大型發電機線圈制造改進工藝研究

田穎 劉蓮蓮

摘要：針對傳統的線圈制造工藝無法滿足當前大型發電機工作要求的問題，對電機線圈的制造工藝進行了改進。指出了制造工藝中的關鍵問題，提出了工藝改進應著重考慮的工藝參數，并重點介紹了線圈結構材料的選擇、繞線工藝與設備，以及絕緣工藝的改進。

關鍵詞：大型發電機;線圈;工藝;絕緣;繞線

引言

線圈作為發電機的核心部件之一，其制造質量的優劣直接決定了發電機的工作狀態及使用壽命。隨著電力工業的發展，線圈的工作穩定性成為影響電機可靠性的關鍵因素。另一方面，線圈的運行狀態很大程度上取決于線圈的制造質量，改進線圈的制造工藝，提高線圈產品質量，是保證線圈乃至整個發電機系統穩定工作的重要環節。近年來，我國大型電機線圈的使用曾多次出現匝間短路、焊接質量不穩定以及后線圈開匝等事故，其原因主要在于匝間絕緣被破壞、焊接不可靠、線圈壓型工藝粗糙等。針對以上問題，本文研究了大型發電機線圈制造工藝特點，提出了線圈制造關鍵環節的改進工藝，對于提高線圈生產質量，改善發電機系統工作穩定性具有重要的工程意義。

1.線圈制造工藝要求

1.1大型發電機線圈制造工藝特點

大型發電機的線圈的制造，首先要經過直線沖制通風孔、加工通風槽、砂光、加工直線接頭，以及直線匝間絕緣壓制及清理等工藝，其次應進行端部通風槽的加工、端部接頭加工、砂光等工序，最后進行直線和端部的組合焊接。其中沖孔工序是加工的關鍵環節，同時也是線圈制造工藝的難點。這是因為，當電機容量增大時，線圈導電面積也隨之增大，線規厚度隨之增加，由此沖孔工序的難度也隨之增大。除此之外，匝間絕緣壓制和定位及匝間絕緣通風孔的加工也是線圈制造工藝的難點問題之一。

1.2?大型發電機線圈制造工藝參數

隨著近年來大型發電機單機容量的不斷提升，電機的額定工作電壓也不斷增大，對發電機的線圈也提出了更高的標準，其中主要的工藝參數包括耐電壓強度、介質損耗、運行電暈、吸潮性、熱導率，以及抗震性能等。

2.線圈制造改進工藝

2.1?線圈結構材料的選擇

大型發電機線圈的組成材料較多，包括絕緣材料、防暈材料以及股線材料等。線圈的主絕緣層由多膠玻璃粉母帶構成，包括一層粉云母紙和二層無堿玻璃增強布，并將桐改性環氧樹脂作為粘合劑使用。為了提高絕緣性能，需提高絕緣體系的云母含量，這就要求使用高性能、高透氣性的云母紙，并且選用具有較為穩定性能的環氧樹脂和無堿玻璃布，這在一定程度上保證了線圈的質量。防暈材料的選用時需保證電阻具有穩定的半導體低阻帶和高阻帶，合理的防電暈結構能夠提高線圈的起始電暈電壓，保證在線圈運行時不會產生電暈。股線絕緣是繞組線主要采用的結構材料，這種材料可以減小絕緣厚度，提升電機槽滿率，進而提升電機技術指標。

2.2?繞線工藝及設備改進

國內外線圈繞線工藝包括疊繞、波形繞、分布波形繞三種，其中分布波形繞是目前國內外最為先進的繞線方法。在國內，采用最多的是疊繞工藝，但其僅適用于人工嵌線且槽滿率不高的情況，更多用于功率較小的電機。波形繞在機械嵌線、槽滿率上優于疊線工藝，且比疊線繞成本低。分布波形繞不僅適用于機械繞線，且槽滿率能夠達到84%，因為無效邊和線端面距離小，因此更加省錢。

分布波形繞工藝具有線圈正反雙向繞制、線圈的分布具有相位角，以及線圈始、終端定向等特征，需經過設備與模具單工序來實現。國內外的線圈繞線機普遍采用電機驅動繞線，對于水輪發電機等大型電機的線圈，對于繞線機的要求更高。根據分布波形繞的工藝特點，繞線機應將交流伺服調速式作為驅動，從而實現準確的繞線、排線及分度等功能。

2.3?線圈絕緣改進工藝

研究表明，大型發電機線圈的絕緣性能與主絕緣壓型工藝密切相關，因此，在選用合適的絕緣材料的基礎上，線圈絕緣質量的提高關鍵在于壓型工藝的改進。

2.3.1多膠模壓新工藝

當前傳統的多膠模壓工藝已經不能夠滿足大型電機高電壓與高工作場強線圈的制造需求，然而仍然具有許多工藝優勢，因此需在保留原有優勢的基礎上，對多膠模壓工藝進行改進。首先，為了調整云母帶的膠化時間，必須進行主絕緣的預烘處理，且在預烘處理后24小時以內必須進行模壓，以防云母帶膠化時間變化和線圈的吸潮。在線圈的烘爐外加熱固化方面，傳統的工頻大電流通電加熱方法很難保證線圈各點溫度的的均勻，進而引起絕緣發空，影響介電性能，因此應采用專門設計的電烘焙外加熱手動絕緣壓模。

2.3.2少膠VPI工藝

少膠VPI絕緣工藝要經過導線的制造、主絕緣的包扎、預烘、VPI浸漬、加熱絕緣固化以及防暈處理等工序，最終還需進行絕緣性能的試驗。其中主絕緣的包扎是決定線圈絕緣性能的關鍵因素之一。由于場強的增大，對于少膠體系線圈，其主絕緣厚度在同電壓等級情況下較多膠體系薄，相應的云母帶包扎厚度也應隨之減小。在VPI浸漬工序中，加壓是保證樹脂充分浸入線圈云母帶層之間的最重要過程，浸漬后不應立即取出，而應晾曬30分鐘左右，避免浪費。在后期的絕緣固化工序中，對于線圈的直線部分，應使用精加工的模具型腔以確保線圈截面尺寸的精確，對于線圈的引線部位，應合理設定定位裝置，保證引線相對于直線的空間尺寸，對于線圈的端部，采用銅環引線處理方法，包夾板熱收縮帶固化。

3.結論

由于工作場強的提高，傳統的大型發電機線圈制造工藝已經不能夠滿足加工要求，而必須通過工藝的改進，提高線圈質量。線圈制造工藝的改進應能進一步提高耐電壓強度、介質損耗、運行電暈等關鍵參數。線圈加工工藝中，線圈結構材料的選擇是前提，在此基礎上，應著重對繞線工藝及設備、線圈的絕緣工藝進行改進。

參考文獻：

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