耐電暈漆包線漆

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,電機的變頻調(diào)速技術(shù)得到了迅速的推廣 ,開發(fā)變頻電機用的耐電暈漆包線成為熱點。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 (有時可達(dá) 20K Hz)對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很容易發(fā)生匝間擊穿 ,電機壽命大幅度降低 ,必須使用能夠耐電暈的漆包線。制造變頻電機用耐電暈漆包線的關(guān)鍵材料是耐電暈漆包線漆。 美國、歐洲等國都在大力開發(fā)耐電暈漆包線漆及其耐電暈漆包線。近幾年 ,我國變頻電機發(fā)展也很快 ,但國內(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)上海電纜研究所測試及經(jīng)上海南洋電機廠在變頻電機上應(yīng)用 。

交流變頻電機,用耐電暈的漆包線和繞包線以及耐電暈漆包線漆,是近幾年來機電行業(yè)和電磁線行業(yè)十分關(guān)注的一個熱點。我國的交流變頻電機自研制開發(fā)以來已經(jīng)有10余年的歷史了,但是作為變頻電機的主要絕緣材料———耐電暈漆包線,國內(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,起到了有機聚合物的增強劑作用。但其缺點也相當(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,對生產(chǎn)管理也會帶來很大的不方便。同時,這種漆包線在使用過程中如果發(fā)生拉伸,其抗電暈性能也將會大幅度地下降。如果拉伸5%,耐電暈性能將會下降一半,拉伸10%,壽命將會下降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 ,再加入多種有機溶劑 ,稀釋劑及特種助劑等。經(jīng)過大量的配方及工藝試驗 ,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 ,國內(nèi)外都在研究中 ,還沒形成標(biāo)準(zhǔn)試驗方法及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。 上海電纜研究所參考國外有關(guān)報道 ,研制了漆包線起始電暈電壓及耐高頻脈沖電壓時間等性能測試方法及相應(yīng)的儀器設(shè)備 ,對耐電暈漆包線 ( 1.00mm )進(jìn)行了初步測試研究。

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上應(yīng)用表明性能良好 ,可以滿足國內(nèi)需要。該漆所用材料全部國產(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)有國內(nèi)外產(chǎn)的漆包機上使用。 該耐電暈漆包線漆是國內(nèi)首次研制成功的耐電暈漆包線漆 ,它為我國耐電暈漆包線的制造變頻電機的推廣應(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)要求和日益擴大的市場需求 ,為耐電暈漆包線及變頻電機的發(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,第一次試制時由于缺乏經(jīng)驗,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;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,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。

耐電暈試驗結(jié)果如下:

16小時(20 kHz,90°C,3000 V,100 ns)；35小時(16 kHz,155°C,2400 V,100 ns)；28小時(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,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,固化溫度為590°C;工藝速度為100 m /min常規(guī)性能檢測結(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。

耐電暈試驗結(jié)果如下:

280小時(16 kHz,155°C,2400 V,100 ns)；258小時(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,它不是通過摻雜無機金屬氧化物,而是通過無機金屬和有機體聚合而成,經(jīng)拉伸后不會出現(xiàn)散亂現(xiàn)象。

(2)從生產(chǎn)此種漆包線看,解決涂漆過程中的污染問題很重要。涂漆前一定要保持涂漆設(shè)備清潔,否則將會造成表面不好。銅線表面一定要好,如有毛刺將會大大降低漆包線的各項性能,特別是耐電暈性能。我們在試制時曾經(jīng)沒有注意這一點,導(dǎo)致涂出的線耐電暈檢測壽命僅為1小時。涂漆配模應(yīng)盡可能做到少量多次。同時,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在聚合物中填充無機填料的方法提高其耐電暈性能 , 但是由于早期無機填料制造技術(shù)只能達(dá)到微米級或亞微米級 , 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 、氧化鐵等無機氧化物填充的耐電暈層 , 在脈沖測試中表現(xiàn)出良好的耐電暈性能 。經(jīng)過近幾年的發(fā)展 , 目前能生產(chǎn)供變頻電機使用的新型漆包線漆的廠家有 : 美國的 P D George 公司 , Phelps Dodge 公司 ,po nt 公司 , 法國 Nexans 公司 , 意大利 Syntel 公司和德國 Herber ts 公司等 。

近年來 , 國內(nèi)在變頻電機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)備電氣絕緣國家重點實驗室和上海電器科學(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)品由于存在某些問題尚未得到規(guī)模化生產(chǎn) 。如四川東材科技集團(tuán)有限公司承擔(dān)的國家 “十五” 科技攻關(guān)項目交流變頻電機專用屏蔽漆包線漆, 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)電場強度達(dá)到臨界場強時 ,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 。