中高压大功率变频调速电机用绝缘漆研究

data-full-width-responsive="true"> 0 言变频调速电机绝缘早期损坏是局部放电、空间电荷、电介质损耗发热、电磁激振和振动等多种因素共同作用的结果。设计交流变频电机绝缘结构时, 必需选用耐电晕的电磁线[ 1 - 2 ] ; 选用耐电晕绝缘材料和低挥发份无溶剂树脂, 形成 无气隙绝缘, 提高绝缘结构的整体性[ 3] 。为实现中高压大功率变频调速电机用绝缘漆的制造和应用, 需要进行降低挥发份、提高耐热性、导热系数, 降低介质损耗、提高耐脉冲电压能力、提高机械强度等研究[ 4- 5] 。1 试验部分1 1 环氧不饱和树脂的合成将配方量的四氢苯酐与乙醇胺分批投入3 口烧瓶中, 通入氮气, 开动搅拌, 升温至200 度 , 搅拌约3 h, 减压蒸馏得到亚胺醇。将配方量的顺丁烯二酸酐与亚胺醇投入3口烧瓶中, 于60度+- 2度 搅拌约60 m in, 降至常温, 减压蒸馏得到A 料。将配方量的A 料与环氧树脂投入3口烧瓶中, 缓慢升温至80度 ,投入亲核催化剂, 继续升温至100度 , 于100~ 110 度下保温搅拌反应至酸值降到20 mgKOH /g以下, 降温至50度 以下后顺次投入阻聚剂、甲基苯乙烯和引发剂过氧化二异丙苯, 制成环氧不饱和树脂甲基苯乙烯溶液( 7122-7H )。1 2 填料改性绝缘漆取纯硅粉质量0。5% ~ 1。0% 的硅烷偶联剂, 用2~ 5倍的丙酮稀释, 调节pH 值为7~ 9, 用超声波充分分散30m in, 加入纯硅粉充分搅拌; 然后将温度升至100~ 120度 , 在高速分散机上分散20 m in, 烘干待用。在搅拌状态下把经烘干脱水的硅粉加入到溶有偶联剂和分散剂的树脂中, 再在高速均质分散机上分散2 h。2 结果与讨论2 1 不饱和环氧树脂图1 为环氧不饱和树脂苯乙烯溶液固化物的DMA 谱图, 图中tan曲线清楚地显示出固化物只有1个转化峰, 对应于不饱和环氧树脂与苯乙烯共聚物的玻璃化温度( 902)。图中储存模量曲线显示,随着温度的升高, 残余不饱和环氧树脂的后续固化引起储存模量增加曲线呈上升状态, 进一步升温, 不饱和环氧树脂苯乙烯固化物链段热运动引起储存模量下降。由图1 可看出, 不饱和环氧树脂苯乙烯体系中, 苯乙烯与不饱和环氧树脂中的不饱和双键发生共聚反应, 形成交联的网状结构。这一结构有利于改善不饱和环氧苯乙烯固化物的机械强度、电气性能和耐热性[ 6] 。图1 环氧不饱和树脂固化物的DMA曲线( 1 H z, 振幅15 um)由于亚胺基团的引入, 使得7122-7H 级漆耐热性大幅度提高, 同时又保留了环氧树脂优异的粘结力。由于甲基苯乙烯蒸汽压低, 沸点较苯乙烯高, 在同等固化引发条件下, 挥发份减少, 所以7122-7H 挥发份较低。表1为7122-7H 级漆以及H9150漆和7122-1漆的主要性能, 由表中数据可见7122-7H 级漆表现出了突出的高温粘结力, 较低的挥发份, 同时具有较高的高温电气强度和高温体积电阻率, 是理想的耐高热的H级无溶剂浸渍漆。2 2 填料改性绝缘漆的研究2 2 1 填料表面处理的研究图2为填料含量在25%时的TEM 分析图。由图可看出, 图2( a)中填料在树脂基体中出现了团聚现象, 图2( b)填料改性后的分散性有很大程度的提高,原因是硅粉表面和硅烷偶联剂发生了反应, 填料表面在改性后由亲水性变为亲油性, 表面能大大降低了,在改性后比改性前更容易分散在有机介质中, 表现出在树脂基体中具有良好的分散性[ 7] 。图2 填料分散TEM 图2 2 2 填料含量对粘度的影响由图3可看出, 由于填料出现团聚现象, 未经处理的填料对粘度影响较大。一般温度条件下, 若固液间亲和作用强, 则粘度低; 若亲和作用弱, 则粘度高。经过表面改性后的填料亲油性较强, 加入树脂中, 树脂粘度变化很缓慢。在填充量为30% 时, 粘度为65 s, 仍能满足VPI工艺要求。图3 填料对树脂粘度的影响2 2 3 填料含量对热导率的影响聚合物的热传递主要依靠分子或原子做热振动来传递, 显然, 这种热传递过程的最终结果就是低的热导率。对于填料填充型高分子材料的导热机理, 最多的是形成网络结构[ 8] 。当填料分散于高分子基体中, 在填充量较小时,填料极其分散, 相对比较孤立, 热量的传递即使是在填料中比较快, 但是树脂基体的低导热率决定了主要的方面, 不能明显提高热导率。随着导热填料的增加, 基体中分散的填料越来越多, 热导率缓慢上升, 当填料继续增加, 填料与填料之间会发生团聚, 直到团聚继续发生, 所有填料彼此促进形成1个导热的空间网络结构, 此时, 热流可通过网络快速传播, 这也就是它的转变点, 一旦网络形成, 热导率上升迅速。此理论模型类似于聚合物共混增韧中的海岛结构模型[ 9] 。由图4 可看出, 经过表面改性的填料含量从20%开始, 导热率有显著提高, 这说明在填料含量为20%时, 已经形成了导热网络结构, 热流可以快速传播, 当填料含量为30% 时, 导热率可达到035W /mK。未经处理的填料, 导热率变化不明显。2 2 4 填料含量对介质损耗的影响图5为填料含量在25% 时的tanT 谱图。由图可以看出, 未加填料的树脂180度时为27%。在树脂中加入填料后, tan明显增大, 而加入经过改性处理的硅粉的树脂较未处理的低, 180度 时tan为4。9% 。造成tan增大的原因是由于加入的填料本身tan很高。2 3 论由于亚胺基团的引入, 使得绝缘漆耐热性大幅度提高, 同时又保留了环氧树脂优异的粘结力, 采用乙烯基甲苯后, 绝缘漆的挥发份大幅度降低; 加入改性硅粉, 绝缘漆的粘度仍能满足VPI工艺需求, 导热率有了极大提高, 介质损耗有所增加, 但180 度介损仍在5% 以内。3 望在绝缘树脂中加入纳米填料, 突破纳米填料的分散技术, 完善大功率变频电机用高导热低挥发绝缘漆; 研究配套的高导热体系少胶云母带。参考文献:[ 1] 左瑞霖, 梁国正, 常鹏善, 等 耐高温无溶剂绝缘浸渍漆的研究进展[ J] 绝缘材料, 2002, ( 2) : 26- 33[ 2] 刘刚 聚酯无溶剂漆的新进展[ J] 绝缘材料通讯, 1993,( 1): 38- 44[ 3] 华玮, 叶学淳, 陈宗旻 C 级变频交流牵引电机绝缘结构研究[ J] 上海大中型电机, 2002, ( 1): 31- 34[ 4] 陈宗旻 真空压力浸渍树脂现状与发展[ J] 绝缘材料,2003, ( 3): 37- 39[ 5] 王德中 环氧树脂生产与应用[M ] 北京: 化学工业出版社, 2001[ 6] 陈宗旻, 梁茵, 张赟 无苯乙烯VPI 浸渍树脂的研究[ J] 上海大中型电机, 2006, ( 1): 13- 15[ 7] 何曼君, 陈维孝, 董西侠 高分子物理(修订版) [M ] 上海: 复旦大学出版社, 2000[ 8] 储九荣, 张晓辉, 徐传镶 导热高分子材料的研究与应用[ J] 高分子材料科学与工程, 2000, 16( 4): 17- 21[ 9] 吴培熙, 张留城 聚合物共混改性[M ] 北京: 中国轻工业出版社, 1991