電機(jī)散嵌繞組定子絕緣工藝探討

電機(jī)在制造的過程中采用的絕緣材料、機(jī)構(gòu)及其相關(guān)的工藝等，不但會涉及到整體結(jié)構(gòu)的布局以及相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，而且還會直接的影響后期電機(jī)能否可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，很多時(shí)候電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平在某些時(shí)候可以通過其絕緣系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)上直接體現(xiàn)出來。隨著社會的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，相對于傳統(tǒng)的電機(jī)絕緣技術(shù)人們對于當(dāng)代電機(jī)的絕緣可靠性提出了更高的要求標(biāo)準(zhǔn)。散嵌繞阻定子絕緣處理技術(shù)工藝相對來說比較難，工藝相對比較復(fù)雜，為了保障其后期的絕緣性能，我們必須不斷的開發(fā)和研究新型的絕緣材料、先進(jìn)的制造工藝、合理的絕緣結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)，這樣能夠讓電機(jī)的絕緣系統(tǒng)，滿足在后期長時(shí)間承受各種熱、電以及各種苛刻的運(yùn)行工況的考驗(yàn)。

1 我國電機(jī)絕緣材料以及相關(guān)工藝介紹

在我國絕緣材料這個行業(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等。而且針對電機(jī)所用的絕緣材料的生產(chǎn)廠家也數(shù)量眾多，必然出現(xiàn)質(zhì)量層次不齊，因此，對于電機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)來說選擇合適的絕緣材料就顯得非常困難。電機(jī)的絕緣材料中常用的部分主要是浸漬漆、電磁線以及槽絕緣三個部分，他們的加工工藝以及質(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 浸漬漆以及相關(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級的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等一些列電機(jī)，而H級主要是用在礦山、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)生大量的揮發(fā)物質(zhì)，固化后的固體含量能達(dá)到45%，這導(dǎo)致繞阻間會留有大量的空氣間隙；而且很多時(shí)候其溶劑都有一定的毒性，這在烘焙的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，比如其擁有滲透的填充性比較好、固化整體性號、黏結(jié)性好以及絕緣的質(zhì)量比較高等優(yōu)點(diǎn)。目前，無溶劑漆的發(fā)展逐漸的朝著非苯乙烯體系的方向發(fā)展，而在國際上目前第三代的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)的魚魚絕緣漆的要求相對來說更高，因此其揮發(fā)份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)性能起到了積極的推動作用^[2]。

1.2 電磁線

我國額定電壓在380-690V的電動機(jī)大多是采用的兩級漆膜標(biāo)準(zhǔn)漆包線，但是其耐壓的強(qiáng)度相對來說比較低，而且很多時(shí)候漆包線都有小孔，在使用的過程中容易出現(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)合材料主要是運(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(diǎn)，不能耐電暈，因此不太適合變頻電機(jī)的應(yīng)用。

2 散嵌繞阻絕緣結(jié)構(gòu)研究及試驗(yàn)分析

2.1 匝間絕緣結(jié)構(gòu)分析

散嵌繞阻電機(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(shí)候或者啟動的瞬間，線圈每匝承受的電壓峰值成為了確定匝間絕緣結(jié)構(gòu)最直接的依據(jù)。根據(jù)匝間試驗(yàn)得到的限值公式為：

其中UP是匝間試驗(yàn)的電壓峰值，UN代表的是電機(jī)的額定電壓。比如電機(jī)的額定電壓為3.3KV，依據(jù)上面公式能得到UP=11.83KV，也就是定子線圈匝間絕緣應(yīng)該能夠承受的電壓峰值為11.83KV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0.39KV。但是因?yàn)槔@阻的形式比較特殊是弓形的換位結(jié)構(gòu)，此時(shí)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4.68KV。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(yàn)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0.3mm，繞包線的擊穿電壓比較高可以達(dá)到12000V。另外，為了增強(qiáng)絕緣性能在換位層添加一層0.05mm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的是5462-1S少膠的玻璃布來補(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1.2mm；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(shí)其雙面絕緣的厚度比前者多了0.4mm。

3 電機(jī)散嵌繞阻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

由于散嵌繞阻定子的絕緣處理難度很大，很多時(shí)候存在鐵心槽內(nèi)的填充不夠飽滿、烘焙后繞阻端的掛漆量不夠充分以及有的時(shí)候電纜線內(nèi)還容易灌漆等等。因此，為了保證此類定子的絕緣處理達(dá)到要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，我們采用的是真空的壓力浸漆^[4]。真空壓力浸漆的技術(shù)主要就是把需要處理的工件放在一個準(zhǔn)備好的密閉容器中，然后人工抽成真空的狀態(tài)；然后再通過壓差的方法將絕緣漆注入到真空灌內(nèi)部，再額外施加一定的壓力，這樣就能夠使得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)處理帶繞阻的定子鐵芯能夠有效的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-進(jìn)行烘焙。

3.2 絕緣處理技術(shù)的相關(guān)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)

為了電機(jī)散嵌繞阻定子的浸漆質(zhì)量能夠得到有效的保障，一般會先做定子模型鐵芯的浸漆烘焙驗(yàn)證工作，其主要的過程可以概括為以下幾個方面：首先就是用帶繞阻的疊壓來模擬定子的鐵芯，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，這樣就可以一共嵌入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中時(shí)間比較長，從而導(dǎo)致了浸漬漆流失的比較多，我們對此通過實(shí)物進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 散嵌繞阻定子絕緣試驗(yàn)問題分析

根據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)，我們對電機(jī)散嵌繞阻定子絕緣處理工藝進(jìn)行總結(jié)，主要概況為以下幾點(diǎn):

⑴就是由于散嵌繞阻定子絕緣的嵌線特點(diǎn)，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，這能夠有效的避免下線引起的導(dǎo)線交叉問題發(fā)生的概率，同時(shí)還對真空壓力浸漆的處理工藝以及后面的烘焙效果起到了積極的作用。

⑵在后面的試驗(yàn)驗(yàn)證的時(shí)候，定子引出的電纜懸掛在真空罐內(nèi)進(jìn)行浸漆處理時(shí)，需要將定子的電纜線粘貼在定子的外圓表上，同時(shí)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(yàn)^[5]。

⑶從模擬鐵芯的試驗(yàn)結(jié)果能看出，散嵌繞阻在真空壓力中進(jìn)行浸漆工藝處理時(shí)，因?yàn)閽炱岬男Ч麤]有成型線圈的理想。因此，后期我們考慮盡可能的縮短滴漆的時(shí)間，在滿足工藝要求的前提下將滴漆的時(shí)間減少，這有利掛漆的實(shí)際效果。同時(shí)，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(shí)間因素，盡可能的將整個過程控制在一定的時(shí)間范圍內(nèi)。

⑷帶繞阻定子鐵芯浸漆的主要驗(yàn)證工藝可以概括為以下幾個方面：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要經(jīng)過電氣檢驗(yàn)測試，我們主要針對散嵌繞阻定子線圈進(jìn)行了電容測試、絕緣電阻測試、冷態(tài)以及熱態(tài)的耐壓等級測試等等，經(jīng)過檢測驗(yàn)證結(jié)果都滿足了相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。

3.3解決散嵌繞阻定子直線度相關(guān)工藝措施

通過上述的相關(guān)工藝能夠很好的解決電機(jī)散嵌繞阻定子繞阻端部以及槽內(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，當(dāng)鐵芯變形后直接就會影響到后期的定子鐵芯套基座出現(xiàn)問題。為了充分的解決定子鐵芯變形的問題，我們經(jīng)過多次的試驗(yàn)研究分析，原來是由于前期的旋轉(zhuǎn)烘焙的工裝導(dǎo)致的結(jié)果，后期我們根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了新型的旋轉(zhuǎn)浸漆的烘焙工裝。這種工裝能夠有效的解決定子鐵芯變形的問題，而且對于定子浸漆電纜線綁扎的問題也起到了有效的解決效果，大大的縮短了操作的時(shí)間，提高了整體的效率，而且有效的保障了定子在浸漆完成后到出灌后到烘焙爐所用的時(shí)間在一定的范圍內(nèi)。這樣就能夠從根本上縮短滴漆所用時(shí)間，讓浸漆的質(zhì)量得到了有效的保障。

綜上所述，由于電機(jī)散嵌繞阻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(yàn)證研究分析，我們能夠確定散嵌繞阻定子絕緣的處理工藝，并且成功的解決了散嵌繞阻定子絕緣處理的相關(guān)問題和難點(diǎn)。從繞阻端部掛漆量不足、槽內(nèi)填充不夠飽滿以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的解決，為后期散嵌繞阻定子鐵芯絕緣處理方面的工藝積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://xwlcp.cn/w/qk/21223.html