СПОСОБ СТРУЙНОЙ ПРОПИТКИ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
METHOD FOR JET IMPREGNATING COILS OF ELECTRIC MACHINES

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в производстве статоров электрических машин.
Известен способ пропитки обмоток электрических машин, при котором обмотку и пропиточный состав разогревают до температуры пропитки, погружают одну из лобовых частей обмотки в пропиточный состав и после появления пропиточного состава на другой лобовой части обмотки извлекают обмотку из состава, поворачивают ее на 180° вокруг ее вертикальной оси и сушат ее в этом положении [1]. Отличительной особенностью способа является то, что погруженную в пропиточный состав лобовую часть обмотки устанавливают на токопроводящий элемент, а к непогруженной лобовой части обмотки подсоединяют электрод и создают между электродом и токопроводящим элементом разность потенциалов.
пр
Недостатком указанного способа является то, что коэффициент пропитки обмоток К, пропитанных по указанному способу, не превышает величины 0,24, это свидетельствует о том, что 76% полостей обмотки не заполнены пропиточным составом.
Наиболее близким к заявляемому способу является струйный способ пропитки многовитковой обмотки электрической машины, описанный в [2]. Способ - прототип заключается в подключении обмотки к источнику электрического тока, которым разогревают обмотку до заданной температуры, в подаче на лобовые части разогретой обмотки тонкой струи пропиточного состава, затем, по окончании пропитки, температуру обмотки повышают и сушат обмотку до полного отверждения пропиточного состава.
пр
пр
пр
Недостатками способа - прототипа является: высокая продолжительность времени пропитки, низкий коэффициент пропитки К, не превышающей величины 0,36 и нестабильность значений К от обмотки к обмотке, обусловленную затрудненным проникновением пропиточного состава в разные по размерам и расположению межвитковые поры и капилляры обмотки при проведении пропитки. Вследствие низких и нестабильных значений коэффициентов пропитки К по способу-прототипу, не достаточно эффективно устраняется дефектность в витковой изоляции обмотки, в незначительной мере повышается теплопроводность обмотки, что снижает ее эксплуатационную надежность.
пр
Задача изобретения состоит в снижении трудоемкости пропитки, и в снижении разбросов значений коэффициента пропитки К от обмотки к обмотке и повышении его величины.
Технический результат достигается тем, что в струйном способе пропитки многовитковой обмотки электрической машины, заключающимся в разогреве обмотки до заданной температуры, в подаче на лобовые части разогретой обмотки тонкой струи пропиточного состава, в последующем повышении температуры обмотки по окончании пропитки до температуры полимеризации пропиточного состава, и сушки обмотки при упомянутой температуре до полного отверждения пропиточного состава, новым является то, что при достижении в обмотке перед пропиткой заданной температуры, подают в нее импульсы тока, амплитуда которых лежит в диапазоне (10-50)А, а длительность (0,5-10) с, при этом частота следования импульсов тока лежит в диапазоне (5-10) Гц, и одновременно с подачей упомянутых импульсов тока в обмотку, подключают к магнитному сердечнику обмотки инфразвуковой излучатель, при этом изменяют частоту звуковых колебаний инфразвукового излучателя непрерывно и циклически в диапазоне частот от 0,5 кГц до 10 кГц и обратно, затем по завершению пропитки отключают от магнитного сердечника инфразвуковой генератор, отключают от обмотки источник импульсного тока, подключают к обмотке греющий постоянный или переменный ток, при помощи которого разогревают пропитанную обмотку до температуры полимеризации пропиточного состава, и сушат обмотку до полного отверждения в ней пропиточного состава.
На фиг.1 изображена схема источника импульсного тока. На фиг.2 приведены графики зависимости коэффициента пропитки обмоток от вида и времени пропитки. Фиг.1 и фиг.2 служат для пояснения сущности изобретения. Источник импульсного тока (фиг.1.) включает в себя: 1 - задающий генератор; R1 - резистор установки длительности импульса; R2 - резистор установки периода между импульсами; 2 - тиристор; 3 - пропитываемую обмотку; 4 - амперметр; 5 - понижающий трансформатор; 6 - ЛАТР.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Пропитка обмоток по способу-прототипу, являющегося традиционным струйно-капельным методом пропитки включает в себя предварительный разогрев обмотки до заданной температуры, величина. Температура предварительной сушки обмоток перед пропиткой зависит от типа пропитываемых обмоток и вида пропиточного состава. Эта температура задается для каждого конкретного случая в нормативных технологических документах. Значения этой температуры в зависимости от упомянутых выше условий обычно лежит в диапазоне от 80°C до 90°C. Предварительный разогрев обмоток перед пропиткой производят для того, чтобы, во-первых, удалить из обмотки влагу, и, во-вторых, для того, чтобы улучшить проникновение пропиточного состава в обмотку при пропитке. Улучшение проникновения пропиточного состава в полости обмотки достигается за счет того, что вязкость пропиточного состава при соприкосновении с разогретыми частями обмотки снижается и он легче проникает вглубь обмотки. Предварительный разогрев обмоток перед пропиткой осуществляют двумя способами: либо инфракрасным излучением, либо пропусканием через обмотку переменного или постоянного тока. При традиционной струйно-капельной технологии пропитки, осуществляют подачу тонкой струи пропиточного состава из сопла на нагретую лобовую часть обмотки. При этом, для обеспечения более менее равномерного распределения пропиточного состава по обмотке, магнитный сердечник с обмоткой вращают. Недостатки этой технологии состоят в том, что, во-первых, витки обмотки внутри пазов магнитных сердечников расположены хаотично, что приводит к тому, что в отдельных местах они плотно прилегают друг к другу, а межвитковые полости и капилляры отличаются друг от друга размером и конфигурацией, препятствуя проникновению пропиточного состава внутрь обмотки. Все это приводит к тому, что время пропитки удлиняется, а качество пропитки, определяемое величиной коэффициента пропитки и его стабильностью от обмотки к обмотке, снижается. На устранение всех этих недостатков и направлено настоящее изобретение. Поставленная техническая задача, решается за счет обеспечения колебательных витков в обмотке относительно друг друга. Колебания витков относительно друг друга в обмотке достигают двумя способами: подачей при пропитке в обмотку импульсов тока, и в одновременном подключении инфразвукового излучателя к магнитному сердечнику.
При подаче импульсов тока в обмотку, между витками возникают импульсные пондеромоторные силы, заставляющие перемещаться витки один относительно другого. Образно выражаясь, обмотка начинает «дышать», что способствует лучшему проникновению пропиточного состава в обмотку. Колебания витков относительно друг друга тем выше, чем больше амплитуда импульсов тока. Однако сила тока ограничивается допустимой плотностью тока для данного материала и сечения проводника обмотки. В зависимости от сечения и материала провода обмотки, для большинства типов пропитываемых по струйно-капельной технологии обмоток электрических машин амплитуда импульсов тока должна лежать в диапазоне от 10 А до 50 А. Длительность импульсов тока должна быть достаточно большой для того, чтобы витки за время импульса смогли переместиться на максимальное расстояние, определяемое амплитудой импульса, а период следования импульсов должен быть таким, чтобы витки в обмотки за время между двумя импульсами могли вернуться в исходное состояние. Опытным путем было установлено, что наилучшие результаты достигаются тогда, когда длительность импульсов составляет (1-5) с, и при этом частота следования импульсов тока лежит в диапазоне (5-10) Гц. Подача импульсов тока в обмотку несколько снижает продолжительность пропитки и улучшает качество пропитки, по сравнению с традиционной пропиткой, однако наиболее заметное улучшение пропитки и снижение времени ее проведения достигается при одновременном использовании с подключением импульсов тока вибраций магнитного сердечника инфразвуковыми колебаниями.
Для этого к магнитному сердечнику инфразвуковой излучатель. На инфразвуковом излучателе устанавливают верхнюю и нижнюю границы частот в пределах выбранного диапазона 20-500 Гц и осуществляют пуск автоматической развертки частоты по заданному закону. Инфразвуковой излучатель обеспечивает плавное и циклическое изменение частоты вибрации витков обмотки. Период развертки частоты выбирают так, чтобы за время пропитки осуществлялось 3-4 полных цикла изменения частоты вибрации.
Инфразвуковые колебания обеспечивает колебания витков в обмотке относительно друг друга. За счет вибраций зазор во всех участках обмотки между витками непрерывно изменяется от нуля до некоторого значения, обусловленного конструктивными особенностями обмотки. В результате динамического изменения зазора пропиточный состав проникает во все части обмотки, поэтому вероятность проникновения пропиточного состава в полости обмотки и равномерное его распределение внутри обмотки в процессе пропитки существенно возрастает.
Наибольшие колебания - витков обмотки друг относительно друга можно обеспечить на резонансных частотах витков. Резонансные частоты витков обмоток различны и зависят от конструкции и размеров обмоток. Поэтому производят непрерывные изменения частот, каждая из которых действует избирательно на определенные группы витков. Диапазон 20-500 Гц является наилучшим.
Плавное и циклическое изменение частот обеспечивает в обмотке переходной режим, при котором витки колеблются в разнообразных фазах друг относительно друга, что обеспечивает лучшие условия для проникновения пропиточного состава во все участки обмотки. Это приводит к более полному покрытию пленкой пропиточного состава дефектных участков и к более высоким значениям степени заполнения полостей в обмотке пропиточным составом.
Пример конкретного выполнения.
По заявляемому способу осуществляли пропитку обмоток статоров электродвигателей 4А112М. Обмотки пропитывали компаундом КП-34. Перед пропиткой обмоток их разогревали до температуры 90°C переменным током. При достижении температурой обмотки 90°C греющий ток от нее отключали и к обмотке подключали источник импульсного тока, который был выполнен по схеме, приведенной на фиг.1.
Установка позволяла регулировать параметры импульсов тока, в следующих диапазонах параметров: ток в импульсе при сопротивлении нагрузки (сопротивлении провода обмотки):
R<sub>H</sub>=1 Ом
0-50 А
R<sub>H</sub>=2-3 Ом
0-10 А
длительность импульсов
0,5-10 с
частота следования импульсов 0,1-10 Гц
В качестве задающего генератора использован автомультивибратор 1 с регулировкой параметров выдаваемых импульсов. Управляемым силовым элементом служит тиристор 2, в качестве которого был взят тиристор Т 160. Питается тиристор от понижающего трансформатора, на первичную обмотку которого подается напряжение с ЛАТРа, с помощью ЛАТРа устанавливается ток через пропитываемую обмотку.
При пропитке обмоток в них подавался импульсный ток амплитудой 30 А, длительность импульсов тока была равна 3 с. Частота следования импульсов тока была равна 8 Гц. Одновременно с подключением к обмотке источника импульсного тока к магнитному сердечнику статора пропитываемой обмотки подключали инфразвуковой излучатель.
Для создания продольных инфразвуковых колебаний был использован функциональный генератор /ФГ-100/ [3].
Генератор звуковой частоты ФГ-100 предназначен для получения гармонических и периодических напряжений треугольной и прямоугольной формы от 0,1 Гц до 100 кГц. Генератор сигналов низкой частоты формирует одновременно три вида сигналов: прямоугольного, треугольного и синусоидального напряжений и обеспечивает выбор любого из перечисленных сигналов и диапазонов частоты. Точная частота генерации обеспечивается за счет создания соответствующего управляющего напряжения на выходе в пределах от 0 до 10 В на нагрузке 8 Ом.
С помощью генератора, при пропитке обмоток статоров электродвигателя 4А112М4 возбуждали в магнитном сердечнике статора инфразвуковые волны, которые непрерывно и плавно изменяли от частоты 0,5 кГц до частоты 10 кГц, причем указанные частоты изменяли циклично от 0,5 кГц до 10 кГц и обратно, от 10 кГц до 0,5 кГц. Генератор обеспечивал плавное и циклическое изменение частоты вибрации витков обмотки. Период развертки частоты выбирают так, чтобы за время пропитки осуществлялось 3-4 полных цикла изменения частоты вибрации. На генераторе сигналов устанавливали верхнюю и нижнюю границы частот в пределах выбранного диапазона 0,5 кГц - 10 кГц и осуществляли пуск автоматической развертки частоты по заданному закону. По завершению пропитки от обмотки отключали импульсный ток, а от магнитного сердечника статора инфразвуковой излучатель. Подключали к обмотке переменный ток и разогревали ее до температуры полимеризации компаунда КП-34, лежащую в диапазоне (160-165)°C.
Разогрев обмотки до температуры (160-165)°C необходим, в соответствии с установленным технологическим регламентом, для компаундирования пропиточной смеси.
Указанный диапазон температур обусловлен тем, что в последнее время широко применяют термореактивные составы без растворителя, вводимые в обмотку с помощью струйного метода. Время на технологический процесс при использовании современных термореактивных составов без растворителей определяется продолжительностью нагревания обмотки до заданной температуры, а также скоростью полимеризации состава, который, как правило, быстро полимеризуется. Для полимеризации пропиточного состава используется, в основном, токовый метод нагревания обмоток, что резко сокращает длительность и трудоемкость процессов. В автоматических установках различного типа для пропитки составами без растворителей пропитка и сушка обычно выполняются за 15-18 мин.
прi
Время пропитки и качество пропитки оценивали по коэффициенту пропитки Коэффициент пропитки К определяли по формуле, приведенной в работе [4]
<mrow><msub><mi>К</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
i
0
, где m - масса высохшего пропиточного состава в i-ой пропитываемой обмотке; m - предельная масса высохшего пропиточного состава, которую можно разместить в полостях обмотки.
На фиг.2 представлены экспериментальные значения зависимости коэффициентов пропитки от времени пропитки: 1 - пропитка по способу-прототипу; 2 - пропитка с воздействием на обмотку импульсов тока; 3 - пропитка по заявляемому способу.
прi
Как следует из приведенных на фиг.2 графиков время пропитки по способу-прототипу составляет 18 мин, по способу пропитки с воздействием на обмотку импульсов тока - 16 мин; по заявляемому способу - 10 мин. При этом коэффициент пропитки К по способу-прототипу не превышает 0,36; коэффициент пропитки по способу пропитки, с воздействием на обмотку импульсов тока не превышает 0,58, а коэффициент пропитки по заявляемому способу достигает 0,65. Следует отметить, что разброс значений коэффициентов пропитки по способу-прототипу не менее чем в 3 раза больше, чем разброс этого показателя при заявляемом способе.
Таким образом, заявляемый способ по сравнению со способом - позволяет сократить время пропитки в 1,8 раза, повысит коэффициент пропитки в 1,8 раза и в три раза снизить разброс коэффициентов пропитки от обмотки к обмотке.
Литературные источники:
1. А.с. №1820453 (СССР). Способ капиллярной пропитки обмоток электрических машин / Г.В. Смирнов. - Опубл. 07.06.93. Бюл. №21.
2. eg.co.ua/info/elektricheskie-mashiny/izolyaciya-elektricheskih-mashin-26.html (прототип)
3. http://td-school.ru/index.php?page=99
4. Г.В. Смирнов. Надежность изоляции обмоток электротехнических изделий. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990, стр.96.