Способ капсулирования обмоток электродвигателей
Владельцы патента RU 2597893:
Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии капсулирования обмоток электрических машин. Способ капсулирования обмоток электродвигателей, основан на токовом разогреве обмотки до температуры 110-120°C и заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей массой. Новым является то, что капсулирующая масса содержит следующие компоненты, мас.%: нанотрубки из нитрида бора - 25÷30; мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 10÷15; пропиточный компаунд - остальное. Теплопроводность капсулирующей массы в заявляемом способе в 5,9 раз выше, чем теплопроводность капсулирующей массы в прототипе. Проведенное описанным способом капсулирование обмоток электродвигателей позволило, как показали предварительные эксперименты, снизить в среднем температуру перегрева обмотки по сравнению с прототипом более чем в 2 раза, что способствовало значительному улучшению качества обмоток. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии капсулирования обмоток электрических машин.
Известен способ капсулирования обмоток электродвигателей, основанный на заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей теплопроводящей массой [1].
Недостатком аналога является низкая теплопроводность капсулирующей массы, что затрудняет отвод тепла из обмотки в магнитный сердечник и в окружающую среду.
Наиболее близкий к заявляемому является способ, описанный в авторском свидетельстве [2].
Способ-прототип основан на заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей массой, содержащей металлические гранулы и теплопроводящий связующий состав, при котором металлические гранулы вводят в указанное пространство и поворачивают электродвигатель на 180, причем перед заполнением обмотку нагревают пропусканием через нее тока до 110-120°C и обволакивают лобовые части обмотки составом, содержащим мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м и связующее, а заполнение осуществляют одновременным введением металлических гранул и теплопроводящего связующего состава, при этом в качестве ферромагнитного материала используют никель-цинковый феррит с относительным его содержанием 75-80 мас.%.
Недостатком способа-прототипа является необходимость введения в капсулирующую массу металлических гранул, например, как в прототипе, из алюминия, которые имеют низкое омическое сопротивление и ухудшают электроизоляционные свойства обмоток.
Кроме того, введения магнитомягких никель-цинковых частиц и алюминиевых гранул не дают существенного увеличения радиальной теплопроводности обмоток и не приводят к значительному улучшению тепла из обмоток при их эксплуатации.
Техническая задача, на которую направлено изобретение, состоит в снижении теплового радиального сопротивления обмотки за счет повышении теплопроводности капсулирующей массы.
Решение указанной технической задачи, на которую направлено изобретение, состоит в том, что в способе капсулирования обмоток электродвигателей, основанном на токовом разогреве обмотки до температуры 110÷120°C и заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей массой, капсулирующая масса содержит следующие компоненты, мас.%:
- нанотрубки из нитрида бора - 25÷30;
- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 10÷15;
- пропиточный компаунд - остальное.
На фиг.1 приведена схема выполнения операций по осуществлению предлагаемого способа.
Выполнение операций по осуществлению способа капсулирования обмоток электродвигателя производится на пропиточно-сушильной установке роторного типа ПОС 4-3 в следующей последовательности.
Токовый разогрев обмоток осуществляют на всех позициях, кроме позиций загрузки (поз. 18) и выгрузки (поз. 17). Подогрев обмоток электродвигателей путем пропускания через них электрического тока (для двигателей 4А112М устанавливают ток 40А).
На позициях 1-6 осуществляют обычную пропитку обмоток пропиточным компаундом, например КП-34. На позиции 7, на которой температура двигателя достигает 110÷120°C, обмотку со магнитным сердечником переводят в горизонтальное положение и проводят обволакивание лобовых частей обмоток двигателя капсулирующей массой, содержащей следующие компоненты, мас.%:
- нанотрубки из нитрида бора - 25÷30;
- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 10÷15;
- пропиточный компаунд - остальное.
Введение нанотрубок из нитрида бора в капсулирующую массу обусловлено тем, что указанный материал обладает уникальными свойствами. С одной стороны, он является диэлектриком с объемным сопротивлением порядка (1015÷1016) Ом×м, так как ширина запрещенной зоны у этого материала составляет около 6 эВ. С другой стороны, он обладает рекордно высокой теплопроводностью, на 4 порядка превышающей теплопроводность материала корпусной изоляции, и составляет величину λ=3000 Вт/м×К [3, 4].
Выбор диапазона концентраций нанотрубок из нитрида бора 20-25 мас.% обусловлен следующими соображениями. Чем больше концентрация в пропиточной смеси нанотрубок из нитрида бора, тем выше ее теплопроводность, но при повышении концентрации нанотрубок из нитрида бора за 25 мас.% резко возрастает вязкость смеси, что ухудшает технологические свойства капсулирующей массы. Экспериментально установлено, что оптимальная концентрация нанотрубок из нитрида бора лежит в диапазоне 20-25 мас.%.
Добавка в капсулирующую массу 10-15 мас.% магнитно-мягких мелкодисперсных частиц обусловлена следующими соображениями. При концентрациях магнитно-мягких мелкодисперсных частиц меньше 10 мас.% не происходит полного «запирания» пропиточного состава, проникшего в обмотку при пропитке, и он, в процессе окончательной сушки обмоток, продолжает вытекать из обмотки, ухудшая ее качество. При концентрациях магнитно-мягких мелкодисперсных частиц больше 15 мас.% происходит ухудшение технологических свойств пропиточной смеси, связанное с повышением жесткости состава и снижением его эластичности.
Протекание тока, создающего вокруг обмотки электромагнитное поле, увеличение концентрации магнитно-мягких частиц в пропиточном составе и перемещение струи пропиточного состава перпендикулярно наружной и внутренней поверхностям лобовых частей обмотки приводит к удержанию пропиточного состава в пазовых и лобовых частях обмотки и созданию равномерного покрытия на лобовых частях обмотки.
На позициях 8-16, когда двигатель находится в горизонтальном положении, проводят токовую сушку. На позициях 17-18 проводят разгрузочно-загрузочные операции. На всех позициях за исключением 17-18 двигатели находятся в непрерывном вращении вокруг своей оси.
Для сравнения теплопроводности капсулирующей массы, используемой в прототипе, с теплопроводностью капсулирующей массы, используемой для капсулирования в заявляемом способе, были проведены исследования. Для исследования были подготовлены образцы из капсулирующей массы, используемой в прототипе, содержащие 75 мас.% никель-цинкового порошка, 5 мас.% алюминиевой пудры, используемой в качестве металлических гранул, и 20 мас.% компаунда КП-34. Для сравнения были изготовлены образцы из капсулирующей массы, используемой в заявляемом способе, которые содержали, мас.%:
- нанотрубки из нитрида бора - 28;
- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 12,5.
Результаты исследований приведены в табл. 1.
Исследования теплопроводности образцов капсулирующей массы с различным содержанием наполнителей проводили на приборе LFA447 при температуре 25°C. Экспериментально определяемой характеристикой тепловых свойств образцов являлась их температуропроводность, используя которую определяли их теплопроводность. Измерение температуропроводности было основано на методе вспышки. Данный метод удовлетворял требованиям ГОСТ 8.140.-82 и ГОСТ 8.141-75.
В исходном состоянии компаунд КП-34 имел теплопроводность λ=0,28 Вт/м×К.
Как следует из таблицы 1, теплопроводность капсулирующей массы в заявляемом способе в 5,9 раз выше, чем теплопроводность капсулирующей массы в прототипе.
Проведенное описанным способом капсулирование обмоток электродвигателей позволило, как показали предварительные эксперименты, снизить в среднем температуру перегрева обмотки, по сравнению с прототипом, более чем в 2 раза, что способствовало значительному улучшению качества обмоток.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №847450, кл. Н02К 15/08, 1979.
2. А.С. №1399859. Способ капсулирования обмоток электродвигателей. // Г.В. Смирнов, С.Ш. Щерб // - Опубл. 30.05.88 Бюл. №20 (Прототип).
3). http://postnauka.ru/faq/39530.
4). http:////scientific.ru/journal/news/n291101b.html.
Способ капсулирования обмоток электродвигателей, основанный на токовом разогреве обмотки до температуры 110-120°С и заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей массой, отличающийся тем, что капсулирующая масса содержит следующие компоненты, мас.%:
- нанотрубки из нитрида бора - 25÷30;
- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 10÷15;
- пропиточный компаунд - остальное.
