具有高绕线性能的耐电晕漆包线的开发

林志雅丛培海王慧峰曹庭贵刘斌

（1.佛山市威奇电工材料有限公司，广东 佛山 528311；2.西安交通大学电气绝缘研究中心，西安 710049）

1 引言

随着国家在能源节约上政策的调整，交流变频电动机因其与传统电动机相比，具有可节电1/4～1/3、易调速、易维护保养等优点得到了广泛的应用。

但交流变频电动机绝缘过早损坏的现象非常严重，其损坏通常发生在匝间绝缘上[1]。研究表明，这是由于变频器产生的高频脉冲过电压使匝间出现电晕现象，再加上极高的频率(有时可达20kHz)，就会使电动机绝缘在化学腐蚀、热以及空间电荷积累等联合作用下加速老化，造成漆包线绝缘漆膜的破坏，使电动机寿命大幅度降低，因而开发适用于变频电动机用的耐电晕漆包线成为国内外电磁线行业的研究热点之一。

虽然目前已有几种耐电晕漆包线的品种面市，但实践表明，能够完全满足变频电动机性能和生产需要的品种很少，主要是无法很好地实现高耐电晕性能下的高速绕线要求。为此，我公司经过不懈努力，终于成功解决了这一问题。

2 提高变频电动机用漆包线寿命的方法

为了提高变频电动机用漆包线的寿命，可以采取2种主要方法[2]。

（1）提高材料的电晕起始电压，其手段包括增加绝缘厚度和减小材料的介电常数（由式（1）决定）。然而过分的增加绝缘厚度会对电动机的设计产生影响，减小材料的介电常数要受到可应用成型的树脂类型的限制，因而此方法并不常用。

式中，t为绝缘漆膜的厚度，单位μm；ε为漆膜的介电常数。

（2）提高漆包线漆膜的耐电晕性能，一般通过在绝缘油漆中添加无机纳米粒子来实现。作为无机材料，纳米粒子本身具有很好耐电晕性能；同时它的表面与界面、小尺寸等纳米效应，又会对绝缘漆膜起到屏蔽、电场均匀化以及热稳定化等作用[3]，从而提高整体绝缘层的耐电晕性能。但是，无机与有机材料本身的不相容性以及由于纳米分散效果不好所形成的团聚体，会造成改性后绝缘漆膜力学性能的下降，尤其会降低漆包线的柔韧性，从而不能满足电动机生产过程中高速绕线性能的要求。为此，选择纳米悬浮稳定性和分散性能良好的耐电晕油漆是制造具有高绕线性能漆包线的关键。

3 高绕线性能耐电晕漆包线的研制

3.1 原材料选择

原材料包括Φ2.6mm低氧铜杆，耐电晕油漆、聚酰胺酰亚胺油漆（PAI）等。

我厂采用进口的某型号耐电晕油漆，这是因为与常规的耐电晕油漆（采用机械搅拌等手段将纳米粒子混杂在油漆中）相比，该油漆中纳米粒子是以耦合成键的方式与漆基相结合的，这就避免了在贮存和涂线过程中造成的纳米粒子分散不均而导致产品性能不均一的现象发生，其分子结构如图1所示。

图1 耐电晕油漆的分子结构

随着客户生产的机械化，所生产的漆包线必须要满足高速绕线的要求。在卷绕过程中，漆包线必然要经受一定的拉伸，采用普通方式混杂的耐电晕油漆在拉伸过程中造成纳米粒子的析出，从而丧失了屏蔽电子的功能，而我司采用以耦合成键的方式掺杂的耐电晕漆很好的解决了这个问题，因而完全能够适应客户高速绕线的要求，两者区别如图2和图3所示[4]。

图2 普通的掺杂纳米粒子油漆，经拉伸后，粒子析出，电晕性能下降

图3 纳米粒子耦合的耐电晕油漆经拉伸后，电晕性能不会下降

此外，铜材的选择也至关重要，关乎着最终漆包线的耐电晕寿命。其选取应该在新进厂的低氧铜杆中选择，主要注意以下指标：表面（应光滑、无氧化、无污斑、碰伤等缺陷）、排线、导径、电阻等参数，尤其要以扭绞试验为基准选择上好的铜杆。

3.2 试制过程

采用连拉连涂漆包机、拉丝和涂漆模等设备。

涂漆过程是漆包线生产中非常重要的一环。我们采用2涂层结构，底层为耐电晕油漆，面层为聚酰胺酰亚胺油漆，具体结构如图4所示。

图4 耐电晕漆包线的产品结构

底漆（耐电晕油漆）和面漆（聚酰胺酰亚胺油漆）的比例分配非常重要，底漆比例大，会造成漆包线的卷绕性能下降，反之，比例过小，造成耐电晕性能不合格，该过程一定要经过反复的摸索和测试，选择合适的涂层比例，使漆包线的性能处于最佳状态。

我公司在装有粒子检测装置的连拉连涂漆包机上采用模具涂漆的方法进行生产，设备如图5所示，注意首个涂漆模具不宜太大。在产品生产前，先用溶剂将漆箱和涂漆管道进行充分的清洗，然后在漆箱中重新加入足够的溶剂并进行循环冲洗后，倒出溶剂，加入绝缘漆再次循环几小时。

图5 连拉连涂漆包机

在生产中要避免杂质或其他粉尘带入漆包工序，除了其会产生表面粒子、造成内部缺陷等因素引起的击穿电压下降外，而且其更容易使得局部电场增加，产生电晕放电，使得漆包线的寿命降低。

4 耐电晕漆包线的性能

4.1 常规性能

以我厂生产的规格为Φ1.150mm厚漆膜耐电晕漆包线WKCR-2/200为例，其常规性能完全满足并优于IEC60317-13《200级聚酰胺酰亚胺复合聚酯或聚酯亚胺漆包铜圆线》的标准要求，具体性能如表1所示。

表1 Φ1.150mm耐电晕线WKCR-2/200的常规性能

4.2 耐电晕性能测试

鉴于目前国内还没有耐电晕寿命的测试设备，我们将线样分别委托进行测试，测试结果见表2，结果表明我厂的耐电晕漆包线完全达到了国外某型号耐电晕线的性能要求。

表2 耐电晕性能的测试结果

4.3 绕线性能测试

为测试漆包线的绕线性能，我们按特定的工艺生产了2个规格（Φ1.40mm和Φ1.00mm）的产品，在一家客户进行绕制。据客户车间的使用人员反映，漆包线的手感和柔软度良好，未出现漆膜开裂等现象，同时我们从客户绕制后的成品中选取部分线样，重新扭绞后，委托西安交通大学进行耐电晕性能的测试，测试结果与原样相比，耐电晕寿命值降低不超过5%。

5 生产中的注意事项

（1）试制用铜杆要仔细挑选，其对实验结果影响非常大。

（2）漆箱及其管道的清洗非常重要。

（3）拉丝、涂漆模具要精选。

（4）涂漆道数和配模要有较好的搭配。

6 结论

采用进口的耐电晕油漆和PAI制成的2涂层结构耐电晕漆包线，完全达到了国内外同等漆包线的技术水平，且由于该耐电晕漆是纳米的耦合结构，与普通的耐电晕漆包线相比，极大地改善了耐电晕漆包线的卷饶性能，更能适用于目前的高速绕线设备。

[1]陆宝琦.交流变频电动机的绝缘[J].绝缘材料.2001(3):29.

[2]Ryousuke Obika, Tadashi Ishii, Yoshinori Tatematsu,Katsumi Osada. Development of a Magnet Wire with Superior Inverter Surge Resistance. Furukawa Review,2003 (24):65-66.

[3]马寒冰,施利毅,沈嘉年等.纳米材料在变频电动机用漆包线中的作用初探[J].中小型电动机,2002,29(3): 49-51.

[4]Frank-Rainer Bohm, Klaus Nagel, Heinz Schindler.A new generation of wire enamel for the production of magnet wires with outstanding corona resistance.IEEE, 2005:109-113.

[5]何恩广,刘学忠.纳米TiO2填料对变频电动机耐电晕电磁线绝缘性能的影响[J].电工技术学报, 2003(1): 72-76.