高压大中型电动机绝缘结构分析

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高压大中型电动机绝缘结构分析

摘要：简单介绍普通大中型高压交直流电机绝缘的基本结构，制造和修理的工艺过程，以求对工厂企业电机绝缘故障的分析以及维护电机的工作有所帮助。其中一些技术参数在电机的大中修过程中提供参考。
关键词：电机绝缘结构  匝间绝缘  对地绝缘  复合式绝缘

        1 直流电机电枢绝缘结构
        直流电机电枢绝缘结构，是由绕组绝缘、换向器绝缘、支架绝缘、扎钢丝绝缘和层间绝缘等组成。由于采用的电枢绕组的型式，电压等级和绑扎材料不同，电枢绝缘结构某些地方有所变化。
        1.1 电枢绕组绝缘 电枢绕组绝缘结构随绕组结构型式不同而有所区别。为了提高防潮性能，大型直流电机电枢绕组一般采用连续式绝缘。
        1.1.1 匝间绝缘 作用是绝缘同一线圈中的相邻元件，只承受片间电压。大型直流电机匝间绝缘一般采用裸铜线外半叠包一层0.1毫米云母带，或直接采用高强度漆包双玻璃丝包线。中、小型电机一般采用双玻璃丝包线即可。在F级薄膜绝缘大型电机可采用0.05毫米薄膜半叠包一层并 将薄膜“烧结”在导体上，或加包一层玻璃丝带。中、小型电机半叠包0.05毫米薄膜一层或将薄膜“烧结”在导体上。
        1.1.2 对地绝缘 主绝缘，承受线圈对铁心间的全电压。1000伏级大型电机：0.14毫米醇酸云母带半叠绕三层。660伏级中型电机：0.14毫米醇酸云母带半叠绕二层(连续式绝缘)或0.2毫米云母箔卷包2层(套筒式绝缘)。F级薄膜大型电机：0.05毫米聚酰亚胺薄膜半叠绕四层。中、小型F级或H级电机：0.05毫米聚酰亚胺薄膜半叠绕2～3层。
        1.1.3 保护布带 主要保护主绝缘免受机械损伤。一般B级绝缘电机采用0.1毫米玻璃丝带半叠绕或平绕一层。F级薄膜绝缘一般不用保护布带，有时为可靠起见，也用0.1毫米玻璃丝带半叠绕一层。
        1.1.4 电枢绕组端部绝缘 绝缘方式和材料一般和直线部分相同，仅是对地绝缘比直线部分可少包1-2层。虽然端部对地和层间都存在全电压，但主要是因为有层间绝缘和支架绝缘的存在，同时也为了改善冷却条件，所以绕组端部绝缘制造时适当减少。
        1.2 线圈在槽内的保护绝缘
        1.2.1 槽绝缘 防止槽内毛刺或槽口尖棱划伤线圈。B级绝缘：0.2毫米聚脂薄膜一黄玻璃漆布复合绝缘、0.2毫米聚脂薄膜一青壳纸复合绝缘，或用0.2毫米青壳纸代用。F级薄膜绝缘：0.15毫米聚酰亚胺一黄玻璃漆布或0.1毫米聚酰亚胺漆布。
        1.2.2 槽底垫条和层间垫条 保护绕组在下线过程中免受机械损伤。B级绝缘采用0.5毫米醇酸柔软云母板。F级绝缘采用二苯醚玻璃布板或硅有机云母板。
        1.3 电枢线圈端部固定绝缘结构 以端部中间带通风孔四层式蛙绕组为例来说明:
        1.3.1 支架绝缘 大型电机B级绝缘，一般最内层用0.1毫米玻璃丝带半叠绕一层，外面包0.14毫米醇酸云母带半叠绕三层，其外围绕0.3毫米柔软云母板二层，外面半叠绕0.03毫米聚脂薄膜带和0.1毫米玻璃丝带各一层。F级绝缘一般用硅有机云母带和云母板来代替醇酸云母带。
        1.3.2 端部层间绝缘 承受线圈层间全电压和保护线圈免受相互压伤。B级绝缘一般用0.5毫米衬垫云母板二层，并用0.1毫米玻璃丝布包边，以免运行中飞散。F级绝缘一般用硅有机云母板或F级薄膜。
        1.3.3 扎钢丝绝 使钢丝和绕组绝缘起来，并保护绕组免受钢丝勒伤。靠近绕组先绕0.6毫米黄绝缘纸板一层，外面绕0.5毫米衬垫云母板二层(用玻璃丝布包边)，最外面绕1毫米黄绝缘纸板一层，每层都用玻璃丝带扎紧。为防止爬电，扎钢丝绝缘比钢丝箍每边宽8-15毫米。为限制钢丝箍中涡流损耗，每10匝钢丝间应垫0.2毫米石棉纸一层，使之相互隔离。F级绝缘扎钢丝绝缘，则是采用二苯醚玻璃布板和硅有机云母板。如用无纬带绑扎端部，则不用垫任何绝缘。
        1.3.4 换向器绝缘结构 换向器片间云母在换向器中起片间绝缘和增加换向器弹性的作用，要求含胶量小。一般用1.0毫米或1.1毫米换向器云母板5531。F级绝缘则用硅有机云母板。V型环在换向器中承受对地电压，并承受压圈对换向片的束紧力，一般是由5238虫胶云母板热压成型，厚度1000伏级为2毫米。F级绝缘为硅有机型云母板。为了防止尘埃进入换向器3°面，换向器进行了端面涂封，涂封材料为环氧酚醛漆，F级绝缘用1053硅有机树脂。为防止V型环外露部分在运行中飞散，在V型环上扎以玻璃丝绳，玻璃丝带或无纬玻璃丝带。
        1.3.5 电枢整体绝缘处理 电枢在下线完后，浸三次1032或3404漆，以提高防潮性能，并在表面喷1321或8363灰瓷漆，以改善防灰、防油和防霉性能。
        1.4 直流电机主极绝缘结构 极身绝缘：承受主极线圈对地电压。
        1.4.1 成型极身绝缘，由环氧酚醛玻璃布热压成成型极身绝缘，厚度4毫米。
        1.4.2 用0.1毫米玻璃丝布围绕2层，再在外面围绕0.2毫米醇酸云母箔5层，最外层围绕0.1毫米玻璃丝布2层。层间均刷环氧酚醛漆，每层均用电熨斗熨平。
        1.4.3 补偿绕组绝缘 对地绝缘0.14毫米云母带半叠绕三层，0.1毫米玻璃丝带半叠绕一层(或用0.17*25B级胶粉云母带5438半叠绕四层，热压成型)。槽绝缘0.2毫米聚脂薄膜玻璃漆布复合绝缘1层，槽底垫条0.5毫米环氧酚醛玻璃布板一层。
        1.4.4 主极绕组绝缘 单层式主极绕组，匝间垫0.1毫米环氧酚醛玻璃布四层，热压成型，首、末两匝加包0.14毫米云母带与0.1毫米玻璃丝带各一层。多层式主极绕组，匝间绝缘用高强度漆包双玻璃丝包线或双玻璃丝包线。外面半叠绕0.1毫米玻璃丝带一层作保护绝缘，并浸3404漆—次。串联绕组(均衡绕组)0.14毫米云母带半叠绕3层，0.1毫米玻璃丝带半叠绕一层，并浸3404漆(1千伏级)。绝缘垫圈，3240环氧酚醛玻璃布板，刷3404漆。厚度根据爬电距离而定。主极整体绝缘处理：浸3404漆一次，以增加导热性和防潮能力。
        1.5 换向极绝缘结构 换向极绕组固定形式因电机容量、用途不同而有多种形式，其绝缘结构也略有区别。换向极绕组一般系包绕铜线绕组，无层间绝缘。极身绝缘和主极极身包绕方式完全相同。螺杆绝缘有两种：—种是用壁厚1.0～2.0毫米环氧酚醛玻璃布管作为螺杆绝缘，另一种在螺杆上包绕0.1毫米环氧酚醛玻璃布热压成型。绝缘垫块与三角垫块，均为3240环氧酚醛玻璃布板。线夹绝缘：线夹处换向极绕组用0.14毫米云母带半叠绕三层，0.1毫米玻璃丝带半叠绕一层，宽度各边大于线夹各边50毫米。固定夹绝缘：0.3毫米柔软云母板二层(在内)，0.2毫米绝缘纸板二层<在外)，宽度大于固定夹各边12.5毫米，并用直径Φl玻璃丝绳扎紧。

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　　1.6 直流电机其它部分绝缘
        1.6.1 电枢冲片绝缘 B级绝缘刷1611硅钢片漆。H级绝缘刷1053硅有机漆。
        1.6.2 电枢、主极、换向极拉紧螺杆绝缘 B级绝缘一般用5438B级胶粉云母带连续包绕并热压成型。F级用薄膜带连续包绕。
        2 高压交流电机定子绝缘
        2.1 高压交流电机定子绝缘结构：由于电压等级、绝缘材料和电机容量不同，对运行可靠性影响很大。定子的绝缘结构种类是繁多的。交流高压电机分3000伏 、6000伏、10000伏(10500伏)三种电压等级。绝缘等级有A级、B级、F级三种。目前A级绝缘定子绕组已经淘汰，大量的应用B级和F级绝缘。由于各制造厂工艺习惯、工艺装备和绝缘材料来源不同，所以目前生产的B级绝缘高压定子绝缘结构，基本上分三种类型：复合式绝缘结构。直线部分采用5438B级胶粉云母带热压成型，端部采用黄玻璃漆布带(或沥青云母带、自粘性硅橡胶带等)连续半叠绕。原因是B级胶绝缘在固化后弹性较差，嵌线困难，而且端部易受机械损伤，所以端部采用其他绝缘材料，但是复合式绝缘结构的端部电气强度和防潮性能较差。目前国内大多数制造厂还采用复合式结构。全部粉云母端部软下线结构。整个线圈对地绝缘用B级胶粉云母带，直线部分热压成型，端部不固化，外包一层热缩性树脂带，软下线，下线后两端浸漆处理。全部粉云母整体浸漆绝缘结构。线圈直线部分和端部对地绝缘都用粉云母带，线圈不固化直接下线，下线后定子整体浸漆。目前国外(美国、德国、日本等)生产的高压交流电机全部为F级。
        2.2 高压交流电机匝间绝缘 3千伏级：一般采用双玻璃丝包线和三玻璃丝包线，层间垫云母带一层，刷环氧酚醛漆热压成型。6千伏级：采用双玻璃丝包、双玻璃丝包高强度漆包线，外半叠绕一层云母带，并刷环氧酚醛漆热压成型。10千伏级：比6千伏级多包一层云母带。
        2.3 定子对地绝缘 由于绝缘工艺、绝缘材料、电压等级不同，绝缘结构和绝缘处理方法也不同。
        2.4 同步机磁极绕组绝缘 极身绝缘、匝间绝缘、绝缘垫圈几个部分的绝缘材料和处理方式，与直流电机主极绝缘完全相同。
        3 电机绝缘趋势
        由于材料和工艺的进步，我国高压交流电机绝缘已经用环氧基浸渍漆平-B级胶粉云母带组成的热弹性绝缘(所谓热弹性绝缘是指：使绝缘结构的热膨胀系数和铜的热膨胀系数几乎相等，因而使绝缘是和铜一起膨胀和收缩，绝缘结构能始终附着在铜线表面没有相对位移，因而不会产生空隙)。全部代替了以往的沥青胶+黑云母带的A级绝缘结构，并向定子整体浸漆发展。这样不仅提高了绝缘等级和绝缘电气强度，而且缩小了电机体积，节约了大片云母材料，进一步提高了绝缘可靠性。
        直流电机绝缘发展趋势是提高绝缘等级并使绝缘薄膜化，其措施是：首先采用芳香族和杂环族树脂纤维和薄膜(如聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺等)来作为电机匝间绝缘和主绝缘。其次采用耐热浸渍漆(如二苯醚和改良硅有机漆)。这些芳香族和杂环族薄膜具有电气强度高、耐温高、强度好、抗腐蚀及耐辐射等优点，采用薄膜绝缘后，不仅绝缘等级可以提高到F级和H级(薄膜材料本身为H级绝缘，在制造大型直流电机中，考虑到浸渍漆，加热炉和其他配套材料易解决，所以一般做成F级)，使绝缘厚度大大减小，电机体积缩小，因此电机的技术指标和性能，有很大改进。
        许多工厂在采用H级薄膜代替原来B级绝缘方面，已经做了不少工作，效果显著，取得了一定的经验。国内各电机制造厂目前已经开始试制F级薄膜绝缘的大型电机。
参考文献：
[1]《大中型电机的安装与维修》.
[2]《电机绝缘结构维修》.