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        電磁線質量控制與繞組匝間故障分析

        作者:肇慶富威電機有限公司 瀏覽: 發表時間:2021-01-31 15:57:59

        引言。

        電磁漆包線是電機繞組的主要原材料,必須滿足導體形狀和規格、高溫下長期工作、高速下強振動和離心力、高壓下耐電暈和擊穿、特殊氣氛下耐化學腐蝕等要求;制造工藝要求線圈能夠承受纏繞和嵌入過程中的張力、彎曲和磨損,以及浸泡和干燥過程中的膨脹和侵蝕。避免電機繞組使用不合格的電磁漆包線是電磁線檢測和控制的首要任務。因此,電磁漆包線的進貨檢驗必須明確關鍵的監控指標和驗收標準。在每個生產過程和運輸過程中,都要注意加強保護,避免存在質量隱患的電磁漆包線纏繞順序,降低匝間故障的概率。

        1.電磁漆包線檢測與控制主要指標。

        電磁漆包線需要控制的主要指標是電磁漆包線的外形尺寸、機械性能、耐熱性、電氣性能、漆膜連續性和耐化學性。

        1.1電磁漆包線外形尺寸的檢查和控制。

        電磁漆包線的尺寸檢驗主要包括線徑允許公差、最大外徑和最小膜厚。線徑允許公差是指裸線直徑的實際值與規定值之間的允許偏差,公差越小,越有利于設計過程中電阻、匝數等數值的計算。最大外徑是導線允許的最大直徑,最大外徑的超差會增加線圈尺寸,增加槽填充率。最小膜厚是導線允許的最小膜厚。薄膜太薄,容易產生針孔,導致耐壓性、耐擦傷性、耐化學性、耐老化性下降,導致電機繞組潛在質量問題嚴重。表1是不同直徑漆包線各種參數的允許范圍。

        1.2電磁漆包線機械性能的檢測與控制。

        在電機線圈的纏繞和埋設過程中,纏繞時的拉力、摩擦力、彎曲力等機械力,埋設時的摩擦力,電機運行時振動引起的匝間摩擦都作用在繞組上。如果漆包線的芯線或漆膜達不到要求,機械力會給漆包線帶來不同程度的損傷。漆包線繞成線圈主要受兩種外力。一個是拉力。如果漆膜彈性不足,漆膜受力后的伸長率跟不上導體的伸長率,漆膜就會開裂。二、彎曲力,彎曲后外緣漆膜拉長,內緣漆膜壓縮。彈性不好,漆膜會開裂。細線容易拉伸,用伸長法測試;粗導線受彎曲影響較大,所以采用纏繞法測試。電磁漆包線漆膜的耐刮擦性是用漆膜在一定外力作用下的耐刮擦次數或破斷力來表示的,在線圈繞制、嵌線和電器產品運行過程中,會有壓力或摩擦力作用在漆包線上。因此,電磁漆包線的機械性能測試是一項重要的測試項目。

        1.3漆包線耐熱試驗。

        漆包線的耐熱性直接影響電氣設備的設計和使用。電氣設備的溫升受漆包線等絕緣材料的限制。使用耐熱性高的漆包線和配套材料,可以在結構不變的情況下獲得更好的可靠性,或者在功率不變的情況下達到減少有色金屬等材料體積、重量和消耗的節能效果。漆包線的耐熱試驗主要包括熱老化試驗、熱沖擊試驗和熱軟化擊穿試驗。熱沖擊試驗是研究漆包線膜在機械應力下的耐熱性。耐熱軟化擊穿試驗:在線圈中,下漆包線受到上漆包線張力的作用。如果漆包線處于預干燥或浸漬的干燥過程或高溫運行,漆膜受熱軟化,在壓力下逐漸被擠薄,線圈可能產生匝間短路,如圖1所示。

        漆包線電氣性能的檢測與控制。

        漆包線中的電流沿著線圈芯線循環,產生電磁感應,使電機繞組發揮作用。漆膜的介電強度達不到要求,線圈就會短路。介電強度的檢驗標準是電磁漆包線的最小擊穿電壓,不同直徑的電磁漆包線的最小擊穿電壓見表2。

        擊穿電壓是指在強電場的作用下,聚合物中束縛的電子從電場中獲得能量,成為自由電子,向電場方向運動。當自由電子與運動中的其他束縛電子碰撞時,它們被激發成自由電子,這增加了聚合物的導電性。當電場強度超過一定值時,在聚合物中形成連接兩個電極的孔道,使增加的電流通過,聚合物失去絕緣性能而被擊穿。此時施加電壓的強度稱為擊穿電壓。當電壓擊穿時,熱量會對聚合物造成熱損傷,聚合物會熔化燃燒。影響擊穿電壓的主要因素有漆膜厚度和不圓度、固化程度、油漆中的外部雜質等。漆包線電氣性能測試中,影響擊穿電壓測試數據的主要因素是捻度、電壓施加時間、升壓速度、漆膜伸長率和壓力溫度。

        1.5漆膜的連續性和耐化學性。

        對于中小型電機,分散繞組的電磁漆包線匝數多,繞組緊密,線與線之間接觸面多。漆包線漆膜如果針孔多,兩圈之間針孔重疊,會造成導線間短路。漆包線的耐化學性包括耐酸性、耐堿性、耐鹽霧性、耐濕性、耐油性、耐溶劑性、耐制冷劑性、耐輻射性,一般由電磁線廠家控制。在線圈浸漬過程中,漆包線必須經過熱震和軟化擊穿的熱性能測試,還會受到浸漬漆中甲苯、二甲苯、石油溶劑和油等溶劑的侵蝕。不同的漆膜對不同的溶劑有不同的耐受性。浸漬時,應根據漆包線的特點選擇適合漆包線的溶劑浸漬漆。

        2.漆包線針孔的危害及檢測。

        漆膜的連續性是電磁漆包線的重要關鍵性能,在一定長度下漆膜針孔的數量必須在合格范圍內。專業的漆膜連續性測試儀可以用來檢查針孔的數量。針孔越少,電磁線漆膜完整性越好。利用高壓放電原理可以檢測針孔缺陷,電磁線與高壓凹輪半包絡接觸。當膜厚不足或有嚴重的裸銅缺陷時,儀器會記錄具體的缺陷編號。

        漆膜出現針孔的原因可以歸結為兩種:一種是銅材不合適,成型的線芯有很多毛刺,可能是原材料本身或者拉絲工藝造成的;其次,噴漆不均勻、油漆中的雜質、油漆質量和噴漆后的干燥方法都容易導致電機匝間故障,影響電機的使用壽命。

        目前大多數電磁線生產廠家應用的漆包線漆膜連續性在線檢測系統是基于DC高壓電場傳感器的非接觸檢測方法。其基本原理是由DC高壓電路產生DC高壓,連接到高壓電場傳感器中的圓柱形金屬導體,在圓柱形金屬導體內部產生高壓電場。漆包線在收線輪的帶動下高速通過高壓電場。當電場強度足夠大時,漆包線表面會產生電暈。如果漆膜有缺陷的漆包線通過,金屬導體、漆包線和收線輪之間會形成局部放電引起的漏電流。通過動態測量漆包線漏電流的變化,可以準確測量和記錄漆包線的缺陷位置和嚴重程度。

        用這種方法檢測時,漆包線和傳感器在整個過程中沒有接觸,不會對漆包線造成額外的損壞。非常適合生產線上高速運行的漆包線的在線檢測。高壓電場傳感器中的金屬導體近似圓柱形,產生的電場在各個方向上基本相同,因此各個方向的檢測能力基本一致,檢測靈敏度高。電機制造中的電磁線檢測通常采用漆膜連續性測試儀,只能在半包絡狀態下進行檢測,其發現缺陷的能力較弱。但由于采樣的隨機性,基本可以定性判斷電磁線的性能順從性。

        3.油漆不足對電機性能的影響。

        對于電機產品,浸泡干燥過程是關鍵控制環節,主要由工藝設備和工藝管理控制。電機繞組浸入式干燥是用絕緣漆將繞組內的所有縫隙填滿,干燥后使繞組成為一個堅固的整體,以保證電機的絕緣、散熱和振動性能滿足要求,達到電機的綜合性能水平。在拆卸有繞組故障的電機時,發現繞組松動,對電機的性能有很大的不利影響。

        為了在電機繞組上獲得充分有效的油漆涂層,應注意浸泡和干燥過程中涉及的材料、工藝參數和工藝控制。油漆的粘度在浸漬過程中非常關鍵。如果油漆太薄,就沒有足夠的油漆填充繞組中的間隙,油漆太厚就無法進入繞組,尤其是鐵芯槽中。利用VPI真空壓力設備進行浸漆,可以有效提高浸漆效果。在實際生產過程中,必須動態監控浸漆設備的狀態和油漆的粘度。在繞組絕緣處理過程中,大多數浸漬和干燥過程是分開進行的,浸漬前的預干燥可以去除繞組中的水分和空氣。浸漬后烘干,烘烤溫度低的話,已經進入繞組的油漆會流失,絕緣處理效果不好;如果溫度過高,會造成電磁線、絕緣等材料老化失效。對于大多數干燥過程,繞組處于靜止狀態,會導致絕緣漆相對于繞組分布不均勻,絕緣漆固化時間過長,會增加對絕緣處理的不均勻影響。為了提高繞組的絕緣處理效果,烘烤設備可以增加旋轉處理功能,保證繞組在干燥過程中處于旋轉狀態,從而有效提高絕緣漆在繞組中的分布均勻性。

        根據繞組加工工藝,在浸漬干燥過程中應盡可能增加絕緣漆的填充量,以保證浸漬干燥效果。設備的選擇、絕緣漆的性能參數、工藝參數和工藝執行程度是生產加工過程控制的重點。

        4.結論。

        在電機制造過程中,繞組、埋設、接線、運輸和組裝可能會對電磁線絕緣層造成損壞,從而導致電機測試或實際運行中的匝間故障。除了生產加工對電磁線造成的損傷因素外,電磁線本身的質量性能也非常關鍵。電磁線絕緣層的附著力、絕緣層的均勻性和導體的光滑度直接影響電機繞組的可靠性。對于成型繞組,在線圈拉制過程中,對電磁線絕緣層的機械強度要求較高,質量差的電磁線往往會出現絕緣層損壞,導致匝間絕緣嚴重失效。設計過程中電磁線的選擇、纏繞加工工藝的滿意度、加工過程中電磁線絕緣層的保護是電磁線降故障控制的關鍵要素。電磁線在制造過程中損壞的部分是電機運行過程中的質量隱患。在電機啟動過程中,繞組中直接與電源相連的第一個線圈受到的沖擊最大,在電機繞組的嵌入過程中,線圈往往變形最嚴重。通過對實際故障案例的檢查,發現無加強措施的電機繞組匝間故障多發生在第一匝。特殊的絕緣措施可以有效減少繞組匝間故障。


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