中高压大功率变频调速电机用绝缘漆研究.doc

中高压大功率变频调速电机用绝缘漆研究第32卷第8期2010年8月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVo1.32,No.8Aug.,2010中高压大功率变频调速电机用绝缘漆研究张凯,朱宏,王晓梅,张建(中国船舶重工集团公司第七一二研究所,湖北武汉430064)摘要:陈述了实现中高压大功率变频调速电机用绝缘漆的制造和应用需要进行的降低挥发份,提高耐热性,降低介质损耗,提高耐脉冲电压能力,提高机械强度等研究内容;通过引入亚胺基团,使得绝缘漆耐热性大幅度提高,同时又保留了环氧树脂优异的粘结力;采用乙烯基甲苯作为交联剂后,绝缘漆的挥发份大幅度降低;加入改性硅粉,绝缘漆的粘度仍能满足VPI工艺需求,导热率有极大提高,虽然介质损耗有所增加,但180介损仍在5%以内.关键词:脉宽调制(PWM);高导热;低挥发;低介损;绝缘漆中图分类号:U664.4文献标识码:A文章编号:16727649(2010)08022004DoI:10.3404/j.issn.16727649.2010.08.047Studyonthevanishofthehigh?-voltagehigh-powervariablefrequencyconversionmotorZHANGKai,ZHUHong,WANGXiaomei,ZHANGJian(The712ResearchIstituteofCSIC,Wuhan430064,China)Abstract:Inthispaper,basedonagreatnumberofexperimentalandtheoreticalresearches,itwasf0undthatreducingvolatilecomponentsanddielectricloss.improvingheatresistanceandimpulsevoltageresistancecapability,andenhancingmechanicalintensityweredemandedinordertoachievethemanufactureandapplicationofhigh?-voltagehigh?-powervariableequencyconversionelectricalinsulationvarnishes.Duetotheintroductionofiminegroup,heatresistancewassignificantlyimprovedwhiletheexcellentadhesiveabilityofepoxyresinwasretained.Thevolatilecomponentofinsulatingvarnishwasdramaticallyreducedattributedtovinyltoluenethatusedascrosslinkingagent.Afterthemodifiedsilicafumewasadded,theviscosityofinsulatingvarnishsatisfiedtheVPIrequirement,andthermalconductivitywasgreatlyimproved.Althoughdielectriclosswasslightlyincreased.itdidnotexceed5%at180.Keywords:pulsewidthmodulation(PWM);highthermal-conductivity;lowvolatile;lowdielectriclOSStans:varnish0引言变频调速电机绝缘早期损坏是局部放电,空间电荷,电介质损耗发热,电磁激振和振动等多种因素共同作用的结果.设计交流变频电机绝缘结构时,必需选用耐电晕的电磁线;选用耐电晕绝缘材料和低挥发份无溶剂树脂,形成”无气隙绝缘”,提高绝缘结构的整体性.为实现中高压大功率变频调速电机用绝缘漆的制造和应用,需要进行降低挥发份,提高耐热性,导热系数,降低介质损耗,提高耐脉冲电压能收稿日期:20100420作者简介:张凯(1981一),男,工程师,主要从事绝缘材料的研究.力,提高机械强度等研究引.1试验部分1.1环氧不饱和树脂的合成将配方量的四氢苯酐与乙醇胺分批投入3口烧瓶中,通人氮气,开动搅拌,升温至200oC,搅拌约3h,减压蒸馏得到亚胺醇.将配方量的顺丁烯二酸酐与亚胺醇投入3口烧瓶中,于602oC搅拌约60min,降至常温,减压蒸馏得到A料.将配方量的A料与环氧树脂投入3口烧瓶中,缓慢升温至80,第8期张凯,等:中高压大功率变频调速电机用绝缘漆研究.221.投入亲核催化剂,继续升温至100oC,于100110下保温搅拌反应至酸值降到20mgKOH/g以下,降温至5O以下后顺次投入阻聚剂,甲基苯乙烯和引发剂过氧化二异丙苯,制成环氧不饱和树脂甲基苯乙烯溶液(71227H).1.2填料改性绝缘漆取纯硅粉质量0.5%一1.0%的硅烷偶联剂,用25倍的丙酮稀释,调节pH值为79,用超声波充分分散30min,加入纯硅粉充分搅拌;然后将温度升至100120cI=,在高速分散机上分散20min,烘干待用.在搅拌状态下把经烘干脱水的硅粉加入到溶有偶联剂和分散剂的树脂中,再在高速均质分散机上分散2h.2结果与讨论2.1不饱和环氧树脂图1为环氧不饱和树脂苯乙烯溶液固化物的DMA谱图,图中tan8曲线清楚地显示出固化物只有1个转化峰,对应于不饱和环氧树脂与苯乙烯共聚物的玻璃化温度(90.2).图中储存模量曲线显示,随着温度的升高,残余不饱和环氧树脂的后续固化引起储存模量增加曲线呈上升状态,进一步升温,不饱和环氧树脂苯乙烯固化物链段热运动引起储存模量下降.由图1可看出,不饱和环氧树脂苯乙烯体系中,苯乙烯与不饱和环氧树脂中的不饱和双键发生共聚反应,形成交联的网状结构.这一结构有利于改善不饱和环氧苯乙烯固化物的机械强度,电气性能和耐热性.由于亚胺基团的引入,使得7122-7H级漆耐热性大幅度提高,同时又保留了环氧树脂优异的粘结力.由于甲基苯乙烯蒸汽压低,沸点较苯乙烯高,在同等固化引发条件下,挥发份减少,所以71227H挥发份较低.表1为71227H级漆以及H9150漆和7122.1毒T/C图1环氧不饱和树脂固化物的DMA曲线(1Hz,振幅15m)Fig.1DMAcurvesofepoxymodifiedunsaturatedpolyesterresin漆的主要性能,由表中数据可见71227H级漆表现出了突出的高温粘结力,较低的挥发份,同时具有较高的高温电气强度和高温体积电阻率,是理想的耐高热的H级无溶剂浸渍漆.表19150漆,71221漆,71227漆性能对比Tab.1Propertiesofthevarnish2.2填料改性绝缘漆的研究2.2.1填料表面处理的研究图2为填料含量在25%时的TEM分析图.由图可看出,图2(a)中填料在树脂基体中出现了团聚现象,图2(b)填料改性后的分散性有很大程度的提高,原因是硅粉表面和硅烷偶联剂发生了反应,填料表面在改性后由亲水性变为亲油性,表面能大大降低了,在改性后比改性前更容易分散在有机介质中,表现出在树脂基体中具有良好的分散性.(a)未处理填料(b)改性填料图2填料分散TEM图Fig.2TEMforfillerdisperse?222?舰船科学技术第32卷2.2.2填料含量对粘度的影响由图3可看出,由于填料出现团聚现象,未经处理的填料对粘度影响较大.一般温度条件下,若固液间亲和作用强,则粘度低;若亲和作用弱,则粘度高.经过表面改性后的填料亲油性较强,加入树脂中,树脂粘度变化很缓慢.在填充量为30%时,粘度为65s,仍能满足VPI工艺要求.807672譬68-160565248图3填料对树脂粘度的影响Fig.3Effectoffillercontentonresinviscosity2.2.3填料含量对热导率的影响聚合物的热传递主要依靠分子或原子做热振动来传递,显然,这种热传递过程的最终结果就是低的热导率.对于填料填充型高分子材料的导热机理,最多的是形成网络结构.当填料分散于高分子基体中,在填充量较小时,填料极其分散,相对比较孤立,热量的传递即使是在填料中比较快,但是树脂基体的低导热率决定了主要的方面,不能明显提高热导率.随着导热填料的增加,基体中分散的填料越来越多,热导率缓慢上升,当填料继续增加,填料与填料之间会发生团聚,直到团聚继续发生,所有填料彼此促进形成1个导热的空间网络结构,此时,热流可通过网络快速传播,这也就是它的转变点,一旦网络形成,热导率上升迅速.此理论模型类似于聚合物共混增韧中的海岛结构模型.由图4可看出,经过表面改性的填料含量从20%开始,导热率有显着提高,这说明在填料含量为20%时,已经形成了导热网络结构,热流可以快速传播,当填料含量为30%时,导热率可达到0.35W/m?K.未经处理的填料,导热率变化不明显.2.2.4填料含量对介质损耗的影响图5为填料含量在25%时的tan8一T谱图.由图可以看出,未加填料的树脂180oC时为2.7%.在树脂中加入填料后,tan8明显增大,而加入经过改性处7邑宦静曲图4填料含量对导热率的影响Fig.4Effectoffillercontentonthermalconductivity155180温度,图5温度与介质损耗关系Fig.5Relationshipbetweentemperatureandtan8理的硅粉的树脂较未处理的低,18O时tant为4.9%.造成tan8增大的原因是由于加入的填料本身tant很高.2.3结论由于亚胺基团的引入,使得绝缘漆耐热性大幅度提高,同时又保留了环氧树脂优异的粘结力,采用乙烯基甲苯后,绝缘漆的挥发份大幅度降低;加入改性硅粉,绝缘漆的粘度仍能满足VPI工艺需求,导热率有了极大提高,介质损耗有所增加,但180c【=介损仍在5%以内.3展望在绝缘树脂中加入纳米填料,突破纳米填料的分散技术,完善大功率变频电机用高导热低挥发绝缘漆;研究配套的高导热体系少胶云母带.参考文献:1左瑞霖,梁国正,常鹏善,等.耐高温无溶剂绝缘浸渍漆的研究进展J.绝缘材料,2002,(2):2633.2刘剐.聚酯无溶剂漆的新进展J.绝缘材料通讯,1993,(1):3844.勰00OOOO0OOOO7654321O睾蟮第8期张凯,等:中高压大功率变频调速电机用绝缘漆研究?223?(上接第216页)5结语本文基于异步电机矢量控制基础,研究了功率控制模式下超速限制和功率限制等问题及功率控制模式,转速控制模式切换问题,并根据控制要求合理设计PI调节器,并就切换平滑性和响应快速性做出相应的处理.通过相关一系列的试验,实现了各种工况的平滑切换和快速响应,得到较好的控制效果,验证了设计的PI调节器是有效的.参考文献1杨立永,陈智刚,李正熙,赵仁涛.新型抗饱和PI控制器及其在异步电动机调速系统中的应用J.电气传动,2009,39(5):2023.2张杰,邹继纲,李文秀.多输人多输出系统的神经网络PID解耦控制器J.哈尔滨工程大,2000,21(5):69.3陶永华.新型PID控制及其应用M.北京:机械工业出版社,2002.4李永东.交流电机数字控制系统M.北京:机械工业出版社,2003.5赵显红,孙立功.一种数字式步进电动机闭环位置控制系统设计J.微电机,2008,(8):9O一92.(上接第219页)母线用绝缘胶粘剂的基本配方和合成技术路线,制备了能满足大功率变流装置层压母线用胶粘剂,并对胶粘剂的性能进行了部分测试.参考文献:1刘鹿生.叠层功率母线J.电力电子,2003,1(2):3941.2淘高周.高压叠层母线在光伏并网逆变电源中的应用J.电源技术应用,2007,10(7):5051.3周键.高导热绝缘材料对降低电机温升的重要作用J.绝缘材料,2008,41(4):2223.4杜茂平,魏伯荣.导热高分子材料的研究新进展J.塑料工业,2007,35(6):5457.5678910张立群,等.导热高分子材料的研究和开发进展J.合成橡