耐電暈漆包線漆

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)得到了迅速的推廣 ,開發(fā)變頻電機(jī)用的耐電暈漆包線成為熱點(diǎn)。變頻用 IGB T、 PWM 調(diào)速裝置產(chǎn)生的脈沖波具有高聳的尖峰 (電壓峰值 ) ,波峰具有陡峭的上升電壓,加上極高的頻率 (有時(shí)可達(dá) 20K Hz)對(duì)漆包線的絕緣漆膜的破壞作用 ,使用普通漆包線的變頻電機(jī)很容易發(fā)生匝間擊穿 ,電機(jī)壽命大幅度降低 ,必須使用能夠耐電暈的漆包線。制造變頻電機(jī)用耐電暈漆包線的關(guān)鍵材料是耐電暈漆包線漆。 美國(guó)、歐洲等國(guó)都在大力開發(fā)耐電暈漆包線漆及其耐電暈漆包線。近幾年 ,我國(guó)變頻電機(jī)發(fā)展也很快 ,但國(guó)內(nèi)沒有該種高技術(shù)含量的耐電暈漆包線漆的生產(chǎn) ,因此 ,所用耐電暈漆包線都是從美國(guó)進(jìn)口 ,我們決定自己研制開發(fā)。 現(xiàn)在開發(fā)成功的耐電暈漆包線漆 ,用于制造耐電暈漆包線 ,該線經(jīng)上海電纜研究所測(cè)試及經(jīng)上海南洋電機(jī)廠在變頻電機(jī)上應(yīng)用 。

交流變頻電機(jī),用耐電暈的漆包線和繞包線以及耐電暈漆包線漆,是近幾年來(lái)機(jī)電行業(yè)和電磁線行業(yè)十分關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。我國(guó)的交流變頻電機(jī)自研制開發(fā)以來(lái)已經(jīng)有10余年的歷史了,但是作為變頻電機(jī)的主要絕緣材料———耐電暈漆包線,國(guó)內(nèi)從98年才開始開發(fā),投入批量生產(chǎn)還只有兩、三年時(shí)間。早期開發(fā)耐電暈漆包線和漆的歐美廠商,主要選用鈦、鉻、硅和鋁等金屬氧化物的粉末,充填于常用的耐高溫漆包線漆中,充分?jǐn)嚢杈鶆蚝缶统蔀槟碗姇灥钠岚€漆。這些金屬氧化物的粉末分布在聚合物的分子之間,當(dāng)溶劑蒸發(fā)干燥,樹脂完成交聯(lián)固化后,便被固定地“鑲嵌”在聚合物的分子中間,起到了有機(jī)聚合物的增強(qiáng)劑作用。但其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯。資料顯示,這種結(jié)構(gòu)只能提高抗局部放電和耐過(guò)電壓能力,不能提高電暈起始電壓(DIV值)。由于這種漆包線是三涂層,對(duì)生產(chǎn)管理也會(huì)帶來(lái)很大的不方便。同時(shí),這種漆包線在使用過(guò)程中如果發(fā)生拉伸,其抗電暈性能也將會(huì)大幅度地下降。如果拉伸5%,耐電暈性能將會(huì)下降一半,拉伸10%,壽命將會(huì)下降90%。

漆的合成

將具有電屏蔽功能的組份摻入高分子縮聚反應(yīng)形成漆基樹脂 ,再加入多種有機(jī)溶劑 ,稀釋劑及特種助劑等。經(jīng)過(guò)大量的配方及工藝試驗(yàn) ,試制出 HPH-35型耐電暈漆包線漆 。

漆的外觀為橙黃色液體 ,固體含量 ( 200± 3℃ ,1h)≥ 35% ,粘度 ( 23± 1℃ ) 500～ 1500m Pa· s。

漆包線涂漆工藝

可采用現(xiàn)有漆包機(jī)和模具法涂制工藝 ,調(diào)整好漆的粘度、固體含量、控制烘爐溫度、線速度等工藝參數(shù) ,漆包線在 350℃區(qū)間產(chǎn)生交聯(lián)和固化反應(yīng) ,得到性能良好的漆包線。

高頻脈沖電耐暈性能

耐電暈漆包線在高頻率電壓作用下的性能 ,國(guó)內(nèi)外都在研究中 ,還沒形成標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 上海電纜研究所參考國(guó)外有關(guān)報(bào)道 ,研制了漆包線起始電暈電壓及耐高頻脈沖電壓時(shí)間等性能測(cè)試方法及相應(yīng)的儀器設(shè)備 ,對(duì)耐電暈漆包線 ( 1.00mm )進(jìn)行了初步測(cè)試研究。

試制的耐電暈漆包線漆在耐電暈漆包線上應(yīng)用及該線在變頻電機(jī)上應(yīng)用表明性能良好 ,可以滿足國(guó)內(nèi)需要。該漆所用材料全部國(guó)產(chǎn)化 ,已形成 150噸 /年的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模 ,成本比進(jìn)口同類產(chǎn)品低 ,而且該漆可在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外產(chǎn)的漆包機(jī)上使用。 該耐電暈漆包線漆是國(guó)內(nèi)首次研制成功的耐電暈漆包線漆 ,它為我國(guó)耐電暈漆包線的制造變頻電機(jī)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。 今后我們要繼續(xù)努力 ,開發(fā)出系列耐電暈漆包線漆 ,適應(yīng)日趨嚴(yán)格的技術(shù)要求和日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求 ,為耐電暈漆包線及變頻電機(jī)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

我們采用VoltronTME3597新型耐電暈漆包線漆試制漆包線,第一次試制時(shí)由于缺乏經(jīng)驗(yàn),主要采用目前普通復(fù)合線的工藝,即:試制設(shè)備為奧地利MAG公司生產(chǎn)的HES5 /4型漆包機(jī);試制漆包線規(guī)格為 0. 900 mm;并采用如下主要工藝指標(biāo):底漆采用杜邦公司Voltro-nTME3597 /38(耐電暈漆包線漆);面漆采用杜邦公司E3564 /27(聚酰胺酰亞胺);涂漆道數(shù)為底漆12道,面漆4道;漆膜厚度達(dá)2級(jí),固化溫度為520°C,工藝速度為100±10 m /min。第一次試制的漆包線得出下列主要性能指標(biāo):漆膜彈性為20%/1 d;熱沖擊為20%/2 d /200°C;軟化擊穿為380°C /2 min;tgδ:178°C;表面光潔,手感較好。

耐電暈試驗(yàn)結(jié)果如下:

16小時(shí)(20 kHz,90°C,3000 V,100 ns)；35小時(shí)(16 kHz,155°C,2400 V,100 ns)；28小時(shí)(10%預(yù)拉伸,16 kHz,155°C,2400V,100 ns)；聽取杜邦專家建議后,第二次我們采取了新的工藝,即:先用甲酚清洗所有涂漆裝置3小時(shí),然后再在漆槽中加入原漆,適當(dāng)調(diào)整配模尺寸,并保持裸銅線光潔,然后涂漆。

主要工藝參數(shù)為:底漆采用VoltronTME3597,面漆采用杜邦E3564;涂漆道數(shù)為底漆14道,面漆6道;漆膜厚度達(dá)2級(jí),固化溫度為590°C;工藝速度為100 m /min常規(guī)性能檢測(cè)結(jié)果,漆膜彈性為20%/1 d;熱沖擊:20%/2 d /220°C;絕緣擊穿電壓:≥9. 5kV;軟化擊穿:390°C /2 min;單向刮漆:12 N;tgδ:187°C;表面光潔,手感較好。

耐電暈試驗(yàn)結(jié)果如下:

280小時(shí)(16 kHz,155°C,2400 V,100 ns)；258小時(shí)(10%預(yù)拉伸,16 kHz,155°C,2400V,100 ns)

從試制的結(jié)果看,這種產(chǎn)品完全達(dá)到目前市場(chǎng)上進(jìn)口的耐電暈漆包線的水平。在抗拉伸方面,拉伸10%,抗電暈壽命僅減少10%左右,這是由于這種漆包線漆的成膜結(jié)構(gòu)及耐電暈原理與普通三涂層的有本質(zhì)區(qū)別,它不是通過(guò)摻雜無(wú)機(jī)金屬氧化物,而是通過(guò)無(wú)機(jī)金屬和有機(jī)體聚合而成,經(jīng)拉伸后不會(huì)出現(xiàn)散亂現(xiàn)象。

(2)從生產(chǎn)此種漆包線看,解決涂漆過(guò)程中的污染問(wèn)題很重要。涂漆前一定要保持涂漆設(shè)備清潔,否則將會(huì)造成表面不好。銅線表面一定要好,如有毛刺將會(huì)大大降低漆包線的各項(xiàng)性能,特別是耐電暈性能。我們?cè)谠囍茣r(shí)曾經(jīng)沒有注意這一點(diǎn),導(dǎo)致涂出的線耐電暈檢測(cè)壽命僅為1小時(shí)。涂漆配模應(yīng)盡可能做到少量多次。同時(shí),固化溫度在允許的范圍內(nèi)盡可能提高,以使其鉸鏈固化充分。

盡管絕緣材料研究人員通過(guò)在聚合物中填充無(wú)機(jī)填料的方法提高其耐電暈性能 , 但是由于早期無(wú)機(jī)填料制造技術(shù)只能達(dá)到微米級(jí)或亞微米級(jí) , 采用這種填料填充的漆包線漆生產(chǎn)的漆包線表面粗糙 , 無(wú)法滿足漆包線的表面技術(shù)要求 。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后 ,隨著納米材料制備技術(shù)的逐漸成熟 , 人們開始將納米粒子填充到具有較高耐溫等級(jí)的漆包線漆中 , 制成耐電暈漆包線漆 。采用這種耐電暈漆作為漆包線的外層( 二層絕緣結(jié)構(gòu)) 或中間層( 三層絕緣結(jié)構(gòu)) ,可使漆包線的耐電暈性能提高 5 ～ 100 倍 。其中 ,最為典型的就是 Dupo nt 公司生產(chǎn)的耐電暈漆 , 采用噻克改性聚酯亞胺樹脂為基體 , 以納米 SiO 2 為填料 , 這種漆包線漆作為漆包線的涂層 , 大幅度提高了其耐電暈性 能。據(jù)美國(guó)專利 US4935302介紹 ,在絕緣漆中添加粒度為 5 ～ 500nm 的氧化鉻 , 或氧化鐵和氧化鉻的混合物 , 填充量約為 10 %～ 30 %, 可以大大提高耐電暈?zāi)芰?。Jiang 等提出了在聚酯亞胺 、聚酰胺酰亞胺等漆包線漆中添加 α型氧化鋁和 γ氧化鋁的混合物 , 使耐電暈?zāi)芰μ岣?3 ～ 4 倍 。 美國(guó)的 PhelpsDodge 公司研制開發(fā)的耐電暈電磁線 X8358 采用三層絕緣結(jié)構(gòu) , 中間層為二氧化鈦 、氧化鋁 、氧化硅 、氧化鋅 、氧化鐵等無(wú)機(jī)氧化物填充的耐電暈層 , 在脈沖測(cè)試中表現(xiàn)出良好的耐電暈性能 。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展 , 目前能生產(chǎn)供變頻電機(jī)使用的新型漆包線漆的廠家有 : 美國(guó)的 P D George 公司 , Phelps Dodge 公司 ,po nt 公司 , 法國(guó) Nexans 公司 , 意大利 Syntel 公司和德國(guó) Herber ts 公司等 。

近年來(lái) , 國(guó)內(nèi)在變頻電機(jī)用耐電暈漆包線漆的研制方面 , 開展了大量工作 。哈爾濱理工大學(xué)雷清泉院士課題組 、西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和上海電器科學(xué)研究所以及上海電纜研究所的科研人員分別從不同的角度對(duì)該課題進(jìn)行了研究 ,取得較大的進(jìn)展 , 有些成果正在向企業(yè)轉(zhuǎn)化 , 但耐電暈漆產(chǎn)品由于存在某些問(wèn)題尚未得到規(guī)?；a(chǎn) 。如四川東材科技集團(tuán)有限公司承擔(dān)的國(guó)家 “十五” 科技攻關(guān)項(xiàng)目交流變頻電機(jī)專用屏蔽漆包線漆, 上海電器科學(xué)研究所和上海電纜研究所研究的成果在常熟豪威富公司進(jìn)行了小規(guī)模生產(chǎn)，盡管使漆包線的耐電暈性能得到一定程度的提高 , 但耐電暈性能分散性大 , 其根本原因在于納米粒子在聚合物中沒有得到有效的分散 ,大多仍以團(tuán)聚體形式存在。

在變頻高壓下 ,漆包線絕緣漆膜的高分子易產(chǎn)生局部電離 ,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí) ,附近氣體的發(fā)生局部電離 ,出現(xiàn)藍(lán)色的熒光 ,并伴有放電響聲 ,同時(shí)產(chǎn)生臭氧。 要防止局部電離而引起的漆膜破壞 ,必須改進(jìn)現(xiàn)有漆的配方 ,提高漆的電老化性能 ,在漆基高分子中引入量子屏蔽粒子 ,使脈沖高壓得以分散、化解 ,不至于局部電離引起漆膜擊穿 。