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浅析影响电机定子介质损耗的因素

作者:未知

  【摘 要】本文通过对电机定子制造过程的梳理,对影响定子介质损耗的各项因素进行逐一分析,找出了影响电机定子介质损耗的主要原因。
  【关键词】电机定子;介质损耗;绕组
  1 引言
  近年来各主机厂对电机的质量和交期要求越来越高,为保证客户满意,我公司不断的加强质量控制,提升产品的质量。介质损耗检测是检测电机绝缘性能的一种无损检测方式,被广泛使用。当电机出现介质损耗超标时,需耗费设计、工艺和质量人员大量的时间和精力去寻找原因。本文通过问题导向,找出影响电机定子介质损耗大的原因,为提升电机质量和工艺设计提供了参考。
  2 基本概念
  介质损耗:简称介损,是指绝缘材料在外电场的作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在绝缘材料内部引起的能量损耗。
  介质损耗正切值tgδ:是被测试产品的有功功率和无功功率比值的百分数。
  介质损耗的形式一般有电导损耗、极化损耗和电离损耗。
  电导损耗:在电场的作用下,介质中有泄漏电流流过,这种微小的电流流经介质时使介质发热而损耗的电能为电导损耗。
  极化损耗:在介质发生缓慢极化时,带电粒子在电场力的影响下因克服热运动而引起的能量损耗。
  3电机定子介损的检测要求
  介质损耗检测是用来判断电机绝缘质量优劣的方式,对电机来说介损值越大,绝缘系统的损耗越大,电机发热量增加,会使电机增加温升,加速绝缘老化。我公司电机定子介损检测在定子浸漆完成后进行,不同绝缘工艺方案的电机要求的tgδ不一样。
  4 排查电机定子介损超的原因
  一般认为影响新造电机定子介损高的原因是定子绕组受潮,因为介质吸潮后介电常数会增加、电导增加,由于电导损耗增大以及松弛极化损耗增加,而使介质损耗增大。但影响介损的因素很多,要解决问题必须找到真实原因。
  当电机定子出现介损超标时,我们基于理论层面从产品制造过程进行了逐一排查,以求找出影响定子介损超标的主要因素,进而实施控制。
  4.1测试
  首先对电机定子介损检测的员工进行检查,操作员工为具有多年工作经验的老员工,也不存在测试方法不正确的行为。接着确认介质损耗测试仪是否故障,使用另外两台介损检测仪进行同一产品检测对比,结果测试数据差异在0.02~0.03%,故可以排除设备的影响。
  4.2 绕组受潮
  检测定子线圈烘焙工序的烘箱曲线记录,时间温度均符合工艺要求,未发现异常。使用测温仪检测烘箱内部的实际温度,实测温度满足工艺要求,且实测温度和显示温度偏差在控制范围内。检查定子组装浸漆前的预烘和浸漆后烘焙的时间和温度,均满足工艺要求。
  针对定子机座潮湿,可能导致机座内的潮气渗透到绕组使绝缘受潮,为了验证机座潮湿的影响,嵌线前选取10台定子对其进行再烘焙,结果没有因为增加机座的烘焙而解决介损超的问题,但问题稍有缓解。
  4.3 绕组被污染
  检查定子线圈在制造过程中的防护以及表面干净状态,现场抽查20台线圈均按照要求防护,线圈表面干净,定子嵌线后也未发现绕组被污染的问题。
  验证机座内有油污污染绕组的可能。之前出现过某定子嵌线后,铁心渗油污染槽楔的问题。对被污染的槽楔进行检测,检测结果为80%的污物是蓖麻油。蓖麻油是在电机机座攻丝时作为润滑油使用的,其渗透性和流动性较强,容易进入铁心叠片内。蓖麻油的沸点是313℃,目前机座烘焙的温度不能超过200度,基本不可能烘干,所以有可能污染线圈。
  4.4 线圈绝缘包扎不緊密
  如果线圈绝缘包扎不紧密会导致绝缘内部存在气隙或气泡,当外加电压升高到一定值时,气泡或气隙中会出现游离放电,从而使介损升高。现场抽查10名员工包扎的线圈,测量绝缘叠包度和线圈直线宽高尺寸满足要求,且线圈包扎紧密。
  4.5浸漆不到位
  电机定子浸漆使用的是VPI(真空压力浸渍)工艺,其工作原理是将工件预烘去潮后冷却,抽真空排除白坯线圈内部的空气和挥发物,依靠真空中漆液重力和线圈毛细管作用,对解除真空后的浸渍漆液施加一定压力的作用,使漆液迅速渗透并充满绝缘结构内层,以此达到浸渍的目的。
  首先检查了VPI设备的各项监控仪表,未发现问题。接着检查定子浸漆抽真空时间和加压时间,调取15次浸漆记录,全部符合工艺要求。为了进一步验证浸渍漆的渗透性,对介损较高的定子线圈进行拆解,观察绝缘漆的渗透情况,线圈匝间绝缘漆填充比较饱满,绝缘漆渗透性达到工艺要求。
  4.6原材料
  定子线圈制造需要的原材料主要有电磁线、云母带、聚酰亚胺薄膜带、玻璃丝带;浸漆工序的主要原材料是绝缘漆。对这些关键原材料进行了质保期检查,均在质保期内。对定子绕组绝缘性能起决定性作用的云母带和绝缘漆进行了验证。
  检测云母带的击穿电压、拉伸强度和胶含量,均合格,但这些项目的检测不能全面的评价云母带的介电性能。为进一步验证,使用不同批次的两种云母带分别制作线棒验证其对定子介损值的影响,结果如下表所示:
  从上表的数据可以看出,使用29368批次云母带的线棒介损值较小,使用1070806批次云母带的线棒介损值较大,可以断定云母带是影响介损值超标的主要原因。
  对绝缘漆质量进行排查,检查绝缘漆每日的检测记录,未发现异常。同时此种绝缘漆也应用在其他产品上,但没有出现介损超的问题。
  5 结论
  通过对影响电机定子介质损耗各项因素的分析,找出了影响定子介损超的主要原因为云母带问题,同时不能排除机座内油污污染绕组的影响。为了避免云母带质量问题影响电机定子介损,在后续的云母带等主绝缘材料的采购规范中需增加tgδ的测试。机座内有油污的问题,应通过量化并控制机座加工过程的用油量或考虑更换成易清洗的物质来减少或消除机座内的油污。
  参考文献:
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  (作者单位:中车永济电机有限公司)
论文来源:《科学导报·科学工程与电力》 2019年3期
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