精密電機有溶劑漆真空壓力浸漬工藝研究及應用

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(1.貴州航天林泉電機有限公司，貴州 貴陽 550008；2.國家精密微特電機工程技術研究中心，貴州 貴陽 550008)

0 引言

目前電機電樞的浸漆工藝為真空沉浸，是將工件放置在真空容器中、通過抽真空將工件中水分及其它可揮發物排除后再將繞組間縫隙用絕緣漆填充并固化的過程，適用于各類繞組間縫隙較大的定、轉子電樞絕緣封閉，對應槽滿率高的繞組，存在浸漬不徹底的現象，電樞的浸漆封閉效果不好，無論是槽絕緣，層間絕緣、相間絕緣和綁扎線以及電源引出線的外層，都有大量的毛細孔，絕緣材料在65%相對濕度以上的空氣中，就開始急劇地吸潮。這種吸潮很快降低了表面電阻系數與電阻系數。導致電樞中繞組對軸的絕緣下降影響電機絕緣性能。最終表現為漆包線絕緣層保護效果差、絕緣性能不穩定，較難滿足軍用電機惡劣的工作環境要求。

要解決電樞浸漆后絕緣電阻下降問題，是要使漆液更容易進入填充空隙，提高真空度可以改善浸漆效果，但真空環境對于某一溫度條件下的一種浸漬漆液，當其真空度低于某一絕對壓力的數值時，亦即達到某一對應的“臨界”真空時，會導致該浸漬漆液中大量泡沫和液面大量霧氣的產生，即發生“沫化”和“霧化”現象?！澳痹斐善嵋褐写罅靠昭?，會阻礙浸滲?！办F化”致使溶劑或稀釋劑大量逸出，會影響固化。所以要提高發電機電樞的浸漆質量，只有改變浸漆工藝方法。

VPI真空壓力浸漆與真空浸漆過程不同，在繞組間縫隙填充絕緣漆的過程中，容器中施加壓力，可使絕緣漆迅速滲透并充滿絕緣結構內層，具有絕緣性能好、降低發電機溫升、增加機械強度并提高電樞的防潮能力、延長產品的使用壽命。

為了使精密電機真空壓力浸漆效果最優化，必須對過程的參數設備進行進一步的優化，試驗驗證效果，以提高浸漬質量，使得電機能滿足高溫高濕的工作環境要求。

1 電機電樞浸漆的作用

1.1 真空壓力浸漆原理

圖1 電樞的外觀圖

將工件預烘除潮后冷卻，置于真空環境中，排除線圈內部的空氣和揮發物，依靠真空中漆液的重力和線圈毛細管作用以及利用干燥的壓縮空氣或惰性氣體，對解除真空后的浸漬漆液施加一定的壓力作用，使漆液迅速滲透并填充絕緣結構內部。從而使繞線與鐵芯形成一個整體。電樞的外觀如圖1所示。

1.2 真空壓力浸漆的目的

VPI真空壓力浸漆與真空浸漆過程不同，在繞組間縫隙填充絕緣漆的過程中，容器中施加壓力，可使絕緣漆迅速滲透并充滿絕緣結構內層，具有絕緣性能好、降低發電機溫升、增加機械強度并提高電樞的防潮能力、延長產品的使用壽命。VPI工藝流程：⊙→預烘除濕→入罐→真空排氣→真空浸漆→壓力浸漬→壓力排漆→卸壓滴漆→出罐→固化干燥→⊙。因此，為了提高發電機電樞浸漆后的絕緣性能，需要將現在的真空沉浸更改為真空壓力浸漆。其主要目的如下：

消除線圈中的空隙和氣泡，達到電樞的一體性，避免了內部的微振動，從而降低了摩擦對電樞絕緣結構的損傷。

空隙和氣泡的消除，可有效降低局部放電，避免長期運行后的擊穿故障。

絕緣漆的充分填充，有利于絕緣的可靠性和熱量的導出，保證電樞的低溫升和絕緣可靠性。

1.3 真空壓力浸漆后電樞的質量檢驗

真空壓力浸漆完成后需要對如下內容進行檢驗：外觀質量(絕緣漆固化狀態、表面有無氣泡、有無孔洞)、熱態絕緣電阻、冷態絕緣電阻、耐壓等。

1)浸漆時及浸漆后的外觀要求。

浸漆固化后的外觀進行檢查，漆膜應平整光滑，無漆瘤、結塊等現象。

2)浸漆后電樞的熱態、冷態絕緣電阻、耐壓的檢查。

對目測浸漆固化后正常的電樞，測熱態絕緣電阻不小于100 MΩ；冷態絕緣電阻不小于500 MΩ。

3)浸漆電樞濕熱試驗檢查。

浸漆后檢測熱態、冷態絕緣電阻合格的試驗件進行交變濕熱試驗，測試驗中及試驗結束后的熱態、冷態絕緣電阻。

2 真空壓力浸漆技術驗證方案

2.1 驗證產品的選取

由于新采購真空壓力浸漆設備可以進行不同種類絕緣漆的真空壓力浸漬，選取的試驗件有幾點原則：1)試驗件應為工廠較大批量定型生產的電機；2)選取的試驗件電機應為浸漆后絕緣電阻出現過不合格或經反復處理絕緣電阻才能合格；3)不同種類的試驗件的線徑、電樞直徑應跨度較大且為工廠有代表性的產品。按照以上原則，選取了J40SY125-1/K、J78SY1800B兩種試驗件電樞，每種按正式產品狀態加工樣件10件。

2.2 影響浸漆質量的工藝參數

影響浸漆質量的主要工藝參數有：浸漆真空度、真空浸漆時間溫度、浸漆壓力、加壓浸漆時間、滴漆狀態、滴漆時間等。不確定對浸漬效果影響的參數通過測量試驗件電樞浸漆后的效果比對、掛漆量對比等方法，根據試驗結果確定參數。

2.3 浸漆質量的檢驗要求及方法

真空壓力浸漆完成后需要對如下內容進行檢驗：外觀質量、熱態絕緣電阻、冷態絕緣電阻、耐壓等。

1)浸漆時及浸漆后的外觀要求。

浸漆固化后的外觀進行檢查，漆膜應平整光滑，無漆瘤、結塊等現象。

2 )浸漆后電樞的熱態、冷態絕緣電阻、耐壓的檢查。

對目測浸漆固化后正常的電樞，放在85℃烘箱保溫2 h以上，取出立即用500 V兆歐表檢測換向器對鐵芯外圓的熱態絕緣電阻應不小于100 MΩ；冷卻至室溫后用500 V兆歐表檢測換向器對鐵芯外圓的熱態絕緣電阻應不小于500 MΩ，用耐壓儀檢測換向器與鐵芯外圓之間應能承受交流正弦波500 V、50 Hz、1 min的耐壓試驗，不發生擊穿或飛弧現象。

3)浸漆電樞濕熱試驗檢查。

浸漆后檢測熱態、冷態絕緣電阻合格的試驗件進行交變濕熱試驗，在每一周期高溫階段保持1 h后檢測絕緣電阻應不小于2 MΩ(100 V兆歐表)，十個循環試驗結束時檢測電機絕緣電阻應不小于2 MΩ(100 V兆歐表)，電樞應無明顯的外觀質量變壞及影響正常工作的銹蝕。試驗后立即轉入高溫箱或隨箱升溫至+50℃保溫5 h烘干處理，并隨箱冷卻?；謴统睾髾z測換向器對軸應絕緣電阻>500 MΩ。

3 關鍵技術攻關與解決途徑

本研究的關鍵技術主要有浸漆工藝參數的確定、浸漆后效果的驗證。關鍵技術的攻關過程及解決途徑如下。

3.1 真空壓力浸漆工藝參數的確定及驗證

浸漆真空度原則上越小越好，罐內真空度越小，工件內部殘留的水分、揮發物越少。但由于設備的生產能力為能抽真空至浸漆罐內壓力為100 Pa，而且大量使用的浸漬漆均為有溶劑漆，如1054漆其溶劑為二甲苯，在28.3℃下二甲苯的飽和蒸汽壓為1.33 kPa，因此在使用1054及其他以二甲苯為溶劑的絕緣漆進行浸漬時，浸漆真空度應>1.33 kPa。實際使用中邊抽真空邊觀察儲氣罐內漆液的狀態，在真空度<2.5 kPa時會有大量溶劑揮發產生“沫化”、“霧化”現象。此時漆液內部產生大量空穴，溶劑大量氣化逸出，影響漆液的滲透和填充。因此浸漆時真空度為2.8±0.2 kPa。

使用真空壓力浸漆時浸漆保真空時間的選擇一般按表1所示的條件進行選擇。

表1 真空壓力浸漆保真空時間

因電機一般為3kV以下的低壓繞組，因此真空壓力浸漆時保真空時間為10 min。這也與以前的真空浸漆Φ50 mm以下電樞保真空時間一致。

真空壓力浸漆工藝加壓浸漆時壓力及時間的選擇一般如表2。

表2 真空壓力浸漆保壓時間及壓力選擇

由于電機一般為3kV以下的低壓繞組，因此真空壓力浸漆時加壓時間為15 min，壓力為0.3 MPa。

滴漆時的狀態其他真空壓力浸漆廠家一般為低壓滴漆，即為保持罐內壓力為0.1 MPa左右滴漆，以前真空浸漆時采用的真空滴漆，即滴漆時抽真空至-0.08 MPa。滴漆時間一般規定為滴漆至無漆液繼續滴出為止，大約為30 min。

對初步確定的浸漆工藝參數進行浸漆試驗，對浸漆后的試驗件電樞進行熱態、冷態絕緣電阻、耐電壓檢測、濕熱試驗檢測。

為了確定的滴漆狀態對浸漬效果的影響，對試驗件進行浸漆后在不同狀態下滴漆后固化，檢測試驗件的熱態、冷態絕緣電阻、耐電壓，對比掛漆量大小。

3.2 真空壓力浸漆效果的驗證

圖2 真空壓力浸漆后的電樞

由于以前的真空浸漆能使大部分電機浸漆后熱態絕緣電阻、冷態絕緣電阻達到要求(85℃下檢測熱態絕緣電阻>100 MΩ、電機降溫至常溫下檢測冷態絕緣電阻>500 MΩ即為合格)。采用本研究確定的工藝參數進行真空壓力浸漆后的試驗件檢測熱態、冷態絕緣電阻時均能達到要求，如何采用簡單易行的方法對比兩種浸漆方式浸漆效果的差異是本研究的另一關鍵點。本研究通過對不同浸漬方式浸漬的試驗件進行加嚴考核的交變濕熱試驗，在濕熱狀態下檢測絕緣電阻差異、計算收集同種電機電樞在不同方式浸漆下的掛漆量兩種方法來比較得出浸漬效果的差異。進行真空壓力浸漆后的電樞如圖2。

4 主要試驗驗證結果

4.1 真空壓力浸漆與傳統真空浸漆效果比較

收集10件J45SY100E電樞采用真空浸漆時一次浸漆掛漆量平均為0.5 g，二次浸漆后總掛漆量為1.1 g；另一批次相同狀態33件J45SY100E電樞采用真空壓力浸漆設備浸漆時一次浸漆掛漆量平均為0.8 g，二次浸漆后總掛漆量為1.7 g。

4.2 滴漆狀態對浸漆效果的影響驗證

用4件J40SY125-1/K的電樞樣件浸漬1054漆，按浸漆真空度為2.8 kPa、保真空10 min、加壓壓力為0.3 MPa、加壓時間為15 min。其中2件采用低壓滴漆，即在0.1 MPa的壓力下滴漆，另2件在-0.08 MPa真空度下滴漆，滴漆時間均為30 min。對浸漆后的平均掛漆量進行計算比較情況如表3。

表3 電樞在不同狀態下滴漆的掛漆量

試驗結果表明，真空壓力浸漆時采用低壓滴漆掛漆量較大，采用真空滴漆時掛漆量較小。這是因為，在加壓浸漆階段，漆液已經充分的浸潤了電樞內部的毛細管結構，使得電樞內部吸漆達到飽和狀態，在滴漆階段外界抽真空時會將已經吸附到電樞內部毛細管結構的部分漆液又倒吸出來，造成電樞內部部分結構形成空穴。而低壓滴漆時，電樞所處的環境與加壓浸漆時的壓差較小，能保留滲透、填充完整的更多毛細管結構。

4.3 試驗件電樞的濕熱試驗

將不同方式下滴漆的4件試驗件電樞進行表4和圖3條件的濕熱試驗。在每一周期高溫階段保持1 h、十個循環試驗結束時檢測絕緣電阻。試驗后立即轉入高溫箱或隨箱升溫至+50℃保溫5 h烘干處理，并隨箱冷卻。恢復常溫后檢測換向器對軸絕緣電阻。

表4 濕熱試驗條件

圖3 濕熱控制圖

試驗結果，4件試驗件電樞在每一周期高溫階段保持1 h、十個循環試驗結束時檢測的絕緣電阻均>2 MΩ(100 V兆歐表)，而采用低壓滴漆的2件試驗件在監測時測得的絕緣電阻均>100 MΩ(100 V兆歐表)，真空滴漆的2件試驗件為20～50 MΩ。試驗結束后隨箱升溫至+50℃保溫5 h烘干處理，并隨箱冷卻?；謴统睾髾z測換向器對軸絕緣電阻，4件試驗件電樞均>500 MΩ(500 V兆歐表)。

試驗結果表明，低壓滴漆的電樞在濕熱狀態下的絕緣電阻穩定性更好。但采用真空壓力浸漆的4件電樞試驗件絕緣電阻均能通過試驗考核。

4.4 整機試驗結果

對 215臺電樞進行真空壓力浸漆的J40SY125-1/K電機進行環境試驗，驗證結果為：低溫儲存、高溫儲存中電流穩定、無異?，F象。低溫、高溫儲存后絕緣電阻仍大于500 MΩ。

圖4 電機壽命試驗后的外觀

臺電機按設計要求進行了壽命試驗，1臺電機壽命試驗后絕緣電阻為15 MΩ，另一臺280個循環后絕緣電阻下降到0 MΩ，繼續完成了壽命試驗(500個循環)，試驗后將兩臺電機拆開，用高壓空氣清理碳粉后絕緣電阻均恢復到500 MΩ。真空壓力浸漆的電樞壽命試驗后如圖4。

5 結論

本文分別從電樞浸漆的作用、 真空浸漆與真空壓力浸漆的差異，真空壓力浸漆工藝參數的設置及滴漆方式的驗證進行了研究，篩選出最優的浸漆方案。研究得出采用優化后的工藝參數進行浸漆、低壓滴漆進行真空壓力浸漆后電樞的環境試驗中絕緣電阻穩定性好。該有溶劑漆真空壓力浸漆工藝已經在大量型號產品上廣泛應用達2年多，各型號的電機分別在不同的環境中工作正常，運行狀況良好。因此，本文采取的研究方法正確，得出的電樞真空壓力浸漆方法正確有效，能夠有效提高電機在濕熱環境中的絕緣電阻穩定性。

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