电机散嵌绕组定子绝缘工艺探讨

吴细坤　李信　成艺

【摘 要】随着科技的不断创新和发展，电机的绝缘技术也取得了丰硕的成果。在1 140 kV或者以下的电机绕组方式有时候会遇到散嵌绕组，这是一种新型的绝缘处理工艺，人们对其相关方面的经验和技术还有很多疑问。因此，我们需要对散嵌绕组绝缘处理工艺进行全方位的分析和研究，只有这样，才能保障此类定子绝缘性能达到人们期望的效果。

【关键词】散嵌绕组；定子绝缘；绝缘工艺；定子铁芯轴向变形

【中图分类号】TM3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）03-0204-02

1 我国电机绝缘材料及相关工艺介绍

在我国，绝缘材料行业从某种程度上来说是一个非常分散的行业，绝缘材料主要可以分为电气绝缘用树脂浸渍纤维制品、电气绝缘用漆、卷绕制品、电气绝缘用塑胶制品、电气绝缘用胶粘带、柔软符合材料、电气绝缘用云母制品等。而且，生产电机所用的绝缘材料的厂家数量众多，必然出现质量参差不齐等现象。因此，对电机生产企业来说，选择合適的绝缘材料显得非常困难。电机绝缘材料中常用的主要是浸渍漆、电磁线及槽绝缘3个部分，它们的加工工艺及质量性能将直接影响到电机的绝缘结构性能[1]。

1.1 浸渍漆及相关工艺介绍

目前，国内的浸渍漆可以分为无溶剂漆和有溶剂漆两个类型，等级分为B、F、H级。其中，B级主要是用在一些小功率的电机上，F级主要是用在Y、Y2等一系列电机，而H级主要用在矿山、防爆、铁道牵引电机等一些特殊的电机上面。传统的有溶剂浸渍漆在烘焙的过程中，会产生大量挥发物质，固化后的固体含量能达到45%，这导致绕组间会留有大量的空气间隙。而且很多时候其溶剂都有一定的毒性，这在烘焙过程中会对周边的环境造成极大的污染。无溶剂浸渍漆相对来说优势明显，比如其拥有渗透性填充性比较好、固化整体性好、黏结性好及绝缘质量比较高等优点。目前，无溶剂漆的发展逐渐朝着非苯乙烯体系的方向发展，而在国际上，目前第三代浸渍树脂主要是低挥发的聚酯型无溶剂树脂，其固化过程中的挥发物小于5%。变频电机绝缘漆的要求相对来说更高，因此，其挥发分越小就越容易做到无气隙绝缘，这对于提高电机绝缘结构性能起到积极的推动作用[2]。

1.2 电磁线

我国额定电压在380～690 V的电动机大多是采用两级漆膜标准漆包线，但是其耐压强度相对较低，而且很多时候漆包线都有小孔，在使用过程中容易出现老化，这会导致漆变得越来越脆，产生裂纹。

1.3 槽绝缘材料

目前，市场上的槽绝缘材料主要由NMN、NHN、DMD等几种混合物构成。这种复合材料主要运用在一些传统的电机上，但是由于其存在较大的缺点，不能耐电晕，因此不太适合变频电机的应用。

2 散嵌绕组绝缘结构研究及试验分析

2.1 匝间绝缘结构分析

散嵌绕组电机通常都是用电磁线本身的绝缘层当做匝间的绝缘，当电机在运行的时候或者启动的瞬间，线圈每匝承受的电压峰值成为确定匝间绝缘结构最直接的依据。根据匝间试验得到的限值公式为：

UP=0.65（4UN+5 kV）

其中，UP是匝间试验的电压峰值，UN代表电机的额定电压。例如，电机的额定电压为3.3 kV，依据上面公式能得到UP=11.83 kV，也就是定子线圈匝间绝缘应该能够承受电压峰值为11.83 kV的冲击。如果线圈的匝数为30匝，那么每匝承受的冲击电压峰值为0.39 kV。但是，因为绕组的形式比较特殊，是弓形的换位结构，此时第一匝和第十二匝是相邻的位置，那么这两匝之间的匝间电压将变得非常大，大约为每匝承受的电压峰值的12倍左右，即4.68 kV。通过分析能够得到，必须选择更加合适的电磁线才能满足上述要求。经过验证研究，确定电磁线选用漆包薄膜玻璃丝绕包线，其绝缘的厚度为0.3 mm，绕包线的击穿电压比较高，可以达到12 000 V。此外，为了增强绝缘性能在换位层添加一层0.05 mm的亚胺薄膜[3]。

2.2 主绝缘结构部分分析

绝缘的主要结构分为两种：一种是槽绝缘加厚型的绝缘结构，其定子的线圈一般采用5462-1S少胶玻璃布来补强云母带半叠包3层，其中双面绝缘的厚度能够达到1.2 mm；另一种就是线圈绝缘加厚型，定子的线圈采用的云母带半叠包是4层的，比前者多一层，同时其双面绝缘的厚度比前者多了0.4 mm。

3 电机散嵌绕组定子绝缘工艺研究分析

3.1 绝缘的处理相关技术分析

由于散嵌绕组定子的绝缘处理难度很大，很多时候存在铁心槽内填充不够饱满、烘焙后绕组端的挂漆量不够充分问题，有的时候电缆线内还容易灌漆等。因此，为了保证此类定子的绝缘处理达到质量标准，我们采用的是真空压力浸漆。真空压力浸漆的技术主要是把需要处理的工件放在一个准备好的密闭容器中，然后人工抽成真空状态，再通过压差的方法将绝缘漆注入真空灌内部，再额外施加一定的压力，这样能够使绝缘漆渗透到真空罐内部工件的每一个缝隙，最终达到浸漆的目的。通过真空压力技术能够使得漆膜均匀而且紧密，处理后的工件线圈绝缘性能更加优秀，因此通过这种技术处理带绕组的定子铁芯能够有效地提高定子的绝缘特性。真空压力浸漆技术的主要流程可以概括为浸漆灌装工件→浸漆灌预抽真空状态→灌入漆→压力浸漆→卸载工件→烘焙。

3.2 绝缘处理技术的相关工艺验证试验

为了使电机散嵌绕组定子的浸漆质量能够得到有效保障，我们一般会先做定子模型铁芯的浸漆烘焙验证工作，其主要过程可以概括为以下几个方面：首先是用带绕组的叠压来模拟定子的铁芯，用叠压式来模拟定子的铁芯，定子的铁芯槽内对称的嵌入定子线圈4匝，这样可以嵌入一共12槽的定子线圈。模拟定子浸漆的主要工艺流程为烘潮→浸漆工件→抽空气达到真空→保住真空状态→输入漆→增加压力然后保住压力→卸载拿下工件→旋转烘焙。通过模拟发现存在一定的问题，即绝缘漆的填充定子线圈不能完全到位，不够饱满。经过分析研究发现，此处的问题主要在于从浸漆灌中卸载吊装工件到烘焙炉的过程时间比较长，从而导致浸渍漆流失比较多，我们对此通过实物进行验证。

3.3 散嵌绕组定子绝缘试验问题分析

根据验证试验，我们对电机散嵌绕组定子绝缘处理工艺进行总结，主要概况为以下几点：？譹？訛由于散嵌绕组定子绝缘的嵌线特点，下层边在进槽以后应该用压铁提前进行预压工艺操作，上层边后进槽端的处理应该选择操作熟练的工人完成理线操作，这能够有效地避免下线引起的导线交叉问题发生的概率，同时还对真空压力浸漆的处理工艺及后面的烘焙效果起到积极的作用。？譺？訛在后面试验验证的时候，定子引出的电缆悬挂在真空罐内进行浸漆处理时，需要将定子的电缆线粘贴在定子的外圆表上，同时还应该进行一次完整的、相同产品的制作过程的检验。？譻？訛从模拟铁芯的试验结果能看出，散嵌绕组在真空压力中进行浸漆工艺处理时，挂漆的效果没有成型线圈的理想。因此，后期我们考虑尽可能地缩短滴漆的时间，在满足工艺要求的前提下将滴漆的时间减少，这有利于挂漆的实际效果。同时，在浸漆完成以后，工件从卸载到吊装送进烘焙炉的过程中也应该考虑时间因素，尽可能地将整个过程控制在一定的时间范围内。？譼？訛带绕组定子铁芯浸漆的主要验证工艺为烘潮→工件浸漆→抽取真空状态→保住真空状态→输入漆→加压→工件卸载→烘焙。由于浸漆后的定子铁芯必须经过电气检验测试，我们主要针对散嵌绕组定子线圈进行电容测试、绝缘电阻测试、冷态及热态的耐压等级测试等，经过检测验证结果都满足了相关的设计要求。

3.4 解决散嵌绕组定子直线度相关工艺措施

通过上述的相关工艺能够很好地解决电机散嵌绕组定子绕组端部及槽内挂漆量的相关问题。但是在选择烘焙的环节中，经常会出现定子的铁芯轴向发生变形的现象，铁芯变形直接会导致后期的定子铁芯套基座出現问题。为了充分地解决定子铁芯变形的问题，我们经过了多次试验研究分析发现，原来这种问题是前期旋转烘焙的工装导致的，后期我们根据实际情况设计了新型的旋转浸漆烘焙工装。这种工装能够有效地解决定子铁芯变形问题，而且对于定子浸漆电缆线绑扎问题也起到了有效的解决效果，大大地缩短了操作时间，提高了整体效率，有效地保障了定子在浸漆完成到出灌再到烘焙炉所用的时间在一定的范围内。这样就能够从根本上缩短了滴漆所用时间，让浸漆的质量得到有效保障。

综上所述，电机散嵌绕组定子的绝缘工艺相对来说比较复杂，而且难度比较大。但是经过大量的工艺验证研究分析，我们能够确定散嵌绕组定子绝缘的处理工艺，并且成功地解决了散嵌绕组定子绝缘处理的相关问题和难点。绕组端部挂漆量不足、槽内填充不够饱满及定子带电缆线容易灌漆到定子的轴向容易变形这几个主要问题都得到了有效解决，从而为后期散嵌绕组定子铁芯绝缘处理方面的工艺积累了大量的宝贵经验。

参 考 文 献

[1]方建国，吴梦艳，朱珊珊，等.电机绝缘技术发展历程与方向[J].绝缘材料，2011，44（2）：43-48.

[2]管兆杰，黄慧洁，康骏.国内电机绝缘材料和工艺及绝缘结构现状及分析[J].电机与控制应用，2011，38（4）：1-5.

[3]刘杰.高压电机绝缘在线监测系统的研究[D].太原：太原理工大学，2010.

[责任编辑：陈泽琦]