CN104103350A

CN104103350A - 电磁线、电磁线圈和具有该电磁线圈的变频电动机

Info

Publication number: CN104103350A
Application number: CN201410374605.7A
Authority: CN
Inventors: 卢明辉; 马义健; 黎爱军
Original assignee: Pangang Group Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明公开了一种电磁线、电磁线圈和具有该电磁线圈的变频电动机。所述电磁线包括：导线；第一绝缘层，由双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜形成；第二绝缘层，由单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带形成；以及第三绝缘层，由双层玻璃丝形成。第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层按照从里到外的顺序依次绕包并固定在导线上。根据本发明的示例性实施例的电磁线不但具有优异的耐电晕性和绝缘性，还具有良好的机械强度和耐热性。

Description

电磁线、电磁线圈和具有该电磁线圈的变频电动机

技术领域

本发明涉及高压变频电动机制造和维修领域，尤其涉及一种电磁线、电磁线圈和具有该电磁线圈的变频电动机。

背景技术

电磁线是构成电动机线圈绕组的关键材料之一，电磁线主要分为绕包线和漆包线两种，区别在于绝缘工艺的差异。漆包线是指在导体的外面包覆绝缘漆，使绕制成线圈后的相邻匝间绝缘，漆包线具有绝缘层薄、表面光滑和易于排线等的特点，常见于小型电动机。但针对高压变频电动机而言，由于工作电压很高，对其绝缘结构的要求标准也必须相应提高，仅薄薄几层绝缘漆显然并不能够确保它的绝缘性，因此，常见的高压变频电动机的电磁线多为多层绝缘结构的绕包线。

脉宽调制(PWM)变频电源是变频调速电动机应用最广的一种电源，与正弦交流电压不同，其输出电压的电流示意波形相当于重复的开关状态，这种状态对交流电动机的绝缘寿命产生很大的影响。近几年来，国内外出现了大批变频电动机的绝缘结构被过早破坏的情况，其主要的原因是由匝间局部放电引起的匝间短路造成的。变频电动机匝间绝缘产生局部放电，又称作电晕现象，发生电晕现象需要两个条件：第一，绕组的相邻匝间的电压超过起晕电压；第二，相邻匝间存在气隙或气泡。

在电动机的生产过程中，尽管很多电动机制造厂家采用了例如真空压力浸漆的较先进的浸漆工艺，但仍然不能完全避免在电磁线的绝缘结构的交界处产生气泡和气隙。因为在交流电场中，电场强度与介电常数成反比，气体的介电常数很小，所以气泡中的电场强度要比周围介质中高很多，而气体击穿场强一般比液体或固体低很多，因此很容易在气泡中出现放电。长期重复性的局部放电作用，必然加速绝缘结构的老化，最终损坏电动机，并且脉冲频率越高，幅值越大，电动机绝缘结构的寿命就越短。

当采用PWM变频电源供电时，变频电动机的绝缘处于循环交变应力作用下，如果电动机使用的电磁线不采取特殊的设计、工艺和考核标准，则电动机的绝缘将快速老化，导致电动机的寿命成几何级数缩短。另外，需要指出的是变频电动机的驱动电源中含有高次谐波分量，***中的电压、电流变化率大(即dv/dt、dI/dt高)，这种情况除了威胁电动机的匝间绝缘外，还将影响电动机的发热并诱发噪声、振动和过高的轴电压，而过高的轴电压又会使轴承的对地绝缘受到威胁或损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁线、电磁线圈和具有该电磁线圈的变频电动机，以解决高压变频电动机的绝缘结构过早被破坏的问题。

本发明的一方面提供一种电磁线，所述电磁线包括：导线；第一绝缘层，由双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜形成；第二绝缘层，由单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带形成；以及第三绝缘层，由双层玻璃丝形成，其中，第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层按照从里到外的顺序依次绕包并固定在导线上。

根据本发明的示例性实施例，导线可以为铜扁线。

根据本发明的示例性实施例，第一绝缘层的股间绝缘结构的双面厚度可以为0.30mm。

根据本发明的示例性实施例，所述聚酰亚胺-氟46复合薄膜的厚度可以为0.0375mm。

根据本发明的示例性实施例，第二绝缘层的股间绝缘结构的双面厚度可以为0.36mm。

根据本发明的示例性实施例，所述单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带的厚度可以为0.09mm。

根据本发明的示例性实施例，第三绝缘层的股间绝缘结构的双面厚度可以为1.6mm。

根据本发明的示例性实施例，玻璃丝的厚度可以为0.2mm。

本发明的另一方面提供一种电磁线圈，所述电磁线圈利用根据本发明的示例性实施例的电磁线制成，通过聚酰亚胺环氧浸渍漆对所述电磁线圈进行匝间胶化处理，并通过粉云母带对所述电磁线圈进行对地绝缘处理。

本发明的又一方面提供一种变频电动机，所述变频电动机具有根据本发明的示例性实施例的电磁线圈。

附图说明

通过结合附图对本发明的示例性实施例的描述，本发明的上述和/或其他特征和方面将变得清楚和易于理解，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的电磁线的剖面的示意图。

图2是根据本发明的示例性实施例的电磁线的股间绝缘结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，在此阐述的示例性实施例仅是说明性的，不应被理解为用来限制本发明。在下文中除非另有说明，否则相同的附图标记始终指示相同的元件。

图1是根据本发明的示例性实施例的电磁线的剖面的示意图。如图1所示，电磁线可以包括导线10、第一绝缘层20、第二绝缘层30和第三绝缘层40。在本示例性实施例中，导线10可以是铜扁线，然而，本发明不限于此，导线还可以是任何具有导电性能的金属线。

图1中的A和B是电磁线的厚度和宽度，其标称尺寸和公差范围可以为A：2.85mm～2.89mm、B：6.41mm～6.45mm。导线10的裸线规格可以是5.67mm×2.02mm。导线10的尺寸偏差、圆角半径和截面积应符合GB6108.3的规定。另外，在导线10为铜扁线的情况下，导线10还应符合GB5584.2中TBR型铜扁线的要求，其表面应是光洁的，不应有毛刺、擦伤、铜粉、氧化层及油污等，以避免对第一绝缘层20造成损伤。

在本示例性实施例中，第一绝缘层20可以由两层结构的聚酰亚胺-氟46复合薄膜形成。具体地讲，首先在导线10的表面上绕包第一层聚酰亚胺-氟46复合薄膜21，其次在第一层聚酰亚胺-氟46复合薄膜21上绕包第二层聚酰亚胺-氟46复合薄膜22，然后通过烧结工艺使双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜与导线10彼此固定。需要注意控制烧结质量，保证形成的第一绝缘层20质量可靠，性能优良。利用双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜形成的第一绝缘层20具有电性能良好，绝缘层均匀，不偏心，无针孔，厚度薄等优点，对降低绝缘厚度，提高电机输出能力有着重要意义。

图2是根据本发明的示例性实施例的电磁线的股间绝缘结构的示意图。如图2所示，在本示例性实施例中，聚酰亚胺-氟46复合薄膜的单层厚度为0.0375mm，第一绝缘层的厚度为a。由于在将双层的聚酰亚胺-氟46复合薄膜绕包到导线10上并完成烧结之后，得到的单股电磁线的第一绝缘层20的双面厚度2a可以为0.15mm，因此相邻两股电磁线的第一绝缘层20的股间绝缘结构的双面厚度4a可以为0.30mm。

另外，根据本发明的示例性实施例，耐电晕双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜的温度指数可以为220，在交流频率50Hz、电压20KV/mm、温度23℃的条件下，其耐电晕寿命可以超过100000小时(相当于11.5年)，其起晕电压与普通的亚胺薄膜相比可以提高两倍以上。

返回参照图1，在本示例性实施例中，第二绝缘层30可以由单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带形成。具体地讲，将单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带绕包在第一绝缘层20上，绕包方向可以与第一绝缘层20相同，也可以相反。然后利用粘结漆，通过粘结工艺使单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带与聚酰亚胺-氟46复合薄膜紧密贴合，无气泡或气隙。所使用的粘结漆和粘结工艺不会影响和破坏单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带与耐电晕双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜各自的性能指标。得到的耐电晕双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜绕包烧结线的第一绝缘层20表面光滑，没有起皱或翘起等缺陷。

云母具有优良的绝缘性和导热性，将云母制成云母带绕包在电磁线上不但可以增强匝间绝缘，还可以使电动机在工作时产生的热量通过云母带的导热性而快速散发出去。云母带通常按含胶量分类，低于大约9％的云母带为少胶云母带，胶含量介于大约9％～22％的云母带为中胶云母带，胶含量大于大约32％的云母带为多胶云母带。少胶云母带的优点是绝缘性和导热性好，但是云母是硬而脆的物质，胶含量少的云母带难免柔韧性欠佳。示例性实施例利用聚酰亚胺薄膜对少胶云母带进行单面补强，既优化了云母带的绝缘性和导热性，又提高了云母带的韧性和强度，使其足以在高压变频电动机工作时产生的振动中不会轻易碎裂，避免匝间短路的发生。

再次参照图2，在本示例性实施例中，单面聚酰亚胺薄膜补强云母带的单层厚度为0.09mm，第二绝缘层的厚度为b。由于在将单层的单面聚酰亚胺薄膜补强云母带绕包到第一绝缘层20上并完成粘结之后，得到的单股电磁线的第二绝缘层30的双面厚度2b可以为0.18mm，因此相邻两股电磁线的第二绝缘层30的股间绝缘结构的双面厚度4b可以为0.36mm。

返回参照图1，在本示例性实施例中，第三绝缘层40可以由双层玻璃丝形成。玻璃丝有两个特点，耐热性良好并且易于挂漆。本示例性实例首先在第二绝缘层30上绕包第一层玻璃丝41，其次在第一层玻璃丝41上绕包第二层玻璃丝42，两者的绕包方向既可以相同也可以不同，然后再利用玻璃丝粘结漆，通过粘结工艺使两层玻璃丝固定在第二绝缘层30上。所使用的玻璃丝粘结漆和粘结工艺不影响和破坏云母带的性能指标，得到的混包电磁线的第三绝缘层40的表面平滑、连续，没有裂纹或断丝等物理损坏和杂质。由于高压变频电动机在工作时会发热，因此电磁线圈常处于高温状态，本示例性实施例的双层玻璃丝41和42因其具有优良的耐热性，能承受高温并且保持股间绝缘和匝间绝缘。

再次参照图2，在本示例性实施例中，玻璃丝的单层厚度为0.2mm，第三绝缘层的厚度为c。由于在将双层的玻璃丝绕包到第二绝缘层30上并完成粘结之后，得到的单股电磁线的第三绝缘层40的厚度2c可以为0.8mm，因此相邻两股电磁线的第三绝缘层40的股间绝缘结构的双面厚度4c可以为1.6mm。

此外，可以将根据本发明的示例性实施例的电磁线制成电磁线圈，利用粉云母带包扎线圈进行对地绝缘处理，包扎好后进行嵌线装配。在完成线圈的嵌线装配后，再利用聚酰亚胺环氧浸渍漆对绕组进行匝间胶化处理，使绕组的各线圈的匝间彼此紧密固定。根据本发明的示例性实施例的电磁线可以满足变频电源的要求，各绝缘层的材料和绝缘漆与制作电磁线圈所使用的材料具有相容性。

此外，还可以将根据本发明的示例性实施例的电磁线圈应用在工作电压为10KV，功率为2800KW的变频电动机上，由于该变频电动机为高压变频电动机，根据本发明的示例性实施例的电磁线和电磁线圈因为其优异的绝缘结构而可以满足高压变频电动机对绝缘的要求。

下面，将描述根据本发明的示例性实施例的高压变频电动机的电磁线的电气性能和力学性能。

(1)直流电阻

在20℃时，单位长度的直流电阻满足：

R₂₀＝ρ₂₀/S_min

S_min：导体最小面积，a，b按最小尺寸和r的最大值计算；

S_min＝a_min×b_min-0.8584r² _max

ρ₂₀：20℃时导体的电阻率，单位Ω·mm²/m。

(2)电阻率

在20℃时，导体的电阻率满足ρ₂₀≤1/58Ω·mm²/m。

(3)击穿电压

试验方法按GB/T4074.5-2008进行，升压速率0.5KV/s，测试五个试样的最小击穿电压不低于18KV。

(4)温度指数

耐电晕双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜的温度指数为220。

其余绝缘漆的温度指数为180。

(5)附着性

切割拉伸15％后，所有绝缘层失去附着性的长度均不超过1b。

(6)伸长率

导体的伸长率不低于32％。

(7)回弹角

电磁线的最大回弹角不大于5°。

综上所述，根据本发明的示例性实施例的电磁线采用三种不同绝缘材料混合绕包形成绝缘结构，提高了电磁线的机械强度，能够满足高压变频电动机的电气强度要求，降低了成本。将根据本发明的示例性实施例的电磁线制成的电磁线圈设置在10KV、2800KW的高压变频电动机中，耐电晕性和绝缘性优异，在我国攀西地区经受夏季炎热的考验仍然运行状况良好。

虽然已经如上示出和描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员将清楚的是，本发明不限于所公开的实施例，本发明的保护范围应以权利要求及其等同物所界定的范围为准。

Claims

1.一种电磁线，其包括：

导线；

第一绝缘层，由双层聚酰亚胺-氟46复合薄膜形成；

第二绝缘层，由单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带形成；以及

第三绝缘层，由双层玻璃丝形成，

其中，第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层按照从里到外的顺序依次绕包并固定在导线上。

2.根据权利要求1所述的电磁线，其中，导线为铜扁线。

3.根据权利要求1所述的电磁线，其中，第一绝缘层的股间绝缘结构的双面厚度为0.30mm。

4.根据权利要求3所述的电磁线，其中，聚酰亚胺-氟46复合薄膜的厚度为0.0375mm。

5.根据权利要求1所述的电磁线，其中，第二绝缘层的股间绝缘结构的双面厚度为0.36mm。

6.根据权利要求5所述的电磁线，其中，单面聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带的厚度为0.09mm。

7.根据权利要求1所述的电磁线，其中，第三绝缘层的股间绝缘结构的双面厚度为1.6mm。

8.根据权利要求7所述的电磁线，其中，玻璃丝的厚度为0.2mm。

9.一种电磁线圈，其特征在于所述电磁线圈利用根据权利要求1所述的电磁线制成，通过聚酰亚胺环氧浸渍漆对电磁线圈进行匝间胶化处理，并通过粉云母带对电磁线圈进行对地绝缘处理。

10.一种变频电动机，其特征在于所述变频电动机具有根据权利要求9所述的电磁线圈。