第三篇 电机绝缘.docx

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第三篇电机绝缘

第三篇电机绝缘

第一章电机绝缘概论

一、旋转电机电机的分类

按电流性质分为直流电机和交流电机

交流电机：

异步电机

同步电机：

汽轮发电机、水轮发电机、同步调相机、同步电动机等。

按电机额定电压高压电机≥6kV大、中型同步电机和异步电机

低压电机≤500V（矿用1040V或1140V）

三相、单相发电机或电动机

包括：

异步电机、直流电机和同步电机三类。

特殊电机：

大多属异步电动机，它是专用系列或单个产品。

用途：

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。

例如：

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。

例如：

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，

例如：

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。

例如：

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