CN102868264B - 定子绕组热沉浸加热系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子绕组热沉浸加热系统及工艺，所述加热系统的控制单元根据定子绕组两端的直流电压信号和直流电流信号获取定子绕组的整体温度，并根据该温度发送控制信号，调整输入定子绕组的电压，以调节所述定子绕组的温度。本发明的控制精度高，运行平稳，能够根据需要灵活调节定子绕组的温度。本发明中定子绕组热沉浸工艺解决了绝缘漆渗透性与附着性方面的矛盾，而且使用上述加热系统能够将浸漆后的定子绕组快速升温到绝缘漆的凝胶温度以上，缩短了绝缘漆的滴落时间，提高了定子绕组的挂漆量。

Description

定子绕组热沉浸加热系统及工艺

技术领域

本发明涉及电机定子绕组制造技术领域，尤其涉及一种定子绕组热沉浸加热系统及工艺。

背景技术

电机定子绕组一般分为硬绕组和散绕绕组两种形式。硬绕组又称为成型线圈，是由电磁扁线压制成固定形状的电机线圈；散绕绕组则是指采用多股漆包圆线，形状柔软不固定的定子线圈。一般来说，硬绕组因其耐压等级高，绝缘性能相对可靠，多用于高压电机，或大功率的低压电机；散绕组则大多用于小功率的低压电机，其绝缘性能不如硬绕组可靠，但也有成本低、制作简单、节材等优点。

近几年来，直驱风力发电机的生产、制造迅猛发展，由于其定子直径大（大多直径都在5米以上），如果采用硬绕组作为定子线圈，不仅绕组成本高，制造周期长，还且还需要配备大直径的真空压力浸漆设备，设备投入很大，因此，采用散绕绕组定子可以大幅度降低整机成本，在越来越激烈的市场竞争中，获得优势，但目前的工艺方法中，存在一个大的难题，这就是定子浸漆问题。

电机定子在完成嵌线后，需要整体浸漆，以提高绝缘性能，增强电机的散热能力，电机浸漆质量的好坏对电机性能的影响很大。硬绕组电机定子，由于定子绕组外包有多层云母带，固漆能力强，浸漆后的烘干固化过程中，绝缘漆不易流失，因此硬绕组定子的浸渍性是比较好的。相对而言，散绕绕组电机定子的浸漆在目前是一个比较棘手的问题，特别是大线规的定子绕组，由于绕组内的空隙大，绝缘漆无法固住，无法满足基本的挂漆量要求，严重限制了散绕绕组定子的使用范围。那么，在目前的工艺方法中，究竞是什么因素影响散绕绕组定子浸漆的效果呢？主要有两个方面的问题难以解决。第一方面，绝缘漆的粘度要求矛盾，因为如果选用高粘度的绝缘漆，那么漆的渗透性就差，电机定子浸漆时就难以浸透，选用低粘度漆，渗透性提高了，漆的表面张力和附着力降低，绝缘漆就很容易流失；第二方面，定子在烘干、固化过程中，采用外部加热方法，升温速度慢、时间长，绕组内的绝缘漆流失的时间长，流失量就大。对这个问题，业内相关人员，进行了很多的努力和探索，但效果都不太理想或难以实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定子绕组热沉浸加热系统，其运行平稳，能够实时检测出定子绕组的整体温度，并实施整体闭环控制，进而很好地控制了绝缘漆的粘度，以解决现有技术中定子绕组热沉浸存在的问题。

本发明的另一目的在于提供一种定子绕组热沉浸工艺，其具有成本低、能够很好的保证定子绕组的挂漆量，工艺可靠性好的特点，以解决现有技术中定子绕组热沉浸工艺存在的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种定子绕组热沉浸加热系统,包括供电单元、整流单元、滤波稳压单元、电压电流检测单元以及控制单元；

所述整流单元用于将供电单元输出的交流电压整流为直流电压，并输出给滤波稳压单元；

所述滤波稳压单元与整流单元连接，用于对所述直流电压进行滤波处理，输出稳定的直流电压给定子绕组加热；

所述电压电流检测单元与滤波稳压单元连接，用于检测所述定子绕组两端的直流电压信号和直流电流信号，并输出给控制单元；

所述控制单元与电压电流检测单元及整流单元连接，用于对所述直流电压信号和直流电流信号进行处理，获得所述定子绕组的实时温度信息，并根据该温度信息向整流单元发送控制信号，调整整流单元的输出电压，以调节所述定子绕组的温度。

特别地，所述整流单元包括智能开关、整流变压器以及整流传动器；

其中，所述智能开关的输入端连接供电单元的输出端，其输出端连接整流变压器的输入端，所述整流变压器的输出端各连接一所述整流传动器，所述整流传动器的输出端连接滤波稳压单元，其控制端连接控制单元；

所述整流变压器用于将供电单元输出的交流电压变换为多相交流电压，并输出给整流传动器；

所述整流传动器用于根据控制单元输出的控制信号，控制直流电压的输出。

特别地，所述滤波稳压单元包括平波电抗器和滤波稳压电路；

其中，所述整流传动器的输出端分别连接所述平波电抗器的输入端和所述滤波稳压电路的第一输入端，所述平波电抗器的输出端连接所述滤波稳压电路的第二输入端，所述滤波稳压电路的第一输出端连接所述电压电流检测单元，第二输出端连接所述电压电流检测单元和所述定子绕组；

所述平波电抗器用于抑制所述整流传动器输出直流电压中的纹波；

所述滤波稳压电路用于对输入的直流电压进行滤波处理，输出稳定的直流电压给定子绕组加热。

特别地，所述电压电流检测单元包括电压传感器和电流传感器；

其中，所述电压传感器并联连接在所述滤波稳压电路的第一输出端和第二输出端之间，其电压信号输出端连接所述控制单元，所述电流传感器串联连接在所述滤波稳压电路的第一输出端和所述定子绕组之间，其电流信号输出端连接所述控制单元；

所述电压传感器用于检测所述定子绕组两端的直流电压信号，并输出给控制单元；

所述电流传感器用于检测所述定子绕组上的直流电流信号，并输出给控制单元。

特别地，所述控制单元选用可编程逻辑控制器（PLC），用于根据公式实时计算所述定子绕组的电阻值，利用所述电阻值根据公式计算所述定子绕组的实时温度信息，并对所述温度信息进行分析后输出控制信号，调整整流传动器的输出电压，以调节所述定子绕组的加热温度；

其中，R为定子绕组的实时电阻值，V为电压传感器检测到的定子绕组两端的直流电压值，I为电流传感器检测到的定子绕组上的直流电流值，T为定子绕组的实时温度，R1为定子绕组在已知温度T1时的阻值。

特别地，所述整流变压器选用十二相整流变压器。

特别地，所述滤波稳压电路包括第一电容、第二电容、电阻以及二极管；

其中，所述第一电容和二极管并联连接，所述第二电容和电阻串联连接后与第一电容并联连接。

本发明还公开了一种定子绕组热沉浸工艺，包括如下步骤：

A、将加热到工作温度的绝缘漆输入浸漆灌；

B、通过权利要求1所述定子绕组热沉浸加热系统对定子绕组通电加热；

C、停机加热后，监视定子绕组的温度，当温度下降到绝缘漆的所述工作温度后，将定子绕组从浸漆灌吊出进行滴漆；

D、通电加热定子绕组，使定子绕组温度上升到绝缘漆的凝胶温度以上，当无绝缘漆滴落时，停止加热。

特别地，所述步骤B中对定子绕组通电加热，将定子绕组的温度加热至50-60℃。

特别地，所述步骤C中将定子绕组从浸漆灌吊出进行滴漆，滴漆时间为25-30分钟。

本发明中定子绕组热沉浸加热系统通过十二相整流变压器和整流传动器对供电单元的交流电压进行整流，满足了对直流输出波形的精度要求。通过电压传感器和电流传感器分别检测加热回路中定子绕组中的直流电压信号和直流电流信号，可编程逻辑控制器根据该直流电压信号和直流电流信号计算定子绕组的整体温度，并根据该温度向整流传动器发送控制信号，控制直流电压的输出，进而调节定子绕组的加热温度，这种闭环的控制方式，很好地控制了绝缘漆的粘度。本发明中定子绕组热沉浸工艺通过上述加热系统完成对定子绕组的热沉浸，其有益效果如下：1）通过加热系统调节定子绕组的整体温度，解决了高粘度树脂渗透性差，低粘度树脂易流挂，造成电机定子绕组挂漆量不足，绕组内间隙不能被很好填充的缺陷。2）传统定子绕组热沉浸工艺中，当电机定子在烘箱内加热固化时，由于热量是从外部缓慢渗入，温度不能快速升高，导致大量绝缘漆从定子绕组内滴落，造成定子绕组挂的漆量不足，绝缘漆损耗大等缺陷，本发明的热沉浸工艺中是通过所述加热系统直接加热定子绕组，使定子绕组内的绝缘漆能快速升温到凝胶温度以上，大大减少了绝缘漆的滴落时间，一方面使定子绕组的挂漆量大幅提高，另一方面也降低了绝缘漆流失的经济损失和环保方面的处理费用。3）减少了整个热沉浸设备的投入成本和运行成本。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的绝缘漆粘度与温度关系图；

图2是本发明具体实施方式提供的定子绕组热沉浸加热系统框图；

图3是本发明具体实施方式提供的定子绕组热沉浸加热系统电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明的原理如下：绝缘漆的第一个重要特性是粘度与温度的负相关性。如图1所示，图1所示的是一款典型绝缘漆的粘度与温度关系图。从图中可以看出,随着绝缘漆温度的升高,绝缘漆的粘度大幅下降，例如23℃时的绝缘漆粘度为155mPa·s(毫帕·秒),当温度升高到50℃时，粘度下降到54mPa·s。因此我们可以利用这个特性，采用高粘度的绝缘漆，通过加热系统，在定子绕组浸漆时，将定子绕组加热到适当高的温度（如50-60℃），使得与定子绕组接触的绝缘漆局部温度升高，粘度下降，能够充分渗透到定子绕组内部，浸漆完成后，再让定子绕组冷却到正常温度，恢复绝缘漆的附着性，这样就解决了绝缘漆渗透性与附着性方面的矛盾，以提高挂漆效果。

绝缘漆的第二个重要特性是高温下的快速凝胶性。一般当绝缘漆的温度达到150℃时，绝缘漆可以在2-3分钟的短时间内凝胶，即处于半固化状态，失去流动性，因此如果使用加热系统将浸漆后的定子绕组快速升温到绝缘漆的凝胶温度以上，这样就可以减少绝缘漆的滴落时间，让更多的绝缘漆保留在定子绕组内，实现提高定子绕组的挂漆量的目标。

在上述方案中，关键是要有一套所述加热系统，该加热系统要能够满足控制精度高，功率强大，能够在短时间内将定子绕组加热到所需的温度，能够对定子绕组温度的进行灵活调节。

如图2所示，本实施例中定子绕组106热沉浸加热系统包括供电单元101、整流单元102、滤波稳压单元103、电压电流检测单元104以及控制单元105。

所述整流单元102用于将供电单元101输出的交流电压整流为直流电压，并输出给滤波稳压单元103。

所述滤波稳压单元103与整流单元102连接，用于对所述直流电压进行滤波处理，输出稳定的直流电压给定子绕组106加热。

所述电压电流检测单元104与滤波稳压单元103连接，用于检测所述定子绕组106两端的直流电压信号和直流电流信号，并输出给控制单元105。

所述控制单元105与电压电流检测单元104及整流单元102连接，用于对所述直流电压信号和直流电流信号进行处理，获得所述定子绕组106的实时温度信息，并根据该温度信息向整流单元102发送控制信号，调整整流单元102的输出电压，以调节所述定子绕组106的温度。

如图3所示，图3是本发明具体实施方式提供的定子绕组106热沉浸加热系统电路结构图。

本实施例中供电单元101选用380V，频率为50HZ的三相交流电源，所述整流单元102包括智能开关K、整流变压器T以及整流传动器RE，所述滤波稳压单元103包括平波电抗器L和滤波稳压电路，所述电压电流检测单元104包括电压传感器SV和电流传感器SA，所述控制单元105选用可编程逻辑控制器LC，所述滤波稳压电路包括第一电容C1、第二电容C2、电阻R0以及二极管D。

其中，所述智能开关K的输入端连接供电单元101的输出端，其输出端连接整流变压器T的输入端，所述整流变压器T的输出端各连接一所述整流传动器RE，所述整流传动器RE的控制端连接可编程逻辑控制器LC，其输出端分别连接所述平波电抗器L的输入端和所述滤波稳压电路的第一输入端，所述平波电抗器L的输出端连接所述滤波稳压电路的第二输入端，所述滤波稳压电路的第一输出端连接所述电压传感器SV和定子绕组106的一端，所述电压传感器SV并联连接在所述滤波稳压电路的第一输出端和第二输出端之间，其电压信号输出端连接可编程逻辑控制器LC，所述电流传感器SA串联连接在所述滤波稳压电路的第一输出端和所述定子绕组106的另一端之间，其电流信号输出端连接可编程逻辑控制器LC。所述滤波稳压电路中第一电容C1和二极管D并联连接，第二电容C2和电阻R0串联连接后与第一电容C1并联连接。

所述供电单元101用于为加热系统供电，在智能开关K闭合时，将将三相380V的交流电压输出给整流变压器T。

所述整流变压器T用于将三相380V的交流电压变换为多相交流电压，并输出给整流传动器RE。

由于整流传动器RE输出的直流电压和电流值将被检出作为控制信号，因此输出的电压和电流中过大的谐波信号将会造成信号失真，导致加热系统崩溃。普通的三相和六相整流变压器的输出波形是远远不能满足控制要求的。经过分析与研究决定在本实施例中采用十二相整流变压器，并在电流回路中串联合适的滤波电抗器，这样可得到全范围始终连续的要求波形。所述的滤波电抗器即指本实施例中的平波电抗器L。

所述整流传动器RE用于根据控制单元105输出的控制信号，控制直流电压的输出。

整流传动器RE采用可控硅元件，接受来自可编程逻辑控制器LC的控制信号，调整输出的直流电压。由于采用十二相的全波整流，能输出较为稳定的直流波形。

所述平波电抗器L用于抑制所述整流传动器RE输出直流电压中的纹波。

平波电抗器L可以进一步削弱输出直流电压中的谐波，减低全功率范围的纹波系数。

所述滤波稳压电路用于对输入的直流电压进行滤波处理，输出稳定的直流电压给定子绕组106加热。

该滤波稳压电路可以实现两个功能：第一、通过阻容滤波，滤除直流输出中的谐波。第二、稳流、稳压功能。使输出的直流电压稳定。当电网电压波动为10%，要求直流电压输出的波动不大于1%。之所以要控制直流电压输出量的波动，是因为电机定子负载可以看成一个大的电感性元件，当输入到负载的电压变化时，电流的变化将会滞后于电压的变化，那么可编程逻辑控制单元105在计算定子绕组106的电阻值时就偏离了真值，造成信号失真，严重时会导致系统崩溃。

所述电压传感器SV用于检测所述定子绕组106两端的直流电压信号，并输出给可编程逻辑控制器LC。

所述电流传感器SA用于检测所述定子绕组106上的直流电流信号，并输出给可编程逻辑控制器LC。

所述可编程逻辑控制器LC用于根据公式实时计算所述定子绕组106的电阻值，利用所述电阻值根据公式计算所述定子绕组106的实时温度信息，并对所述温度信息进行分析后输出控制信号，调整整流传动器RE的输出电压，以调节所述定子绕组106的加热温度；

其中，R为定子绕组106的实时电阻值，V为电压传感器SV检测到的定子绕组106两端的直流电压值，I为电流传感器SA检测到的定子绕组106上的直流电流值，T为定子绕组106的实时温度，R1为定子绕组106在已知温度T1时的阻值。为了计算方便，R1的值一般为常温T1时测得的定子绕组106的电阻值，但并不局限于此，可根据需要灵活选择。本实施例中可编程逻辑控制器LC对定子绕组106加热的控制精度在±2℃，完全能够满足定子绕组106热沉浸工艺的要求。

本实施例中应用上述定子绕组热沉浸加热系统的定子绕组热沉浸工艺包括如下步骤：

S1、定子绕组在烘箱内预烘并保温，去除潮气。

S2、将储罐内的绝缘漆加热到工作温度，待用。

S3、将预烘好的定子绕组冷却后，吊放到浸漆罐内。

S4、输漆。将储罐内的绝缘漆缓慢输送到浸漆罐内，当液面高度到达定子绕组端部的最高点时停止输漆。

S5、对定子绕组通电加热到一定温度，并保温。一般情况下，所述一定温度为50-60℃。

S5、对定子绕组停止加热，监视定子绕组的温度，当温度下降到绝缘漆的所述工作温度后，将定子绕组从浸漆灌吊出。

S6、让定子绕组在漆缸上滴漆25-30分钟后，将定子绕组吊放到滴漆盘上。

S7、通电加热定子绕组，使定子绕组温度上升到绝缘漆的凝胶温度以上，当无绝缘漆滴落时，停止加热。本实施例中凝胶温度取150℃。

S8、定子绕组上的绝缘漆初步凝胶后，吊入烘箱，烘干、固化（烘干温度及时间根据绝缘漆相应要求进行）。

S9、烘干、固化后的定子绕组按工序S2-S9要求进行二次浸烘。

本实施例中定子绕组热沉浸加热系统控制精度高，功率强大，能够在短时间内将定子绕组加热到所需的温度，能够对定子绕组的温度进行灵活调节。本实施例中定子绕组热沉浸工艺解决了绝缘漆渗透性与附着性方面的矛盾，而且使用加热系统能够将浸漆后的定子绕组快速升温到绝缘漆的凝胶温度以上，缩短了绝缘漆的滴落时间，让更多的绝缘漆保留在定子绕组内，提高了定子绕组的挂漆量，同时降低了绝缘漆流失的经济损失和环保方面的处理费用，减少了整个热沉浸设备的投入成本和运行成本。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种定子绕组热沉浸加热系统,其特征在于，包括供电单元、整流单元、滤波稳压单元、电压电流检测单元以及控制单元；

所述整流单元用于将供电单元输出的交流电压整流为直流电压，并输出给滤波稳压单元；所述整流单元包括智能开关、整流变压器以及整流传动器；所述智能开关的输入端连接供电单元的输出端，其输出端连接整流变压器的输入端，所述整流变压器的输出端各连接一所述整流传动器，所述整流传动器的输出端连接滤波稳压单元，其控制端连接控制单元；所述整流变压器用于将供电单元输出的交流电压变换为多相交流电压，并输出给整流传动器；所述整流传动器用于根据控制单元输出的控制信号，控制直流电压的输出；

所述滤波稳压单元与整流单元连接，用于对所述直流电压进行滤波处理，输出稳定的直流电压给定子绕组加热；所述滤波稳压单元包括平波电抗器和滤波稳压电路；所述滤波稳压电路包括第一电容、第二电容、电阻以及二极管，所述第一电容和二极管并联连接，所述第二电容和电阻串联连接后与第一电容并联连接；所述整流传动器的输出端分别连接所述平波电抗器的输入端和所述滤波稳压电路的第一输入端，所述平波电抗器的输出端连接所述滤波稳压电路的第二输入端，所述滤波稳压电路的第一输出端连接所述电压电流检测单元，第二输出端连接所述电压电流检测单元和所述定子绕组；所述平波电抗器用于抑制所述整流传动器输出直流电压中的纹波；所述滤波稳压电路用于对输入的直流电压进行滤波处理，输出稳定的直流电压给定子绕组加热；

所述电压电流检测单元与滤波稳压单元连接，用于检测所述定子绕组两端的直流电压信号和直流电流信号，并输出给控制单元；所述电压电流检测单元包括电压传感器和电流传感器；所述电压传感器并联连接在所述滤波稳压电路的第一输出端和第二输出端之间，其电压信号输出端连接所述控制单元，所述电流传感器串联连接在所述滤波稳压电路的第一输出端和所述定子绕组之间，其电流信号输出端连接所述控制单元；所述电压传感器用于检测所述定子绕组两端的直流电压信号，并输出给控制单元；所述电流传感器用于检测所述定子绕组上的直流电流信号，并输出给控制单元；

所述控制单元与电压电流检测单元及整流单元连接，用于对所述直流电压信号和直流电流信号进行处理，获得所述定子绕组的实时温度信息，并根据该温度信息向整流单元发送控制信号，调整整流单元的输出电压，以调节所述定子绕组的温度；所述控制单元选用可编程逻辑控制器(PLC)，用于根据公式实时计算所述定子绕组的电阻值，利用所述电阻值根据公式计算所述定子绕组的实时温度信息，并对所述温度信息进行分析后输出控制信号，调整整流传动器的输出电压，以调节所述定子绕组的加热温度；其中，R为定子绕组的实时电阻值，V为电压传感器检测到的定子绕组两端的直流电压值，I为电流传感器检测到的定子绕组上的直流电流值，T为定子绕组的实时温度，R1为定子绕组在已知温度T1时的阻值。

2.根据权利要求1所述的定子绕组热沉浸加热系统，其特征在于，所述整流变压器选用十二相整流变压器。

3.一种定子绕组热沉浸工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A、将加热到工作温度的绝缘漆输入浸漆灌；

B、通过权利要求1所述定子绕组热沉浸加热系统对定子绕组通电加热；

C、停机加热后，监视定子绕组的温度，当温度下降到绝缘漆的所述工作温度后，将定子绕组从浸漆灌吊出进行滴漆；

D、通电加热定子绕组，使定子绕组温度上升到绝缘漆的凝胶温度以上，当无绝缘漆滴落时，停止加热。

4.根据权利要求3所述的定子绕组热沉浸工艺，其特征在于，所述步骤B中对定子绕组通电加热，将定子绕组的温度加热至50-60℃。

5.根据权利要求4所述的定子绕组热沉浸工艺，其特征在于，所述步骤C中将定子绕组从浸漆灌吊出进行滴漆，滴漆时间为25-30分钟。