DD155572A1 - Verfahren zur herstellung der isolierung von wicklungen elektrischer maschinen - Google Patents

Abstract

Beim vorliegenden Verfahren werden auf die Leiter Schichten von glas-glimmerpapierhaltigen Baendern mit Bindekomponenten aufgetragen. Als glas-glimmerpapierhaltiges Band wird ein bestimmtes Glas-Glimmerpapierband mit eingefuehrtem Haertungsbeschleuniger benutzt, der gegenueber den Bindekomponenten des Glas-Glimmerpapierbandes neutral ist. Auf die Oberschicht des Glas-Glimmerpapierbandes wird eine mit duroplastischem Bindemittel getraenkte Glasbandschicht mit einem Luftspalt aufgewickelt, der das Eindringen der duroplastischen Kompoundmasse zwischen die Schichten der Glas-Glimmerpapierbaender ermoeglicht. Dann erfolgt die Umpressung bei einer Temperatur von 120 bis 150 Grad C und bei einem Druck, der die Erhaltung der erforderlichen Abmessungen der Isolierung ermoeglicht, wobei die Umpressung waehrend einer Zeit durchgefuehrt wird, die der Polymerisationsdauer des duroplastischen Bindemittels im Glasband entspricht. Darauf werden die Wicklungen im Vakuum sowie unter Druck mit der duroplastischen Kompoundmasse getraenkt und ausgehaertet. Das Verfahren kann zum Isolieren von Stab- und Spulenwicklungen fuer Hochspannungs-Elektromotoren, Turbogeneratoren, Wasserkraftgeneratoren und Synchronphasenschiebern im Elektromaschinenbau angewandt werden.

Description

22 5 89 9

Berlin, den 8· 4. 1981 58 536/17

Verfahren zur Herstellung der Isolierung von V/icklungen elektrischer Maschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung ·

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrotechnik, insbesondere auf Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung· der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen kann zum Isolieren von Spulen- und Stabwicklungen von Hochspannungs-Elektromotoren, Turbogeneratoren, Wasserkraftgeneratoren und Synchronphasenschiebern im Elektromaschinenbau angewandt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Verfahren zur Herstellung der Isolierung elektrischer Maschinen bekannt (vgl* z. B. "Modifizierte thermoplastische Isolierung", Viestinghous Eng., USA, 1950, v. 10, Nr. 4, S. 163), bei dem die Wicklungsleiter mit einem 'trockenen Glas-Mikaband mit geringem Gehalt an einem Bindemittel isoliert werden. Die auf diese Weise isolierte Wicklung wird in einem Imprägnierkessel frei angeordnet und zuerst im Vakuum getrocknet, worauf die Imprägnierung der Wicklung mit einer duroplastischen (wärmehärtbaren) Kompoundmasse erfolgt. Zu diesem Zweck wird die duroplastische KompQundmasse in den Kessel unter Vakuum eingeführt, und nach der Füllung mit dieser Kompoundmasse wird im Kessel Überdruck erzeugt. Dieser Überdruck bleibt im Kessel, bis die Wicklungsisolierung mit der duroplastischen Kompoundmasse völlig ausgefüllt ist. Die imprägnierten Wicklungen werden

58 536/17

- 2 - 22 5 899

aus dem Kessel herausgenommen, mit einer Antiadhäsionsfolie bewickelt und in erwärmte Preßwerkzeuge gebracht, in denen das Aushärten der Wicklungen erfolgt.

Dieses Verfahren, zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen ist aber durch starke Toxizitat gekennzeichnet, da aus dem Imprägnierkessel "feuchte" Wicklungen herausgenommen v/erden und in diesem Zustand der weiteren technologischen Behandlung, also der Umpressung und Aushärtung j unterzogen werden, bei denen die Bedienungsperson mit der noch nicht ausgehärteten Kompoundmasse unmittelbar in Berührung kommt*

Bei der erwähnten Umpressung fließt außerdem aus der Wicklungsisolierung eine große Menge der duroplastischen Kompoundmasse heraus, und aus diesem Grunde wird als glimmerhaltige Barriere kostspieliger Spaltglimmer (Ivluskovit) von großen Abmessungen verwendete Dieses Herstellungsverfahren ist auch in seiner Anwendung begrenzt, da für die Umpressung von Wicklungen von komplizierten Formen (wie z_o B» von Spulenwicklungen) sehr komplizierte Pressen erforderlich sind* ·

Weitgehend bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen (vgl» z. Be den sowjetischen Urheberschein Nr. 208 099? Klasse H02 K 15/02 vom 16· Juni 1966), bei dem auf die Wicklungen trockene Glas-Glimmerpapierbänder (Samicabänder) mit. geringem Bindemittelgehalt aufgetragen werden«. Die auf diese Weise* isolierten Wicklungen werden in spezielle Vorrichtungen zum Fixieren der erforderlichen Wicklungsabmessungen gebracht. Darauf werden die Vorrichtungen mit den Wicklungen

58 536/17 « 3 -

in einem vakuumdichten Mantel angeordnet, in dem die Wicklungen mit der duroplastischen Kompoundmasse imprägniert . werdenο Der Mantel wird evakuiert, und im Vakuum wird die berechnete Menge der Imprägnierkompoundmasse eingeführt« Daraufhin wird der Mantel mit den Wicklungen in einem Kessel angeordnet, in dem mit Hilfe von Wasser ein Druck erzeugt wird, den die elastischen Mantelwände auf die härtbare Imprägnierkompoundmasse übertragene Bei diesem auf die Imprägnier-Kompoundrnasse einwirkenden Druck werden die Wicklungen' ausgehärtet _$ ohne daß sie aus der Imprägniervorrichtung entfernt, v/erden»

Dieses Verfahren zum 'Isolieren von Wicklungen elektrischer Maschinen ist aber durch komplizierte Herstellung von Vorrichtungen für seine Durchführung gekennzeichnet, wobei keine Möglichkeit besteht, kompliziert geformte Wicklungen (wie Stabwicklungen für Turbogeneratoren, Spulenwicklungen für Bochspannungs^Slektromotoren) herzustellen«

Die Aushärtung von Wicklungen in einem mit der Epoxyd™ Kompoundinasse gefüllten Mantel bringt noch zusätzliche Schwierigkeiten beim Auseinandernehmen der ausgehärteten Wicklungen mit sich« Dabei kann die Isolierung gebrochen oder anders beschädigt werden»

Ein Problem entsteht auch beim Abdichten des Mantels gegen das Bindringen von zur Umpressung verwendetem Wasser, da die Epoxyd-Kompoundmasse bei Vermischung mit eingedrungenem Wasser ihre elektrischen Eigenschaften vollständig verliert,

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen (vgl« z. B₀. den sowjetischen Urheberschein Nr, 262 239»

.58 536/17

- 4- 22 5 899

Klasse H02 K 15/02 vom 3. Dezember 1966) werden die Leiter auch mit einem trockenen Glas-Glimmerpapierband (Samicaband) mit geringem Bindemittelgehalt zur Bildung der erforderlichen Isolationsdicke bedeckt« Zur Verbesserung der Isolationseigenschaften durch Verhinderung des Herausfließens des Imprägniermittels aus der Wicklung bei ihrem Aushärten und somit zur Verringerung des Imprägniermittelverbrauchs wird in die Isolierung eine bestimmte Härtermenge eingeführt_s die zur Verkürzung der Aushärtungsdauer der Imprägnier-Kompoundmasse in der Isolierung erforderlich ist» Dies erfolgt durch Tränkung der Wicklung in einer Härtungsbeschleunigerlösung« Stabwicklungen v/erden mit einer Schicht von Antiadhäsionsfolie isoliert, wobei man zur Erhaltung von genauen Abmessungen der Wicklung auf ihre Hutseiten Metalleisten legte Die mit diesen Leisten versehenen Stäbe werden auf einer Metallplatte .(Kassette) so befestigt, daß die Abmessungen und die Lage der Stäbe im Wickelkopfteil beim Tränken und Backen der Isolierung nicht geändert werden_e Die mit den Stäben ausgestattete Kassette wird in einem Metallmantel angeordnet, in dem die Stäbe einer Zwangsentgasung im Laufe von 3 Stunden bei einem Restdruck von O₅5 bis 1 Torr und einer Temperatur von 50 bis 60 ⁰C unterzogen werden_o

Dann wird der Mantel mit einer duroplastischen Imprägnier-Kompoundmasse, bestehend z„ B«, aus Bisphenol~Epoxydharz und einem flüssigen Härter vom Anhydridtyp, gefüllt, und man setzt die Kompoundmasse unter einen Druck von ungefähr 6 bis 8 kp/cm _f bei dem die Isolierung im Laufe von 3 bis 4 Stunden getränkt wird« Dann läßt man den Druck entweichen und die Kompoundmasse aus dem Mantel abfließen.

In demselben Mantel erfolgen darauf das Aushärten der Imprägnier-Kompoundmasse in der Isolierung der Stäbe sowie

58 536/17

das Backen der Isolierung» ·

Nach beendigtem Backen werden die Stäbe aus dem Mantel herausgezogen, die Leisten von den Stäben abgenommen, und die Antiadhäsionsfolie wird entfernte

Das Isolieren der Spulenwicklungen erfolgt in ähnlicher Weise,, Auf die Spulen wird das Glas-Glimmerpapierband aufgetragen^ worauf die Spulen mit der aufgetragenen Isolierung, in. einer Lösung mit Härtungsbeschleunigergehalt imprägniert werden« Dann legt man die Spulen in die Nuten des Stator« kernes« Zur Vorbeugung . eventueller Schäden beim Einlegen der Spulen wird ihr Nutteil mit einer Hülse aus Kunststofffolie überzogene

Man bringt den auf einer Kassette angeordneten Stator mit der Wicklung in einen Thermostaten, in dem die Isolierung bei einer erhöhten Temperatur getrocknet wird.» Dann kommt der Stator in den Imprägnierkessel, in dem die Isolierung mit der 3poxyd-Kompoundmasse im Vakuum und unter .Druck getränkt wird« Nach Beendigung der Imprägnierung wird die Kompoundinasse aus dem Kessel entfernt, worauf die Aushärtung der Wicklungsisolierung erfolgt*

Bei diesem Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen werden gute elektrische und mechanische Eigenschaften der Isolierung erreicht, da dabei das Herausfließen der Imprägniermasse aus der Isolierung verhindert wird₀

Beim Isolieren der Wicklungen mit trockenen glimmerhaltigen Bändern läßt sich aber die berechnete Anzahl von Schichten bis zur vorgegebenen Isolierungsdicke nicht auflegen» Dies

58 536/17

. - 6 - 225899

wird durch positive Dickentöleranzen bei Isolierbändern sowie durch undichtes Aufwickeln (Aufschwellen) verursacht. Man erhält eine Isolierungsdicke, die größer als die berechnete Dicke ist und beim darauffolgenden Einlegen der Wicklungen in den Stator zur Beschädigung der Isolierung führte Um solche Schaden zu vermeiden, wird die berechnete Anzahl von Bandschichten verringert, wobei die elektrischen Eigenschaften der Isolierung wesentlich schlechter werden«

Zur Tränkung der Wicklungen mit einer Lösung der duroplastischen Kompoundmasse mit Härtungsbeschleunigergehalt benötigt man außerdem einen mit der Anwendung des Lösungsmittels verbundenen zusätzlichen technologischen Arbeitsgango

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung von elektrischen Eigenschaften der Isolierung»

Darlegung des Wesens der Erfindung, .

Der ^Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen zu entwickeln, bei dem die Benutzung eines bestimmten Glas-Glimmerpapierbandes (Samicabandes) und die Durchführung von zusätzlichen Arbeitsgängen eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Isolierung und eine Vereinfachung ihrer Herstellungstechnologie gewährleisten O

58 536/17 - 7 -

Dies wird dadurch erreicht, daß beim Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen, bei dem auf die Leiter Schichten von glasglimmerhaltigen Bändern mit Bindemitteln aufgetragen werden und darauf die Imprägnierung mit einer duroplastischen Kompoundmasse im Vakuum sowie unter Druck erfolgt und die Wicklungen ausgehärtet werden, erfindungsgemäß in das . Glas-Glimmerband ein gegenüber den Bindungskomponenten dieses Bandes neutraler Härtungsbeschleuniger eingeführt wird und auf die Oberschicht des Glas-Glimmerpapierbandes vor der Imprägnierung '.eine mit duroplastischem Bindemittel getränkte Glasbandschicht mit einem Luftspalt aufgewickelt wird, der das Eindringen der duroplastischen Kompoundmasse zwischen die Schichten des Glas-Glimmerpapierbandes ermöglicht j worauf die Umpressung bei einer Temperatur von 120 bis 150 ⁰C und bei einem Druck zur Sicherstellung von erforderlichen Abmessungen der Isolierung im Laufe einer .Zeit vorgenommen wird» die der Polymerisationsdauer des duroplastischen Bindemittels im Glasband entspricht©

Die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen ergibt bessere elektrische Eigenschaften der Isolierung und vereinfacht ihre Herstellungstechnologieo

Die Erfindung wird in der nachstehenden .Beschreibung von konkreten Beispielen ihrer Ausführung näher erläutert©

Das Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen wird wie folgt durchgeführt*

58 536/17

-8- 22589 9

Anfänglich wird auf die Leiter die erforderliche Anzahl von glasglimmerhaltigen Bändern mit Bindekomponenten aufgetragen» Als glasglimmerhaltiges Band wird ein Glas-Glimmperpapierband (Samicaband) benutzt, in das ein Härtungsbeschleuniger eingeführt wird, der gegenüber den Bindekomponenten des Glas-Glimmerpapierbandes chemisch neutral ist* '

Die Anwendung der Glas-Glimmerpapierbänder mit eingeführtem Beschleuniger der Härtung der duroplastischen Imprägnier-Kompoundmasse führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Technologie der Isolationsherstellung.

Alle Bindungskomponenten, die bei der Herstellung von Glimmerpapierbändern verwendet werden, sind dabei gegenüber dem eingeführten Härtungsbeschleuniger chemisch neutrale Anderenfalls reagiert der Beschleuniger mit den Bindungskomponenten des Bandes, die dabei polymerisiert werden« Infolgedessen wird das Glimmerpapierband steif und kann auf den Leiter nicht aufgetragen werden, da das Band abbröckelt, das Glimmerpapier bricht und das Auftragen eines solchen Bandes die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Isolierung wesentlich herabsetzen würde.

Dann wird auf die Oberschicht der Glimmerbänder eine mit dem duroplastischen Bindemittel imprägnierte Glasbandschicht mit einem Luftspalt aufgetragen, der das Eindringen der duroplastischen Kompoundmasse zwischen die Schichten der Glas-Glimmerpapierbänder bei späterer Imprägnierung ermöglicht . Darauf erfolgt die Umpressung der Wicklung bei einer Temperatur von 120 bis 150 ⁰C und bei einem Druck, der die berechneten Abmessungen der Isolierung ergibt, wobei-die Umpressungsdauer der Polymerisationsöle! t des duroplastischen Bindemittels im Glasband entspricht«

58 ,536/17

-9- 22 5 89 8

Darau£>Mn werden die Imprägnierung mit der duroplastischen Kompoundmasse im Vakuum sowie unter Druck und die Aushärtung von Wicklungen durchgeführt* . .

Infolge der ungeordneten Bewicklung mit dem Glasband ergeben sich dabei keine Hindernisse bei der Vakuumherstellung und bei der Imprägnierung der Isolierung· mit der duroplastischen Kompoundmasse* Dadurch wird es möglichj die Isolierung mit der berechneten oder einer größeren Anzahl von Schichten des Glas-Glimmerpapierbandes zu bilden, das hauptsächlich die Funktion der dielektrischen Barriere in der Isolierung erfüllt«

Bei der Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens gelingt es außerdem, die berechnete oder eine größere Anzahl von Bandschichten auf die Wicklung aufzutragen, die nachträglich bis auf die vorgegebenen Abmessungen umpreßt werden, wobei diese Abmessungen durch das ausgehärtete Glasband gehalten werden und die Wicklungsisolation beim Einlegen nicht beschädigt wird *

Beispiel 1

Auf die Spulen eines Hochspannungsmotors für die Spannung von 6 kV werden acht Schichten eines 0_t13 mm dicken Glas-Glimmerpapierbandes mit eingeführtem Härtungsbeschleuniger aufgetragen» Die erreichte einseitige Isolierungsdicke beträgt 2_S2 mm. Auf die Oberschicht des.Glas-Glimmerpapierbandes an den Nutteilen der Spulen legt man dann ein imprägniertes Glasband mit einem Luftspalt von 2 bis 3 mm, wobei der Anteil des duroplastischen Bindemittels im Band etwa 22 % beträgt. Dieser LuftZwischenraum ermöglicht später das Eindringen der Imprägnier-Kompoundmasse in die inneren Schichten des Glas-Glimmerpapierbandes«

58 536/17

-ίο- 225899

Die vorher mit einer Antiadhäsions-Ftoroplastfolie (PoIytetrafluoräthylenfolie) bevii ekel ten Nutteile der Spulen werden in eine erwärmte Presse gebracht. Die Umpressung der Isolierung erfolgt bei einem Druck von 5 kp/cm und bei einer Temperatur von 130 ⁰C im Laufe von 20 min., bis das Bindemittel im Glasband ausgehärtet ist. Bei dem ausgehärteten Glasband ergeben sich um 30 % kleinere Abmessungen als vor der Umpressung» Dann legt man die Spulen in die Statorkernnuten. Das ausgehärtete Glasband bietet guten Schutz vor Beschädigungen des Glas^Glimmerpapierban

Nach dem Einlegen der Spulen in die Nuten werden die Spulen nach dem Schema der Wicklung zusammengeschaltet, die Verbindungsstellen werden isoliert, und dann v/erden elektrische Prüfungen der Isolierung durchgeführte

Der bewickelte Stator kommt darauf in den bis zur Temperatur von 60 ⁰C erwärmten Imprägnierkessel_o Der Kessel wird mit einem Deckel abgedichtet und bei einer Temperatur von 60 ⁰C sowie bei einem Kestvakuum von 0,5 Torr 3 Stunden lang evakuiert©Unter Vakuum wird dann in den Kessel die zur Imprägnierung bestimmte Epoxyd-Kompoundmasse eingeführt, worauf ein Überdruck von 8 kp/cm erzeugt wird. Bei diesem Betriebszustand erfolgt die Imprägnierung im laufe von 3 Stunden, Die Kompoundmasse wird nun abgegossen, und der getränkte Stator wird bei einer Temperatur von 120 ⁰C 12 Stunden lang gebacken»

Beispiel 2

Auf die Leiterstäbe eines Hochspannungs-V/asserkraftgenerators (oder eines Turbogenerators) wird die berechnete Anzahl von Schichten eines einseitig beschichteten Glas·»

58 536/17

-H- . 22 5 899

Glimmerpapierbandes mechanisch aufgetragen» Bei der Herstellung des Bandes wird ihm ein gegenüber den Bindekomponenten dieses Bandes neutraler Härtungsbeschleuniger zugesetzt, mit dessen Hilfe die Aushärtung der duroplastischen Imprägnier-Kompoundmasse beschleunigt wird«, Über den Schichten des Glas-Glimniarpapierbandes wird auf den Nutteil der Stäbe mit einem Abstand zwischen den Windungen von 4 bis 5 mm ein imprägniertes Glasband aufgetragen, in dem der Anteil des duroplastischen Bindemittels ungefähr 25 % beträgt»

Dann werden die Stäbe mit einer Schicht der'Antiadhäsionsfolie umwickelt j worauf ihre Nutteile in einer bis zu 140 ⁰C erwärmten Presse bei einem Druck von 5 kp/cm im Laufe von 30 Minuten gepreßt werden» Das ausgehärtete Glasband gewährleistet um 30 % kleinere Abmessungen als vor der Umpressung«, An den Hut teilen werden dann Metallleisten angeordnets um die geometrischen Abmessungen der Stabisolierung beim Imprägnieren und Backen zu fixieren«,

Die auf diese Y/eise vorbereiteten Stäbe legt man.nun auf eine Imprägnierkassette« Die Kassette mitsamt den Stäben wird in einem Imprägniergehäuse angeordnet, das bis zu einer Temperatur von 60. ⁰C erwärmt wird* Das erwärmte Gehäuse wird darauf bis auf ein Restvakuum von 0_s3 Torr 3 Stunden lang evakuiert« Dann wird das Gehäuse unter Vakuum mit der duroplastischen Epoxyd-Kompoundmasse gefüllt, v/o rauf man einen Überdruck von 8 kp/cm erzeugt«, Unter diesen Verhältnissen erfolgt die Imprägnierung im Laufe von 4 bis 5 Stunden«

lach Beendigung der Imprägnierung wird die duroplastische Imprägnier-Xompoundmasse abgegossen, und die Isolierung der Stäbe wird bei einer Temperatur von 130 ⁰C 15 Stunden lang ausgehärtet«, Nach der Aushärtung wird das Gehäuse

58 536/17

- ¹² - 22 5 89 9

geöffnet, die Stäbe v/erden auseinandergenommen und elektrisch geprüft·

Dieses Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen ermöglicht eine Erhöhung der elektrischen Festigkeit der Isolierung um 40 bis 50 %»

Die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ergibt auch .anderthalbmal bessere andere elektrische Eigenschaften der Isolierung (z₀ B. eine Durchschlagsfeldstärke von 40 bis 45 kV/mm).

Die erreichten hohen Isolationskennwerte ermöglichen eine Herabsetzung, der Isolierungsdicke um 20 bis 30 %, wobei sich ein größerer Kupferfüllfaktor der Nut und eine höhere Leistung der elektrischen Maschinen ergeben*

Claims (1)

1. 58 536/17 « 13 -

   Erfindung san sρru ch

   Verfahren zur Herstellung der Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen, bei dem auf die Leiter Schichten von glasglimmerhaltigen Bändern mit Bindekomponenten aufgetragen werden und darauf die Imprägnierung mit einer duroplastischen Kompoundmasse im Vakuum sowie unter Druck erfolgt und die Wicklungen ausgehärtet werden, gekennzeichnet dadurch, daß in das als glasglimmerhaltiges Band verwendete Glas-Glimmerpapierband ein gegenüber den Bindungskomponenten dieses Bandes neutraler Härtungsbeschleuniger eingeführt wird und auf die Oberschicht des ··Glas-Glimmerpapierbandes vor der Imprägnierung eine mit duroplastischem Bindemittel getränkte Glasbandschicht mit einem Luftspalt aufgewickelt wird, der das Eindringen der duroplastischen Kompoundmasse zwischen die Schichten des Glas-Glimmerpapierbandes ermöglicht} worauf die Umpressung bei einer Temperatur von 120 bis 150 ⁰C und bei einem Druck zur Sicherung von erforderlichen Abmessungen der Isolierung im Laufe .-ainer ..Zeit vorgenommen wird, die der Poly~ merisationsdauer des duroplastischen Bindemittels im Glasband entspricht«,