СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
METHOD TO MANUFACTURE INSULATION OF WINDINGS IN ELECTRIC MACHINES

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении систем изоляции различных электрических машин.
Известен способ пропитки изоляции обмоток, заключающийся в нанесении на обмотки стеклослюдосодержащих лент с последующей вакуум-нагнетательной пропиткой компаундами, при этом, многослойную изолировку обмотки производят пропитанными лентами, в состав которых входит не менее двух слоев полимерной пленки, а в качестве связующего для лент и для пропитки изолированных обмоток применяют полиэфиримидные компаунды вязкостью 40-100 Ст по В3-4, количество которого в ленте составляет 23-28% - RU 2366060 C1, H02K 3/32, 2009 г.
Недостатки известного способа состоят в следующем:
- для обеспечения проникновения пропиточного состава вглубь всей толщины изоляции требуется создание достаточно высокого давления, что предполагает применение дорогостоящих специальных вакуум-нагнетательных установок;
- в процессе запечки изолированных обмоток происходит вытекание пропиточного состава. Это нарушает характеристики изоляции.
Прототипом изобретения является способ изготовления изоляции обмоток электрических машин, заключающийся в наложении на элементы обмотки пропитанного нагревостойким связующим электроизоляционного материала, в котором термореактивное связующее находится в неотвержденном состоянии, и последующей пропитке обмотки под вакуумом и давлением низковязким составом меньшей нагревостойкости с большей жизнеспособностью, при этом, перед пропиткой производят горячую опрессовку по меньшей мере части обмотки при температуре и давлении, обеспечивающих частичную полимеризацию связующего в указанном материале до состояния, ограничивающего проникновение менее нагревостойкого пропиточного состава в опрессованную часть обмотки.
2
Если в качестве термореактивного связующего используют состав на основе эпоксиноволачных смол, а в качестве низковязкого состава используют состав на основе эпоксидных диановых смол, то горячую опрессовку производят при 100-180°C и давлении 3-10 кгс/см в течение 5-30 мин.
2
Если в качестве термореактивного связующего используют состав на основе модифицированных кремнийорганических смол, а в качестве низковязкого состава используют состав на основе эпоксидных диановых смол, то горячую опрессовку производят при 120-220°C и давлении 5-10 кгс/см в течение 5-20 мин - авт. свид. СССР №748680, H02K 3/30, 1980 г.
Недостатки способа-прототипа те же, что и аналога:
2
- для обеспечения проникновения пропиточного состава вглубь всей толщины изоляции требуется горячая опрессовка при давлении 5-10 кгс/см, т.е. применение дорогостоящих специальных вакуум-нагнетательных установок;
- в процессе запечки изолированных обмоток вытекание пропиточного состава уменьшено по сравнению со способом-аналогом, но не исключено полностью. Здесь так же не может быть обеспечена точность получения заданных характеристик.
Технической задачей изобретения является повышение качества изоляции и точности получения заданных характеристик путем обеспечения глубокой и равномерной пропитки изоляции связующим, а также снижение энерго- и трудозатрат.
Эта задача решена в способе изготовления изоляции обмоток электрических машин, при котором осуществляют пропитку стеклослюдоленты первым компаундом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
метакрилированная эпоксидная смола
89,6-54,3
диметакриловый эфир триэтиленгликоля
10-45
перекисный инициатор полимеризации
0,2-0,3
ингибитор полимеризации
0,2-0,4
одновременно изготавливают второй компаунд на основе первого, в который дополнительно вводят марганцевый ускоритель полимеризации при следующем соотношении компонентов, мас.%:
метакрилированная эпоксидная смола
87,6-52,0
диметакриловый эфир триэтиленгликоля
10-44,9
перекисный инициатор полимеризации
1,0-1,2
марганцевый ускоритель полимеризации
1,2-1,4
ингибитор полимеризации
0,2-0,5
затем один или несколько слоев стеклослюдоленты накладывают на изделие, нагревают в печи до температуры 150-160°C, в дальнейшем помещают в автоклав со вторым компаундом на 3-10 минут, затем извлекают из автоклава, помещают в печь и выдерживают 2-3 часа при температуре 160-180°C.
Для улучшения характеристик изготавливаемой изоляции, могут быть предложены следующие параметры и процессы:
- исходная температура компаунда в автоклаве не должна превышать 30°C;
- во время выдержки изделия в печи, его извлекают на время нанесения грунтовой эмали, изготовленной на основе второго компаунда;
- после окончательного извлечения изделия из печи и остывания его до температуры ниже 100°C, на него наносят полиэфиракриловую эмаль.
Снижение энерго- и трудозатрат при использовании способа может быть достигнуто за счет того, что пропитку стеклослюдоленты делают на одном производстве, а изоляцию изделия - на другом, при этом должно соблюдаться следующее условие:
- максимальный период использования пропитанной первым компаундом стеклослюдоленты для изоляции изделия не превышает 6-12 месяцев.
Рассмотрим процесс изготовления изоляции обмоток электрических машин по предлагаемому способу в условиях использования его на одном производстве.
При изготовлении используется известный комплекс устройств.
Стеклослюдолента подвергается пропитке первым компаундом на лакировально-пропиточной машине.
Одновременно в реакторе изготавливают второй компаунд, на основе первого, в который вводят марганцевый ускоритель полимеризации и помещают в емкость-хранилище.
На изделие, подлежащее изоляции, например, обмотку статора, накладывают один или несколько слоев предварительно пропитанной первым компаундом стеклослюдоленты и нагревают в печи до температуры 150-160°C.
Второй компаунд из емкости-хранилища переливают в автоклав, при этом, его исходная температура в автоклаве не должна превышать 30°C. Нагретое в печи до указанной температуры изолированное изделие помещают в автоклав на 3-10 минут.
После извлечения из автоклава, изделие помещают в печь и выдерживают 2-3 часа при температуре 160-180°C.
В указанных диапазонах времени и температур второй компаунд, со входящим в его состав марганцевым ускорителем полимеризации, обеспечивает повышенную реакционную способность: имея исходную температуру не выше 30°C, в процессе пропитки, при контакте с поверхностью, имеющей температуру нагрева изделия, он резко теряет вязкость с 200 до 15 секунд и за счет этого глубоко проникает в изоляцию, заполняя все пустоты. При этом проникающий вглубь изоляции компаунд разогревается до температуры выше 130°C и в результате сразу же начинается активная реакция полимеризации.
За счет реакции полимеризации второй компаунд теряет текучесть, переходит в гелеобразное состояние и отверждается. Время отверждения второго компаунда зависит от скорости его разогрева при контакте с горячим изделием, которая, в свою очередь, зависит от геометрических параметров и массы изолируемого изделия: для обеспечения глубокой пропитки изоляции и перехода компаунда за счет реакции полимеризации в гелеобразное состояние достаточно 3-10 минут.
Таким образом, активный разогрев второго компаунда происходит в месте его непосредственного контакта с горячим изделием и температура основной массы компаунда в автоклаве, вследствие его низкой теплопроводности (около 0,2 Вт/м К), повышается во время пропитки не более чем на 20°C (при равном соотношении массы компаунда и изделия), что обеспечивает сохранение в автоклаве массы пропиточного состава, т.е. компаунд остается в изоляции, не вытекая из нее в процессе последующей термообработки в печи в течение 2-3 часов при температуре 160-180°C.
Для улучшения характеристик изготавливаемой изоляции, во время выдержки изделия в печи его извлекают на время нанесения грунтовой эмали, изготовленной на основе второго компаунда. Эмаль дополнительно придает изоляции диэлектрические свойства, а также улучшает адгезию покрывной глянцевой эмали.
Нанесение полиэфиракриловой эмали после окончательного извлечения изделия из печи и остывания его до температуры ниже 100°C увеличивает срок службы изоляции.
Технология предлагаемого способа изготовления изоляции может осуществляться на двух производствах: на первом пропитывают стеклослюдоленту и поставляют ее на второе производство, где непосредственно производят изоляцию изделия при условии наличия необходимого комплекса устройств: реактора для изготовления второго компаунда, печи и автоклава. Удобство такого разделения заключается в том, что сама изоляция изделия происходит при сокращенном оборудовании и в удобное время при соблюдении условия периода использования пропитанной первым компаундом стеклослюдоленты: он не должен превышать 6-12 месяцев, т.е. времени хранения стеклослюдоленты при условиях, указанных в Инструкции по ее использованию.
Приводимые соотношения ингредиентов составов компаундов подобраны опытным путем. Проведение экспериментов по выбору границ диапазонов компонентов составов выявило те отклонения от требований, предъявляемых к данному типу изоляции, которые возникали в случаях выхода за границы установленных диапазонов.
Например, следствием чрезмерного разбавления диметакрилового эфира триэтиленгликоля является хрупкость изоляции.
Уменьшение нижней границы диапазона перекисного инициатора полимеризации приведет к неполному отверждению, а увеличение его верхней границы вызовет возникновение трещин в изоляции.
То же касается второго катализатора - марганцевого ускорителя полимеризации: снижение его нижней границы приведет к неполному отверждению, а увеличение верхней вызовет пористость изоляции.
Выход за нижнюю границу диапазона ингибитора полимеризации приведет к преждевременному желированию компаунда, а повышение верхней границы снизит скорость полимеризации.
Предложенный способ изготовления изоляции обмоток электрических машин без применения дорогостоящих специальных вакуум-нагнетательных установок дает возможность проведения пропитки изоляции при температурном режиме, обеспечивающем глубокое проникновение пропиточного состава (компаунда) в изоляцию и его отверждение непосредственно в процессе пропитки, что позволяет обеспечить заполнение пропиточным составом всех пустот в изделии, равномерное насыщение им изоляции по глубине и требуемое его количество в изоляции для получения заданных характеристик изделия.