Пропитка и сушка обмоток электрических машин. Назначения. Методы их достоинства и недостатки

Назначение пропитки

 

В процессе изготовления и после укладки в пазы статоров, роторов и якорей обмотки пропитываются лаками или компаундами с последующей сушкой. 
В результате пропитки и сушки улучшаются следующие свойства электрической изоляции:

1. повышается нагревостойкость;
2. улучшается теплопроводность обмоток за счет уменьшения воздушных прослоек между проводниками и стенками паза сердечника;
3. повышается влагостойкость изоляции, особенно волокнистой, из-за уменьшения гигроскопичности в результате заполнения пор и создания лаковой пленки, препятствующей проникновению влаги внутрь обмотки;
4. повышается электрическая прочность изоляции, так как электрическая прочность пропиточных материалов выше электрической прочности воздуха, находящегося между волокнами непропитанных материалов;
5. повышается механическая прочность изоляции, так как пропитанная обмотка имеет хорошо сцементированные витки, плотно- и прочно сидящие в пазах сердечников. Благодаря этому предотвращается перемещение проводников в результате вибрации и связанное с этим повреждение изоляции от истирания.

Наружные поверхности обмоток после сушки окрашивают покровными эмалями и лаками. Образующаяся в результате этого твердая и гладкая пленка толщиной 50—60 мкм хорошо защищает изоляцшо от влаги, смазочных масел и скапливания пыли.

Методы пропитки

Для пропитки обмоток пользуются следующими методами:

1. погружением в лак;
2. на стендах с нижней подачей лака;
3. струйным поливом;
4. компаундированием;
5. вакуумно-нагнетательным способом.

Выбирают метод пропитки в зависимости от типа лака и конструкции обмоток. 
Метод пропитки погружением. Этот метод является наиболее распространенным способом пропитки лаками, содержащими растворитель, как отдельных катушек, так и обмоток, уложенных в пазы сердечников. Для лучшего проникновения лака в обмотки, уложенные в пазы сердечников, последние перед погружением в лак нагреваются до температуры 60—70°. 
Перед пропиткой водноэмульсионным лаком ПФЛ-86 нагревать сердечники не следует во избежание распада эмульсии. 
Режим пропитки зависит от назначения электрической машины, конструкции обмоток и типа лака. Так, количество пропиток бывает от одной и более, а время выдержки обмотки в лаке колеблется от нескольких секунд до одного часа. 
Время выдержки обмоток в лаке при первой пропитке (15 мин — 1 ч) значительно больше, чем при последующих погружениях, так как при первом погружении происходит основное заполнение пор и воздушных прослоек в изоляции. 
При любой пропитке обмотка должна находиться в лаке до прекращения выделения пузырьков воздуха. 
Для лучшего проникновения лака в обмотку у погружаемых в бак с лаком изделий пазы сердечников должны быть расположены вертикально или под небольшим углом. Якорь электрической машины погружают в лак коллектором вверх. 
Во время пропитки обычно бывает сложно защищать концы валов, посадочные поверхности статоров и шайб якорей, поэтому сразу после пропитки лак с этих поверхностей удаляют, протирая посадочные поверхности хлопчатобумажными салфетками, смоченными в растворителе. 
В пропиточном отделении должен быть установлен жесткий контроль за составом и чистотой лака. Пропиточные ванны и котлы необходимо периодически очищать от остатков лака, а погружаемые в лак изделия перед пропиткой обязательно продувать чистым сжатым воздухом для удаления с них пыли и грязи. Ежедневно и после каждого разведения проверяют вязкость лака, а через два-три дня — содержание основы лака. 
При обычном методе пропитки на удаления растворителей в процессе сушки затрачивается значительное время — 10—12 ч. 
Для ускорения процесса пропитки и последующей за ним сушки за рубежом был разработан новый метод пропитки. Сущность этого метода заключается в том, что изделие, подлежащее пропитке, нагревают до температуры, несколько превышающей температуру кипения растворителя, а затем погружают на 10—20 сек в ванну с лаком, имеющим температуру цеха. У слоев лака, соприкасающихся с якорем, нагретым до температуры 160°, резко снижается вязкость, в результате чего лак лучше проникает в поры обмотки и при этом большая часть растворителя испаряется из обмотки. 
Время сушки после пропитки для удаления оставшегося растворителя сокращается таким образом до 1—2 ч. 
Метод пропитки погружением имеет ряд недостатков. Целью операции является пропитка изоляции обмоток и пазов сердечника, а в лак приходится погружать сердечник целиком. В результате этого увеличивается расход лака за счет покрытия им металлических деталей. К тому же этот лак приходится с посадочных поверхностей смывать вручную. 
На наружной поверхности статора образуется лаковая пленка, которую очень трудно смыть, при окраске по ней качество покрытия получается невысоким. 
После пропитки в течение 20—30 мин с изделий на поддоны стекает лак. 
Выделяемые в это время пары растворителей, а также испарения с поверхности лака пропиточных ванн приводят к загазованности пропиточно-сушильных отделений. 
При определенной концентрации паров растворителей пропиточное отделение становится взрыво- и пожароопасным и вредным для здоровья находящихся в нем работников. Исключение составляют пропиточные отделения с водноэмульсионными лаками.

 

 

Пропитка нанесением лака кистью

 

-делается путем погружения кисти в емкость с лаком, а затем касанием ее обмотки в месте пропитки.

Достоинства способа*: простота, не требует сложного оборудования, сравнительно небольшой расход лакай растворителя, не требует значительного расхода электроэнергии. Недостатки: малая глубина проникновения лака в изоляцию, неравномерность толщины лаковой пленки и крайне малая производительность труда.

Способ широко применяется в основном при частичном ремонте обмоток электромашин, особенно в эксплуатации.

 

 

Пропитка поливом струей лака.

 

-магнитопровод с обмоткой электрической машины устанавливается на отбортованный лист железа одной лобовой частью вертикально вверх, либо с наклоном под углом 15-30°. Лист имеет слив в сборную емкость. Разогретый лак забирается ковшом и выливается на лобовые части пропитываемых обмоток.

Достоинства: простота, несложное оборудование, возможность пропитки обмоток электрических машин любых габаритов, малый расход энергии, сравнительно высокая производительность; недостатки — неравномерность толщины лаковой пленки, невысокая глубина пропитки, большой расход лака и его растворителя.

Способ получил довольно широкое применение, особенно при пропитке крупногабаритных машин в малых и средних ремонтных мастерских.

 

Струйный или капельный

-способы пропитки более современны, но по сути они являются разновидностями рассмотренного способа — полива струей лака. Отличие только в том, что на специальных стендах магнитопроводы с обмотками 4 (рис. 67), установленные под углом 15-20° к горизонту, приводятся во вращение с частотой 15-20 об/мин (т.е. очень медленное). От емкости (7), по лаководам (2), на лобовые части, находящиеся выше, подается каплями или тонкой струей лак или расплавленный компаунд, которые, растекаясь по обмотке, пропитывают ее.

При пропитке компаундами, в конце предварительной сущки обмотки дополнительно нагреваются до температуры 120-130°С а компаунды — до температуры требуемой жидкотекучести.

Достоинства данных способов по сравнению с рассмотренными: меньший расход пропиточного материала и растворителя. Недостатки: требуют относительно сложного оборудования, много времени для регулировки; для машин средней и большой мощности вообще нерациональны.

В ремонтной практике способы пока не применяются, но на крупных предприятиях при большом ремфонде могут быть использованы, если собирать в достаточном объеме машины с однотипными параметрами.

Способ пропитки погружением.

 

-По данному способу магни- топровод с обмоткой или детали обмоток после предварительной сушки охлаждают до температуры 60-65°С. Затем, установив их так, чтобы воздух имел возможность легкого выхода из изоляции (например, вертикально), медленно опускают в ванну с лаком. Желательно, на глубину не менее 0,2—0,4 м от уровня поверхности лака до верхней кромки лобовой части обмотки.

Некоторые конструкции ванн оборудуются нижней подачей лака, тогда пропитываемые детали опускаются в пустую ванну, которую затем медленно заполняют лаком.

Там обмотка выдерживается до полного прекращения выделения пузырьков воздуха. Практически при температуре лака 60°С это время колеблется в широких пределах (15-50 мин).

Пропитанные изделия извлекаются из ванны и устанавливаются на стеллажи для стекания излишков лака. В том случае, если воздушный зазор машины мал, следует ветошью, смоченной в растворителе, удалить лак с поверхности расточки магнитопровода. Завершающая операция — окончательная сушка.

Схема установки для пропитки способом погружения (рис. 68) состоит из подъемного стеллажа (3) для деталей (9), подлежащих пропитке (статор с обмотками), механической или электрической тали (1), чаще всего на монорельсе (таль для подъема и опускания стеллажа, монорельс для перемещения на участке), ванны с лаком (10), с крышкой (2) емкости для лака (16) и емкости для растворителя (17), последние соединены с ванной трубопроводами, в которые включены вентили (12, 13) и насос для перекачки лака (14).

Для получения изоляции обмоток с повышенными качествами пропитку с сушкой повторяют несколько раз. Рациональное количество циклов зависит от условий и характера работы электромашины, конструкций обмоток, классов нагревостойкости, марок лаков. Основное заполнение пор и капилляров изоляции лаком выполняется при первой пропитке, последующие можно рассматривать как наложение покровной пленки. Время последующих пропиток колеблется в пределах 10-12 мин. После каждой из них проводится сушка.

Достоинства способа: экономичность, сравнительно несложное оборудование, простота технологии, глубина пропитки в целом удовлетворительная, достаточно ровная по толщине лаковая пленка, высокая производительность. Недостатки: относительно повышенный расход лака и растворителя. Последнее происходит за счет испарения. Отсюда для восстановления пропиточной способности лака необходимо периодическое восполнение растворителя. При крупных габаритах машин требуются ванны большого объема, кроме того, есть сложности, связанные с переходом от одного типа изоляционного лака к другому.

Метод широко применяется на ремонтных предприятиях все\ уровней.

 

Пропитка под давлением

 

-требует крышки (2) у пропиточной ванны (10), герметически закрывающейся, а также наличия сжатого воздуха (рис. 68).

Последовательность операций пропитки. На первом этапе она выполняется так же, как и при рассмотренном способе погружения. Затем, по окончании выделения на поверхности лака в ванне (10) пузырьков воздуха, крышка (2) закрывается и в пространство под крышкой над уровнем лака через вентиль (5) ударом подается сжатый воздух от компрессора (5). Через 5-7 мин вентилем (75) на такое же время давление снимается, после чего операция повторяется. Рациональное количество таких циклов определяется экспериментально.

Достоинства и недостатки способа те же, что и в способе простого погружения, но пропитка более глубокая, вместе с тем имеется некоторое усложнение технологии и требуется дополнительное оборудование. Способ наиболее целесообразен на тех предприятиях, где имеется централизованное снабжение сжатым воздухом.

 

Способ пропитки под вакуумом

 

- более прогрессивен. Он позволяет предварительную сушку выполнять при значительно меньших температурах. Это, во-первых, значительно ограничивает скорость старения изоляции, во-вторых, сокращает время сушки. Однако такой способ пропитки требует не обычной ванны (10) (на рис. 68 — сплошная линия), но специальной конструкции — автоклав, — емкости с герметически закрывающейся крышкой (2) и устройством нагрева (4) с теплоизоляцией (пунктир). Необходима еще вакуумная установка (7).

Последовательность операций: после предварительной сушки обмоток под вакуумом в автоклаве открывается вентиль 13 от емкости  10, и нагретый лак самотеком под атмосферным давлением заполняет автоклав. Так как во всех пустотах обмотки воздух отсутствует, поры и капилляры засасывают лак и заполнение их становится значительно полнее. Через несколько минут перекрывается вентиль (6), отключается вакуумный насос. Вентилем (75) под крышкой ванны снимается вакуум и насосом (14) лак перекачивается из ванны 10 (автоклава) в емкость 16.

Достоинства способа: высокая степень заполнения всех пустот обмоток, значительно меньший расход лаков и их растворителей, чем при пропитке поливом или погружением, меньшее время на пропитку, равномерная толщина изоляционной пленки, высокая производительность, экономичность. Недостатки: требуется дорогостоящее технологическое оборудование; имеются трудности в обеспечении достаточной герметизации пропиточных ванн, определенная сложность технологии пропитки.

Способ достаточно широко применялся на многих крупных (и даже средних) ремонтных предприятиях. Он был вполне экономичен, несмотря на дорогостоящее оборудование, так как за счет высокого качества пропитки срок работы электрических машин увеличивался на 15-20 %.

Наиболее качественную пропитку дает способ пропитки по тренировочному режиму.

 

- По данному методу после пропитки обмотки под вакуумом в автоклавах под крышку на 5-7 мин подается сжатый воздух, затем на такой же промежуток давление снимается. После чего процесс повторяется 3-5 раз. Он обеспечивает пропитку на повышенную глубину изоляции, однако требует много дорогостоящего оборудования. В ремонтной практике данный способ применения пока не получил.

Категорически запрещается проводить пропитку обмоток методом пульверизации (в некоторых литературных источниках одно время он ошибочно рекомендовался как наиболее прогрессивный). Дело в том, что в этом случае в лаковой пленке остается много воздуха, а это резко снижает все характеристики изоляции.

При всех способах пропитки следует тщательно следить за вязкостью изоляционных лаков, так как их растворители, как правило, обладают повышенной летучестью, в результате лак густеет и теряет способность хорошо заполнять поры и капилляры обмоток. Для поддержания требуемой жидкотекучести лаков периоду чески в пропиточную ванну или емкость с лаком добавляют требуемые порции растворителя, масса которых определяется из выражения

Способы сушки.

Назначение и общие вопросы сушки.

Перед пропиткой и после ее обмотки подвергают сушке. Сушка перед пропиткой необходима для удаления влаги из пор изоляции, препятствующей проникновению лака. 
Обмотки с влагостойкими изоляционными материалами (эмаль-провода, провода со стекловолокнистой изоляцией,  пазовая изоляция из стекловолокна) перед пропиткой сушке не подвергают. 
Нет необходимости сушить обмотки перед пропиткой их в водноэмульсионном лаке.                                                                                                           
Сушка обмоток после пропитки предназначена для удаления растворителей и запекания лаковой пленки. 
Для сушки обмотки помещают в специальные сушильные печи. У Время сушки изделий перед пропиткой и после каждой пропитки зависит от материала изоляции обмоток, применяемых для пропитки лаков, способа сушки, а также температуры, при которой она происходит. 
Установлено, что с увеличением температуры сушки ускоряется выделение растворителя и влаги из обмоток. Однако с повышением температуры быстрее старится изоляция. Поэтому температура сушки обмоток не может быть произвольной, допустимая наибольшая величина ее определяется классом нагревостойкости изоляции. 
При прочих равных условиях на время сушки оказывают влияние габариты изделий, подвергаемых сушке, и способы их укладки в печи. Изделия с большей массой для своего разогрева требуют больше времени; при хорошем омывании изделий горячим воздухом время сушки сокращается. Вот почему одновременно в печи не следует сушить, например, якоря малых и больших величин. Укладывать изделия для сушки в печи следует с учетом хорошего доступа воздуха к каждому изделию. 
При загрузке в печь изделий, имеющих температуру цеха, температура в нем понижается, поэтому отсчет времени сушки, указываемого в заводских инструкциях, следует вести с момента достижения в печи заданной температуры. 
Процесс сушки после пропитки разделяется на две стадии: удаление паров растворителя и запекание лаковой пленки. 
У большинства пропиточных составов удаление растворителей происходит в процессе разогрева до температуры сушки. 
Кремнийорганические лаки требуют ступенчатой температуры сушки: 110 -- 130° для удаления растворителя и 180 -н 190° для запечки пленки лака. у Качество пропитки и сушки обмоток проверяют по величине сопротивления изоляции, которая должна соответствовать величине, указанной в технологической инструкции. 
Практикой электромашиностроения для каждого вида и класса нагревостойкости пропиточного лака для обмоток с изоляцией выработаны определенные температуры сушки: 
 
Некоторое превышение температуры сушки обмоток над предельно допустимой при работе в длительных условиях, указанной в ГОСТ 8865—58 для каждого класса изоляции, не оказывает существенного влияния на старение изоляции, так как воздействие этой температуры непродолжительно по времени. 
Способы сушки. Для осуществления процесса сушки обмотки необходимо нагреть. 
Применяются следующие способы нагрева обмоток электрических машин: