焊接變壓器環(huán)氧全密封絕緣結(jié)構(gòu)探討

知識達人

一、概述
    變壓器采用環(huán)氧樹脂全密封或線圈全密封絕緣結(jié)構(gòu)，在國外和國內(nèi)已很普遍。由于環(huán)氧樹脂通過添加劑、填料等的改性，機械、電氣性能優(yōu)越，其積極作用已被工們逐漸認(rèn)識，因而它的應(yīng)用范圍不斷擴大。對變壓器而言，低電壓、高電壓、大電流低電壓的種類不同，使用條件不一樣，它對環(huán)氧樹脂固化物的某些性能要求亦不一樣。我廠生產(chǎn)的電焊機，其焊接變壓器屬大電流低電壓類型。該變壓器特點是工作呈頻繁的通、斷狀態(tài)，因而整個變壓器的環(huán)氧包封層將形成一個沖擊和疲勞的考核。因此，對環(huán)氧包封層的韌性和熱態(tài)時的強度要求顯然就高些。不然環(huán)氧包封層就可能由于承受不了變壓器工作狀態(tài)下的電磁震動而開裂。


    二、焊接變壓器環(huán)氧包封層開裂原因分析
    過去，焊接變壓器環(huán)氧包封層常有開裂現(xiàn)象產(chǎn)生。通過解剖觀察、配方性能分析，歸納以下兩大因素：
    1、線圈整體絕緣：
    我廠過去采用初、次級間墊絕緣紙(云母或DMD)代替單獨的次級絕緣，然后環(huán)氧澆注全密封。由于環(huán)氧層開裂，從環(huán)氧澆注角度分析，則有其不合理處。首先從襯墊絕緣紙來看，它襯墊時周圍必須比線圈高。(圖略)。
    從結(jié)構(gòu)圖看，變壓器內(nèi)絕緣對環(huán)氧澆注件而言，絕緣紙在線圈周圍形成了若干層刀切面。且襯墊與襯墊層之間形成了若干直角形，這些刀切面和直角對環(huán)氧澆注體是十分有害的，它們加劇了內(nèi)應(yīng)力的形成，對澆注體的開裂造成了潛伏危機。因此，這種絕緣結(jié)構(gòu)從環(huán)氧澆注角度看顯然是不合理的。

    2、改進的總體絕緣結(jié)構(gòu)
    通過對結(jié)構(gòu)圖絕緣結(jié)構(gòu)的分析，擬定了一個適合于環(huán)氧澆注體現(xiàn)人絕緣的結(jié)構(gòu)(圖略)。根據(jù)國外如SCIAKY公司環(huán)氧澆注體絕緣結(jié)構(gòu)來看，一般均不采用襯墊絕緣作初次級間絕緣，即使采用亦只是局部作補償絕緣用。
    該絕緣結(jié)構(gòu)，采用次級以環(huán)氧彈性粉末熔敷任意厚度(根據(jù)產(chǎn)品特點)。
    次級表面去除毛剌后以噴砂處理，表面形成粗糙的均勻平面，改善環(huán)氧粉末與次級的附著力。內(nèi)絕緣無刀切面及直角形，無形中減少了內(nèi)應(yīng)力形成的可能性。從環(huán)氧澆注角度看這是較理想的絕緣結(jié)構(gòu)之一。新結(jié)構(gòu)能大大減少環(huán)氧層開裂現(xiàn)象的發(fā)生。


    三、環(huán)氧混合料配方分析
    對于環(huán)氧混合料的選擇，在絕緣結(jié)構(gòu)較合理的情況下，它就是十分重要的因素之一。然而產(chǎn)品的絕緣等級、線圈的外形、大小、使用特定條件等都是配方選擇中不可忽略的因素，尤其產(chǎn)品使用條件更為重要。由于這些因素，環(huán)氧樹脂配方設(shè)計性能要求側(cè)重面不一樣。電焊機變壓器其使用特性：大電流、低電壓(次級通水冷卻結(jié)構(gòu))使用時變壓器連續(xù)處于通斷狀態(tài)，因而產(chǎn)生初次級間劇烈的電磁震動；并同時發(fā)出較大的熱量。
    產(chǎn)品使用時的這兩種現(xiàn)象，前者以機械力作用在環(huán)氧包封層上，后者則以銅的膨脹作用在環(huán)氧包封層上。根據(jù)該種變壓器的使用特點，則要求配方設(shè)計著重于：
    (1)、良好的韌性：
    合理的調(diào)節(jié)環(huán)氧混合料的韌性是關(guān)鍵，選擇增韌劑除它的韌性好，還要具備熱態(tài)時性能穩(wěn)定，參予環(huán)氧反應(yīng)時的活性適中，且價格便宜等。目前國內(nèi)從以上四方面看較理想的增韌劑是溫州紅旗化工廠生產(chǎn)的HAS-1聚酐增韌固化劑。通過試驗，批量投產(chǎn)及至目前我廠正常生產(chǎn)使用證明，該增韌固化劑性能較優(yōu)。具體性能見(表1)、(表2)。

表1 以HAS-1作固化劑的環(huán)氧固化物性能

項目	數(shù)據(jù)	項目	數(shù)據(jù)
抗沖kg·cm/cm2	40.6	介電常數(shù)ε	2.99
抗彎kg·/cm2	963	熱失重200℃/200小時	1.91
EnP·kv/mm	33	冷熱沖擊:-30℃-100℃三個循環(huán)	(環(huán)氧線圈)環(huán)氧層不開裂
馬丁耐熱℃	<50
Pv·Ω·Cm	6.37×1016	冷凍試驗:-40℃/6小時	同上
介損tgδ	0.0056	冷凍試驗:-55℃/6小時	同上

    注：該配方諸性能都較理想，馬丁耐熱低是產(chǎn)品所要求的，這個性能即在熱態(tài)時環(huán)氧層呈熱彈性體。適合焊接變壓器的使用特點。

表2 熱老化后的機構(gòu)性能

項目	有填料				無填料
	常溫	200℃			常溫	200℃
		100小時	150小時	200小時		100小時	150小時	200小時
抗沖kg·cm/cm2	25	33.3	50	34.2	40.6	30.8	31.7	33.3
抗彎kg·/cm2	1380	800	830	890	963	960	970	960

    注：對表1的配方又做了200℃，200小時試樣的熱老化后的機械性能測試，從有填料一欄看，沖擊強度上升36.8%；無填料僅下降18%，因此該配方是理想的(按F級絕緣考核)。

    (2)、良好的冷熱沖擊性能及低溫冷凍性能：
    冷凍性能及冷熱沖擊性能的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品運輸、貯存及使用壽命。由表1數(shù)據(jù)看，冷熱交變及冷凍考核性能均可。經(jīng)產(chǎn)品長期使用考核已達預(yù)期目的。


    四、結(jié)束語
    根據(jù)不同產(chǎn)品、形狀、結(jié)構(gòu)等，以增韌劑、固化劑、促進劑、填料以至環(huán)氧樹脂種類進行比例適當(dāng)?shù)恼{(diào)整配方能得到理想的環(huán)氧固化物，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。就我廠的焊拉變壓器而言：變壓器的大小、外形結(jié)構(gòu)等參數(shù)不一樣，環(huán)氧澆注料的配比皆不一樣。
    由于我們的水平不高，工作尚不細(xì)致，存在許多錯誤，請大家指教。

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