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高压定子绕组端部振动力的危害

发布时间:2019-07-07 23:27:00 点击:    

 
 

无锡伯顿起重电机2019年7月7日讯 高压、大功率电动机产品的嵌线、端部紧固、引出线焊接部位以及辅助绝缘工艺处理等,在制造厂都已是企业生产传统的、典型的结构和工艺处理,而且都有专业工艺指导性技术文件,并用以严格工艺纪律来控制产品质量。但是在实际生产过程中,操作技术工人的技术素质和工艺技巧显得更加重要,它也是质量保证的重要因素。但在实际的生产过程中,它却往往因被忽视而留下隐患。

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同时值得特别指出的是:从生产过程和产品工业运行中的事故发生率来看,上述传统典型的结构和工艺处理,仍占有重要的比例,这对防爆增安型电动机的严格要求来说,必须引起设计者的极大关注。

1
绕组端部振动力的形成

从理论和实践中分析增安型无刷励磁同步电动机,在供电的电力系统和负载产生暂态扰动的情况下,以及自身起动运行过程中超额定的起动电流流过绕组导体所产生双倍频率的周期振动力,作用在定子铁心的绕组上。该作用力使绕组导体每半波向槽底挤压一次。该振动力与电流二次方成正比,所以在电动机堵转起动的瞬间其振动力最大。而设计上要求只要将绕组牢固地被嵌线的槽模压紧在槽中,并且导体与绝缘形成一个坚固的整体、绕组端部相互间用绑线扎紧,固定在机座的端部支撑的端箍上,定子整体绕组与定子铁心、机座就形成了一个坚固的整体,此时所产生的振动力并非会对绕组产生危害。


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但是,如果浸溃绝缘处理和热固化不好,绕组在槽口中依然会产生松动;绕组导体与绝缘黏固不够紧密,而且绕包的松散;端部、鼻端绑扎不紧固而松动;端部支撑强度不够,而且绕组端部整形不规范成椭圆形或偏心,则将导致绕组串槽、槽口绝缘断裂、绝缘磨损、端部与鼻端产生共振、绝缘垫片脱落、引接线(俗称过桥接线)疲劳断裂或拉弧烧损,所引发的局部短路故障的发生而导致整机烧损所引发燃爆重大事故。

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绕组的整形、嵌线以及端部绑扎紧固,从形式上看工艺性都比较简单,但从实际在生产和产品运行中所产生的故障来看,上述工艺过程中暴露的问题是严重的也是很复杂的。这也正是设计中的难点,尤其是如何更有效地消除端部共振频率,至今依然是我们在设计中尚未掌握的技术之一,更值得我们在设计中对2极电动机做更深入的探讨和研究。

端部振动力是指电动机在端部磁场的作用下,在绕组导体所流过的瞬间堵转电流所形成的作用力,即

dF=IdLB。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。(1)

式(1)中dF——单元作用力;

I——导体电流;

dL——单元导体长度;

B——磁通密度。

因此,绕组端部在起动瞬间堵转状态下所承受的机械力是非常大的。而且流过定、转子端部的电流所产生的磁场,其磁场强度不仅与绕组电流的大小有关,而且与端部绝缘绕包部分的几何形状和电磁场分布的特性有着密切的关系,我们知道高压电动机铁心的槽口处绕组的直线部分和端部的电晕磁场是最强的部位。虽然目前国内外对电动机绕组端部磁场和磁场力的计算提出了不同的计算方法,但都是在所设定的条件下进行理论分析,这与结合实际应用仍有较大的距离。

2
绕组端部紧固整体化的技术措施

根据生产实践和国内外高压、大功率电动机端部所产生的故障实例的分析和在加深认识的基础上,我们认为防爆增安型电动机的绕组端部在承受起动瞬间堵转状态下机械力作用的同时,绕组端部必须具有一个绝对稳定和高强度的支撑。而绕组端部的绝缘支撑是由绝缘支撑板、钢支撑架、玻璃丝束绑扎线圆、端箍,适形垫板等零件组成,再经浸渍绝缘与干燥处理之后与电动机铁心、机座形成组合牢固而可靠的整体,但由于它们的刚度和柔性各不相同,所以是一个非匀质的组合系统。

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我们特别强调绕组线圈的整形工艺性,并保证全部线圈尺寸和形状完全符合设计图样的要求。因为绕组在槽口外部位的绕组直线部分必须保证免受向下而承受的切向弯曲的变形。

3
电动机绝缘结构改进措施

●在定子铁心的两端槽口部位增设整体环形槽口绝缘夹件或单件组合槽口绝缘夹件。我们特别强调绕组线圈接线的工艺性,并要求保证绕组线圈在嵌线过程中绕组直线部分,尤其是槽口外直线和直线与端部过渡部位,要绝对不承受变形扭力。在嵌线工艺过程中,然组线固承受一定的扭力变形是难免的也是允许的,但问则是他对不允许产生有害的变形扭力,尤其是不允许在直线槽口部位产生变形扭力。所以在槽口部位设置整体环形槽口绝缘夹件或单件组合槽口绝缘夹件,使其扭力变形部位位于绝缘夹件而不在铁心槽口。

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●将模压绝缘线固在散线工艺过程中所产生的扭力变形部位,人为地移于鼻子端。电动机嵌线工艺的吊把线圈和2极、4极电动机的绕组线圈,在散线过程中所承受的尚嵌线扭力和变形最大,而且也是破压返修率较高的重要原因之一,同时也是嵌线工艺质量的重大隐患之一:所以工艺设计规定:嵌线的吊把线圈鼻子端部不能包主绝缘,以使其扭力变形部位位于鼻子端、以保证绕组线圈直线部分的槽口部位不再承受扭力变形,即在散线局把的线圈时,才进行绕包鼻子端主绝缘,包一个嵌线一个的工艺措施。

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●增强线圈槽口外直线部分的耐绝缘强度,即具有槽口外直线部分绝缘增强和防电晕保护的复合式箔烘卷包防电晕处理一次模压成形的新型绝缘结构。

特别型调指出:具有槽口外直线部分绝缘增强和防电晕处理的复合式箔烘卷包防电晕处理一次模压成形的新型绝缘结构,特别适用于增安型高压、大功率少极数高速电动机定子绕组线圈,尤其是对提高高压、大功率电动机产品工艺质量而言是非常有效的技术措施。

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●强化电动机定子绕组总体绝缘结构的坚固和一体化技术措施。电动机定子绕组线圈端部绑扎工艺是电动机制造工艺中极为重要的工艺之一,因为在上层线圈和下层线圈相互交又连接区域之内,相互之间产生脉动力,即同相绕组端部产生相互间吸引力和不同相绕组端部而产生相互间推斥力。因此它们之间必须用间隔垫片或绝缘涤纶毡、线夹、涤纶编织玻璃丝束心绳绑线、绝缘端箍、金属或非磁性端箍以及拉紧螺杆、绝缘支撑板、支架等组成端部绕组线圈绑扎紧固体,以承受脉动力。同时端部绕组线圈的鼻端鼻子与鼻子之间间隙采用环氧树脂胶泥或涤纶黏填充塞满,并用涤纶玻璃丝带绕包而固化或浸渍绝缘处理成为坚实的鼻端环。这是现代高压、大功率电动机绝缘结构一体化的重要技术措施,也是防爆增安型电动机绕组线圈端部消除振动力的危害新型绝缘结构。

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电动机端部也是电动机散热的重要部分,端部结构设计除了能牢固可靠而稳定地承受端部振动力外,还必须保证具有良好而畅通的径向散热风路。我们对目前现代高压、大功率电动机绕组端部,设计采用合成环氧树脂浇注成一个坚实的实体工艺设计方案,尚缺乏深入的研究,尤其是对电动机绕组线圈端部振动力的测定技术的开发,研究以掌握它的振动特性并加以总结研究分析就更缺乏经验。

 
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