淺談VPI浸漆工藝

王政

摘 要：為推動(dòng)全社會(huì)展開節(jié)能降耗，緩解能源瓶頸的制約，國家出臺(tái)了一系列的法規(guī)、政策。國家發(fā)改委還啟動(dòng)了“十一五”國家十大重點(diǎn)節(jié)能工程，其中之一就是電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能。因此制造高效節(jié)能電機(jī)、淘汰低效電機(jī)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的重要措施之一。而高壓電機(jī)電流小，扭力大、更加穩(wěn)定，節(jié)能、效率高。所以高壓電機(jī)已經(jīng)逐步成為電動(dòng)機(jī)行業(yè)發(fā)展的重要方向之一。但高壓電機(jī)對(duì)生產(chǎn)工藝有著嚴(yán)格的要求，本文通過理論與實(shí)踐結(jié)合，介紹了VPI浸漆在制作高壓電機(jī)時(shí)的必要性，并針對(duì)性的介紹VPI浸漆過程中涉及的問題及處理方法。

關(guān)鍵詞：高壓電機(jī)；浸漆工藝；VPI浸漆；壓力；“沫化”和“霧化”現(xiàn)象

中圖分類號(hào)： TM9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）12-195-2

0 引言

由于高壓電機(jī)對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)的特殊要求，不僅在制作高壓成型線圈時(shí)采用云母包絕緣處理，浸漆工序更需要進(jìn)行VPI浸漆即Vacuum Pressure Impregnating——真空壓力浸漬工藝。與普通的真空浸漆工藝相比，VPI浸漆增加了加壓工序，并且浸漆和烘干固化時(shí)間偏長，這樣使其浸漆后的白包繞組比普通真空浸漆效果更好，但部分生產(chǎn)單位在實(shí)際操作過程當(dāng)中由于對(duì)真空度把握不夠，盲目的加大真空度的抽取或壓力，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品效果并不是十分理想。這究竟是為什么？

1 對(duì)VPI浸漆工藝的了解

首先我們需要對(duì)VPI浸漆工藝有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，VPI浸漆因?yàn)樵黾恿思訅汗ば?，在漆液滲透方面和浸漬方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他浸漆工藝。在生產(chǎn)應(yīng)用方面，VPI更適合高壓線圈、低壓大功率繞組、要求較高的大型繞組等。從數(shù)據(jù)和理論上來說VPI浸漆，真空和壓力可以做得非常高，當(dāng)然這樣做成本也會(huì)隨之增加。與VPI浸漆相比FGH成本雖然更加低廉，但是由于連續(xù)作業(yè)和產(chǎn)量要求，F(xiàn)GH的應(yīng)用有很大程度的限制。就以高壓電機(jī)為例，F(xiàn)GH無法達(dá)到它特殊的絕緣結(jié)構(gòu)要求。所以高壓電機(jī)基本上都會(huì)選擇VPI真空壓力浸漆。經(jīng)VPI工藝處理后，溫升降低明顯、絕緣性能更好、機(jī)械強(qiáng)度大大增加，并且解決運(yùn)行過程的松動(dòng)現(xiàn)象、提升效率、提高防潮及防止短路等絕緣故障、延長電機(jī)的使用壽命。

VPI浸漆系統(tǒng)主體為：貯漆罐、浸漬罐，并配有輸回漆系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、真空抽氣系統(tǒng)、壓縮空氣儲(chǔ)氣加壓系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)。VPI真空壓力浸漬工藝是將高壓成型繞組經(jīng)過預(yù)烘去潮后冷卻，然后經(jīng)過真空抽取，將工件置于真空環(huán)境之中，使其排除白坯線包內(nèi)部的空氣與其他揮發(fā)物，并且依靠真空中漆液重力和線圈毛細(xì)管作用，以及利用干燥的壓縮空氣或惰性氣體（通常為氮?dú)猓?，?duì)解除真空后的浸漬漆液施加一定壓力，使漆液迅速滲透并充滿絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)層。

在目前的國內(nèi)生產(chǎn)當(dāng)中，VPI浸漆工藝還是一種間隙作業(yè)的絕緣工藝。工件在經(jīng)過滴漆工序后從浸漆罐中取出，凝膠固化工序一般另設(shè)容器或烘箱進(jìn)行，方式有常壓靜置干燥、真空干燥或旋轉(zhuǎn)干燥。 整個(gè)VPI浸漆工藝流程包括：→預(yù)烘除濕→入罐→真空排氣→真空浸漆→壓力浸漬→壓力排漆→卸壓滴漆→出罐→固化干燥。

2 VPI浸漆過程中出現(xiàn)的“沫化”和“霧化”現(xiàn)象及后果。

我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)以及絕緣實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，在某一溫度的條件下（一般為20℃），當(dāng)抽取真空度低于某一絕對(duì)壓力的數(shù)值時(shí)，也就是說達(dá)到某一對(duì)應(yīng)的“臨界”真空時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該浸漬漆液中大量泡沫和液面大量霧氣的產(chǎn)生，這就是我們?cè)诮峁に囍谐Ｒ姷降摹澳爆F(xiàn)象和“霧化”現(xiàn)象。以環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂為例，當(dāng)達(dá)到工作溫度70℃時(shí)，粘度值≤45mPa·s，這時(shí)正常工作的壓力在0.32MPa～0.67MPa之間，若超過這個(gè)范圍，浸漆時(shí)會(huì)出現(xiàn)非常明顯的“沫化”和“霧化”現(xiàn)象，并且隨著壓力的增加這種現(xiàn)象變得更加明顯。

以上兩種現(xiàn)象都會(huì)對(duì)有繞組浸漆效果產(chǎn)生非常大的影響，“沫化”現(xiàn)象會(huì)造成漆液中大量空穴，阻礙漆的浸滲。線圈浸漆凝膠固化時(shí)若因?yàn)榭昭ìF(xiàn)象未能浸漆完全，會(huì)降低電機(jī)的絕緣，影響電機(jī)的使用壽命，并且高壓電機(jī)會(huì)未固化完全處產(chǎn)生放電現(xiàn)象，造成繞制線圈包裹的主絕緣——云母帶粉化，嚴(yán)重降低絕緣效果，甚至發(fā)生電機(jī)事故?！办F化”現(xiàn)象致使溶劑或稀釋劑大量逸出，而稀釋劑的溢出會(huì)嚴(yán)重影響成型線圈的固化，甚至出現(xiàn)在預(yù)計(jì)時(shí)間內(nèi)線圈沒有完全固化的現(xiàn)象，導(dǎo)致浸漆不均勻或者流失。影響浸漆工藝效果和高壓電機(jī)的性能。

通過實(shí)際操作及工藝試驗(yàn)得出，產(chǎn)生“沫化”和“霧化”現(xiàn)象的電機(jī)存在巨大的安全隱患，使用壽命不到正常的1/3。

3 對(duì)VPI浸漆過程中產(chǎn)生的“沫化”和“霧化”現(xiàn)象的分析

之前我們提到導(dǎo)致浸漬漆液中出現(xiàn)大量泡沫和霧氣是因?yàn)樵谝欢ǖ臏囟葪l件下，其真空度低于某一絕對(duì)壓力時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。那么壓力對(duì)于VPI浸漆到底有什么作用。

VPI浸漆時(shí)加壓是為了使漆液通過毛細(xì)管作用快速填充線圈空隙，輸漆過程實(shí)際上就有一個(gè)大氣壓。如果絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的潤濕性未達(dá)到平衡，則增加壓力有利于絕緣結(jié)構(gòu)的填充，壓力會(huì)是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)快速潤濕直到飽和狀態(tài)，這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量；但如果絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的潤濕性已經(jīng)平衡，除非在固化時(shí)一直維持增加的壓力，否則增加壓力對(duì)整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)的填充并無明顯作用。但這樣對(duì)整個(gè)浸漆過程并無明顯幫助，并且浪費(fèi)了能源。所以，增加填充的有效途徑，是降低漆的粘度和減小絕緣結(jié)構(gòu)空隙、提高毛細(xì)管效應(yīng)，而不是提高壓力。并且我們要特別強(qiáng)調(diào)的是，高壓成型線圈制作過程中，包主絕緣的好壞會(huì)嚴(yán)重影響VPI浸漆的效果，如果線圈包主絕緣后內(nèi)部出現(xiàn)大量空穴，會(huì)嚴(yán)重降低浸漆過程中毛細(xì)管的效應(yīng)，并且空穴處會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，造成主絕緣的云母粉化，絕緣效果大大降低。

我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了“粘度與壓力對(duì)滲透速率的試驗(yàn)”，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：在一定粘度范圍以內(nèi)，當(dāng)漆液粘度較大時(shí)，增大壓力對(duì)填充速度有較大作用，在漆液粘度小時(shí)，增大壓力對(duì)填充速度的作用不顯著。并且在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，漆液粘度對(duì)填充速度具有十分顯著的影響，二者呈反比關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中，我們并沒有將漆液粘度調(diào)的很低，是因?yàn)殡m然繞組絕緣結(jié)構(gòu)可以根據(jù)毛細(xì)管作用填滿漆液，但在整個(gè)凝膠固化時(shí)間非常長，漆液粘度過低會(huì)在有繞組定子鐵芯烘干過程中流失大量漆液，從而使有繞組掛漆量低于正常狀態(tài)。

4 結(jié)論

所以在VPI浸漆工藝過程中，首先對(duì)高壓成型線圈制作有著嚴(yán)格的要求，成型線圈在包主絕緣時(shí)，一定要緊實(shí)無褶皺，這樣才會(huì)降低絕緣結(jié)構(gòu)的空隙，減少了空穴現(xiàn)象，提高了毛細(xì)管效應(yīng)；其次是在保證產(chǎn)品浸漆效果的前期下，適當(dāng)調(diào)節(jié)漆的粘度，使漆液能有效快速地填充線圈空隙。而單純追求高真空或者高壓力對(duì)VPI浸漆都是無益甚至是有害的，其結(jié)果會(huì)影響浸漆效率及浸漆效果，甚至對(duì)整個(gè)高壓電機(jī)帶來不可挽回的損傷。

本文通過對(duì)VPI浸漆工藝的實(shí)際應(yīng)用與研究，我們分析了與傳統(tǒng)真空浸漆相比，VPI浸漆在加壓工序所需要注意的要點(diǎn)和浸漆對(duì)線圈制作和漆液的要求。高壓電機(jī)在日常生活及生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色。隨著科技和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高壓及其他新能源電機(jī)在不斷地取代傳動(dòng)電機(jī)作為新的動(dòng)能。在國內(nèi)以及國際市場(chǎng)競爭日益激烈的今天掌握VPI浸漆工藝工序的操作便會(huì)提高制作高壓電機(jī)的水平，進(jìn)而提高整個(gè)企業(yè)的競爭力。

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