(yōu)點。目前，無溶劑漆的發(fā)展逐漸朝著非苯乙烯體系的方向發(fā)展，而在國際上，目前第三代浸漬樹脂主要是低揮發(fā)的聚酯型無溶劑樹脂，其固化過程中的揮發(fā)物小于5%。變頻電機(jī)絕緣漆的要求相對來說更高，因此，其揮發(fā)分越小就越容易做到無氣隙絕緣，這對于提高電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)性能起到積極的推動作用[2]。

1.2 電磁線

我國額定電壓在380～690 V的電動機(jī)大多是采用兩級漆膜標(biāo)準(zhǔn)漆包線，但是其耐壓強(qiáng)度相對較低，而且很多時候漆包線都有小孔，在使用過程中容易出現(xiàn)老化，這會導(dǎo)致漆變得越來越脆，產(chǎn)生裂紋。

1.3 槽絕緣材料

目前，市場上的槽絕緣材料主要由NMN、NHN、DMD等幾種混合物構(gòu)成。這種復(fù)合材料主要運(yùn)用在一些傳統(tǒng)的電機(jī)上，但是由于其存在較大的缺點，不能耐電暈，因此不太適合變頻電機(jī)的應(yīng)用。

2 散嵌繞組絕緣結(jié)構(gòu)研究及試驗分析

2.1 匝間絕緣結(jié)構(gòu)分析

散嵌繞組電機(jī)通常都是用電磁線本身的絕緣層當(dāng)做匝間的絕緣，當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行的時候或者啟動的瞬間，線圈每匝承受的電壓峰值成為確定匝間絕緣結(jié)構(gòu)最直接的依據(jù)。根據(jù)匝間試驗得到的限值公式為：

UP=0.65（4UN+5 kV）

其中，UP是匝間試驗的電壓峰值，UN代表電機(jī)的額定電壓。例如，電機(jī)的額定電壓為3.3 kV，依據(jù)上面公式能得到UP=11.83 kV，也就是定子線圈匝間絕緣應(yīng)該能夠承受電壓峰值為11.83 kV的沖擊。如果線圈的匝數(shù)為30匝，那么每匝承受的沖擊電壓峰值為0.39 kV。但是，因為繞組的形式比較特殊，是弓形的換位結(jié)構(gòu)，此時第一匝和第十二匝是相鄰的位置，那么這兩匝之間的匝間電壓將變得非常大，大約為每匝承受的電壓峰值的12倍左右，即4.68 kV。通過分析能夠得到，必須選擇更加合適的電磁線才能滿足上述要求。經(jīng)過驗證研究，確定電磁線選用漆包薄膜玻璃絲繞包線，其絕緣的厚度為0.3 mm，繞包線的擊穿電壓比較高，可以達(dá)到12 000 V。此外，為了增強(qiáng)絕緣性能在換位層添加一層0.05 mm的亞胺薄膜[3]。

2.2 主絕緣結(jié)構(gòu)部分分析

絕緣的主要結(jié)構(gòu)分為兩種：一種是槽絕緣加厚型的絕緣結(jié)構(gòu)，其定子的線圈一般采用5462-1S少膠玻璃布來補(bǔ)強(qiáng)云母帶半疊包3層，其中雙面絕緣的厚度能夠達(dá)到1.2 mm；另一種就是線圈絕緣加厚型，定子的線圈采用的云母帶半疊包是4層的，比前者多一層，同時其雙面絕緣的厚度比前者多了0.4 mm。

3 電機(jī)散嵌繞組定子絕緣工藝研究分析

3.1 絕緣的處理相關(guān)技術(shù)分析

由于散嵌繞組定子的絕緣處理難度很大，很多時候存在鐵心槽內(nèi)填充不夠飽滿、烘焙后繞組端的掛漆量不夠充分問題，有的時候電纜線內(nèi)還容易灌漆等。因此，為了保證此類定子的絕緣處理達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，我們采用的是真空壓力浸漆。真空壓力浸漆的技術(shù)主要是把需要處理的工件放在一個準(zhǔn)備好的密閉容器中，然后人工抽成真空狀態(tài)，再通過壓差的方法將絕緣漆注入真空灌內(nèi)部，再額外施加一定的壓力，這樣能夠使絕緣漆滲透到真空罐內(nèi)部工件的每一個縫隙，最終達(dá)到浸漆的目的。通過真空壓力技術(shù)能夠使得漆膜均勻而且緊密，處理后的工件線圈絕緣性能更加優(yōu)秀，因此通過這種技術(shù)處理帶繞組的定子鐵芯能夠有效地提高定子的絕緣特性。真空壓力浸漆技術(shù)的主要流程可以概括為浸漆灌裝工件→浸漆灌預(yù)抽真空狀態(tài)→灌入漆→壓力浸漆→卸載工件→烘焙。

3.2 絕緣處理技術(shù)的相關(guān)工藝驗證試驗

為了使電機(jī)散嵌繞組定子的浸漆質(zhì)量能夠得到有效保障，我們一般會先做定子模型鐵芯的浸漆烘焙驗證工作，其主要過程可以概括為以下幾個方面：首先是用帶繞組的疊壓來模擬定子的鐵芯，用疊壓式來模擬定子的鐵芯，定子的鐵芯槽內(nèi)對稱的嵌入定子線圈4匝，這樣可以嵌入一共12槽的定子線圈。模擬定子浸漆的主要工藝流程為烘潮→浸漆工件→抽空氣達(dá)到真空→保住真空狀態(tài)→輸入漆→增加壓力然后保住壓力→卸載拿下工件→旋轉(zhuǎn)烘焙。通過模擬發(fā)現(xiàn)存在一定的問題，即絕緣漆的填充定子線圈不能完全到位，不夠飽滿。經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn)，此處的問題主要在于從浸漆灌中卸載吊裝工件到烘焙爐的過程時間比較長，從而導(dǎo)致浸漬漆流失比較多，我們對此通過實物進(jìn)行驗證。

3.3 散嵌繞組定子絕緣試驗問題分析

根據(jù)驗證試驗，我們對電機(jī)散嵌繞組定子絕緣處理工藝進(jìn)行總結(jié)，主要概況為以下幾點：？譹？訛由于散嵌繞組定子絕緣的嵌線特點，下層邊在進(jìn)槽以后應(yīng)該用壓鐵提前進(jìn)行預(yù)壓工藝操作，上層邊后進(jìn)槽端的處理應(yīng)該選擇操作熟練的工人完成理線操作，這能夠有效地避免下線引起的導(dǎo)線交叉問題發(fā)生的概率，同時還對真空壓力浸漆的處理工藝及后面的烘焙效果起到積極的作用。？譺？訛在后面試驗驗證的時候，定子引出的電纜懸掛在真空罐內(nèi)進(jìn)行浸漆處理時，需要將定子的電纜線粘貼在定子的外圓表上，同時還應(yīng)該進(jìn)行一次完整的、相同產(chǎn)品的制作過程的檢驗。？譻？訛從模擬鐵芯的試驗結(jié)果能看出，散嵌繞組在真空壓力中進(jìn)行浸漆工藝處理時，掛漆的效果沒有成型線圈的理想。因此，后期我們考慮盡可能地縮短滴漆的時間，在滿足工藝要求的前提下將滴漆的時間減少，這有利于掛漆的實際效果。同時，在浸漆完成以后，工件從卸載到吊裝送進(jìn)烘焙爐的過程中也應(yīng)該考慮時間因素，盡可能地將整個過程控制在一定的時間范圍內(nèi)。？譼？訛帶繞組定子鐵芯浸漆的主要驗證工藝為烘潮→工件浸漆→抽取真空狀態(tài)→保住真空狀態(tài)→輸入漆→加壓→工件卸載→烘焙。由于浸漆后的定子鐵芯必須經(jīng)過電氣檢驗測試，我們主要針對散嵌繞組定子線圈進(jìn)行電容測試、絕緣電阻測試、冷態(tài)及熱態(tài)的耐壓等級測試等，經(jīng)過檢測驗證結(jié)果都滿足了相關(guān)的設(shè)計要求。

3.4 解決散嵌繞組定子直線度相關(guān)工藝措施

通過上述的相關(guān)工藝能夠很好地解決電機(jī)散嵌繞組定子繞組端部及槽內(nèi)掛漆量的相關(guān)問題。但是在選擇烘焙的環(huán)節(jié)中，經(jīng)常會出現(xiàn)定子的鐵芯軸向發(fā)生變形的現(xiàn)象，鐵芯變形直接會導(dǎo)致后期的定子鐵芯套基座出現(xiàn)問題。為了充分地解決定子鐵芯變形的問題，我們經(jīng)過了多次試驗研究分析發(fā)現(xiàn)，原來這種問題是前期旋轉(zhuǎn)烘焙的工裝導(dǎo)致的，后期我們根據(jù)實際情況設(shè)計了新型的旋轉(zhuǎn)浸漆烘焙工裝。這種工裝能夠有效地解決定子鐵芯變形問題，而且對于定子浸漆電纜線綁扎問題也起到了有效的解決效果，大大地縮短了操作時間，提高了整體效率，有效地保障了定子在浸漆完成到出灌再到烘焙爐所用的時間在一定的范圍內(nèi)。這樣就能夠從根本上縮短了滴漆所用時間，讓浸漆的質(zhì)量得到有效保障。

綜上所述，電機(jī)散嵌繞組定子的絕緣工藝相對來說比較復(fù)雜，而且難度比較大。但是經(jīng)過大量的工藝驗證研究分析，我們能夠確定散嵌繞組定子絕緣的處理工藝，并且成功地解決了散嵌繞組定子絕緣處理的相關(guān)問題和難點。繞組端部掛漆量不足、槽內(nèi)填充不夠飽滿及定子帶電纜線容易灌漆到定子的軸向容易變形這幾個主要問題都得到了有效解決，從而為后期散嵌繞組定子鐵芯絕緣處理方面的工藝積累了大量的寶貴經(jīng)驗。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]方建國，吳夢艷，朱珊珊，等.電機(jī)絕緣技術(shù)發(fā)展歷程與方向[J].絕緣材料，2011，44（2）：43-48.

[2]管兆杰，黃慧潔，康駿.國內(nèi)電機(jī)絕緣材料和工藝及絕緣結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及分析[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2011，38（4）：1-5.

[3]劉杰.高壓電機(jī)絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2010.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]