談?wù)劷^緣材料在電機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用
談?wù)劷^緣材料在電機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用
1 直流電機(jī)電樞絕緣結(jié)構(gòu)
直流電機(jī)電樞絕緣結(jié)構(gòu)，是由繞組絕緣、換向器絕緣、支架絕緣、扎鋼絲絕緣和層間絕緣等組成。由于采用的電樞繞組的型式，電壓等級(jí)和綁扎材料不同，電樞絕緣結(jié)構(gòu)某些地方有所變化。
1.1 電樞繞組絕緣 電樞繞組絕緣結(jié)構(gòu)隨繞組結(jié)構(gòu)型式不同而有所區(qū)別。為了提高防潮性能，大型直流電機(jī)電樞繞組一般采用連續(xù)式絕緣。
1.1.1 匝間絕緣 作用是絕緣同一線圈中的相鄰元件，只承受片間電壓。大型直流電機(jī)匝間絕緣一般采用裸銅線外半疊包一層0.1毫米云母帶，或直接采用高強(qiáng)度漆包雙玻璃絲包線。中、小型電機(jī)一般采用雙玻璃絲包線即可。在F級(jí)薄膜絕緣大型電機(jī)可采用0.05毫米薄膜半疊包一層并 將薄膜“燒結(jié)”在導(dǎo)體上，或加包一層玻璃絲帶。中、小型電機(jī)半疊包0.05毫米薄膜一層或?qū)⒈∧?ldquo;燒結(jié)”在導(dǎo)體上。
1.1.2 對(duì)地絕緣 主絕緣，承受線圈對(duì)鐵心間的全電壓。1000伏級(jí)大型電機(jī)：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層。660伏級(jí)中型電機(jī)：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞二層(連續(xù)式絕緣)或0.2毫米云母箔卷包2層(套筒式絕緣)。F級(jí)薄膜大型電機(jī)：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞四層。中、小型F級(jí)或H級(jí)電機(jī)：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞2～3層。
1.1.3 保護(hù)布帶 主要保護(hù)主絕緣免受機(jī)械損傷。一般B級(jí)絕緣電機(jī)采用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞或平繞一層。F級(jí)薄膜絕緣一般不用保護(hù)布帶，有時(shí)為可靠起見(jiàn)，也用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層。
1.1.4 電樞繞組端部絕緣 絕緣方式和材料一般和直線部分相同，僅是對(duì)地絕緣比直線部分可少包1-2層。雖然端部對(duì)地和層間都存在全電壓，但主要是因?yàn)橛袑娱g絕緣和支架絕緣的存在，同時(shí)也為了改善冷卻條件，所以繞組端部絕緣制造時(shí)適當(dāng)減少。
1.2 線圈在槽內(nèi)的保護(hù)絕緣
1.2.1 槽絕緣 防止槽內(nèi)毛刺或槽口尖棱劃傷線圈。B級(jí)絕緣：0.2毫米聚脂薄膜一黃玻璃漆布復(fù)合絕緣、0.2毫米聚脂薄膜一青殼紙復(fù)合絕緣，或用0.2毫米青殼紙代用。F級(jí)薄膜絕緣：0.15毫米聚酰亞胺一黃玻璃漆布或0.1毫米聚酰亞胺漆布。
1.2.2 槽底墊條和層間墊條 保護(hù)繞組在下線過(guò)程中免受機(jī)械損傷。B級(jí)絕緣采用0.5毫米醇酸柔軟云母板。F級(jí)絕緣采用二苯醚玻璃布板或硅有機(jī)云母板。
1.3 電樞線圈端部固定絕緣結(jié)構(gòu) 以端部中間帶通風(fēng)孔四層式蛙繞組為例來(lái)說(shuō)明:
1.3.1 支架絕緣 大型電機(jī)B級(jí)絕緣，一般*內(nèi)層用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層，外面包0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層，其外圍繞0.3毫米柔軟云母板二層，外面半疊繞0.03毫米聚脂薄膜帶和0.1毫米玻璃絲帶各一層。F級(jí)絕緣一般用硅有機(jī)云母帶和云母板來(lái)代替醇酸云母帶。
1.3.2 端部層間絕緣 承受線圈層間全電壓和保護(hù)線圈免受相互壓傷。B級(jí)絕緣一般用0.5毫米襯墊云母板二層，并用0.1毫米玻璃絲布包邊，以免運(yùn)行中飛散。F級(jí)絕緣一般用硅有機(jī)云母板或F級(jí)薄膜。
1.3.3 扎鋼絲絕 使鋼絲和繞組絕緣起來(lái)，并保護(hù)繞組免受鋼絲勒傷?？拷@組先繞0.6毫米黃絕緣紙板一層，外面繞0.5毫米襯墊云母板二層(用玻璃絲布包邊)，*外面繞1毫米黃絕緣紙板一層，每層都用玻璃絲帶扎緊。為防止爬電，扎鋼絲絕緣比鋼絲箍每邊寬8-15毫米。為限制鋼絲箍中渦流損耗，每10匝鋼絲間應(yīng)墊0.2毫米石棉紙一層，使之相互隔離。F級(jí)絕緣扎鋼絲絕緣，則是采用二苯醚玻璃布板和硅有機(jī)云母板。如用無(wú)緯帶綁扎端部，則不用墊任何絕緣。
1.3.4 換向器絕緣結(jié)構(gòu) 換向器片間云母在換向器中起片間絕緣和增加換向器彈性的作用，要求含膠量小。一般用1.0毫米或1.1毫米換向器云母板5531。F級(jí)絕緣則用硅有機(jī)云母板。V型環(huán)在換向器中承受對(duì)地電壓，并承受壓圈對(duì)換向片的束緊力，一般是由5238蟲膠云母板熱壓成型，厚度1000伏級(jí)為2毫米。F級(jí)絕緣為硅有機(jī)型云母板。為了防止塵埃進(jìn)入換向器3°面，換向器進(jìn)行了端面涂封，涂封材料為環(huán)氧酚醛漆，F(xiàn)級(jí)絕緣用1053硅有機(jī)樹脂。為防止V型環(huán)外露部分在運(yùn)行中飛散，在V型環(huán)上扎以玻璃絲繩，玻璃絲帶或無(wú)緯玻璃絲帶。
1.3.5 電樞整體絕緣處理 電樞在下線完后，浸三次1032或3404漆，以提高防潮性能，并在表面噴1321或8363灰瓷漆，以改善防灰、防油和防霉性能。
1.4 直流電機(jī)主極絕緣結(jié)構(gòu) 極身絕緣：承受主極線圈對(duì)地電壓。
1.4.1 成型極身絕緣，由環(huán)氧酚醛玻璃布熱壓成成型極身絕緣，厚度4毫米。
1.4.2 用0.1毫米玻璃絲布圍繞2層，再在外面圍繞0.2毫米醇酸云母箔5層，*外層圍繞0.1毫米玻璃絲布2層。層間均刷環(huán)氧酚醛漆，每層均用電熨斗熨平。
1.4.3 補(bǔ)償繞組絕緣 對(duì)地絕緣0.14毫米云母帶半疊繞三層，0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層(或用0.17*25B級(jí)膠粉云母帶5438半疊繞四層，熱壓成型)。槽絕緣0.2毫米聚脂薄膜玻璃漆布復(fù)合絕緣1層，槽底墊條0.5毫米環(huán)氧酚醛玻璃布板一層。
1.4.4 主極繞組絕緣 單層式主極繞組，匝間墊0.1毫米環(huán)氧酚醛玻璃布四層，熱壓成型，首、末兩匝加包0.14毫米云母帶與0.1毫米玻璃絲帶各一層。多層式主極繞組，匝間絕緣用高強(qiáng)度漆包雙玻璃絲包線或雙玻璃絲包線。外面半疊繞0.1毫米玻璃絲帶一層作保護(hù)絕緣，并浸3404漆—次。串聯(lián)繞組(均衡繞組)0.14毫米云母帶半疊繞3層，0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層，并浸3404漆(1千伏級(jí))。絕緣墊圈，3240環(huán)氧酚醛玻璃布板，刷3404漆。厚度根據(jù)爬電距離而定。主極整體絕緣處理：浸3404漆一次，以增加導(dǎo)熱性和防潮能力。
1.5 換向極絕緣結(jié)構(gòu) 換向極繞組固定形式因電機(jī)容量、用途不同而有多種形式，其絕緣結(jié)構(gòu)也略有區(qū)別。換向極繞組一般系包繞銅線繞組，無(wú)層間絕緣。極身絕緣和主極極身包繞方式完全相同。螺桿絕緣有兩種：—種是用壁厚1.0～2.0毫米環(huán)氧酚醛玻璃布管作為螺桿絕緣，另一種在螺桿上包繞0.1毫米環(huán)氧酚醛玻璃布熱壓成型。絕緣墊塊與三角墊塊，均為3240環(huán)氧酚醛玻璃布板。線夾絕緣：線夾處換向極繞組用0.14毫米云母帶半疊繞三層，0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層，寬度各邊大于線夾各邊50毫米。固定夾絕緣：0.3毫米柔軟云母板二層(在內(nèi))，0.2毫米絕緣紙板二層<在外)，寬度大于固定夾各邊12.5毫米，并用直徑Φl玻璃絲繩扎緊。1.6 直流電機(jī)其它部分絕緣
1.6.1 電樞沖片絕緣 B級(jí)絕緣刷1611硅鋼片漆。H級(jí)絕緣刷1053硅有機(jī)漆。
1.6.2 電樞、主極、換向極拉緊螺桿絕緣 B級(jí)絕緣一般用5438B級(jí)膠粉云母帶連續(xù)包繞并熱壓成型。F級(jí)用薄膜帶連續(xù)包繞。
2 高壓交流電機(jī)定子絕緣
2.1 高壓交流電機(jī)定子絕緣結(jié)構(gòu)：由于電壓等級(jí)、絕緣材料和電機(jī)容量不同，對(duì)運(yùn)行可靠性影響很大。定子的絕緣結(jié)構(gòu)種類是繁多的。交流高壓電機(jī)分3000伏 、6000伏、10000伏(10500伏)三種電壓等級(jí)。絕緣等級(jí)有A級(jí)、B級(jí)、F級(jí)三種。目前A級(jí)絕緣定子繞組已經(jīng)淘汰，大量的應(yīng)用B級(jí)和F級(jí)絕緣。由于各制造廠工藝習(xí)慣、工藝裝備和絕緣材料來(lái)源不同，所以目前生產(chǎn)的B級(jí)絕緣高壓定子絕緣結(jié)構(gòu)，基本上分三種類型：復(fù)合式絕緣結(jié)構(gòu)。直線部分采用5438B級(jí)膠粉云母帶熱壓成型，端部采用黃玻璃漆布帶(或?yàn)r青云母帶、自粘性硅橡膠帶等)連續(xù)半疊繞。原因是B級(jí)膠絕緣在固化后彈性較差，嵌線困難，而且端部易受機(jī)械損傷，所以端部采用其他絕緣材料，但是復(fù)合式絕緣結(jié)構(gòu)的端部電氣強(qiáng)度和防潮性能較差。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)制造廠還采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)。全部粉云母端部軟下線結(jié)構(gòu)。整個(gè)線圈對(duì)地絕緣用B級(jí)膠粉云母帶，直線部分熱壓成型，端部不固化，外包一層熱縮性樹脂帶，軟下線，下線后兩端浸漆處理。全部粉云母整體浸漆絕緣結(jié)構(gòu)。線圈直線部分和端部對(duì)地絕緣都用粉云母帶，線圈不固化直接下線，下線后定子整體浸漆。目前國(guó)外(美國(guó)、德國(guó)、日本等)生產(chǎn)的高壓交流電機(jī)全部為F級(jí)。
2.2 高壓交流電機(jī)匝間絕緣 3千伏級(jí)：一般采用雙玻璃絲包線和三玻璃絲包線，層間墊云母帶一層，刷環(huán)氧酚醛漆熱壓成型。6千伏級(jí)：采用雙玻璃絲包、雙玻璃絲包高強(qiáng)度漆包線，外半疊繞一層云母帶，并刷環(huán)氧酚醛漆熱壓成型。10千伏級(jí)：比6千伏級(jí)多包一層云母帶。
2.3 定子對(duì)地絕緣 由于絕緣工藝、絕緣材料、電壓等級(jí)不同，絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣處理方法也不同。
2.4 同步機(jī)磁極繞組絕緣 極身絕緣、匝間絕緣、絕緣墊圈幾個(gè)部分的絕緣材料和處理方式，與直流電機(jī)主極絕緣完全相同。
3 電機(jī)絕緣趨勢(shì)
由于材料和工藝的進(jìn)步，我國(guó)高壓交流電機(jī)絕緣已經(jīng)用環(huán)氧基浸漬漆平-B級(jí)膠粉云母帶組成的熱彈性絕緣(所謂熱彈性絕緣是指：使絕緣結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)和銅的熱膨脹系數(shù)幾乎相等，因而使絕緣是和銅一起膨脹和收縮，絕緣結(jié)構(gòu)能始終附著在銅線表面沒(méi)有相對(duì)位移，因而不會(huì)產(chǎn)生空隙)。全部代替了以往的瀝青膠+黑云母帶的A級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，并向定子整體浸漆發(fā)展。這樣不僅提高了絕緣等級(jí)和絕緣電氣強(qiáng)度，而且縮小了電機(jī)體積，節(jié)約了大片云母材料，進(jìn)一步提高了絕緣可靠性。
直流電機(jī)絕緣發(fā)展趨勢(shì)是提高絕緣等級(jí)并使絕緣薄膜化，其措施是：首先采用芳香族和雜環(huán)族樹脂纖維和薄膜(如聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺亞胺等)來(lái)作為電機(jī)匝間絕緣和主絕緣。其次采用耐熱浸漬漆(如二苯醚和改良硅有機(jī)漆)。這些芳香族和雜環(huán)族薄膜具有電氣強(qiáng)度高、耐溫高、強(qiáng)度好、抗腐蝕及耐輻射等優(yōu)點(diǎn)，采用薄膜絕緣后，不僅絕緣等級(jí)可以提高到F級(jí)和H級(jí)(薄膜材料本身為H級(jí)絕緣，在制造大型直流電機(jī)中，考慮到浸漬漆，加熱爐和其他配套材料易解決，所以一般做成F級(jí))，使絕緣厚度大大減小，電機(jī)體積縮小，因此電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和性能，有很大改進(jìn)。
國(guó)內(nèi)各電機(jī)制造廠目前在采用H級(jí)薄膜代替原來(lái)B級(jí)絕緣方面，已經(jīng)做了不少工作，效果顯著，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。