CN101917080B - 环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带及其制作的风力发电机转子线棒的制备方法 - Google Patents

环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带及其制作的风力发电机转子线棒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带及其制作的风力发电机转子线棒的制备方法，其特征在于所述环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带包括云母层，所述云母层的两面分别以胶粘剂粘合聚酰亚胺薄膜层和加强材料层；利用上述云母带制作的风力发电机转子线棒的制备方法为由环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带以一定的叠包率连续紧密的包绕在转子线棒铜导体周围，经真空压力浸渍工艺浸渍环氧酸酐型浸渍树脂后，经烘培固化而形成的绝缘层。本发明云母带，可以与环氧酸酐型浸渍树脂完美的配合，绝缘层具有优异的耐热性；风力发电机转子线棒可以大幅度提高风力发电机转子制造的工作效率，减少制造成本和缩短制造过程的时间，节约能源。

Description

环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带及其制作的风力发电机转子线棒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于风力发电机转子制造中的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带，以及应用此种材料制造的风力发电机转子线棒及其制造方法。
背景技术
风能作为一种清洁环保的新型能源，很早就受到世界各国的重视。我国的风力发电行业发展较晚，但发展速度十分迅速，从1986年建立第一个风电场起，2000年底的全国风电装机容量已经增加到344MW。在研究当中的新能源发展规划，根据资源情况、区域发展情况和基础设施情况等等，计划到2020年，我国风电装机容量超过1.5亿kW。而且根据目前的发展态势上一定会超过1.5亿kW。相应的，风力发电设备的制造业进入了迅速上升的快车道。风力发电机作为风力发电的核心装备之一，其制造工艺和方法相比于传统的低压电机、中型高压电机等，对电机绝缘提出了更高的要求。
风力发电机转子绝缘应具有高耐温等级(一般要达到F、H级)、耐电晕性、耐环境气候影响、耐变频电流和陡波电流冲击的特点，传统的高压电机并不能完全满足要求。而目前国内使用的用于风力发电机的转子绝缘大量采用普通的聚酯薄膜补强玻璃粉云母带绕包绝缘，少数厂家使用聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带绕包绝缘，虽然使用真空压力浸渍(VPI)技术烘培固化，进行绝缘处理，但绝缘强度普遍不高。究其原因，一方面是真空压力浸渍树脂的问题，另一方面是粉云母带的问题。
目前大多数使用的浸渍树脂均含有苯乙烯或其他沸点较低、挥发性大的成分。虽然含苯乙烯体系的浸渍树脂与少溶剂漆相比，在生产过程中，挥发量有所降低，并能参与固化反应，但是仍然具有以下缺点：1.苯乙烯等物质蒸气压低，毒性很大，在固化过程中大量挥发，造成环境污染，危害操作者的身体健康；2.此种体系的固化物，在电气性能上仅能达标，对于风力发电机绝缘来说，绝缘层相对较薄，所以安全系数较低；3.含苯乙烯类的活性稀释剂的浸渍树脂，在烘培固化后与云母带共同形成的绝缘层，热态机械强度普遍不高，耐环境气候影响能力相对较差，应用在风力发电机转子绝缘上可靠性差。所以，最近几年，用于风力发电机绝缘制造领域的不含苯乙烯类活性稀释剂的环氧酸酐型浸渍树脂，以其树脂固化物优异的绝缘性能、更好的热态机械强度、更清洁环保的特性，日益受到人们的重视，并开始逐渐使用。但相应的问题是，与环氧酸酐型浸渍树脂配合使用的云母带的配套性不好，主要是云母带中胶粘剂与浸渍树脂不配套，烘培固化后的绝缘固化物的机械、电气性能无法满足指标要求。
目前广泛应用于风力发电机转子绝缘制造的云母带一般为聚酯薄膜玻璃粉云母带，仅有少数应用聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带，但这种聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带，其聚酰亚胺薄膜的长期耐电晕性较差，导致风力发电机绝缘水平差，长期使用存在严重的安全隐患。另外，无论是聚酯薄膜玻璃粉云母带还是聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带，其胶粘剂与环氧酸酐型浸渍树脂并不能较好的配合使用，其固化物的电气性能，尤其是热态介质损耗很大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带及其制作的风力发电机转子线棒的制备方法，绝缘层具有优异的耐热性；风力发电机转子线棒的制造方法，具有更好的绝缘水平，保证风力发电机具有更高的安全系数和更长的使用寿命
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带，包括云母层、聚酰亚胺薄膜层和加强材料层，所述云母层的两面分别以胶粘剂粘合聚酰亚胺薄膜层和加强材料层；其中，聚酰亚胺薄膜层是30～50g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜，云母层是70～160g/m2的非煅烧型白粉云母纸，加强材料层是17～25g/m2的电工无碱玻璃布。
所述胶粘剂的含量为环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带总质量的1％～15％。胶粘剂是环氧树脂与固化促进剂混合组成的胶粘剂，其中环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、线型苯酚甲醛型环氧树脂、邻甲酚甲醛环氧树脂中的任意一种或几种的混合物；固化促进剂为环烷酸锌、辛酸锌、异辛酸锌、萘酸锌中的任意一种或几种的混合物。固化促进剂为环氧耐电晕玻璃聚酰亚胺薄膜粉云母带总质量的0.05％～4％。
另外，本发明还提供了一种应用所述环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带为原料制造的风力发电机转子线棒的制造方法，是通过以下的步骤实现的：
(1)将环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带以一定的叠包率连续紧密的包绕在转子线圈铜导体周围，绕包的云母带应保证聚酰亚胺薄膜层的一侧更靠近绕包的转子线圈铜导体，绕包层数视电机绝缘厚度而定；
(2)将包绕好的转子线圈装入转子线棒的相应的槽中固定和连接端线，形成风力发电机转子绕组；
(3)将接好线的转子绕组装入浸渍罐内，用环氧酸酐型浸渍树脂对风力发电机转子绕组进行真空压力浸渍，然后从浸渍罐中取出，放入烘炉中烘培固化，使转子线圈周围的环氧酸酐型浸渍树脂与环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带构成的绝缘层固化，形成具有绝缘效果的绝缘层，制作出成品风力发电机转子线棒。
本发明的有益效果为：
(1)使用本发明中所述的云母带制作的风力发电转子线棒，可以与环氧酸酐型浸渍树脂完美的配合，经过真空压力浸渍工艺处理、烘培固化后，形成的绝缘层具有优异的耐热性(达到F级以上)、耐电晕性、耐环境气候影响、耐变频电流和陡波电流冲击性能。
(2)使用本发明中所述的风力发电机转子线棒的制造方法，可以大幅度提高风力发电机转子制造的工作效率，减少制造成本和缩短制造过程的时间，节约能源。
(3)使用本发明中所述的云母带制造的风力发电机转子线棒，具有更好的绝缘水平，从而保证风力发电机具有更高的安全系数和更长的使用寿命。
附图说明
图1是环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带的结构示意图
图2是使用环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带制作的风力发电转子线棒结构图
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
如图1，是环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带的结构示意图，包括云母层2、聚酰亚胺薄膜层1和加强材料层3，云母层2的两面分别以胶粘剂粘合聚酰亚胺薄膜层1和加强材料层2。
如图2，使用环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带制作的风力发电转子线棒结构图，是通过以下的步骤制作的：
(1)将环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带4以一定的叠包率连续紧密的包绕在转子线圈铜导体6周围，绕包的云母带应保证聚酰亚胺薄膜层1的一侧更靠近绕包的转子线圈铜导体6，绕包层数视电机绝缘厚度而定；
(2)将包绕好的转子线圈装入转子线棒的相应的槽中固定和连接端线，形成风力发电机转子绕组；
(3)将接好线的转子绕组装入浸渍罐内，用环氧酸酐型浸渍树脂对风力发电机转子绕组进行真空压力浸渍，然后从浸渍罐中取出，放入烘炉中烘培固化，使转子线圈周围的环氧酸酐型浸渍树脂与环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带4构成的绝缘层固化，形成具有绝缘效果的绝缘层5。形成风力发电转子线棒。
以下结合实施例，来说明本发明的性能。
实施例1
环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带：取70g/m2的非煅烧型白粉云母纸，将30g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜和17g/m2的电工无碱玻璃布利用胶黏剂分别粘合在非煅烧型白粉云母纸的两面，制作成环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带100Kg；其中用到的胶黏剂为0.05Kg的环烷酸锌和0.95Kg的环氧树脂的混合物；环氧树脂为双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的混合物。
转子绕组：利用上述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带半叠包包绕三层于截面尺寸为5×25mm的模拟转子铜排之上，包绕的绝缘长度为800mm，制作成转子绕组。
风力发电转子线棒：将上述的转子绕组制作的转子线棒用环氧酸酐型浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成风力发电转子线棒。
实施例2
环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带：取160g/m2的非煅烧型白粉云母纸，将50g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜和25g/m2的电工无碱玻璃布利用胶黏剂分别粘合在非煅烧型白粉云母纸的两面，制作成环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带100Kg；其中用到的胶黏剂为4Kg的辛酸锌和异辛酸锌的混合物和11Kg的双酚S型环氧树脂。
转子绕组：利用上述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带半叠包包绕三层于截面尺寸为5×25mm的模拟转子铜排之上，包绕的绝缘长度为800mm，制作成转子绕组。
风力发电转子线棒：将上述的转子绕组制作的转子线棒用环氧酸酐型浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成风力发电转子线棒。
实施例3
环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带：取120g/m2的非煅烧型白粉云母纸，将40g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜和21g/m2的电工无碱玻璃布利用胶黏剂分别粘合在非煅烧型白粉云母纸的两面，制作成环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带100Kg；其中用到的胶黏剂为2Kg的环烷酸锌和萘酸锌的混合物和6Kg的双酚A型环氧树脂、线型苯酚甲醛型环氧树脂、邻甲酚甲醛环氧树脂混合物。
转子绕组：利用上述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带半叠包包绕三层于截面尺寸为5×25mm的模拟转子铜排之上，包绕的绝缘长度为800mm，制作成转子绕组。
风力发电转子线棒：将上述的转子绕组制作的转子线棒用环氧酸酐型浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成风力发电转子线棒。
实施例4
环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带：取90g/m2的非煅烧型白粉云母纸，将35g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜和18g/m2的电工无碱玻璃布利用胶黏剂分别粘合在非煅烧型白粉云母纸的两面，制作成环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带100Kg；其中用到的胶黏剂为3Kg的辛酸锌、异辛酸锌和萘酸锌的混合物和9Kg的双酚F型环氧树脂和邻甲酚甲醛环氧树脂混合物。
转子绕组：利用上述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带半叠包包绕三层于截面尺寸为5×25mm的模拟转子铜排之上，包绕的绝缘长度为800mm，制作成转子绕组。
风力发电转子线棒：将上述的转子绕组制作的转子线棒用环氧酸酐型浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成风力发电转子线棒。
实施例5
环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带：取140g/m2的非煅烧型白粉云母纸，将45g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜和23g/m2的电工无碱玻璃布利用胶黏剂分别粘合在非煅烧型白粉云母纸的两面，制作成环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带100Kg；其中用到的胶黏剂为0.1Kg的环烷酸锌和1.9Kg的双酚S型环氧树脂的混合物。
转子绕组：利用上述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带半叠包包绕三层于截面尺寸为5×25mm的模拟转子铜排之上，包绕的绝缘长度为800mm，制作成转子绕组。
风力发电转子线棒：将上述的转子绕组制作的转子线棒用环氧酸酐型浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成风力发电转子线棒。
根据上述实施例1-5，提供对比例1-5。
所制作的云母带为用相同厚度和定量的普通聚酰亚胺薄膜代替本发明的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜，其他材料和工艺完全按照上述对应实施例制作的普通聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带；
所制作的转子绕组为利用上述的普通聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带半叠包包绕三层于截面尺寸为5×25mm的模拟转子铜排之上，包绕的绝缘长度为800mm，制作成的普通转子绕组；
以下根据实施例1-5和对比例1-5对本发明的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带、转子绕组和风力发电转子线棒的各种性能进行测试。
(1)对环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带耐电晕寿命的测试。
样品：实施例1-3的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带，对比例1-3的普通聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带；测试结果如表1
表1
Figure GSA00000111646200101
以上测试结果表明本发明实施例1-3中的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带具有优良的耐电晕寿命，其耐电晕寿命平均值为对比例的5倍以上。以本发明的实施例4-5或任何符合本发明制备条件的云母带进行的测试结果与上述结果基本相同。
(2)应用本发明的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带制作的风力发电机模拟转子绕组的耐电晕寿命测试
样品：实施例2、4、5的转子绕组，对比例2、4、5的普通转子绕组；测试结果如表2
表2
Figure GSA00000111646200111
以上测试结果表明本发明实施例2、4、5中的转子绕组，即由环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带绕包的绝缘结构在模拟转子线圈的试验结构后，具有优良的耐电晕寿命，其耐电晕寿命平均值为普通聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带所制成绝缘结构平均值的5倍以上。以本发明的实施例1和3或任何符合本发明制备条件的转子绕组进行的测试结果与上述结果基本相同。
(3)应用环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带制作的风力发电机模拟转子线棒常规性能测试
样品：实施例1、3、5的风力发电转子线棒；使用适用于苯乙烯型浸渍树脂相配套胶粘剂，按照本发明实施例1、3、5的云母带制作方式制作的云母带，以本发明实施例1、3、5的包绕方式制作的三根模拟线棒，用环氧酸酐型浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成的普通风力发电转子线棒A；按照对比例1、3、5制作的云母带，以本发明实施例1、3、5的包绕方式制作的三根模拟线棒，用某厂生产的含有苯乙烯类活性稀释剂的浸渍树脂经真空压力浸渍处理，烘培固化后制成的普通风力发电转子线棒B。以上每种线棒各制作3根，按照JB/T50133-1999考评，额定电压UN＝3kV，测试结果如下表2：
表2
Figure GSA00000111646200121
Figure GSA00000111646200131
测试结果表明，本发明实施例1、3、5中的室温tgδ，热态155℃tgδ，击穿电压均处于较好水平。而普通转子线棒A中，由于适用于苯乙烯型浸渍树脂相配套胶粘剂制作的聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带中胶粘剂与环氧酸酐浸渍树脂配套性差，所以其热态155℃tgδ树脂明显偏大，而且击穿电压也不如本发明实施例高。普通转子线棒B中的云母带可以和苯乙烯型浸渍树脂相配套，热态155℃tgδ基本上与实施例3的水平相当，但是其击穿电压明显不如本发明实施例。以本发明的实施例2和4或任何符合本发明制备条件的转子线棒进行的测试结果与上述结果基本相同。

Claims (6)

1.一种风力发电转子线棒，包括环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带、转子线圈铜导体、绝缘层，其特征在于所述环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带包覆在转子线圈铜导体的外部，所述环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带和转子线圈铜导体之间含有绝缘层；所述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带包括云母层，所述的云母层的两面分别以胶粘剂粘合聚酰亚胺薄膜层和加强材料层；其中所述的聚酰亚胺薄膜层是30～50g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜，所述的云母层是70～160g/m2的非煅烧型白粉云母纸，所述的加强材料层是17～25g/m2的电工无碱玻璃布；所述的胶粘剂的含量为环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带总质量的1%～15%；所述的胶粘剂是环氧树脂与固化促进剂混合组成的胶粘剂；所述的固化促进剂的含量为环氧耐电晕玻璃聚酰亚胺薄膜粉云母带总质量的O.05%～4%；
所述绝缘层是由上述环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带包绕好的转子线圈铜导体，经环氧酸酐型浸渍树脂真空压力浸渍后烘培固化形成的。
2.如权利要求1所述的风力发电转子线棒，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、线型苯酚甲醛型环氧树脂、邻甲酚甲醛环氧树脂中的任意一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的风力发电转子线棒，其特征在于所述的固化促进剂为环烷酸锌、辛酸锌、异辛酸锌、萘酸锌中的任意一种或几种的混合物。
4.一种利用环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带制作的风力发电机转子线棒的制备方法，其特征在于
所述的环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带包括云母层，所述的云母层的两面分别以胶粘剂粘合聚酰亚胺薄膜层和加强材料层；其中所述的聚酰亚胺薄膜层是30～50g/m2的混合有纳米粒子的耐电晕均苯型聚酰亚胺薄膜，所述的云母层是70～160g/m2的非煅烧型白粉云母纸，所述的加强材料层是17～25g/m2的电工无碱玻璃布；所述的胶粘剂的含量为环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带总质量的1%～15%；所述的胶粘剂是环氧树脂与固化促进剂混合组成的胶粘剂；所述的固化促进剂的含量为环氧耐电晕玻璃聚酰亚胺薄膜粉云母带总质量的O.05%～4%；
所述制备方法是通过以下的步骤实现的:
(1)将环氧耐电晕聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带的聚酰亚胺薄膜层的一侧连续紧密的包绕在转子线圈铜导体周围，制作成转子线圈；
(2)将包绕好的转子线圈装入转子线棒的相应的槽中固定和连接端线，形成风力发电机转子绕组；
(3)将接好线的转子绕组装入浸渍罐内，用环氧酸酐型浸渍树脂对风力发电机转子绕组进行真空压力浸渍，然后从浸渍罐中取出，放入烘炉中烘培固化，使转子线圈周围的环氧酸酐型浸渍树脂与环氧聚酰亚胺薄膜玻璃粉云母带构成的绝缘层固化，形成具有绝缘效果的绝缘层，制作出成品风力发电机转子线棒。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、线型苯酚甲醛型环氧树脂、邻甲酚甲醛环氧树脂中的任意一种或几种的混合物。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的固化促进剂为环烷酸锌、辛酸锌、异辛酸锌、萘酸锌中的任意一种或几种的混合物。
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