3kV级以上高压高效电机高导热绝缘结构

摘要

本发明涉及一种3kV以上高压高效电机高导热绝缘结构，包括高压电机中的定子铁芯、定子线圈、槽楔和电机绝缘纸，其中，定子铁芯为采用高导热复合绝缘胶浸渍绝缘结构，电机绝缘纸采用高导热复合绝缘纸，槽楔采用高导热槽泥填充绝缘结构，定子线圈的直线部分和端线部分采用高导热绝缘缠绕带连续多层包绕结构。本发明将具有优良导热性的高导热复合绝缘胶、高导热槽泥填充料和高导热绝缘缠绕带，应用在高压电机有绕组定子铁芯结构中，有效改善了高压电机绝缘结构的导热性能，可使高压电机的导热系数由原先的0.16W/℃m提高至0.4W/℃m，电机效率高1%～3%，电机温升下降8K，提高了电机工作的稳定性和可靠性，延长了电机的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于电机设备技术领域，是一种3kV以上高压高效电机高导热绝缘结构。

背景技术

目前，国内高压电机向高效率方向发展，为了使高压电机实现高效率化、小型化和低成本化，就需要提高电机的散热性能，但提高电机的散热性能以及使电机的效率达到一定程度要受到多方面限制，特别是电机的绝缘系统受电磁方面和原材料方面的制约。通常情况下电机效率提高，电机温度随之升高，这是因为电机在运行过程中，电气绝缘作为热的障碍体将阻止热量向铁芯和冷却介质发散，导致电机温度升高，而电机温度一旦升高，在长时间的运转下，高的运行温度就会引起其绝缘材料老化、降低介电性能及机械性能，导致电机功率降低及寿命减少，就会出现烧损毁机现象，存在使用寿命短和安全隐患的问题。因此，就要求电机绝缘具有较高的导热率。目前国内高压电机主要依靠改善散热条件来降低温升，这样做势必增大了电机的体积和制造成本，单机容量也受到很大限制。而定子铁芯绝缘又是高压电机绝缘系统中最重要的部分，在很大程度上决定了电机的技术经济指标，也决定了电机运行的可靠性和使用寿命。而现有高压电机的绝缘结构没有达到高效电机的要求，因此，难以实现高压电机效率提高、温升下降的目的。为此，研制高压电机的高导热绝缘结构乃是当前制造业亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能提高电机效率，又能使电机温升下降的3kV以上高压高效电机高导热绝缘结构。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：该绝缘结构包括：高压电机中的定子铁芯、定子线圈、槽楔和电机绝缘纸，其中，定子铁芯为高导热有绕组定子铁芯，采用的是高导热复合绝缘胶浸渍绝缘结构，电机绝缘纸采用高导热复合绝缘纸，是由上层绝缘纸、薄膜和下层绝缘纸组成的复合压制品，其中，在上层绝缘纸与薄膜之间及下层绝缘纸与薄膜之间涂覆有高导热复合绝缘胶层；其特征在于：

所述槽楔采用高导热槽泥填充绝缘结构，高导热槽泥为按重量百分比配比的70%～90%铁粉或磁粉与10%～30%高导热复合绝缘胶混合构成的填充料制品；

所述定子线圈的直线部分和端线部分采用高导热绝缘缠绕带连续多层包绕结构，其包绕层为7～9层的半叠包方式；

所述高导热绝缘缠绕带是由高导热云母粉纸层、补强材料层、高导热复合绝缘胶层复合压制而成的单面型、双面型和三合一型三种高导热绝缘缠绕带；

所述高导热云母粉纸层为云母磷片和氮化铝两种原料的混合制品，其两种原料的配比按重量份为：云母鳞片70～75份、氮化铝20～30份；

所述的高导热绝缘缠绕带的制作方法是按以下步骤进行：

一、高导热云母粉纸的制作：

步骤1：复合云母粉的制备：按所述配比将挑选出的云母磷片放入煅烧炉内在1000℃～1300℃的高温下煅烧，在煅烧的过程中，再按所述配比加入氮化铝，煅烧时间为1～5h，制成煅烧复合云母粉备用；

步骤2：高导热复合云母粉纸的制备：将煅烧后的复合云母粉置入云母抄纸机上，过网碾压成型为按设计要求厚度的高导热复合云母粉纸，收卷后备用；

二、高导热绝缘缠绕带的制作方法如下：

a)单面型绝缘缠绕带：以高导热复合云母粉纸为基材，用无碱玻璃纤维作单面补强材料，在复合机上，下层为高导热复合云母粉纸，上层为无碱玻璃纤维，两层之间涂覆有高导热复合绝缘胶，其涂覆量为单面型缠绕带总质量的5％～11％，经复合压制后，置入烘干炉中，其烘干温度为115℃～130℃，烘干时间1～3h，烘干至半固化状态后，取样检测符合胶凝固化的标准即可，制成单面型高导热绝缘缠绕带卷材，收卷后备用；

b)双面型绝缘缠绕带：以高导热复合云母粉纸为基材，用无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维布作双面补强材料，在复合机上，下层为无碱玻璃纤维布，中层为高导热复合云母粉纸，上层为无碱玻璃纤维，各层间涂覆有高导热复合绝缘胶，其涂覆量为双面型缠绕带总质量的5％～11％，经复合压制后，置入烘干炉中，其烘干温度为115℃～130℃，烘干时间1～3h，烘干至半固化状态后，取样检测符合胶凝固化的标准即可，制成双面型高导热绝缘缠绕带卷材，收卷后备用；

c)三合一型绝缘缠绕带：以高导热复合云母粉纸为基材，用无碱玻璃纤维和薄膜作双面补强材料，在复合机上，下层为薄膜，中层为高导热复合云母粉纸，上层为无碱玻璃纤维，各层间涂覆有高导热复合绝缘胶，其涂覆量为三合一型缠绕带总质量的5％～11％，经复合压制后，置入烘干炉中，其烘干温度为115℃～130℃，烘干时间1～3h，烘干至半固化状态后，取样检测符合胶凝固化的标准即可，制成三合一型高导热绝缘缠绕带卷材，收卷后备用；

d)分切成带：分别将a)、b)、c)三种类型的缠绕带卷材开卷后，按常规方法在分切机上分别分切成需要的缠绕带宽度，即为高导热绝缘缠绕带状材料。

本发明中所用到的高导热复合绝缘胶以及高导热绝缘纸是本申请人在先申请的专利，其专利号为：201310635339.4专利名称为“低压高效电机高导热绝缘结构及其制作方法”。

按照上述方案制成的高压高效电机高导热绝缘结构，其有益效果是：

(1)本发明高压电机的高导热定子铁芯，由于在定子线圈的包绕中使用了高导热绝缘缠绕带，在槽楔中填充了高导热槽泥以及在电机定子铁芯整体浸渍中使用了高导热复合绝缘胶，可使高压电机的导热系数由原先的0.16W/℃m提高至0.4W/℃m，提高了1.875倍，有效改善了高压电机绝缘结构的导热性能，其绝缘可达到F、H级的电机绝缘要求。

(2)将具有优良导热性的高导热绝缘缠绕带、高导热槽泥填充料和高导热复合绝缘胶，应用在高压电机有绕组定子铁芯结构中，能克服普通绝缘结构导热能力差的弊端，并能顺利地将电机内部产生的热量导出，因此，在同等条件下能够有效地提高高压电机效率1%～3%，电机温升下降明显，其电机平均温升下降8K。以6kV电压为例，高压电机成型线圈的单边厚度由原先的1.8mm减少为1.0mm,可使每台电机降低制造成本1万元以上。

(3)在本发明中采用了少胶绝缘体系，所制作的高导热绝缘缠绕带具有很高的导热性、耐热性、防潮性、电气性能机械强度和浸渍性能，通过将高导热绝缘缠绕带包绕在在电机定子线圈上的直线部分和端线部分，既绝缘又有很好的导热传热性能，实现了电机损耗降低、效率提高、发热量下降、温升降低的目的，由此可进一步提高高压电机工作的稳定性和可靠性，延长电机的使用寿命。

(4)经高导热VIP处理的定子铁芯绝缘结构中，绝缘内部无气隙，整体性能良好，有利于提高高压电机绝缘的电气性能和耐电寿命，从而达到提高电机的技术指标，运行寿命及可靠性的有益效果，同时也简化了高压电机绝缘的制造工艺，提高了生产效率，降低了成本，而且有利于提高高压电机绝缘质量的稳定性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A的截面视图。

具体实施方式

参看图1、图2，本发明的3kV以上高压高效电机高导热绝缘结构包括：高压电机中的定子铁芯1、定子线圈2、槽楔3和电机绝缘纸4，其中，定子铁芯1为高导热有绕组定子铁芯，采用的是高导热复合绝缘胶浸渍绝缘结构，电机绝缘纸4采用高导热复合绝缘纸，该绝缘纸4是由上层绝缘纸、薄膜和下层绝缘纸组成的复合压制品，其中，在上层绝缘纸与薄膜之间及下层绝缘纸与薄膜之间涂覆有高导热复合绝缘胶层，其所用的上、下层绝缘纸均采用高性能的NOMEX纸或杜邦纸或昆特纸或聚枫纸或聚芳纸或恶二挫纸。在本发明中，绝缘纸4和缠绕带中所用的薄膜均采用聚酯薄膜或亚胺薄膜。槽楔3采用高导热槽泥填充绝缘结构，高导热槽泥为铁粉或磁粉与高导热复合绝缘胶混合构成的填充料制品；其原料的配比按重量百分比为：铁粉或磁粉70%～90%、高导热复合绝缘胶10%～30%；制作时，只需将所述两种原料按照配比量配制后，搅拌混合均匀，即可使用。在定子线圈2的直线部分和端线部分采用高导热绝缘缠绕带连续多层包绕结构，其包绕层为7～9层的半叠包方式。所述高导热绝缘缠绕带是由高导热云母粉纸层、补强材料层、高导热复合绝缘胶层复合压制而成的单面型、双面型和三合一型三种类型的高导热绝缘缠绕带；所述高导热云母粉纸层为按重量份配比的云母磷片70～75份和氮化铝20～30份两种原料的混合制品，该高导热云母粉纸的制作方法是：先进行复合云母粉的制备，将挑选出的云母磷片放入煅烧炉内在1000℃～1300℃的高温下煅烧，在煅烧的过程中，按所述云母鳞片70～75份、氮化铝20～30份的配比加入氮化铝，煅烧时间为1～5h，其煅烧时间的长短是根据煅烧温度的高低来定，制成煅烧复合云母粉备用；然后将煅烧后的复合云母粉置入云母抄纸机上，过网碾压成型为按设计要求厚度的高导热复合云母粉纸，收卷后备用；

本发明的高导热绝缘缠绕带包括单面型绝缘缠绕带、双面型绝缘缠绕带和三合一型绝缘缠绕带三种，各型缠绕带的制作方法如下：

a)单面型绝缘缠绕带：以高导热复合云母粉纸为基材，用无碱玻璃纤维作单面补强材料，在复合机上，下层为高导热复合云母粉纸，上层为无碱玻璃纤维，两层之间涂覆有高导热复合绝缘胶，其涂覆量为单面型缠绕带总质量的5％～11％，经复合压制后，置入烘干炉中，其烘干温度为115℃～130℃，烘干时间1～3h，烘干至半固化状态后，取样检测符合胶凝固化的标准即可，制成单面型高导热绝缘缠绕带卷材，收卷后备用；

b)双面型绝缘缠绕带：以高导热复合云母粉纸为基材，用无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维布作双面补强材料，在复合机上，下层为无碱玻璃纤维布，中层为高导热复合云母粉纸，上层为无碱玻璃纤维，各层间涂覆有高导热复合绝缘胶，其涂覆量为双面型缠绕带总质量的5％～11％，经复合压制后，置入烘干炉中，其烘干温度为115℃～130℃，烘干时间1～3h，烘干至半固化状态后，取样检测符合胶凝固化的标准即可，制成双面型高导热绝缘缠绕带卷材，收卷后备用；

c)三合一型绝缘缠绕带：以高导热复合云母粉纸为基材，用无碱玻璃纤维和薄膜作双面补强材料，在复合机上，下层为薄膜，中层为高导热复合云母粉纸，上层为无碱玻璃纤维，各层间涂覆有高导热复合绝缘胶，其涂覆量为三合一型缠绕带总质量的5％～11％，经复合压制后，置入烘干炉中，其烘干温度为115℃～130℃，烘干时间1～3h，烘干至半固化状态后，取样检测符合胶凝固化的标准即可，制成三合一型高导热绝缘缠绕带卷材，收卷后备用；

d)分切成带：分别将a)、b)、c)三种类型的缠绕带卷材开卷后，按常规方法在分切机上分别分切成需要的缠绕带宽度，即为高导热绝缘缠绕带状材料。

按照本发明方法制备的单面型、双面型、三合一型三种类型的高导热绝缘缠绕带，其使用是根据高压电机的电气性能、介电强度以及主绝缘包绕厚度的要求，来选择使用适应类型的高导热绝缘缠绕带。

本发明中所用到的高导热复合绝缘胶以及高导热绝缘纸是本申请人在先申请的专利，其专利号为：201310635339.4专利名称为“低压高效电机高导热绝缘结构及其制作方法”。其高导热复合绝缘胶以及高导热绝缘纸的原料构成及制作方法如下：

所述的高导热复合绝缘胶是由以下重量份的原料配制而成：绝缘胶60～70份、氮化铝5～30份、氧化铝5～30、金刚石2～10份、防沉淀剂2-4份，有机土2-4份,其中，氮化铝、氧化铝和金刚石均采用粒径为≥1200目的微粉，该高导热复合绝缘胶的制作方法是按以下步骤进行：

步骤1：按所述配比取防沉淀剂和有机土，放进球磨机或者砂磨机内研磨混合均匀，制成防沉淀剂糊状料备用；

步骤2：将氮化铝、氧化铝和金刚石三种微粉原料按所述配比置入搅拌机内混合均匀，制成粉状混合料待用；

步骤3：取步骤1的防沉淀剂糊状料和步骤2的粉状混合料，置入搅拌机内，再加入苯乙烯溶解剂，搅拌均匀后制成溶解混合料备用，其中苯乙烯溶解剂的加入量按照重量配比为：防沉淀剂糊状料+粉状混合料︰苯乙烯溶解剂=1︰1～2；

步骤4：取步骤3的溶解混合料，按所述配比加入绝缘胶，制成绝缘胶混合料；

步骤5：取步骤4的绝缘胶混合料，加入苯乙烯溶解剂，调整绝缘胶混合料的粘度，粘度用4号粘度杯测定为：30～60S/23℃，即制成高导热复合绝缘胶。

本发明中高导热绝缘纸的制作方法是：将上层绝缘纸、薄膜和下层绝缘纸置放在胶纸复合机上，并在上层绝缘纸与薄膜之间及下层绝缘纸与薄膜之间分别涂覆一层高导热复合绝缘胶，通过胶纸复合机进行复合压制后，制成高导热绝缘纸。

所述的高导热有绕组定子铁芯的浸渍方法是：采用绕组整体VPI整浸工艺，先按照设计要求，选用本发明制作的高导热绝缘缠绕带中的单面型绝缘缠绕带、双面型绝缘缠绕带和三合一型绝缘缠绕带的其中一种。对于6kV和10kV高压电机的定子线圈2大都是框式结构，先将定子线圈2的直线部位和端线部位连续包绕多层高导热绝缘缠绕带，达到设计规定的层数和尺寸后，直接嵌入定子槽内并绑扎固定，再在电机的槽楔3内填充高导热槽泥填充料，然后将高导热定子线圈、高导热绝缘槽楔和高导复合热绝缘纸4组装到定子铁芯1内，并将组装后的定子铁芯1整体放入装有高导热复合绝缘胶的浸渍罐中进行浸渍处理，最后在烘炉内加热固化。其浸渍工艺为：抽真空1000Pa→保真空30min→输入高导热复合绝缘胶→加压0.2～0.5Mpa→保压60min→破压→回高导热绝缘复合胶→吊出浸渍后的定子铁芯→置入烘干箱内烘干，烘干温度150℃，制成高压电机的高导热有绕组定子铁芯。绕组定子铁芯整体VPI后，高导热复合绝缘胶既填充了绝缘层间及定子线圈与铁芯槽的间隙，也填充了端部绑扎固定结构，使其成为一牢固的整体。整体浸渍处理改善了高压电机绕组散热效果，减少了圈式定子线圈嵌线损伤，提高了绕组的有效性和可靠性。