关于对风力发电机模卡定子排出物的研究

王晶 吉永红 刘冠芳

摘 要 电机模卡实验的评估是新材料及新工艺使用前评估的重要参考，本文针对模卡中出现绝缘电阻低、锈斑及胶状流出物的现象进行详细分析，通过FT-IR光谱分析仪对排出物质成分进行定性分析，靶向锁定引起问题的材料为NMN中聚氨酯胶黏剂。再将F级聚氨酯胶黏剂分别进行热氧化降解、热降解等模拟生产制造浸漆及浸水过程对材料的影响，进一步探索问题产生的原因，从而达到评估绝缘结构的目的。

关键词 聚氨酯胶黏剂;热降解分析;评估绝缘结构

1 概述

公司自2008年生产直驱风力发电机以来共向客户交付17000余台直驱风力发电机，故障率不足万分之三，以高可靠性和低故障率获得客户的认可。严苛的基础验证技术保障了产品高的可靠性，其中模卡验证技术作为新材料、新技术或新工艺批量使用前的必要验证过程，在公司内部广泛应用[1]。

本文针对模卡性能验证过程中出现绕组绝缘电阻低，铁心槽生锈、胶状物的问题进行详细分析，确认问题材料出现的原因，以预防电机可能出现的质量问题。

2 排出物质成分分析

2.1 红外分析

<！--[if gte vml 1]> <！[endif]-->

将流出物、浸渍漆、环氧E51红外对比图上可以看出，流胶物与浸渍漆图谱峰较为相似，区别在于出现了流出物在3330cm-1处峰归属于N-H伸缩振动峰，727cm-1处峰归属于N-H面外弯曲振动。同时对比环氧树脂E51中909、827cm-1归属于环氧非对称伸缩振动峰相比浸渍漆明显降低。

因此电机流出物质主体成分与浸渍漆相似，区别在于受聚氨酯降解的影响环氧含量降低，出现了氨基特征峰。

2.2 降解原理分析

聚氨酯胶黏剂是由异氰酸酯、聚酯多元醇及聚醚多元醇制备而成。对应基团热降解初始热分解温度是：脲基甲酸酯100～120℃、缩二脲115～125℃、氨基甲酸酯140～160℃和脲160～200℃。而前两者热降解为可逆反应。脲基高温下降解成异氰酸酯和胺。鉴于工艺烘焙条件为170℃烘焙主要为氨基甲酸酯降解为异氰酸酯和醇。若异氰酸酯不发生副反应，受温度和时间影响则进一步降解生成伯（仲）胺和二氧化碳。

环氧树脂与异氰酸酯体系固化反应包括3个基本反应，分析如下：

80℃时，异氰酸酯官能团反应生成三嗪环。则-NCO特征峰为2270cm-1消失，出现三嗪环1709cm-1特征峰。

140℃时，异氰酸酯官能团主要也是发生了三聚反应。红外分析同上。

170～200℃时，异氰酸酯与环氧基团反应生成噁唑烷酮环化合物，对应红外出现环氧峰降低、1700～1755cm-1噁唑烷酮的特征峰及胺特征峰。这与流胶红外测试结果基本一致。

3 NMN胶失效结构分析

制作NMN胶失效后的绝缘结构，测试NMN胶失效经过96h湿热试验后的绝缘性能变化。

3.1 绝缘结构制作

原结构：电磁线+半叠包少胶云母带+热收缩带+NMN

结构1：电磁线+半叠包少胶云母带+热收缩带+NH+Nomex

结构2：电磁线+半叠包少胶云母带+热收缩带+Nomex

3.2 绝缘结构试验

进行96h湿热试验，温度40℃，湿度95%。试验后测试工频介质损耗和击穿电压。

3.3 试验结果

<！--[if gte vml 1]> <！[endif]-->

4 结束语

电机模卡流出物质主体成分为浸渍漆和NMN中胶粘剂的降解物。产生的原因为实验用NMN耐热等级低在170℃烘焙时发生热降解，产生耐高温混合物，此混合物属于低温下具有流动性的绝缘材料即为模卡的黑色排出物。对于绝缘结构的评估来说，当槽绝缘分层时，其对干燥的线棒的介损影响较小，而对潮湿状态的定子线棒介损影响很大。同时，湿热试验后线棒的击穿电压并没有降低，说明受潮部位在槽绝缘不在线圈绝缘上。

参考文献

[1] H.N.Galpern and G.H.Vogt， “A New Class F Armature Insulation System for Turbine-Generators，” in Proceedings of the 13th Electrical/Electronics Insulation Conference， IEEE Publication 77CH1273-2-EI， 1977：215-219. .