精密電機(jī)有溶劑漆真空壓力浸漬工藝研究及應(yīng)用

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(1.貴州航天林泉電機(jī)有限公司，貴州 貴陽 550008；2.國家精密微特電機(jī)工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550008)

0 引言

目前電機(jī)電樞的浸漆工藝為真空沉浸，是將工件放置在真空容器中、通過抽真空將工件中水分及其它可揮發(fā)物排除后再將繞組間縫隙用絕緣漆填充并固化的過程，適用于各類繞組間縫隙較大的定、轉(zhuǎn)子電樞絕緣封閉，對應(yīng)槽滿率高的繞組，存在浸漬不徹底的現(xiàn)象，電樞的浸漆封閉效果不好，無論是槽絕緣，層間絕緣、相間絕緣和綁扎線以及電源引出線的外層，都有大量的毛細(xì)孔，絕緣材料在65%相對濕度以上的空氣中，就開始急劇地吸潮。這種吸潮很快降低了表面電阻系數(shù)與電阻系數(shù)。導(dǎo)致電樞中繞組對軸的絕緣下降影響電機(jī)絕緣性能。最終表現(xiàn)為漆包線絕緣層保護(hù)效果差、絕緣性能不穩(wěn)定，較難滿足軍用電機(jī)惡劣的工作環(huán)境要求。

要解決電樞浸漆后絕緣電阻下降問題，是要使漆液更容易進(jìn)入填充空隙，提高真空度可以改善浸漆效果，但真空環(huán)境對于某一溫度條件下的一種浸漬漆液，當(dāng)其真空度低于某一絕對壓力的數(shù)值時，亦即達(dá)到某一對應(yīng)的“臨界”真空時，會導(dǎo)致該浸漬漆液中大量泡沫和液面大量霧氣的產(chǎn)生，即發(fā)生“沫化”和“霧化”現(xiàn)象?！澳痹斐善嵋褐写罅靠昭ǎ瑫璧K浸滲?！办F化”致使溶劑或稀釋劑大量逸出，會影響固化。所以要提高發(fā)電機(jī)電樞的浸漆質(zhì)量，只有改變浸漆工藝方法。

VPI真空壓力浸漆與真空浸漆過程不同，在繞組間縫隙填充絕緣漆的過程中，容器中施加壓力，可使絕緣漆迅速滲透并充滿絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)層，具有絕緣性能好、降低發(fā)電機(jī)溫升、增加機(jī)械強(qiáng)度并提高電樞的防潮能力、延長產(chǎn)品的使用壽命。

為了使精密電機(jī)真空壓力浸漆效果最優(yōu)化，必須對過程的參數(shù)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，試驗(yàn)驗(yàn)證效果，以提高浸漬質(zhì)量，使得電機(jī)能滿足高溫高濕的工作環(huán)境要求。

1 電機(jī)電樞浸漆的作用

1.1 真空壓力浸漆原理

圖1 電樞的外觀圖

將工件預(yù)烘除潮后冷卻，置于真空環(huán)境中，排除線圈內(nèi)部的空氣和揮發(fā)物，依靠真空中漆液的重力和線圈毛細(xì)管作用以及利用干燥的壓縮空氣或惰性氣體，對解除真空后的浸漬漆液施加一定的壓力作用，使漆液迅速滲透并填充絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部。從而使繞線與鐵芯形成一個整體。電樞的外觀如圖1所示。

1.2 真空壓力浸漆的目的

VPI真空壓力浸漆與真空浸漆過程不同，在繞組間縫隙填充絕緣漆的過程中，容器中施加壓力，可使絕緣漆迅速滲透并充滿絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)層，具有絕緣性能好、降低發(fā)電機(jī)溫升、增加機(jī)械強(qiáng)度并提高電樞的防潮能力、延長產(chǎn)品的使用壽命。VPI工藝流程：⊙→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→⊙。因此，為了提高發(fā)電機(jī)電樞浸漆后的絕緣性能，需要將現(xiàn)在的真空沉浸更改為真空壓力浸漆。其主要目的如下：

消除線圈中的空隙和氣泡，達(dá)到電樞的一體性，避免了內(nèi)部的微振動，從而降低了摩擦對電樞絕緣結(jié)構(gòu)的損傷。

空隙和氣泡的消除，可有效降低局部放電，避免長期運(yùn)行后的擊穿故障。

絕緣漆的充分填充，有利于絕緣的可靠性和熱量的導(dǎo)出，保證電樞的低溫升和絕緣可靠性。

1.3 真空壓力浸漆后電樞的質(zhì)量檢驗(yàn)

真空壓力浸漆完成后需要對如下內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)：外觀質(zhì)量(絕緣漆固化狀態(tài)、表面有無氣泡、有無孔洞)、熱態(tài)絕緣電阻、冷態(tài)絕緣電阻、耐壓等。

1)浸漆時及浸漆后的外觀要求。

浸漆固化后的外觀進(jìn)行檢查，漆膜應(yīng)平整光滑，無漆瘤、結(jié)塊等現(xiàn)象。

2)浸漆后電樞的熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻、耐壓的檢查。

對目測浸漆固化后正常的電樞，測熱態(tài)絕緣電阻不小于100 MΩ；冷態(tài)絕緣電阻不小于500 MΩ。

3)浸漆電樞濕熱試驗(yàn)檢查。

浸漆后檢測熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻合格的試驗(yàn)件進(jìn)行交變濕熱試驗(yàn)，測試驗(yàn)中及試驗(yàn)結(jié)束后的熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻。

2 真空壓力浸漆技術(shù)驗(yàn)證方案

2.1 驗(yàn)證產(chǎn)品的選取

由于新采購真空壓力浸漆設(shè)備可以進(jìn)行不同種類絕緣漆的真空壓力浸漬，選取的試驗(yàn)件有幾點(diǎn)原則：1)試驗(yàn)件應(yīng)為工廠較大批量定型生產(chǎn)的電機(jī)；2)選取的試驗(yàn)件電機(jī)應(yīng)為浸漆后絕緣電阻出現(xiàn)過不合格或經(jīng)反復(fù)處理絕緣電阻才能合格；3)不同種類的試驗(yàn)件的線徑、電樞直徑應(yīng)跨度較大且為工廠有代表性的產(chǎn)品。按照以上原則，選取了J40SY125-1/K、J78SY1800B兩種試驗(yàn)件電樞，每種按正式產(chǎn)品狀態(tài)加工樣件10件。

2.2 影響浸漆質(zhì)量的工藝參數(shù)

影響浸漆質(zhì)量的主要工藝參數(shù)有：浸漆真空度、真空浸漆時間溫度、浸漆壓力、加壓浸漆時間、滴漆狀態(tài)、滴漆時間等。不確定對浸漬效果影響的參數(shù)通過測量試驗(yàn)件電樞浸漆后的效果比對、掛漆量對比等方法，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定參數(shù)。

2.3 浸漆質(zhì)量的檢驗(yàn)要求及方法

真空壓力浸漆完成后需要對如下內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)：外觀質(zhì)量、熱態(tài)絕緣電阻、冷態(tài)絕緣電阻、耐壓等。

1)浸漆時及浸漆后的外觀要求。

浸漆固化后的外觀進(jìn)行檢查，漆膜應(yīng)平整光滑，無漆瘤、結(jié)塊等現(xiàn)象。

2 )浸漆后電樞的熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻、耐壓的檢查。

對目測浸漆固化后正常的電樞，放在85℃烘箱保溫2 h以上，取出立即用500 V兆歐表檢測換向器對鐵芯外圓的熱態(tài)絕緣電阻應(yīng)不小于100 MΩ；冷卻至室溫后用500 V兆歐表檢測換向器對鐵芯外圓的熱態(tài)絕緣電阻應(yīng)不小于500 MΩ，用耐壓儀檢測換向器與鐵芯外圓之間應(yīng)能承受交流正弦波500 V、50 Hz、1 min的耐壓試驗(yàn)，不發(fā)生擊穿或飛弧現(xiàn)象。

3)浸漆電樞濕熱試驗(yàn)檢查。

浸漆后檢測熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻合格的試驗(yàn)件進(jìn)行交變濕熱試驗(yàn)，在每一周期高溫階段保持1 h后檢測絕緣電阻應(yīng)不小于2 MΩ(100 V兆歐表)，十個循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束時檢測電機(jī)絕緣電阻應(yīng)不小于2 MΩ(100 V兆歐表)，電樞應(yīng)無明顯的外觀質(zhì)量變壞及影響正常工作的銹蝕。試驗(yàn)后立即轉(zhuǎn)入高溫箱或隨箱升溫至+50℃保溫5 h烘干處理，并隨箱冷卻。恢復(fù)常溫后檢測換向器對軸應(yīng)絕緣電阻>500 MΩ。

3 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與解決途徑

本研究的關(guān)鍵技術(shù)主要有浸漆工藝參數(shù)的確定、浸漆后效果的驗(yàn)證。關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)過程及解決途徑如下。

3.1 真空壓力浸漆工藝參數(shù)的確定及驗(yàn)證

浸漆真空度原則上越小越好，罐內(nèi)真空度越小，工件內(nèi)部殘留的水分、揮發(fā)物越少。但由于設(shè)備的生產(chǎn)能力為能抽真空至浸漆罐內(nèi)壓力為100 Pa，而且大量使用的浸漬漆均為有溶劑漆，如1054漆其溶劑為二甲苯，在28.3℃下二甲苯的飽和蒸汽壓為1.33 kPa，因此在使用1054及其他以二甲苯為溶劑的絕緣漆進(jìn)行浸漬時，浸漆真空度應(yīng)>1.33 kPa。實(shí)際使用中邊抽真空邊觀察儲氣罐內(nèi)漆液的狀態(tài)，在真空度<2.5 kPa時會有大量溶劑揮發(fā)產(chǎn)生“沫化”、“霧化”現(xiàn)象。此時漆液內(nèi)部產(chǎn)生大量空穴，溶劑大量氣化逸出，影響漆液的滲透和填充。因此浸漆時真空度為2.8±0.2 kPa。

使用真空壓力浸漆時浸漆保真空時間的選擇一般按表1所示的條件進(jìn)行選擇。

表1 真空壓力浸漆保真空時間

因電機(jī)一般為3kV以下的低壓繞組，因此真空壓力浸漆時保真空時間為10 min。這也與以前的真空浸漆Φ50 mm以下電樞保真空時間一致。

真空壓力浸漆工藝加壓浸漆時壓力及時間的選擇一般如表2。

表2 真空壓力浸漆保壓時間及壓力選擇

由于電機(jī)一般為3kV以下的低壓繞組，因此真空壓力浸漆時加壓時間為15 min，壓力為0.3 MPa。

滴漆時的狀態(tài)其他真空壓力浸漆廠家一般為低壓滴漆，即為保持罐內(nèi)壓力為0.1 MPa左右滴漆，以前真空浸漆時采用的真空滴漆，即滴漆時抽真空至-0.08 MPa。滴漆時間一般規(guī)定為滴漆至無漆液繼續(xù)滴出為止，大約為30 min。

對初步確定的浸漆工藝參數(shù)進(jìn)行浸漆試驗(yàn)，對浸漆后的試驗(yàn)件電樞進(jìn)行熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻、耐電壓檢測、濕熱試驗(yàn)檢測。

為了確定的滴漆狀態(tài)對浸漬效果的影響，對試驗(yàn)件進(jìn)行浸漆后在不同狀態(tài)下滴漆后固化，檢測試驗(yàn)件的熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻、耐電壓，對比掛漆量大小。

3.2 真空壓力浸漆效果的驗(yàn)證

圖2 真空壓力浸漆后的電樞

由于以前的真空浸漆能使大部分電機(jī)浸漆后熱態(tài)絕緣電阻、冷態(tài)絕緣電阻達(dá)到要求(85℃下檢測熱態(tài)絕緣電阻>100 MΩ、電機(jī)降溫至常溫下檢測冷態(tài)絕緣電阻>500 MΩ即為合格)。采用本研究確定的工藝參數(shù)進(jìn)行真空壓力浸漆后的試驗(yàn)件檢測熱態(tài)、冷態(tài)絕緣電阻時均能達(dá)到要求，如何采用簡單易行的方法對比兩種浸漆方式浸漆效果的差異是本研究的另一關(guān)鍵點(diǎn)。本研究通過對不同浸漬方式浸漬的試驗(yàn)件進(jìn)行加嚴(yán)考核的交變濕熱試驗(yàn)，在濕熱狀態(tài)下檢測絕緣電阻差異、計(jì)算收集同種電機(jī)電樞在不同方式浸漆下的掛漆量兩種方法來比較得出浸漬效果的差異。進(jìn)行真空壓力浸漆后的電樞如圖2。

4 主要試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

4.1 真空壓力浸漆與傳統(tǒng)真空浸漆效果比較

收集10件J45SY100E電樞采用真空浸漆時一次浸漆掛漆量平均為0.5 g，二次浸漆后總掛漆量為1.1 g；另一批次相同狀態(tài)33件J45SY100E電樞采用真空壓力浸漆設(shè)備浸漆時一次浸漆掛漆量平均為0.8 g，二次浸漆后總掛漆量為1.7 g。

4.2 滴漆狀態(tài)對浸漆效果的影響驗(yàn)證

用4件J40SY125-1/K的電樞樣件浸漬1054漆，按浸漆真空度為2.8 kPa、保真空10 min、加壓壓力為0.3 MPa、加壓時間為15 min。其中2件采用低壓滴漆，即在0.1 MPa的壓力下滴漆，另2件在-0.08 MPa真空度下滴漆，滴漆時間均為30 min。對浸漆后的平均掛漆量進(jìn)行計(jì)算比較情況如表3。

表3 電樞在不同狀態(tài)下滴漆的掛漆量

試驗(yàn)結(jié)果表明，真空壓力浸漆時采用低壓滴漆掛漆量較大，采用真空滴漆時掛漆量較小。這是因?yàn)?，在加壓浸漆階段，漆液已經(jīng)充分的浸潤了電樞內(nèi)部的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，使得電樞內(nèi)部吸漆達(dá)到飽和狀態(tài)，在滴漆階段外界抽真空時會將已經(jīng)吸附到電樞內(nèi)部毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的部分漆液又倒吸出來，造成電樞內(nèi)部部分結(jié)構(gòu)形成空穴。而低壓滴漆時，電樞所處的環(huán)境與加壓浸漆時的壓差較小，能保留滲透、填充完整的更多毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。

4.3 試驗(yàn)件電樞的濕熱試驗(yàn)

將不同方式下滴漆的4件試驗(yàn)件電樞進(jìn)行表4和圖3條件的濕熱試驗(yàn)。在每一周期高溫階段保持1 h、十個循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束時檢測絕緣電阻。試驗(yàn)后立即轉(zhuǎn)入高溫箱或隨箱升溫至+50℃保溫5 h烘干處理，并隨箱冷卻。恢復(fù)常溫后檢測換向器對軸絕緣電阻。

表4 濕熱試驗(yàn)條件

圖3 濕熱控制圖

試驗(yàn)結(jié)果，4件試驗(yàn)件電樞在每一周期高溫階段保持1 h、十個循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束時檢測的絕緣電阻均>2 MΩ(100 V兆歐表)，而采用低壓滴漆的2件試驗(yàn)件在監(jiān)測時測得的絕緣電阻均>100 MΩ(100 V兆歐表)，真空滴漆的2件試驗(yàn)件為20～50 MΩ。試驗(yàn)結(jié)束后隨箱升溫至+50℃保溫5 h烘干處理，并隨箱冷卻?；謴?fù)常溫后檢測換向器對軸絕緣電阻，4件試驗(yàn)件電樞均>500 MΩ(500 V兆歐表)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，低壓滴漆的電樞在濕熱狀態(tài)下的絕緣電阻穩(wěn)定性更好。但采用真空壓力浸漆的4件電樞試驗(yàn)件絕緣電阻均能通過試驗(yàn)考核。

4.4 整機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

對 215臺電樞進(jìn)行真空壓力浸漆的J40SY125-1/K電機(jī)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果為：低溫儲存、高溫儲存中電流穩(wěn)定、無異?，F(xiàn)象。低溫、高溫儲存后絕緣電阻仍大于500 MΩ。

圖4 電機(jī)壽命試驗(yàn)后的外觀

臺電機(jī)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了壽命試驗(yàn)，1臺電機(jī)壽命試驗(yàn)后絕緣電阻為15 MΩ，另一臺280個循環(huán)后絕緣電阻下降到0 MΩ，繼續(xù)完成了壽命試驗(yàn)(500個循環(huán))，試驗(yàn)后將兩臺電機(jī)拆開，用高壓空氣清理碳粉后絕緣電阻均恢復(fù)到500 MΩ。真空壓力浸漆的電樞壽命試驗(yàn)后如圖4。

5 結(jié)論

本文分別從電樞浸漆的作用、 真空浸漆與真空壓力浸漆的差異，真空壓力浸漆工藝參數(shù)的設(shè)置及滴漆方式的驗(yàn)證進(jìn)行了研究，篩選出最優(yōu)的浸漆方案。研究得出采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行浸漆、低壓滴漆進(jìn)行真空壓力浸漆后電樞的環(huán)境試驗(yàn)中絕緣電阻穩(wěn)定性好。該有溶劑漆真空壓力浸漆工藝已經(jīng)在大量型號產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用達(dá)2年多，各型號的電機(jī)分別在不同的環(huán)境中工作正常，運(yùn)行狀況良好。因此，本文采取的研究方法正確，得出的電樞真空壓力浸漆方法正確有效，能夠有效提高電機(jī)在濕熱環(huán)境中的絕緣電阻穩(wěn)定性。

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