论文部分内容阅读
摘 要：本文阐述了发电机线圈制造工艺特点，提出了工艺改进应着重考虑的工艺参数，并重点介绍了线圈结构材料的选择、绕线工艺与设备，以及绝缘工艺的改进。
关键词：大型发电机；线圈；工艺；绝缘；绕线
引言
线圈作为发电机的核心部件之一，其制造质量的优劣直接决定了发电机的工作状态及使用寿命。随着电力工业的发展，线圈的工作稳定性成为影响电机可靠性的关键因素。另一方面，线圈的运行状态很大程度上取决于线圈的制造质量，改进线圈的制造工艺，提高线圈产品质量，是保证线圈乃至整个发电机系统稳定工作的重要环节。近年来，我国大型电机线圈的使用曾多次出现匝间短路、焊接质量不稳定以及后线圈开匝等事故，其原因主要在于匝间绝缘被破坏、焊接不可靠、线圈压型工艺粗糙等。针对以上问题，本文研究了大型发电机线圈制造工艺特点，提出了线圈制造关键环节的改进工艺，对于提高线圈生产质量，改善发电机系统工作稳定性具有重要的工程意义。
1.线圈制造工艺要求
1.1大型发电机线圈制造工艺特点
大型发电机的线圈的制造，首先要经过直线冲制通风孔、加工通风槽、砂光、加工直线接头，以及直线匝间绝缘压制及清理等工艺，其次应进行端部通风槽的加工、端部接头加工、砂光等工序，最后进行直线和端部的组合焊接。其中冲孔工序是加工的关键环节，同时也是线圈制造工艺的难点。这是因为，当电机容量增大时，线圈导电面积也随之增大，线规厚度随之增加，由此冲孔工序的难度也随之增大。除此之外，匝间绝缘压制和定位及匝间绝缘通风孔的加工也是线圈制造工艺的难点问题之一。
1.2 大型发电机线圈制造工艺参数
随着近年来大型发电机单机容量的不断提升，电机的额定工作电压也不断增大，对发电机的线圈也提出了更高的标准，其中主要的工艺参数包括耐电压强度、介质损耗、运行电晕、吸潮性、热导率，以及抗震性能等。
2.线圈制造改进工艺
2.1 线圈结构材料的选择
在对线圈的生产工艺进行改造时，首先应该对其结构材料进行进一步的优化选择，由于可选择性的材料过多，所以往往令工作人员产生了困惑，但是不同材料所具有的效果必然是不同的。线圈材料的组成主要包括以下几方面，例如绝缘材料、股线材料以及防晕材料等，对于绝缘材料选择，主要是以多胶玻璃粉母带为主，将其作为主绝缘层的材料进行生产，其中又包含了两层，一层是粉云母纸，另外一层为无碱玻璃增强布，选择桐改性环氧树脂，将其作为粘合剂进行使用，这样能将线圈的绝缘性能得到进一步提升。为了达到大型发电机生产的需要，还应该选用云母纸这一材料，因为云母纸具有高透气性以及高性能的特点。对于线圈的质量具有进一步的保障。
对于防晕材料的选择，首要前提是具有一定的稳定性，因此半导体低阻带以及高阻带是首选对象，防晕材料的主要作用在于可以将起始电晕电压得到进一步的提升，这样就可以防止线圈在运行过程中出现电晕的现象。此外，对于股线绝缘材料的选择也是相当重要的，这一材料为绕组线的重要组成部分，能够将绝缘的厚度得到进一步的降低，同时可以促进电机槽满率的提升，为电机的技术指标带来极大的帮助。
2.2 绕线工艺及设备改进
国内外线圈绕线工艺包括叠绕、波形绕、分布波形绕三种，其中分布波形绕是目前国内外最为先进的绕线方法。在国内，采用最多的是叠绕工艺，但其仅适用于人工嵌线且槽满率不高的情况，更多用于功率较小的电机。波形绕在机械嵌线、槽满率上优于叠线工艺，且比叠线绕成本低。分布波形绕不仅适用于机械绕线，且槽满率能够达到84%，因为无效边和线端面距离小，因此更加省钱。
分布波形绕工艺具有线圈正反双向绕制、线圈的分布具有相位角，以及线圈始、终端定向等特征，需经过设备与模具单工序来实现。国内外的线圈绕线机普遍采用电机驱动绕线，对于水轮发电机等大型电机的线圈，对于绕线机的要求更高。根據分布波形绕的工艺特点，绕线机应将交流伺服调速式作为驱动，从而实现准确的绕线、排线及分度等功能。
2.3 线圈绝缘改进工艺
研究表明，大型发电机线圈的绝缘性能与主绝缘压型工艺密切相关，因此，在选用合适的绝缘材料的基础上，线圈绝缘质量的提高关键在于压型工艺的改进。
2.3.1多胶模压新工艺
当前传统的多胶模压工艺已经不能够满足大型电机高电压与高工作场强线圈的制造需求，然而仍然具有许多工艺优势，因此需在保留原有优势的基础上，对多胶模压工艺进行改进。首先，为了调整云母带的胶化时间，必须进行主绝缘的预烘处理，且在预烘处理后24小时以内必须进行模压，以防云母带胶化时间变化和线圈的吸潮。在线圈的烘炉外加热固化方面，传统的工频大电流通电加热方法很难保证线圈各点温度的的均匀，进而引起绝缘发空，影响介电性能，因此应采用专门设计的电烘焙外加热手动绝缘压模。
2.3.2少胶VPI工艺
少胶VPI绝缘工艺要经过导线的制造、主绝缘的包扎、预烘、VPI浸渍、加热绝缘固化以及防晕处理等工序，最终还需进行绝缘性能的试验。其中主绝缘的包扎是决定线圈绝缘性能的关键因素之一。由于场强的增大，对于少胶体系线圈，其主绝缘厚度在同电压等级情况下较多胶体系薄，相应的云母带包扎厚度也应随之减小。在VPI浸渍工序中，加压是保证树脂充分浸入线圈云母带层之间的最重要过程，浸渍后不应立即取出，而应晾晒30分钟左右，避免浪费。在后期的绝缘固化工序中，对于线圈的直线部分，应使用精加工的模具型腔以确保线圈截面尺寸的精确，对于线圈的引线部位，应合理设定定位装置，保证引线相对于直线的空间尺寸，对于线圈的端部，采用铜环引线处理方法，包夹板热收缩带固化。
3.结论
由于工作场强的提高，传统的大型发电机线圈制造工艺已经不能够满足加工要求，而必须通过工艺的改进，提高线圈质量。线圈制造工艺的改进应能进一步提高耐电压强度、介质损耗、运行电晕等关键参数。线圈加工工艺中，线圈结构材料的选择是前提，在此基础上，应着重对绕线工艺及设备、线圈的绝缘工艺进行改进。
参考文献：
[1]董海涛，刘洪伟，颜娥.大型空冷汽轮发电机转子线圈制造工艺研究[J].大电机技术，2006，（3）：15～16.
[2]祖连惠.大型水轮发电机定子线圈制造技术[J].电工技术杂志，1997，（1）：18～19.
关键词：大型发电机；线圈；工艺；绝缘；绕线
引言
线圈作为发电机的核心部件之一，其制造质量的优劣直接决定了发电机的工作状态及使用寿命。随着电力工业的发展，线圈的工作稳定性成为影响电机可靠性的关键因素。另一方面，线圈的运行状态很大程度上取决于线圈的制造质量，改进线圈的制造工艺，提高线圈产品质量，是保证线圈乃至整个发电机系统稳定工作的重要环节。近年来，我国大型电机线圈的使用曾多次出现匝间短路、焊接质量不稳定以及后线圈开匝等事故，其原因主要在于匝间绝缘被破坏、焊接不可靠、线圈压型工艺粗糙等。针对以上问题，本文研究了大型发电机线圈制造工艺特点，提出了线圈制造关键环节的改进工艺，对于提高线圈生产质量，改善发电机系统工作稳定性具有重要的工程意义。
1.线圈制造工艺要求
1.1大型发电机线圈制造工艺特点
大型发电机的线圈的制造，首先要经过直线冲制通风孔、加工通风槽、砂光、加工直线接头，以及直线匝间绝缘压制及清理等工艺，其次应进行端部通风槽的加工、端部接头加工、砂光等工序，最后进行直线和端部的组合焊接。其中冲孔工序是加工的关键环节，同时也是线圈制造工艺的难点。这是因为，当电机容量增大时，线圈导电面积也随之增大，线规厚度随之增加，由此冲孔工序的难度也随之增大。除此之外，匝间绝缘压制和定位及匝间绝缘通风孔的加工也是线圈制造工艺的难点问题之一。
1.2 大型发电机线圈制造工艺参数
随着近年来大型发电机单机容量的不断提升，电机的额定工作电压也不断增大，对发电机的线圈也提出了更高的标准，其中主要的工艺参数包括耐电压强度、介质损耗、运行电晕、吸潮性、热导率，以及抗震性能等。
2.线圈制造改进工艺
2.1 线圈结构材料的选择
在对线圈的生产工艺进行改造时，首先应该对其结构材料进行进一步的优化选择，由于可选择性的材料过多，所以往往令工作人员产生了困惑，但是不同材料所具有的效果必然是不同的。线圈材料的组成主要包括以下几方面，例如绝缘材料、股线材料以及防晕材料等，对于绝缘材料选择，主要是以多胶玻璃粉母带为主，将其作为主绝缘层的材料进行生产，其中又包含了两层，一层是粉云母纸，另外一层为无碱玻璃增强布，选择桐改性环氧树脂，将其作为粘合剂进行使用，这样能将线圈的绝缘性能得到进一步提升。为了达到大型发电机生产的需要，还应该选用云母纸这一材料，因为云母纸具有高透气性以及高性能的特点。对于线圈的质量具有进一步的保障。
对于防晕材料的选择，首要前提是具有一定的稳定性，因此半导体低阻带以及高阻带是首选对象，防晕材料的主要作用在于可以将起始电晕电压得到进一步的提升，这样就可以防止线圈在运行过程中出现电晕的现象。此外，对于股线绝缘材料的选择也是相当重要的，这一材料为绕组线的重要组成部分，能够将绝缘的厚度得到进一步的降低，同时可以促进电机槽满率的提升，为电机的技术指标带来极大的帮助。
2.2 绕线工艺及设备改进
国内外线圈绕线工艺包括叠绕、波形绕、分布波形绕三种，其中分布波形绕是目前国内外最为先进的绕线方法。在国内，采用最多的是叠绕工艺，但其仅适用于人工嵌线且槽满率不高的情况，更多用于功率较小的电机。波形绕在机械嵌线、槽满率上优于叠线工艺，且比叠线绕成本低。分布波形绕不仅适用于机械绕线，且槽满率能够达到84%，因为无效边和线端面距离小，因此更加省钱。
分布波形绕工艺具有线圈正反双向绕制、线圈的分布具有相位角，以及线圈始、终端定向等特征，需经过设备与模具单工序来实现。国内外的线圈绕线机普遍采用电机驱动绕线，对于水轮发电机等大型电机的线圈，对于绕线机的要求更高。根據分布波形绕的工艺特点，绕线机应将交流伺服调速式作为驱动，从而实现准确的绕线、排线及分度等功能。
2.3 线圈绝缘改进工艺
研究表明，大型发电机线圈的绝缘性能与主绝缘压型工艺密切相关，因此，在选用合适的绝缘材料的基础上，线圈绝缘质量的提高关键在于压型工艺的改进。
2.3.1多胶模压新工艺
当前传统的多胶模压工艺已经不能够满足大型电机高电压与高工作场强线圈的制造需求，然而仍然具有许多工艺优势，因此需在保留原有优势的基础上，对多胶模压工艺进行改进。首先，为了调整云母带的胶化时间，必须进行主绝缘的预烘处理，且在预烘处理后24小时以内必须进行模压，以防云母带胶化时间变化和线圈的吸潮。在线圈的烘炉外加热固化方面，传统的工频大电流通电加热方法很难保证线圈各点温度的的均匀，进而引起绝缘发空，影响介电性能，因此应采用专门设计的电烘焙外加热手动绝缘压模。
2.3.2少胶VPI工艺
少胶VPI绝缘工艺要经过导线的制造、主绝缘的包扎、预烘、VPI浸渍、加热绝缘固化以及防晕处理等工序，最终还需进行绝缘性能的试验。其中主绝缘的包扎是决定线圈绝缘性能的关键因素之一。由于场强的增大，对于少胶体系线圈，其主绝缘厚度在同电压等级情况下较多胶体系薄，相应的云母带包扎厚度也应随之减小。在VPI浸渍工序中，加压是保证树脂充分浸入线圈云母带层之间的最重要过程，浸渍后不应立即取出，而应晾晒30分钟左右，避免浪费。在后期的绝缘固化工序中，对于线圈的直线部分，应使用精加工的模具型腔以确保线圈截面尺寸的精确，对于线圈的引线部位，应合理设定定位装置，保证引线相对于直线的空间尺寸，对于线圈的端部，采用铜环引线处理方法，包夹板热收缩带固化。
3.结论
由于工作场强的提高，传统的大型发电机线圈制造工艺已经不能够满足加工要求，而必须通过工艺的改进，提高线圈质量。线圈制造工艺的改进应能进一步提高耐电压强度、介质损耗、运行电晕等关键参数。线圈加工工艺中，线圈结构材料的选择是前提，在此基础上，应着重对绕线工艺及设备、线圈的绝缘工艺进行改进。
参考文献：
[1]董海涛，刘洪伟，颜娥.大型空冷汽轮发电机转子线圈制造工艺研究[J].大电机技术，2006，（3）：15～16.
[2]祖连惠.大型水轮发电机定子线圈制造技术[J].电工技术杂志，1997，（1）：18～19.