电机F级绝缘材料和绝缘结构.pdf

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1、METALLURI CAL PoWER 电机 F级绝缘材料和绝缘结构 一 市 2 4 3 0 0 0)1，(马 锕 动 力 厂 函 i 丽 l 市 IV I f【摘 要】重点介绍了电机F 级绝缘 材料的 性能 分析和选择，从 夼电性 和 窖 性角度，阐 【关 键 调】墅 苎 笺 苎 兰 苎 塑 l F Le v e l I n s ul a t i o n M a t e r i a l a nd I n s u l a t i o n S t r u c t u r e o f M o t o r s l 前言 随着材料工业的高速发展，在 电机制造 业中，B级绝缘结构的电机已面临淘汰。如何

2、不降低绝缘等级检修电机以保证电机检修质 量和使用周期是冶金电修行业的课题。过去，我们也曾尝试过 F级绝缘改造，但在绝缘材 料的经济性和结构的相容性还存在着不尽合 理之处，对此，我们进一步加强了电机 F级 绝缘材料和绝缘结构的研究工作，以期实现 绝缘的更新换代。2 F级绝缘材料 2 1 匝间绝缘 F级漆包线漆目前较为通用的是聚脂亚 胺树脂，聚脂亚胺漆保留了聚脂漆的优点，提 高了耐热性和耐热冲击性，涂漆工艺幅度大，适应性强，质量稳定，易于加工高质量的圆线 和扁线，并且当聚脂亚胺中环氧含量增加时，可获得 H级聚脂亚胺漆，其与 D MD、F D MD、N MN和环氧授渍漆，3 2 4 0 等绝缘材料

3、的相容性较好，但从相容性和其它性能上看，改性聚脂亚胺漆更好。对玻璃丝包线，由于未经浸漆的玻璃丝 是多孔性材料，其电气强度与同样厚度的空 气 电气强度相当，一般电工玻璃丝的击穿场 强为 2 5 3 O k V m m。无碱玻璃丝理论击穿 场强犹高于电工玻璃丝，因此，对主要 电气性 能影响的是授渍漆，倒 O 1 2 m m玻璃丝包 线击穿场强 E 一0 4 k V m m，但一经授漆处 理后，击穿场强提高到 7 O k v ram。过去。我 们曾使用过的F级双丝扁线，其授渍漆为二 苯醚树脂 1 4 4 9，1 4 4 9的相容性未被证实，并 且其性能亦不如聚脂亚胺漆和改性聚脂亚胺 漆，因此，对 F

4、级双丝包线应 优先选用聚脂 亚胺或改性聚脂亚胺漆。2 2 粉云母带 粉云母带，亦被称为“三合一”材料，是由 粉云母纸和双面辅强材料经胶粘剂粘合而 成，在电机中常常作为绕组对地主绝缘材料。，8 q 1，(、维普资讯 http:/ 6 1 9 9 9 年第 3 期 冶金动力 3 9 我们知遭，粉云母纸和常用的辅强材料一无 亚胺桐油酸酐固化剂、硼胺固化剂和有机羧 碱玻璃丝布的耐热等极已达 c级，常用的胶 酸盐固化剂，这三种固化剂组戚的环氧胶，均 粘剂为环氧树脂，其本身具有良好的介电性 使云母带机械强度得到较大提高，有着较高 能、机械性能、耐热性和 良好的防潮性 因此，的热稳定性。但是，马来酰亚胺桐油

5、酸酐氧云 云母带主要性能取决于环氧树脂的固化剂，母胶(筒称桐马酸酐环氧云母胶)有者来源丰 常用的 B级和 F级粉云母带的差别亦在于 富、制造成本低的优点，从性能上看，仅有硼 固化剂不同。用途最广泛的 B级粉云母带 胺环氧腔的抗弯强度略高于它，其他两种固 5 4 3 8 1，固化 剂是环氧 桐 油酸酐 胶，简称 化剂组成的环氧胶其它性能均低于它，因此，TO A(5 4 3 8 1有时亦称 TOA粉 云母带)，在 F级环氧胶中应首推桐 马酸酐环氧胶 其 目前常用的 F级粉云母带固化剂有t 马来酰 性能与 T O A相比见表 1。衰 1 T O A与桐马酸酐环胺性童比较衰 材料名称 同体含量 崖 一

6、塑 皇!一 !三 一釜 譬 桐马环氧粉云母带 以马来酰亚胺橱油酸 酐 固化环氧树脂粘合 5 0 1 粉云母纸和双面辅 强无碱玻璃丝布，(O O 4+0 0 5+0 0 4 ra m)其工艺性能好，柔软爽手，贮存期长，其性能 优于其它F级粉云母带，价格便宜，能够适 用于模压技术，击穿场强为3 5 k V m m(5 4 3 8 1击穿场强为 2 7 k V mm)，介 电常致 e=4 0(1 5 5时 E=4 5)，并且据有关资料介 绍，这种粉云母带随着温度上升，其介损值反 而下降，这是其特点之一。2 3 檀绝缘材科 槽绝缘材料一般为环氧板和柔软复合材 料，环氧板(3 2 4 0)有着 良好的机

7、械性能和介 电性能，是很通用的 F级绝缘材料 柔软复 合材料是我国发展极为迅速的材料，随着 国 外 No me x纸的引进，国内柔软复合材料 由 D MD(B级)迅 速 发 展 到 NMN(F级)和 NHN(H级)，这些材料都有着稳定和优异的 介电性能、机械性能和耐热性能和与其它绝 缘材料 良好的相容性。但是，N MN和 N HN 的价格昂贵，F级绝缘中小型电机以N MN 取代 D MD，成本较高。因此，从确保性能和 可行性来看，选用 N MN是很好的。从成本角 度出发，可以选用 F D MD，它属于 F级聚脂 纤维无纺布聚脂薄膜复合柔软材料，由两层 聚脂纤维纸中间一层聚脂薄膜经层间粘合，表面

8、涂以高温绝缘漆。这种材料价格相对比 较便宜，其性能能够保证 F级绝缘的需要，但主要问题是这种材料的相容性无从考证。2 4 绝缘浸溃漆 对 F级绝缘浸溃漆，我们参照有关资料 经过多方考察和分析 认为 1 0 4 0漆较为 合 适，其漆基成分为环氧树脂，固化剂为橱马酸 酐，粘度 1 2 3 O S t，固体含量 7 O ，工期介 电强度 7 0 k V m m，体积电阻率常态 1 1 0”n，浸一遍即可满足要求，特别是适应于修理 单位适用，其粘度低、固体含量高、浸透性好、固化速度快、流失少、挂藩量大，可以降低劳 动强度，提高生产效率。并且粘连强度适宜，不象无溶剂藩那样，使修理后的电机拆线困 难。与

9、无纬带相容性好，价格便宜。3 绝缘结构 绝缘结构的设计考虑(1)介电性能要求，包括介 电强度、体积 维普资讯 http:/ 4 0 M ETALLURI CAL POW ER No 3 1 9 9 9 和表面电阻系 数、介 电常数、介质损耗 t g 8、耐 电晕、电弧性能、泄漏和表面放电等。(2)机械性能，包括抗拉、压、剪、弯曲的 强度、抗冲击和撕裂强度、硬度、延伸性、可挠 性、加工性等(3)热性能，包括耐热性、热导性、热膨胀 系数、闪点、软化点。(4)化学性能，包括耐腐蚀，电化学稳定 性、抗老化、氧化，可溶性和耐溶剂性，与其它 材料的相容性等。其中，电气性能是主要的，但不是决定性的，对不同的

10、电机，绝缘结构设 计的要点亦不 同。对高压电机 介电性能起着 决定性作用。对低压电机，耐热性能、相容性 以及机械性能起到决定性作用。对转子，机械 性能起着决定性 的作用。由于 B级绝缘材料 与结构的研究比较成熟，许多性能可以有据 可查 而对新型 F级绝缘结构的研究还不是 很成熟，特别是相关材料的威布尔曲线，长期 耐 电u一曲线以及机械方面抗拉、压、弯曲 以及锤击后性能变化参数难以查到，因此，某 些分析只能是粗略的定性分析。3 1 介电性能 3 1 1 瞬时工频耐电强度 一般 U b=K U N=E 1 d I 式中：过电压倍数，取 8 1 O u w 工作电压 k V E 材料击穿场强 k V

11、 m m，对桐 马环氧云母带 E =3 5 k V ram d i 单边绝缘厚度 I l l m 一 电场均匀系数，取 0 7 0 9 对 6 k V 电机，取 一1 0，则：1 O X 6 3 5 d 可求得 目 d 一 1 8 2 2 1 7 橱马环氧云母带厚度 0 1 4采取半迭包 方式，需 7 8 层可满足要求，考虑 B级绝缘 粉云母带绝缘规范，对 6 k V级采用 8 1 O层 5 4 3 8 1 粉云母带 对 6 k V F级绝缘亦可采 用 8 1 O 层粉云母带的绝缘规范将可满足要 求。3 1 2 长期耐电压性 KE一 式中：寿命时间 常数 主绝缘的耐压和时间关系 即 u 一 曲

12、线的斜率，取决于绝缘结构、工艺以及 老化因子等 E外施电场强度；_一 一r。l n(1 -a r )式中：偏导线厚度 r o 导线曲率半径 由此式可见：B、F级绝缘结构对长期耐 电性能的要求区别在于 u一 曲线的斜率不 同 由于 F级绝缘结构主绝缘为桐马环氧粉 云母带，其击穿场强大于 T OA粉云母带，可 以得出F级的u 一 曲线下降速度将缓于 B 级，因此，相同条件下，F级绝缘的长期耐 电 压性要将好于 B级绝缘。3 1 3 发热功率，主要是导体发热和介质发 热。P=I t R+U W C t g 8 5 4 3 8 1 和桐马环氧粉云母带相 比，1 3 0 时，5 4 3 8 1的 t 在

13、 6 左右，橱马环氧 粉云母带的 t 一2 5 。对 电机 c(E，S)d，则 5 4 3 8 1的 E 一4 8 5 2 而橱马环氧粉云母带 一3 9 可见，发 热功率桐马 环氧 粉云母带将 小于 5 4 3 8 1。3 1 4 热击穿电压 一_。一 u一 2 3 1 o X-v 心 dhtaR 由于桐马环氧粉云带相对环氧粉云母带 有着较低的 E l 和 t g 8 值，并且与 B级绝缘相 比，热导率、表面散热系数 a 和绝缘厚度 h 基本不变，故热击穿电压和将有所提高 3 2 相窖性讨论 维普资讯 http:/ 1 9 9 9 年第 3 期 冶金动力 4 1 相容性是电机选材的重要指标，重

14、点是 授溃漆和漆包线之间的相容性。相容性试验方法，目前各国正在探索，尚 未被国际公认，但其原理大多利用绞线或漆 包线与授渍漆等组合成简单的试样，模拟电 机运行条件中的热、机械、环境等因素，最后 以击穿电压、机械强度或漆膜界面开裂程度 作 比较。相容性试验是一种长期实验，一般检 修单位没有条件做，可以参照有关资料介绍 的结果。从我们所掌握的资料来看，美国 UL 公司的 UL1 4 4 6试验规程是较为先进和科学 的，其试验结果的资料相对较全面，可以参 照 现介绍 UL 1 4 4 6试验结果之一：绝缘结构：漆包线：Qz Y2改性聚脂亚胺漆包线 浸渍漆：E I u 一环氧无溶剂漆 槽绝缘：N MN

15、 槽楔t 3 2 4 0(由于环氧板性能稳定，可暂 不予考虑)套管；不考虑 结果；对绞线：击穿电压：原 2 l _ 1 k V，后 1 3 9 k V 外观 完整、光亮 弯曲倍径：4 d 槽绝缘抗张力：原 3 7 9 5 N，后 1 8 3 5 N 槽楔抗张力：原 8 5 3 N，后 6 8 0 N 套管击穿电压：原 6 9 6 k V，后 4 8 8 k V 结论：相容性好。我们使用的结构基本与其类似。漆包线：聚脂亚胺或改性聚脂亚胺漆包 线 浸渍漆：1 0 4 0(少溶剂环氧浸渍漆)槽绝缘；F D MD或 NMN 槽楔 3 2 4 0 这种绝缘结构参照 UL 1 4 4 6的试验结果 可以看

16、出，其相容性是较好的，不同点在于 1 0 4 0漆和 E I U漆相 比多了溶剂的成分(溶 剂经烘干工艺将挥发)。因此，须做漆包线对 甲苯或二甲苯的耐溶剂试验。若选用 F D MD，其相容性将难以考证，只能通过一些辅 助试验和实际使用进行检验，但从相容性角 度出发，它不起主要作用，并且一般柔软复合 材料的化学稳定性是较好的，根据我们试用 情况基本相符。由于所选择的材料，其性能均高于原 B 级使用的材料。因此：可以说在机械性能和化 学性能方面是有所保证的。4 经济效益初算 采用 F级绝缘材料代替 B级绝缘材料，电机运行的最高极限温度提高了 2 5，考虑 到影响电机寿命的因素不单是热老化。根据 国

17、际电工委员会建议采用的 1 O和 1 2法 则，即运行每超过极限温度 1 O 或l 2，电 机运行寿命将缩短一半(换言之，在同样运行 条件下，如果电机绝缘的极限温度每提高 1 0 或 1 2，电机寿命将延长一倍)。只接寿命 延长为原来的 2 倍，检修次鼓减半来计算，若 每年大修电机为 5 0 0台，总功率 1 5 0 O 0 k W，B级绝缘大修修理单价为 1 3 0元 k W，F级 绝缘大修成本提高约 2 O ，每年 可节约费 用：1 5 0 0 01 3 O 一(1 5 0 0 01 3 0)2 3(1 +2 O )_一7 8万元 电机绝缘等级提高后，仍在原来条件下，电机寿命提高，检修次数减少，停机损失将大 大减少，这方面创造的间接效益将是巨大的。因此，聚脂亚胺(或改性聚脂亚胺)漆包 线漆，桐马环氧粉云母带、F D MD柔软复 合 材料、1 0 4 0环氧授渍漆等主要材料组合的 F 级绝缘结构基本可 以满足绝缘更新 的需要。至于绝缘套管，无纬带等辅助绝缘材料的选 用，需在实践中加以论证。1 9 9 9 0 3 0 2收稿 维普资讯 http:/