高效電機(jī)用真空壓力浸漬樹脂及絕緣系統(tǒng)的研究.pdf

1、能源可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界的熱門話題。世界范圍內(nèi)60％的電能是被電機(jī)消耗的，因此以節(jié)能、高效著稱的高效電機(jī)的推廣應(yīng)用對(duì)節(jié)約能源起到非常重要的作用。制備高效電機(jī)的關(guān)鍵是高性能的絕緣真空壓力浸漬(VPI)樹脂的使用，該類樹脂應(yīng)具備突出的耐熱性、高擊穿電壓強(qiáng)度、高粘結(jié)強(qiáng)度以及優(yōu)異耐電暈壽命等性能，而且還應(yīng)具有優(yōu)異的工藝性。但是現(xiàn)有VPI樹脂存在耐熱性差、環(huán)保性差、粘結(jié)強(qiáng)度低及耐電暈壽命差等不能滿足高效電機(jī)快速發(fā)展對(duì)VPI樹脂的技術(shù)要求，本文針對(duì)

2、高效電機(jī)用VPI樹脂及絕緣系統(tǒng)存在的問題展開研究。
　　第一，不飽和聚酯(UP)浸漬樹脂具有成本低、反應(yīng)速率快和電絕緣性能好的優(yōu)勢(shì)，是低壓高效電機(jī)主要的絕緣浸漬樹脂。然而現(xiàn)有的不飽和聚酯浸漬樹脂耐熱等級(jí)通常是F級(jí)(155℃)，不能滿足高效電機(jī)發(fā)展對(duì)絕緣浸漬樹脂耐熱性提出的技術(shù)要求。首次合成苯甲醇封端的含有雙鍵的超支化聚硅氧烷(Vi-HPSi)，并對(duì)UP進(jìn)行改性。研究發(fā)現(xiàn)，相比于UP樹脂，Vi-HPSi/UP體系不僅具有更快的固化活

3、性，而且固化樹脂具有更高的交聯(lián)密度及低的自由體積。Vi-HPSi/UP固化樹脂的耐熱穩(wěn)定性明顯提升，20Vi-HPSi/UP（含20wt％ Vi-HPSi）固化樹脂的初始熱降解溫度為331℃，較UP樹脂的值提升了80℃，解決了常規(guī)UP樹脂耐熱性差的技術(shù)瓶頸。此外，Vi-HPSi/UP固化樹脂具有高的粘結(jié)強(qiáng)度和低的介質(zhì)損耗。Vi-HPSi/UP樹脂所具有優(yōu)異綜合性能使之在高效電機(jī)的絕緣浸漬處理領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。
　　第二，高效

4、電機(jī)現(xiàn)用浸漬樹脂基本是含有苯乙烯等有毒溶劑的，使用過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)，所以研發(fā)一種無有毒溶劑、固化揮發(fā)份低的環(huán)保型無溶劑浸漬樹脂，對(duì)絕緣浸漬樹脂產(chǎn)品的升級(jí)換代、對(duì)高效電機(jī)行業(yè)絕緣浸漬處理環(huán)境的改善具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)有環(huán)保型浸漬樹脂產(chǎn)品甚少，存在掛漆量低及耐熱性差等問題，難以推廣應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了含有環(huán)氧與硅氧基團(tuán)的多官能丙烯酸酯，以其作為活性交聯(lián)單體，制備了新一代環(huán)保型聚酯亞胺VPI樹脂(SiPEI);在此基礎(chǔ)上

5、，首次采用納米SiO2與流變助劑作為混合改性劑(TH-SiO2)對(duì)SiPEI進(jìn)行了改性。研究表明，SiPEI具有非常低的固化揮發(fā)份（＜1wt％）、低的毒性、高的閃點(diǎn)及快的固化速度，具有優(yōu)異的環(huán)保特性。相比于SiPEI固化樹脂，SiPEI/TH-SiO2的掛漆量提升了84％。25℃與155℃下的最大粘結(jié)強(qiáng)度分別為SiPEI樹脂的1.4和1.8倍，表明SiPEI/TH-SiO2樹脂非常適合應(yīng)用于高效電機(jī)環(huán)保型的絕緣浸漬處理，包括新型電動(dòng)汽車

6、牽引電機(jī)的絕緣浸漬處理。
　　第三，變頻電機(jī)作為最主要的高效電機(jī)，由于受到高頻脈沖電壓的影響，絕緣易于被擊穿而失效。為了提高變頻電機(jī)的抗高頻脈沖電壓能力，需要采用兼具優(yōu)異耐電暈性能和高擊穿強(qiáng)度的VPI樹脂，延長(zhǎng)變頻電機(jī)的使用壽命，提升電機(jī)的操作可靠性。針對(duì)低壓變頻電機(jī)用VPI樹脂，對(duì)納米TiO2表面包覆特殊結(jié)構(gòu)的超支化聚硅氧烷，形成核-殼結(jié)構(gòu)，并與聚酯亞胺(EPEI)樹脂制備雜化樹脂(EPEI/HSi-TiO2)。EPEI/HSi

7、-TiO2突破了傳統(tǒng)納米填料改性樹脂中易沉淀的技術(shù)瓶頸，適合VPI工藝。HSi-TiO2能夠改變基體樹脂的微觀結(jié)構(gòu)，使得改性后的EPEI樹脂具有優(yōu)異的耐電暈壽命，高的擊穿電壓強(qiáng)度以及改善的局部放電特性。EPEI/HSi-TiO2固化樹脂最大的耐電暈壽命為1586min，為EPEI樹脂的57倍。這些優(yōu)異的特性表明EPEI/HSi-TiO2非常適合于低壓變頻電機(jī)的絕緣浸漬處理，能夠顯著提升變頻電機(jī)抵抗高頻脈沖電壓的能力，延長(zhǎng)使用壽命。

8、>　　第四，環(huán)氧/酸酐(EA)樹脂體系是最重要的VPI樹脂，該樹脂具有環(huán)保、高擊穿強(qiáng)度和優(yōu)異的電老化壽命，因而被廣泛用于高壓電機(jī)領(lǐng)域（高于3kV），但現(xiàn)有的EA樹脂體系的韌性、耐電暈性和熱穩(wěn)定性較差。針對(duì)高壓變頻電機(jī)用VPI樹脂，制備表面有機(jī)包覆處理的SiO2(mSiO2)，并用其對(duì)EA樹脂進(jìn)行改性。EA/mSiO2具有低壓粘度，優(yōu)異的長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性（≥24月），適合VPI工藝。相比于EA樹脂，EA/mSiO2固化樹脂具有更高的沖擊和彎

9、曲強(qiáng)度以及耐電暈壽命與熱穩(wěn)定性。含有9wt％mSiO2的EA/mSiO2固化樹脂的沖擊強(qiáng)度與耐電暈壽命為25.2kJ/m2和806min，分別為EA樹脂值的3.4和16.1倍。用EA/mSiO2浸漬的模擬線棒具有優(yōu)異的電絕緣性能，表明EA/mSiO2非常適合于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及高壓變頻電機(jī)等絕緣浸漬處理。
　　第五，變頻電機(jī)80％的失效是由于絕緣系統(tǒng)的損壞引起的。分別運(yùn)用耐電暈的EPEI/HSi-TiO2、EA/mSiO2樹脂對(duì)低

10、、高壓絕緣系統(tǒng)進(jìn)行VPI絕緣處理，對(duì)絕緣系統(tǒng)綜合性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。采用EPEI/HSi-TiO2的絕緣系統(tǒng)的耐電暈壽命較常規(guī)絕緣系統(tǒng)的耐電暈壽命明顯提升，且隨著HSi-TiO2含量的增加逐步增大，最長(zhǎng)的耐電暈壽命較常規(guī)系統(tǒng)的耐電暈壽命提升了約13.8倍，局部放電特性也明顯改善。此外，EPEI/HSi-TiO2的絕緣系統(tǒng)具有優(yōu)異的耐潮、耐油性能，能夠滿足低壓變頻電機(jī)的使用技術(shù)要求。EA/mSiO2樹脂浸漬處理的風(fēng)電絕緣系統(tǒng)的擊穿電壓隨著