国内电机绝缘材料和工艺及绝缘结构现状及分析.pdf
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1、国内电机绝缘材料和工艺及绝缘结构现状及分析 管兆杰;黄慧洁;康骏【摘 要】The current status and problems of domestic electrical insulation materials,insulation technology and electrical insulation systems were analyzed.The necessity of the establishment of the base systems for the motor insulation materials and electrical insulation s
2、ystems were analyzed.The suggestions of the development of future electrical insulation materials and electrical insulation systems were put forward.%对目前国内电机绝缘材料、绝缘工艺和绝缘结构的现状及存在的问题进行了分析.分析了电机绝缘材料及绝缘结构基准体系建设的必要性,为未来的电机绝缘材料及绝缘结构的发展提供了建议.【期刊名称】电机与控制应用【年(卷),期】2011(038)004【总页数】5 页(P1-5)【关键词】绝缘材料;绝缘结构;基准体
3、系【作 者】管兆杰;黄慧洁;康骏【作者单位】上海电器科学研究所(集团)有限公司上海电器设备检测所,上海200063;上海电器科学研究所(集团)有限公司上海电器设备检测所,上海 200063;上海电器科学研究所(集团)有限公司上海电器设备检测所,上海 200063【正文语种】中 文【中图分类】TM303.4 0 引言 电机所采用的绝缘材料、绝缘结构、绝缘工艺,不仅涉及到电机设计参数的选择和整体结构的布局,还关系到电机运行的可靠性和运行寿命。绝缘系统各项技术经济指标,在很大程度上反映电机的设计和制造水平。随着科学技术的进步,对绝缘可靠性提出了更高的要求。为此必须开发和应用新型绝缘材料、合理的绝缘结
4、构、先进的制造工艺和科学的绝缘试验手段,最大限度地满足电气绝缘系统长期承受电、热、机械及各种苛刻运行工况的要求。1 绝缘材料及工艺 我国绝缘材料行业是一个高度分散的行业,绝缘材料分为电气绝缘用漆,电气绝缘用树脂浸渍纤维制品,电气绝缘用层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶制品和引拔制品,电气绝缘用塑胶制品,电气绝缘用云母制品,电气绝缘用胶粘带、薄膜、柔软复合材料,电气绝缘用纤维制品,绝缘液体八大类。其中电机用绝缘材料生产企业有数百家,遍布全国,产品质量良莠不齐,对电机生产企业而言材料很难筛选。电机用绝缘材料中,作为绝缘结构中主要组分的为电磁线、浸渍漆和槽绝缘,其性能和加工工艺对电机绝缘结构有着决定性
5、的影响,下文将对这三者的现状及如何控制其性能质量进行初步分析。1.1 电磁线 国内额定电压为 380690 V 的电动机所用标准漆包线大多为两级漆膜,其耐电压强度不够高,而且多数漆包线都有小孔。在使用期间出现热老化,这种漆变得越来越脆,产生裂纹的危险性增大。目前,国内的电磁线只需生产许可证便可通过 3C安全认证,但这并没有对其相应的温度指数进行测试,所以无法证明电磁线的温度指数是否达到了对应的需求。对于传统电动机,其电磁线应根据 GB/T 6109 进行性能测试,必须测试温度指数,按 GB/T 4074.7 或 GB/T 4074.8 进行试验。对于变频电机,根据 GB/T 6109 测试常规
6、性能之外,还要根据 GB/T 21707 进行耐电晕性能测试。1.2 浸渍漆与浸渍工艺 目前国内 B、F、H 级浸渍漆分为有溶剂漆和无溶剂漆。B 级浸渍漆一般用于小功率电机,而 F 级浸渍漆一般用于 Y、Y2 系列电机,H 级浸渍漆一般用于冶金、防爆、矿山和铁道牵引电机等特种电机。对于传统的有溶剂浸渍漆,由于含有约 50%的溶剂,在烘培过程中溶剂大量挥发,固化后,仅有45%的固体含量,绕组间含有大量气隙;且溶剂一般为苯系的芳香族化合物,存在一定的毒性,固化烘培中污染环境。无溶剂浸渍漆具有粘结性好、渗透填充性好、内干性好、固化物整体性好、电机温升低、绝缘质量高等特性。在讨论无溶剂漆时,要特别强调
7、发展非苯乙烯体系的低挥发无溶剂漆。对于环氧型无溶剂树脂,在高温固化时,也约有 20%的挥发物,同样不能形成无气隙绝缘。低挥发份聚酯型无溶剂树脂是国际上第三代浸渍树脂,其固化速度快,固化过程中挥发物小于 5%。采用适当的浸渍工艺,基本上可以形成“无气隙绝缘”。由上述可以看出,绝缘漆或树脂的温度指数以及与电磁线的化学相容性对电机绝缘而言至关重要,但国内绝大部分产品没有进行相关评定。变频电机对绝缘漆的要求更高,要求其挥发份越小越好,做到无气隙绝缘,提高电机绝缘结构的局部放电起始电压,提高绝缘结构寿命。对于传统电动机,其浸渍漆应根据GB/T 1981.2 进行性能测试,温度指数根据GB/T 11028
8、 进行测试,并根据 GB/T 17948.2 进行相容性试验评定。变频电机用绝缘树脂在上述评定的基础上,根据 GB/T 7354 对固化后的绝缘结构进行局部放电测试,有效控制绝缘结构的质量。1.3 槽绝缘 槽绝缘材料目前使用 NHN、NMN、DMD 或 F 级 DMD 等由几种混合物制成。复合材料一般用于传统电动机的槽绝缘,但这类材料由于具有有机性,它们不能耐电晕,不适用于变频电机用槽绝缘。现在 NHN、NMN 或 F 级 DMD 和薄膜组成的组合绝缘非常普及。表面贴有聚酯绒布的产品应优先选用,而通常需要的是浸渍处理后全部为 F 级的材料。因此,两层聚酯绒布间夹一层聚酯薄膜的绝缘是一种良好的材
9、料。同其他材料相比,它在吸收树脂方面占有优势。这就意味着,漆或树脂流出的危险性减少,可以实现与导线更好的粘接。此外,固化前定子搬运期滑动减少。槽绝缘、相间绝缘和线圈绝缘最好提高到 H 级。采用成本低廉的厚云母绝缘可能是一个良好的解决办法。对于传统电动机,其槽绝缘应根据 GB/T 5591.2 进行性能测试,温度指数根据GB/T 11026 进行测试。变频电机用槽绝缘在上述评定的基础上,根据 GB/T 7354 对槽绝缘进行局部放电测试,有效控制绝缘结构的质量。2 绝缘结构 电气设备的运行寿命通常由其电气绝缘结构(也称作电气绝缘系统)的寿命来确定,绝缘结构的好坏决定着电机的寿命,同时也是电机安全
10、运行的基础。随着全球能源紧张,新能源技术、新材料、新工艺的快速发展,电机正处于高能效、节能的发展阶段,对绝缘结构的要求也与传统的大不一样,如果没有一个权威专业的认证体系,产品的安全性和可靠性得不到保障,将会大大制约我国电机行业的发展,使电机在发展转变的过程中投入巨大的成本。新型电机中最具代表性的就属变频电机。采用交流变频调速电机比直流调速电机具有显著的优点。近年来,国际上变频调速传动装置以每年13%16%的增长率发展,并有逐步取代大部分直流调速传动装置的趋势。由于以恒频、恒压电源进行工作的普通异步电机应用于变频调速系统时,存在着很大的局限性,国外发展了根据使用场合和使用要求而设计的专用变频交流
11、电动机。例如,有低噪声、低振动用的电机,有提高低速转矩特性的电机,有高速电机,有带测速发电机的电机及矢量控制电机等。在交流变频电动机的推广应用过程中,曾出现大批交流变频调速电动机绝缘早期损坏的情况。许多交流变频电机运行的寿命只有 12 年,有的只有几个星期,甚至在试运行中电机绝缘就出现损坏。电机绝缘结构破坏一般是由于老化引起绝缘失效。(1)热老化。以电缆、导线为例,随着温度升高,绝缘体变软,其抗剪强度就会丧失。在高温下如果被其他物体挤压,则绝缘体有可能会发生塑变甚至使导体外露最终酿成短路;当温度超过绝缘体的额定值时,将导致绝缘退化(寿命缩短),还可能造成塑变或炭化,引起过度退化;因过热而老化并
12、硬化的绝缘体如受到弯曲,就有可能出现裂纹。若温度低于绝缘体的额定值,如果冷导线或电缆受到剧烈弯曲或冲击时,绝缘体也会破裂。(2)电气老化。当绝缘材料承受高压电场时,绝缘材料的表面或内部空隙会发生放电。屡次放电所产生的离子电弧和离子运动将严重侵蚀绝缘材料,使其绝缘性能下降。(3)环境因素引起的老化。电机周围有灰尘、腐蚀性气体、水分、附着的油类和放射线等,使其加速老化。由于杂质离子的存在更容易产生离子电流和发生离子碰撞,因此一般的电线等导体表面会加防护套或涂防护漆,一方面起绝缘作用,另一方面可以保护导体不受周围灰尘、气体的侵蚀。(4)机械老化。受起动运行停车或负荷变动所造成的交变负荷和交变冲击的影
13、响,绝缘材料与导电体之间因温差及膨胀系数差而产生的反复应力与变形,会使绝缘性能下降。另外,受电磁力、离心力、振动和重力的作用,绝缘劣化也会加速,这方面尤以转子绕组更明显。因此,为防止固体电介质绝缘失效,应避免电介质受到振动、冲击、压力和其他环境因素所产生的应力,防止固体电介质变形、移位;应使固体电介质远离酸、碱等腐蚀性很强的液体,或免受强烈射线的照射;电介质所处环境温度不能过高,这就要求电气设备超负荷工作时间不能过长。此外,应尽量避免在不均匀电场使用固体电介质,防止固体电介质的电击穿。在选择绝缘材料时也应有所侧重,比如聚合物绝缘体在高温环境下趋向于加速退化,而热固性塑料绝缘材料如酚醛塑料比 A
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