具有高繞線性能的耐電暈漆包線的開發(fā)

林志雅叢培海王慧峰曹庭貴劉斌

（1.佛山市威奇電工材料有限公司，廣東 佛山 528311；2.西安交通大學(xué)電氣絕緣研究中心，西安 710049）

1 引言

隨著國家在能源節(jié)約上政策的調(diào)整，交流變頻電動(dòng)機(jī)因其與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比，具有可節(jié)電1/4～1/3、易調(diào)速、易維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

但交流變頻電動(dòng)機(jī)絕緣過早損壞的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，其損壞通常發(fā)生在匝間絕緣上[1]。研究表明，這是由于變頻器產(chǎn)生的高頻脈沖過電壓使匝間出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，再加上極高的頻率(有時(shí)可達(dá)20kHz)，就會(huì)使電動(dòng)機(jī)絕緣在化學(xué)腐蝕、熱以及空間電荷積累等聯(lián)合作用下加速老化，造成漆包線絕緣漆膜的破壞，使電動(dòng)機(jī)壽命大幅度降低，因而開發(fā)適用于變頻電動(dòng)機(jī)用的耐電暈漆包線成為國內(nèi)外電磁線行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一。

雖然目前已有幾種耐電暈漆包線的品種面市，但實(shí)踐表明，能夠完全滿足變頻電動(dòng)機(jī)性能和生產(chǎn)需要的品種很少，主要是無法很好地實(shí)現(xiàn)高耐電暈性能下的高速繞線要求。為此，我公司經(jīng)過不懈努力，終于成功解決了這一問題。

2 提高變頻電動(dòng)機(jī)用漆包線壽命的方法

為了提高變頻電動(dòng)機(jī)用漆包線的壽命，可以采取2種主要方法[2]。

（1）提高材料的電暈起始電壓，其手段包括增加絕緣厚度和減小材料的介電常數(shù)（由式（1）決定）。然而過分的增加絕緣厚度會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，減小材料的介電常數(shù)要受到可應(yīng)用成型的樹脂類型的限制，因而此方法并不常用。

式中，t為絕緣漆膜的厚度，單位μm；ε為漆膜的介電常數(shù)。

（2）提高漆包線漆膜的耐電暈性能，一般通過在絕緣油漆中添加無機(jī)納米粒子來實(shí)現(xiàn)。作為無機(jī)材料，納米粒子本身具有很好耐電暈性能；同時(shí)它的表面與界面、小尺寸等納米效應(yīng)，又會(huì)對(duì)絕緣漆膜起到屏蔽、電場均勻化以及熱穩(wěn)定化等作用[3]，從而提高整體絕緣層的耐電暈性能。但是，無機(jī)與有機(jī)材料本身的不相容性以及由于納米分散效果不好所形成的團(tuán)聚體，會(huì)造成改性后絕緣漆膜力學(xué)性能的下降，尤其會(huì)降低漆包線的柔韌性，從而不能滿足電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程中高速繞線性能的要求。為此，選擇納米懸浮穩(wěn)定性和分散性能良好的耐電暈油漆是制造具有高繞線性能漆包線的關(guān)鍵。

3 高繞線性能耐電暈漆包線的研制

3.1 原材料選擇

原材料包括Φ2.6mm低氧銅桿，耐電暈油漆、聚酰胺酰亞胺油漆（PAI）等。

我廠采用進(jìn)口的某型號(hào)耐電暈油漆，這是因?yàn)榕c常規(guī)的耐電暈油漆（采用機(jī)械攪拌等手段將納米粒子混雜在油漆中）相比，該油漆中納米粒子是以耦合成鍵的方式與漆基相結(jié)合的，這就避免了在貯存和涂線過程中造成的納米粒子分散不均而導(dǎo)致產(chǎn)品性能不均一的現(xiàn)象發(fā)生，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 耐電暈油漆的分子結(jié)構(gòu)

隨著客戶生產(chǎn)的機(jī)械化，所生產(chǎn)的漆包線必須要滿足高速繞線的要求。在卷繞過程中，漆包線必然要經(jīng)受一定的拉伸，采用普通方式混雜的耐電暈油漆在拉伸過程中造成納米粒子的析出，從而喪失了屏蔽電子的功能，而我司采用以耦合成鍵的方式摻雜的耐電暈漆很好的解決了這個(gè)問題，因而完全能夠適應(yīng)客戶高速繞線的要求，兩者區(qū)別如圖2和圖3所示[4]。

圖2 普通的摻雜納米粒子油漆，經(jīng)拉伸后，粒子析出，電暈性能下降

圖3 納米粒子耦合的耐電暈油漆經(jīng)拉伸后，電暈性能不會(huì)下降

此外，銅材的選擇也至關(guān)重要，關(guān)乎著最終漆包線的耐電暈壽命。其選取應(yīng)該在新進(jìn)廠的低氧銅桿中選擇，主要注意以下指標(biāo)：表面（應(yīng)光滑、無氧化、無污斑、碰傷等缺陷）、排線、導(dǎo)徑、電阻等參數(shù)，尤其要以扭絞試驗(yàn)為基準(zhǔn)選擇上好的銅桿。

3.2 試制過程

采用連拉連涂漆包機(jī)、拉絲和涂漆模等設(shè)備。

涂漆過程是漆包線生產(chǎn)中非常重要的一環(huán)。我們采用2涂層結(jié)構(gòu)，底層為耐電暈油漆，面層為聚酰胺酰亞胺油漆，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 耐電暈漆包線的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

底漆（耐電暈油漆）和面漆（聚酰胺酰亞胺油漆）的比例分配非常重要，底漆比例大，會(huì)造成漆包線的卷繞性能下降，反之，比例過小，造成耐電暈性能不合格，該過程一定要經(jīng)過反復(fù)的摸索和測試，選擇合適的涂層比例，使漆包線的性能處于最佳狀態(tài)。

我公司在裝有粒子檢測裝置的連拉連涂漆包機(jī)上采用模具涂漆的方法進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備如圖5所示，注意首個(gè)涂漆模具不宜太大。在產(chǎn)品生產(chǎn)前，先用溶劑將漆箱和涂漆管道進(jìn)行充分的清洗，然后在漆箱中重新加入足夠的溶劑并進(jìn)行循環(huán)沖洗后，倒出溶劑，加入絕緣漆再次循環(huán)幾小時(shí)。

圖5 連拉連涂漆包機(jī)

在生產(chǎn)中要避免雜質(zhì)或其他粉塵帶入漆包工序，除了其會(huì)產(chǎn)生表面粒子、造成內(nèi)部缺陷等因素引起的擊穿電壓下降外，而且其更容易使得局部電場增加，產(chǎn)生電暈放電，使得漆包線的壽命降低。

4 耐電暈漆包線的性能

4.1 常規(guī)性能

以我廠生產(chǎn)的規(guī)格為Φ1.150mm厚漆膜耐電暈漆包線WKCR-2/200為例，其常規(guī)性能完全滿足并優(yōu)于IEC60317-13《200級(jí)聚酰胺酰亞胺復(fù)合聚酯或聚酯亞胺漆包銅圓線》的標(biāo)準(zhǔn)要求，具體性能如表1所示。

表1 Φ1.150mm耐電暈線WKCR-2/200的常規(guī)性能

4.2 耐電暈性能測試

鑒于目前國內(nèi)還沒有耐電暈壽命的測試設(shè)備，我們將線樣分別委托進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2，結(jié)果表明我廠的耐電暈漆包線完全達(dá)到了國外某型號(hào)耐電暈線的性能要求。

表2 耐電暈性能的測試結(jié)果

4.3 繞線性能測試

為測試漆包線的繞線性能，我們按特定的工藝生產(chǎn)了2個(gè)規(guī)格（Φ1.40mm和Φ1.00mm）的產(chǎn)品，在一家客戶進(jìn)行繞制。據(jù)客戶車間的使用人員反映，漆包線的手感和柔軟度良好，未出現(xiàn)漆膜開裂等現(xiàn)象，同時(shí)我們從客戶繞制后的成品中選取部分線樣，重新扭絞后，委托西安交通大學(xué)進(jìn)行耐電暈性能的測試，測試結(jié)果與原樣相比，耐電暈壽命值降低不超過5%。

5 生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)

（1）試制用銅桿要仔細(xì)挑選，其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響非常大。

（2）漆箱及其管道的清洗非常重要。

（3）拉絲、涂漆模具要精選。

（4）涂漆道數(shù)和配模要有較好的搭配。

6 結(jié)論

采用進(jìn)口的耐電暈油漆和PAI制成的2涂層結(jié)構(gòu)耐電暈漆包線，完全達(dá)到了國內(nèi)外同等漆包線的技術(shù)水平，且由于該耐電暈漆是納米的耦合結(jié)構(gòu)，與普通的耐電暈漆包線相比，極大地改善了耐電暈漆包線的卷饒性能，更能適用于目前的高速繞線設(shè)備。

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[3]馬寒冰,施利毅,沈嘉年等.納米材料在變頻電動(dòng)機(jī)用漆包線中的作用初探[J].中小型電動(dòng)機(jī),2002,29(3): 49-51.

[4]Frank-Rainer Bohm, Klaus Nagel, Heinz Schindler.A new generation of wire enamel for the production of magnet wires with outstanding corona resistance.IEEE, 2005:109-113.

[5]何恩廣,劉學(xué)忠.納米TiO2填料對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)耐電暈電磁線絕緣性能的影響[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2003(1): 72-76.