耐电晕漆包线漆

随着电力电子技术的发展 ,电机的变频调速技术得到了迅速的推广 ,开发变频电机用的耐电晕漆包线成为热点。变频用 IGB T、 PWM 调速装置产生的脉冲波具有高耸的尖峰 (电压峰值 ) ,波峰具有陡峭的上升电压,加上极高的频率 (有时可达 20K Hz)对漆包线的绝缘漆膜的破坏作用 ,使用普通漆包线的变频电机很容易发生匝间击穿 ,电机寿命大幅度降低 ,必须使用能够耐电晕的漆包线。制造变频电机用耐电晕漆包线的关键材料是耐电晕漆包线漆。 美国、欧洲等国都在大力开发耐电晕漆包线漆及其耐电晕漆包线。近几年 ,我国变频电机发展也很快 ,但国内没有该种高技术含量的耐电晕漆包线漆的生产 ,因此 ,所用耐电晕漆包线都是从美国进口 ,我们决定自己研制开发。 现在开发成功的耐电晕漆包线漆 ,用于制造耐电晕漆包线 ,该线经上海电缆研究所测试及经上海南洋电机厂在变频电机上应用 。

交流变频电机,用耐电晕的漆包线和绕包线以及耐电晕漆包线漆,是近几年来机电行业和电磁线行业十分关注的一个热点。我国的交流变频电机自研制开发以来已经有10余年的历史了,但是作为变频电机的主要绝缘材料———耐电晕漆包线,国内从98年才开始开发,投入批量生产还只有两、三年时间。早期开发耐电晕漆包线和漆的欧美厂商,主要选用钛、铬、硅和铝等金属氧化物的粉末,充填于常用的耐高温漆包线漆中,充分搅拌均匀后就成为耐电晕的漆包线漆。这些金属氧化物的粉末分布在聚合物的分子之间,当溶剂蒸发干燥,树脂完成交联固化后,便被固定地“镶嵌”在聚合物的分子中间,起到了有机聚合物的增强剂作用。但其缺点也相当明显。资料显示,这种结构只能提高抗局部放电和耐过电压能力,不能提高电晕起始电压(DIV值)。由于这种漆包线是三涂层,对生产管理也会带来很大的不方便。同时,这种漆包线在使用过程中如果发生拉伸,其抗电晕性能也将会大幅度地下降。如果拉伸5%,耐电晕性能将会下降一半,拉伸10%,寿命将会下降90%。

漆的合成

将具有电屏蔽功能的组份掺入高分子缩聚反应形成漆基树脂 ,再加入多种有机溶剂 ,稀释剂及特种助剂等。经过大量的配方及工艺试验 ,试制出 HPH-35型耐电晕漆包线漆 。

漆的外观为橙黄色液体 ,固体含量 ( 200± 3℃ ,1h)≥ 35% ,粘度 ( 23± 1℃ ) 500～ 1500m Pa· s。

漆包线涂漆工艺

可采用现有漆包机和模具法涂制工艺 ,调整好漆的粘度、固体含量、控制烘炉温度、线速度等工艺参数 ,漆包线在 350℃区间产生交联和固化反应 ,得到性能良好的漆包线。

高频脉冲电耐晕性能

耐电晕漆包线在高频率电压作用下的性能 ,国内外都在研究中 ,还没形成标准试验方法及产品标准。 上海电缆研究所参考国外有关报道 ,研制了漆包线起始电晕电压及耐高频脉冲电压时间等性能测试方法及相应的仪器设备 ,对耐电晕漆包线 ( 1.00mm )进行了初步测试研究。

试制的耐电晕漆包线漆在耐电晕漆包线上应用及该线在变频电机上应用表明性能良好 ,可以满足国内需要。该漆所用材料全部国产化 ,已形成 150吨 /年的工业生产规模 ,成本比进口同类产品低 ,而且该漆可在现有国内外产的漆包机上使用。 该耐电晕漆包线漆是国内首次研制成功的耐电晕漆包线漆 ,它为我国耐电晕漆包线的制造变频电机的推广应用创造了良好的条件。 今后我们要继续努力 ,开发出系列耐电晕漆包线漆 ,适应日趋严格的技术要求和日益扩大的市场需求 ,为耐电晕漆包线及变频电机的发展作出更大的贡献。

我们采用VoltronTME3597新型耐电晕漆包线漆试制漆包线,第一次试制时由于缺乏经验,主要采用目前普通复合线的工艺,即:试制设备为奥地利MAG公司生产的HES5 /4型漆包机;试制漆包线规格为 0. 900 mm;并采用如下主要工艺指标:底漆采用杜邦公司Voltro-nTME3597 /38(耐电晕漆包线漆);面漆采用杜邦公司E3564 /27(聚酰胺酰亚胺);涂漆道数为底漆12道,面漆4道;漆膜厚度达2级,固化温度为520°C,工艺速度为100±10 m /min。第一次试制的漆包线得出下列主要性能指标:漆膜弹性为20%/1 d;热冲击为20%/2 d /200°C;软化击穿为380°C /2 min;tgδ:178°C;表面光洁,手感较好。

耐电晕试验结果如下:

16小时(20 kHz,90°C,3000 V,100 ns)；35小时(16 kHz,155°C,2400 V,100 ns)；28小时(10%预拉伸,16 kHz,155°C,2400V,100 ns)；听取杜邦专家建议后,第二次我们采取了新的工艺,即:先用甲酚清洗所有涂漆装置3小时,然后再在漆槽中加入原漆,适当调整配模尺寸,并保持裸铜线光洁,然后涂漆。

主要工艺参数为:底漆采用VoltronTME3597,面漆采用杜邦E3564;涂漆道数为底漆14道,面漆6道;漆膜厚度达2级,固化温度为590°C;工艺速度为100 m /min常规性能检测结果,漆膜弹性为20%/1 d;热冲击:20%/2 d /220°C;绝缘击穿电压:≥9. 5kV;软化击穿:390°C /2 min;单向刮漆:12 N;tgδ:187°C;表面光洁,手感较好。

耐电晕试验结果如下:

280小时(16 kHz,155°C,2400 V,100 ns)；258小时(10%预拉伸,16 kHz,155°C,2400V,100 ns)

从试制的结果看,这种产品完全达到目前市场上进口的耐电晕漆包线的水平。在抗拉伸方面,拉伸10%,抗电晕寿命仅减少10%左右,这是由于这种漆包线漆的成膜结构及耐电晕原理与普通三涂层的有本质区别,它不是通过掺杂无机金属氧化物,而是通过无机金属和有机体聚合而成,经拉伸后不会出现散乱现象。

(2)从生产此种漆包线看,解决涂漆过程中的污染问题很重要。涂漆前一定要保持涂漆设备清洁,否则将会造成表面不好。铜线表面一定要好,如有毛刺将会大大降低漆包线的各项性能,特别是耐电晕性能。我们在试制时曾经没有注意这一点,导致涂出的线耐电晕检测寿命仅为1小时。涂漆配模应尽可能做到少量多次。同时,固化温度在允许的范围内尽可能提高,以使其铰链固化充分。

尽管绝缘材料研究人员通过在聚合物中填充无机填料的方法提高其耐电晕性能 , 但是由于早期无机填料制造技术只能达到微米级或亚微米级 , 采用这种填料填充的漆包线漆生产的漆包线表面粗糙 , 无法满足漆包线的表面技术要求 。进入 20 世纪 90 年代后 ,随着纳米材料制备技术的逐渐成熟 , 人们开始将纳米粒子填充到具有较高耐温等级的漆包线漆中 , 制成耐电晕漆包线漆 。采用这种耐电晕漆作为漆包线的外层( 二层绝缘结构) 或中间层( 三层绝缘结构) ,可使漆包线的耐电晕性能提高 5 ～ 100 倍 。其中 ,最为典型的就是 Dupo nt 公司生产的耐电晕漆 , 采用噻克改性聚酯亚胺树脂为基体 , 以纳米 SiO 2 为填料 , 这种漆包线漆作为漆包线的涂层 , 大幅度提高了其耐电晕性 能。据美国专利 US4935302介绍 ,在绝缘漆中添加粒度为 5 ～ 500nm 的氧化铬 , 或氧化铁和氧化铬的混合物 , 填充量约为 10 %～ 30 %, 可以大大提高耐电晕能力 。Jiang 等提出了在聚酯亚胺 、聚酰胺酰亚胺等漆包线漆中添加 α型氧化铝和 γ氧化铝的混合物 , 使耐电晕能力提高 3 ～ 4 倍 。 美国的 PhelpsDodge 公司研制开发的耐电晕电磁线 X8358 采用三层绝缘结构 , 中间层为二氧化钛 、氧化铝 、氧化硅 、氧化锌 、氧化铁等无机氧化物填充的耐电晕层 , 在脉冲测试中表现出良好的耐电晕性能 。经过近几年的发展 , 目前能生产供变频电机使用的新型漆包线漆的厂家有 : 美国的 P D George 公司 , Phelps Dodge 公司 ,po nt 公司 , 法国 Nexans 公司 , 意大利 Syntel 公司和德国 Herber ts 公司等 。

近年来 , 国内在变频电机用耐电晕漆包线漆的研制方面 , 开展了大量工作 。哈尔滨理工大学雷清泉院士课题组 、西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室和上海电器科学研究所以及上海电缆研究所的科研人员分别从不同的角度对该课题进行了研究 ,取得较大的进展 , 有些成果正在向企业转化 , 但耐电晕漆产品由于存在某些问题尚未得到规模化生产 。如四川东材科技集团有限公司承担的国家 “十五” 科技攻关项目交流变频电机专用屏蔽漆包线漆, 上海电器科学研究所和上海电缆研究所研究的成果在常熟豪威富公司进行了小规模生产，尽管使漆包线的耐电晕性能得到一定程度的提高 , 但耐电晕性能分散性大 , 其根本原因在于纳米粒子在聚合物中没有得到有效的分散 ,大多仍以团聚体形式存在。

在变频高压下 ,漆包线绝缘漆膜的高分子易产生局部电离 ,当电场强度达到临界场强时 ,附近气体的发生局部电离 ,出现蓝色的荧光 ,并伴有放电响声 ,同时产生臭氧。 要防止局部电离而引起的漆膜破坏 ,必须改进现有漆的配方 ,提高漆的电老化性能 ,在漆基高分子中引入量子屏蔽粒子 ,使脉冲高压得以分散、化解 ,不至于局部电离引起漆膜击穿 。