關于對風力發電機模卡定子排出物的研究

王晶 吉永紅 劉冠芳

摘 要 電機模卡實驗的評估是新材料及新工藝使用前評估的重要參考，本文針對模卡中出現絕緣電阻低、銹斑及膠狀流出物的現象進行詳細分析，通過FT-IR光譜分析儀對排出物質成分進行定性分析，靶向鎖定引起問題的材料為NMN中聚氨酯膠黏劑。再將F級聚氨酯膠黏劑分別進行熱氧化降解、熱降解等模擬生產制造浸漆及浸水過程對材料的影響，進一步探索問題產生的原因，從而達到評估絕緣結構的目的。

關鍵詞 聚氨酯膠黏劑;熱降解分析;評估絕緣結構

1 概述

公司自2008年生產直驅風力發電機以來共向客戶交付17000余臺直驅風力發電機，故障率不足萬分之三，以高可靠性和低故障率獲得客戶的認可。嚴苛的基礎驗證技術保障了產品高的可靠性，其中模卡驗證技術作為新材料、新技術或新工藝批量使用前的必要驗證過程，在公司內部廣泛應用[1]。

本文針對模卡性能驗證過程中出現繞組絕緣電阻低，鐵心槽生銹、膠狀物的問題進行詳細分析，確認問題材料出現的原因，以預防電機可能出現的質量問題。

2 排出物質成分分析

2.1 紅外分析

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將流出物、浸漬漆、環氧E51紅外對比圖上可以看出，流膠物與浸漬漆圖譜峰較為相似，區別在于出現了流出物在3330cm-1處峰歸屬于N-H伸縮振動峰，727cm-1處峰歸屬于N-H面外彎曲振動。同時對比環氧樹脂E51中909、827cm-1歸屬于環氧非對稱伸縮振動峰相比浸漬漆明顯降低。

因此電機流出物質主體成分與浸漬漆相似，區別在于受聚氨酯降解的影響環氧含量降低，出現了氨基特征峰。

2.2 降解原理分析

聚氨酯膠黏劑是由異氰酸酯、聚酯多元醇及聚醚多元醇制備而成。對應基團熱降解初始熱分解溫度是：脲基甲酸酯100～120℃、縮二脲115～125℃、氨基甲酸酯140～160℃和脲160～200℃。而前兩者熱降解為可逆反應。脲基高溫下降解成異氰酸酯和胺。鑒于工藝烘焙條件為170℃烘焙主要為氨基甲酸酯降解為異氰酸酯和醇。若異氰酸酯不發生副反應，受溫度和時間影響則進一步降解生成伯（仲）胺和二氧化碳。

環氧樹脂與異氰酸酯體系固化反應包括3個基本反應，分析如下：

80℃時，異氰酸酯官能團反應生成三嗪環。則-NCO特征峰為2270cm-1消失，出現三嗪環1709cm-1特征峰。

140℃時，異氰酸酯官能團主要也是發生了三聚反應。紅外分析同上。

170～200℃時，異氰酸酯與環氧基團反應生成噁唑烷酮環化合物，對應紅外出現環氧峰降低、1700～1755cm-1噁唑烷酮的特征峰及胺特征峰。這與流膠紅外測試結果基本一致。

3 NMN膠失效結構分析

制作NMN膠失效后的絕緣結構，測試NMN膠失效經過96h濕熱試驗后的絕緣性能變化。

3.1 絕緣結構制作

原結構：電磁線+半疊包少膠云母帶+熱收縮帶+NMN

結構1：電磁線+半疊包少膠云母帶+熱收縮帶+NH+Nomex

結構2：電磁線+半疊包少膠云母帶+熱收縮帶+Nomex

3.2 絕緣結構試驗

進行96h濕熱試驗，溫度40℃，濕度95%。試驗后測試工頻介質損耗和擊穿電壓。

3.3 試驗結果

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4 結束語

電機模卡流出物質主體成分為浸漬漆和NMN中膠粘劑的降解物。產生的原因為實驗用NMN耐熱等級低在170℃烘焙時發生熱降解，產生耐高溫混合物，此混合物屬于低溫下具有流動性的絕緣材料即為模卡的黑色排出物。對于絕緣結構的評估來說，當槽絕緣分層時，其對干燥的線棒的介損影響較小，而對潮濕狀態的定子線棒介損影響很大。同時，濕熱試驗后線棒的擊穿電壓并沒有降低，說明受潮部位在槽絕緣不在線圈絕緣上。

參考文獻

[1] H.N.Galpern and G.H.Vogt， “A New Class F Armature Insulation System for Turbine-Generators，” in Proceedings of the 13th Electrical/Electronics Insulation Conference， IEEE Publication 77CH1273-2-EI， 1977：215-219. .