第三篇 电机绝缘Word格式.docx
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航天、航空工业及机电、电子工业
特点:
耐热、密封性、绝缘性、抗震性、抗老化性、耐化学腐蚀性、耐高低温冲击
结构:
采用浇注绝缘
适用:
高技术场合、恶劣环境、极端环境
例如:
航天器电机,战机电机,潜油电机,潜水电机,鱼雷电机
二、电机绝缘系统的内涵
1、绝缘的目的:
使定子和转子线圈中的电流,按规定的路径流动。
绝缘系统不仅直接影响电机的技术经济指标,而且也影响其运行的可靠性和寿命。
2、绝缘系统设计的主要任务:
(1)绝缘结构的设计(确定结构的组合方式和尺寸并合理设计绝缘结构的电场与热场分布);
(2)进行绝缘材料筛选;
(3)优化工艺方案;
(4)对绝缘系统进行功能性评定。
3、高压电机和低压电机绝缘系统不同,决定电机性能的因素不同。
三、高压电机的绝缘系统
高压电机的绝缘系统包括定子绝缘系统和转子绝缘系统
1、定子绝缘系统:
(1)线圈绝缘系统
(2)配套绝缘系统及配套材料(3)铁芯绝缘(4)绝缘处理
(1)线圈绝缘系统
高压电机定子线圈分为条式线圈(线棒)和圈式线圈
a)条式线圈(线棒)分单匝和多匝两种,其绝缘系统为:
①股线绝缘②排间绝缘③换位绝缘④主绝缘⑤槽部防晕系统⑥端部防晕系统。
注1:
对额定电压≥15.75kV线棒、导线排两窄面还有均压层(刷低电阻半导体漆或垫低电阻半导体带)。
注2:
对于多匝的条式线棒则还有匝间绝缘,但其导线束不分排,故无排间绝缘。
b)圈式线圈为多匝,其绝缘系统为:
①股线绝缘②匝间绝缘③排间绝缘④主绝缘⑤引线绝缘⑥槽部防晕系统⑦端部防晕系统。
(2)配套绝缘
(1)并头绝缘(条式线棒组成的绕组)
(2)连接线绝缘(3)引出线绝缘(4)端箍绝缘(5)绝缘绑环(6)绝缘支架(7)槽楔(8)垫条(9)波纹板(10)间隔垫块(11)层间绝缘(12)绑绳(13)绑扎带(14)压板及拉紧绝缘螺杆(压板式固定结构才有)(15)绝缘锥环(600MW汽轮发电机用)(16)各种绝缘固定件(17)轴承座绝缘(18)水内冷电机的绝缘水管(19)汇流管绝缘(汇水管不直接接地的才有)。
(3)绝缘处理①浸漆(沉浸、滴浸、真空浸渍)②喷漆③刷漆等。
2、转子绝缘系统(四类)
(1)同步电机凸极式转子转子绝缘系统
磁极a线圈匝间绝缘、b极身绝缘、c上绝缘托板、d下绝缘托板、e连接线绝缘、f集电环绝缘。
(2)同步电机隐级式转子绝缘系统
隐极式转子绝缘系统包括①磁极线圈匝间绝缘②槽绝缘(转子槽衬)③槽楔下绝缘④端部绕组间隔绝缘⑤绕组端部支撑绝缘⑥护环下绝缘⑦引出线绝缘⑧集电环绝缘。
(3)异步电机绕线式转子绝缘系统
a散嵌式转子绝缘系统:
①绕组导线绝缘②槽绝缘③垫条④槽楔⑤端部绑扎及固定。
b插入式转子绝缘系统:
①插入式转子绝缘系统包括②线棒绝缘③槽绝缘④垫条⑤槽楔
⑥并头绝缘⑦端部绑扎及固定绝缘等。
(4)异步电机的鼠笼式转子绝缘系统
异步电机的鼠笼转子的转子槽,浇铸前要进行氧化处理。
高压电机铁芯绝缘
①冲片绝缘
②铁芯两端铁芯段片间粘接(特指大型发电机铁芯)、③拉紧螺杆的绝缘等。
四、低压电机的绝缘系统
①导线绝缘②匝间绝缘③层间绝缘④相间绝缘⑤对地绝缘⑥固定支撑和绑扎绕组的绝缘⑦引接线绝缘和绝缘处理。
根据绝缘系统的耐热性分为
级别AEBFH200220250
温度/℃105120130155180200220250
五、电机对绝缘系统的要求
(1)可靠性和寿命
电机绝缘可靠性指一定时间内不失效的概率。
电机绝缘寿命是指有效使用到绝缘老化的时间。
寿命不包括通过小修可以恢复使用的故障,有的电机(如鱼雷电机)要求可靠性接近100%,而寿命仅几分钟;
很多用于单机配套的电机,则寿命要求长,对可靠性要求却较低。
提高电机可靠性用试验保证:
为了减少电机的早期故障和提高可靠性,新电机的绝缘部位应经过各种检验。
例如:
①耐压试验②匝间冲击电压试验③起晕电压试验③耐电痕试验④飞弧试验⑤过载试验⑥超速试验⑦堵转试验⑧突然短路试验(发电机)⑨振动试验⑩冲击试验⑾耐潮湿和⑿其他环境试验等。
电机的寿命试验:
通过模拟电机的实际使用条件进行功能性评定试验。
(2)经济性
绝缘系统对电机成本有很大影响,在保证电机有足够可靠性和寿命基础上,应通过绝缘系统优化设计来尽可能地降低成本。
绝缘厚度(特别是主绝缘厚度和匝间绝缘厚度)对电机的用铜、铁量影响很大,可以通过设计选用高性能材料、采用先进的制造工艺来提高绝缘系统的性能,从而降低整台电机成本。
原则:
在不降低或提高电机的耐热、绝缘性能的前提下降低成本。
(3)安全裕度绝缘性能因老化而逐年下降,因此新电机的绝缘性能应有足够的裕度。
低压电机以热和机械为主要老化因素,裕度较大,一般新电机绝缘的击穿水平为额定电压的20倍。
低压电机成品的耐压值:
零部件工序间的检查耐压值,相邻工序间相差0.5kV,逐序降低,以降低废品率。
高压电机定子绕组出厂的耐压值:
通常为
(4)热胀冷缩
电机运行时要发热,绕组绝缘构件中的金属导线、各种绝缘材料、铁心的膨胀系数各不相同,彼此会产生位移。
热胀冷缩问题在铁心较长的电机中尤其需要考虑。
绝缘系统设计中有两种解决措施:
1)用适形材料、弹性材料、绑扎材料,用浸渍剂把绝缘粘结成为一个整体,以防止位移造成损坏;
2)有目的地设计位移的结构,保证其他部位的整体性。
(5)绝缘组合方式
与铁心槽的形状、导线尺寸和绕组型式有密切关系,有时还和电机的性能有关。
成型绕组比散嵌绕组可靠,但散嵌绕组电机有较好的电气性能、挤流效应较少、用铜较省,目前在型号较大的电机中也采用这种散嵌绕组。
但绝缘系统的端部绑扎、绝缘组合和工艺等都需要进一步研究。
(6)绝缘的保护系统为了保护绝缘,有的电机采用了各种保护系统,
过热保护、冲击过电压保护、停机加热器(应优先采用柔性加热器)等。
电机采用或不采用保护系统,对绝缘系统的要求应有区别。
(7)电机的温升
电机的绝缘等级以绕组平均温升分级。
低压电机大多为空气冷却电机,其温升限值是把绝缘系统的极限温度减去环境温度,再减去热点温差。
即:
IEC和GB规定:
一般空气冷却电机的环境温度为
,热点温差随各种绝缘等级而不同,例如B级电机的热点温差设定为
,因此B几绝缘的电机温升限值为
因此B级电机的温为80℃。
其他绝缘等级的温升依此类推。
4电机绝缘等级和绝缘系统耐温指数
电机标称绝缘等级和绝缘系统实际耐温指数之间有密切的关系,但是二者之间并非等同或者恒定关系。
电机设计师根据电机的使用条件,往往选用高于或低于电机绝缘等级的绝缘系统。
(1)绝缘系统的降级使用电机绕组各部位的温度并不相同,实际上是一个温度场,温升是指绕组的平均温度。
温度场中的温差随电机结构、通风散热系统、绝缘系统的不同而改变。
例如,防护式电机最热点在铁心中间的槽部,封闭式电机的最热点在绕组端部,而大型电机的热点温差比小型电机高。
为了保证电机可靠性和寿命,在电机绝缘设计时还必须留有温升裕度。
(1)小型电机留5~10℃;
(2)中大型电机裕度≥10℃。
现代电机绝缘设计的趋向:
选用等级高于电机绝缘等级的绝缘系统,热点由绝缘裕度承担,电机设计时用足温升限值。
B级电机采用F级绝缘系统,铜耗按75℃计算;
F级电机采用H级绝缘系统,铜耗按115℃计算。
这样,电机的效率可得以较高,还能提高电机的综合技术经济指标。
绝缘系统的降级使用,已被广泛用于直流电机、特殊用途电机、中型以上电机。
大多是B级电机采用F级绝缘系统。
(2)绝缘系统的升级使用某些特殊使用场合,电机把绝缘系统升级后使用。
升级后:
电机的寿命将要缩短
升级条件:
1)使用寿命远低于一般电机,例如鱼雷电机;
2)安装尺寸受到限制的电机,为了缩小电机体积。
5选择绝缘系统时应考虑的因素
(1)环境因素主要指自然环境、电磁环境、机械环境。
例1,在潮湿地沟或水泵房使用的电机,其绝缘系统应充分考虑绝缘材料的防潮性和耐水性;
例2,在高温、煤尘较大场合使用的电机,应升级绝缘系统,增大导电部分的对地距离,增加槽绝缘的爬电距离。
(2)绝缘系统的工艺因素
工艺影响电机整机绝缘状态及散热性,使用整体性较好的复合绝缘材料比使用多层组合绝缘系统工艺简单,散热性好,结构紧凑,便于嵌线;
绝缘结构的几何尺寸一定要符合设计的精度;
所用绝缘材料应无破损、无皱折,干燥清洁;
同一类型绝缘结构,几何尺寸应统一标准。
(3)绝缘材料的性能和成本
绝缘材料的性能应保证电机使用寿命、安全性和可靠性,能达到绝缘系统要求。
在该前提下,优选价格低的绝缘材料。
6主绝缘的发展
(1)足够的电气强度和机械强度,较高的热传导性和耐热性,在电场、温度场和频繁启动等复合因素作用下的耐老化性。
(2)绝缘厚度薄,耐电晕性、耐油性和耐潮性好。
结论:
云母为主体,其他绝缘材料为辅。
虫胶云母烘卷绝缘→→沥青云母绝缘→→环氧粉云母绝缘环氧粉云母绝缘系统具有下列优点:
1)击穿电场强度高;
2)tand小;
3)抗断强度高;
4)弹性模数高;
5)热导率高;
6)与铜线的热膨胀差小。
2)绝缘性能大为提高(匝间绝缘和主绝缘的故障率较老式绝缘约降低39%),绝缘厚度比老式绝缘减薄了15%~20%。
7匝间绝缘
电机启动和停止时,电机绝缘所承受的操作过电压峰值能达额定相电压的2倍。
对于发电机不对称短路时的过电压峰值能达额定相电压的4.5倍。
相端首匝绝缘将受到最高的过电压的作用。
低压电机:
股线绝缘=匝间绝缘。
单匝线圈:
对地绝缘=匝间绝缘。
对频繁启动、经常性过载、正反转、安全裕度要求高的电机更要加强匝间绝缘,措施:
采用绝缘等级较高的绕组线,例如:
玻璃丝包聚酯漆包线、有机硅浸渍玻璃丝包线、聚酰胺漆包线等,或用云母带另包匝间绝缘。
8对地绝缘电机绕组导线对地的绝缘统称为对地绝缘。
对地绝缘系统随电机种类、额定电压的不同而不同,同时由于电机定子绕组和转子绕组的对地绝缘系统不同,同一线棒的各个部位的对地绝缘结构也不同。
A1大型发电机的单匝条式线棒绕组:
(1)槽部对地绝缘由股线绝缘和主绝缘组成。
主绝缘的厚度按承受全部对地电压来考虑。
(2)端部对地绝缘则由股线绝缘、主绝缘、端部表面绝缘绑环、绝缘支架表面到地的沿面距离等构成,设计时端部主绝缘可比槽部主绝缘薄。
A2大型高压电机的多匝线圈绕组:
(1)槽部对地绝缘由股线绝缘、匝间绝缘和主绝缘构成。
(2)端部各部对地距离不同,端部主绝缘的厚度也可比槽部主绝缘薄。
A3大型发电机转子绕组绝缘:
承受的最高对地电压为额定励磁电压;
(1)隐极式转子绕组,槽衬承受了槽部对地电压,对地绝缘就是槽衬,但端部则是由绝缘