电气工程及其自动化毕业设计-高压电机绝缘工艺探讨(含外文翻译).doc

1、本科毕业论文（20 届）高压电机绝缘工艺探讨所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文I高压电机绝缘工艺探讨摘要电机绝缘是电机制造中的重要环节，电机绝缘处理的好坏是关系到电机性能、质量、使用寿命和可靠性的关键工序。绝缘可以提高电机的导热性、耐热性、介电性能、机械性能和耐环境因素的能力。因为高压电机有不同的用途，所以工作环境也会有所差别，根据不同的工作环境，对高压电机有不同的绝缘要求。为了保障电机工作的可靠性，就要求选择合适的绝缘工艺，最大限度的满足电机正常工作的绝缘要求。本文分析了分析了国内外主绝缘工艺的发展与现状，然后

2、介绍了一些高压电机绝缘的工艺。目前，主绝缘的处理工艺主要有两种：多胶绝缘工艺和少胶绝缘工艺。这两种工艺都有各自的优点，国外大部分电机厂主要以少胶绝缘工艺为主，国内的电机厂由于技术和材料的原因主要以多胶绝缘工艺为主，并且在技术上已经达到一个新的层次，完全可以与国外少胶绝缘工艺相媲美。而且我国的实际国情决定：在我国现在的市场中，多胶绝缘工艺有着非常大的经济技术优势。关键词 高压电机；绝缘工艺；主绝缘哈尔滨理工大学学士学位论文IIInvestigate on Insulation Technology of High-voltage MotorsAbstractThe motor insulatio

3、n is an important part of the motor manufacturing, The quality of the motor insulation treatment is the key processes relating to motor performance, quality, lifetime and the reliability. Insulation can improve the motor thermal conductivity, heat resistance, dielectric properties, mechanical proper

4、ties and resistance to environmental factors. Because the high-voltage motors have different uses ，so the work environment is also different. According to different working environments, there are different insulation requirements for high voltage motor. In order to safeguard the reliability of the

5、electrical work, and asked to choose the right insulation process, maximize the satisfaction of electrical work insulation requirements.This paper analyzes the analysis of the development and status of the domestic and foreign main dielectric process ,then describes the process of high-voltage motor

6、 insulation .Currently, there are two main treatment process of the main insulation: Multi-rubber insulation technology and less plastic insulation technology. Both processes have their respective advantages, Abroad most of the motor factories use less plastic insulation technology. Domestic motor f

7、actories due to technology and materials mainly use multi-rubber insulation process, and technology has reached a new level, comparable with less plastic insulation process foreign completely. And the national conditions decide: In the current market of our country, the process of multi-rubber insul

8、ation has a very large economic and technological advantages.Keywords High-voltage motors; Insulation technology; Main insulation目录摘要 .I哈尔滨理工大学学士学位论文IIIABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 国内外主绝缘概况 .1第 2 章 高压电机绝缘的作用与要求 .52.1 绝缘处理的作用和效果 .52.1.1 提高导热性和耐热性 .52.1.2 提高耐环境因素的能力 .52.1.3 提高介电性能 .52.1.4 提高机

9、械性能 .52.2 高压电机绝缘的一般要求 .62.3 本章小结 .8第 3 章 电机绕组的绝缘工艺 .93.1 绕组用带子作绝缘 .93.2 套管绝缘的制造 .103.3 连续式绝缘 .113.3.1 绝缘厚度与工作场强 .113.3.2 沥青云母带绝缘 .123.3.3 环氧粉云母带绝缘 .123.3.4 加热模压工艺 .133.3.5 真空压力浸渍工艺 .133.3.6 对比分析 .143.4 绕组绝缘的加压 .153.5 电机线圈的浸漆处理 .163.5.1 绝缘漆的性能 .163.5.2 浸漆处理的设备 .183.6 本章小结 .20第 4 章 其它绝缘工艺 .214.1 电机铁心绝

10、缘处理的作用和种类 .214.1.1 氧化膜绝缘 .214.1.2 粘纸处理 .224.1.3 涂水玻璃 .224.1.4 涂陶土 .224.1.5 涂漆处理 .224.2 高压电机的匝间绝缘 .22哈尔滨理工大学学士学位论文IV4.3 高压电机的防晕技术 .234.3.1 槽部电晕 .234.3.2 槽外电晕 .244.4 本章小结 .24总结 .26致谢 .27参考文献 .28附录 .30哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景高压电机有发电机和电动机之分，从发展历史来看是随着发电机容量增加发电机越造越大，对发电机技术要求也越来越大，大容量发电机的技术发展也带动

11、了电动机技术的发展。发电机产生虽然有一百多年的历史，但是发电机的基本结构并没有发生显著的变化，而是冷却和绝缘技术在不断改进，由此可见绝缘对电机是多么的重要。电机的寿命也主要取决于绝缘的寿命，因此有人把绝缘称作电机的心脏。绝缘处理是电机制造的关键环节，对电机的绝缘质量、使用寿命及生产有着重要影响。在电机中有很多种绝缘，其中最为重要的是高压电机定子绕组导体的对地绝缘，又称主绝缘。主绝缘在电机系统中起着极其重要的作用。国内外有关科技人员一直在竞相研制或改进新的主绝缘工艺，以提高电机绝缘的电气、机械和热稳定性能，使电机具有更大的市场竞争力。至今世界各大电机公司仍在不断改进各自的绝缘系统，因此主绝缘被认

12、为是可持续发展的课题。1.2 国内外主绝缘概况国外主绝缘材料演变开始于 1910 年，瑞士哈佛莱公司首先采用虫胶粘合白云母片贴制成云母箔，卷包在线圈上，加热、加压制造出高压定子线圈主绝缘。1919 年美国通用电气公司用沥青代替虫胶粘贴片云母制成云母带，然后包绕在线圈上实现了连续绝缘，在绝缘处理上采用真空干燥、真空浸渍沥青步骤，排除了绝缘内部空隙，减少了放电破坏，使绝缘质量有较大提高。三十至五十年代各国就开始了采用沥青真空浸渍工艺，五十年代初美国西屋公司用不饱和聚酯树脂作浸渍树脂，用聚苯乙烯作片云母粘合剂，研制出热弹性绝缘体系。这是现代 VPI 工艺的原型。在以后的 50多年里，各大公司竞相发展

13、各自的绝缘体系，主要还是随着浸渍树脂和少胶粉云母带的发展。因为在主绝缘材料中，主要由粉云母纸、玻璃布和合成树脂三个组份组成，粉云母纸和玻璃布都是无机材料，它们的性能已由本身的属性所决定，而合成树脂由于它的组份(即配方)可以千变万化，随着技术的发展性能也变得越来越好。浸渍树脂可以分成三大类：第一类如西屋和ABB 公司的环氧酸酐 /苯乙烯体系。西屋公司发明不饱和聚酯浸渍树脂后，发现环氧树脂酸酐系统有更好耐热和粘结性能，但该系统由于粘度较大而不适合于室温浸渍工艺，因此用不饱和聚酯来改性环氧树脂。60年代末出现了在环氧树脂中用顺丁烯二酸酐在触媒作用下生成半酯化反应产物的专利。然后进一步发展了用液体酸酐

14、与其环氧基反应，哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -用苯乙烯与半酯化产物的双键发生反应而进行改性，但该树脂由于是半酯化环氧，贮存期不太长。70年代该体系又进一步改为全酯化环氧。西屋公司自70年代开始使用该专利配方，一直至90年代末才有进一步改进。ABB公司的浸渍树脂EP-190也属环氧酸酐苯乙烯体系，自1965年起使用至今。第二类树脂如西门子公司和三菱电机公司单纯环氧酸酐类体系。西门子公司在1957年引进了西屋公司专利配方，发现苯乙烯的加入阻碍了绝缘的热变形温度提高，并且在真空浸渍后，树脂流失大的问题较难克服，因此在60年代开发Micalastic 绝缘，浸渍树脂为双酚 A低分子环氧和液体酸酐

15、，该双组份配合后粘度较大，提高温度至6070使粘度变得较低时才适合于绝缘浸渍。少胶粉云母带粘合树脂主要由脂环族环氧和胺类促进剂组成，由于该两主要组份不反应，因此少胶粉云母带有很长贮存期。进行VPI处理时，浸渍树脂渗入到少胶粉云母带并与少胶带中粘合树脂混合，就能很快胶化。因此西门子公司浸渍树脂的胶化是在浸渍加压时进行的，浸渍树脂在促进剂作用下，在6070、2h3h就能胶化，不存在树脂流失大的问题。从以上分析对比中可以看出，不论从理论上还是从实践中西门子公司的绝缘体系在世界上是最佳的。三菱电机公司的绝缘技术也是从西屋公司引进，1954年开始实际应用，70年代宣称已发展为环氧树脂真空浸渍树脂。第三类

16、浸渍树脂为改性不饱和聚酯，主要包括：一般耐热用不饱和聚酯树脂，环氧改性不饱和聚酯树脂(不含酸酐)和亚胺改性不饱和聚酯树脂。该类浸渍树脂虽没有被大电机制造公司所采用，但用于一般小电机上还是能满足要求的。上述三类浸渍树脂各具特点：环氧酸酐苯乙烯树脂可以室温浸渍，性能优良，并有长期运行经验；环氧酸酐树脂性能优异，但要热浸，它的收缩率是最低的；环氧不饱和聚酯树脂性能也很好，价格便宜，但收缩率较大。少胶粉云母带在国外各大电机公司都自行研究并进行生产，但考虑到经济效益也有把技术转让给绝缘材料公司生产的，如西门子和西屋等公司。国外少胶粉云母带可以分成四种。第一种是通用型，它不含促进剂，主要组份是双酚A环氧和

17、聚酯树脂，它可用于任何类浸渍树脂，但在设计与之配合的浸渍树脂的配方时一定要考虑加入过量固化剂，过量的份数应该与所使用的少胶带中粘合树脂相匹配。第二种是通用型的含促进剂的少胶带，主要组份是双酚A环氧、聚酯树脂和促进剂。促进剂通常使用萘酸锌或萘酸铅，它可用于任何类浸渍树脂，当使用于环氧酸酐/ 苯乙烯树脂时，将有特别优异的高温tan值。第三种是含特种促进剂的少胶带，如西门子和三菱电机公司所用的带子。该类带子只能用于特定的浸渍树脂，在其它浸渍树脂中使用得不到好的电性能。第四种是高导热少胶带，这种带子是最近才发展起来的，该类少胶带除了通用树脂组份外还加入高导热性的三氧化二铝微粒，使制成的绝缘导热性提高，

18、可以降低电机的温升。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -国内研制大电机主绝缘始于1962年，首先就确立了以多胶模压工艺为基础的绝缘工艺，用酸性聚酯做双酚A环氧固化剂的多胶绝缘粘合剂，后来结合我国实际需求研制出桐油酸酐（TOA）为双酚 A环氧固化剂的多胶绝缘粘合剂，1965年在哈尔滨电机厂成功应用，1966年开始在上海电机厂的定子线棒主绝缘中应用。70年代初，TOA环氧粉云母绝缘已在全国全面替代沥青片云母绝缘。我国在70年代和80年代一直紧跟世界主绝缘工艺发展的步伐，由于TOA环氧的热态机械强度与国外主绝缘材料相比还有一定差距，因此开展了大量的实验。较有成效的技术路线有：硼胺环氧体系、金属羧酸盐

19、环氧、钛环氧TOA、间苯二酚甲醛缩合物环氧、双马桐油酸酐环氧等。通过各项技术测试和评定，较为成功的是桐油酸酐与双马加成物作双酚A环氧多胶粉云母带模压主绝缘。70年代初我国开始对真空压力浸渍（VPI ）工艺进行探索，鉴于当时国内既没有什么VPI浸渍树脂，也没有少胶粉云母带，只有一些多胶带的试制产品，因此就选用了硼胺作为环氧固化剂的体系，制成了比多胶带含量稍低些的粉云母带，在硼胺环氧树脂中加入环氧稀释剂作为VPI浸渍树脂用于VPI整浸工艺，这就是所谓的多胶VPI工艺，它具有中国特色。80年代各大电机厂引进国外技术后，认识到多胶VPI 与少胶VPI之间在性能上还是有一定差距，又开展了对少胶VPI体系

20、的研制和应用的各项试验。目前国内用于VPI的浸渍树脂有四类。第一类是用于多胶VPI整浸的硼胺环氧/稀释剂体系；第二类是环氧酸酐/ 苯乙烯体系；第三类是环氧酯/苯乙烯体系，它是用环氧与顺酐或丙烯酸类反应成酯，用金属有机化合物作环氧固化剂，然后用苯乙烯作稀释剂的产物；第四类是改性不饱和聚酯/苯乙烯体系。第一类用硼胺环氧化作粉云母带粘合树脂时，它的性能良好，浸渍树脂中加入单官能缩水甘油醚后性能变得稍差些，特别是155时tan 偏大。环氧酸酐 /苯乙烯树脂国外已广泛应用，各方面性能都较良好并积累了丰富的应用经验，但在使用时由于有不良气味，车间工人有些意见。环氧酯/苯乙烯体系在电性能方面也是较好的，只是

21、要求固化温度较高，另外苯乙烯含量较多，收缩率要稍大些。以前使用乙二醇和甘油脂肪类醇合成耐热不饱和聚酯树脂，因此制成聚酯树脂电气性能不太好，现代的不饱和聚酯树脂使用多官能的季戊四醇、赛克和亚胺二元酸等改性后电性能也较优良。国内用于 VPI 整浸的云母带有多胶带、中胶带和少胶带。硼胺环氧的多胶带粘合剂树脂含量约为 28，已使用了 20 年，积累了很丰富的成功经验，它存在的问题主要是高温 tan 值偏高，室温 tan 增量较大。中胶带是在少胶带制造难度较大情况下开发的含胶量低于多胶带的云母带，它主要是用硼胺环氧或桐马环氧树脂作粘合剂。树脂含量为 1523，它的优点是改进了多胶带 VPI 的 155的

22、 tan 值，但是 VPI 浸渍树脂和中胶带中粘合树脂配合难度较大，中胶带中粘合树脂含量增加使真空脱气难度增大，最终制成的绝缘所含的气隙要比少胶带多。国内自 80 年代初开哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -始研制少胶粉云母带，确实取得了很大成绩，在材料和应用方面都做了大量工作，已有不少绝缘材料厂研制出了各自的少胶粉云母带。加入 WTO后又掀起 VPI 应用热潮，使材料制造厂对少胶带更感兴趣，目前市场上除了具有 F 级环氧少胶带，还有改性二苯醚和有机硅少胶带等，品种的增多说明少胶带的制造技术越来越成熟。但是国内 VPI 技术与国外水平相比还存在一定差距，这些差距应从多种途径和各方面努力来加以克

23、服。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -第 2 章 高压电机绝缘的作用与要求2.1 绝缘处理的作用和效果电机绝缘是以几种绝缘材料组合而成的，在未经过绝缘处理前往往呈松散状态，不能满足电机运行条件的要求，高压电机的线圈在绕包云母带后，必须经过模压或真空压力浸渍才能成为整体绝缘，定子在下线后整体经过真空压力浸漆工艺的高压电机其质量一般更受到用户的信赖。所以绝缘处理是电机制造必需而且关键的工艺，它能保证电机在额定运行条件下安全可靠地使用。2.1.1 提高导热性和耐热性绝缘结构中的材料内部有微孔，组合层间有空隙。绝缘漆填充微孔和空隙后改善了导热性，因为绝缘漆的热导率为0.14 0.16W/（mK）空气

24、仅为0.025 0.030W/（mK ），相差5倍以上。真空浸漆或滴浸电机温升比普通浸漆的约可降低5K。电机绕组各部位的温度并不一致。绝缘结构的耐热性实际上决定于热点温度（不是平均温度），绝缘处理可以降低最高热点的温度，同时也提高了绝缘结构的耐热性。所以绝缘处理后电机的导热性和耐热性均得到提高。2.1.2 提高耐环境因素的能力电机绝缘在潮气、酸、碱和有害气体的侵蚀下，往往会导致绝缘性能下降而发生被击穿的现象。各类电机都按各自规定的要求进行湿热试验。绝缘处理能减缓环境对介质侵蚀的速度和程度。为此，对严酷环境中使用的电机，需要加强绝缘处理，常用的方法是增加浸漆次数，或者选用耐环境因素好的绝缘漆。2.1.3 提高介电性能绝缘结构中，各组分材料的相对介电常数 不同。这种复合绝缘的电r场分布与 成反比，空气隙的 =1为最小，承受电场强度最高。空气的击rr穿强度又远低于其他绝缘材料，因此绝缘的损坏往往是由气隙中局部放电引起的击穿。绝缘漆填充空气隙后能改善电场分布情况，提高整个绝缘结构的介电性能。2.1.4 提高机械性能电机在运行时，由于电机本身和主机的振动，电磁应力和热胀冷缩产