牵引电机与绝缘

牵引电机与绝缘

主讲：

2001年2月17日

牵引电机与绝缘

前言：牵引电机运行的可靠性和寿命，在很大程度上是由它的绝缘性能所决定，运行经验及有关资料统计表面，牵引电机的故障，有一半以上是因绝缘发生故障而引起的。同时电机的一些主要技术经济指标如电压等级、单位重量的输出功率等，与它的绝缘结构、所采用的绝缘材料以及绝缘处理工艺也有很大的关系。因此，绝缘问题在牵引电机中占有十分重要的地位。

一、与电机绝缘有关几个名词术语

1． 绝缘体——体积电阻率在109Ω.cm以上的材料；其基本作用是将电机不同电位的各个带电部件以及同机壳、铁芯等不带电的部件隔

离，以确保电流能按规定的路径流通。但根据电机产品技术要求的

不同，绝缘体也起其它一些特殊作用，比如冷却散热、机械支撑与

固定、防潮防霉、耐环境气候、耐火灭弧、保护导体等。

半导体——体积电阻率在10-2-109Ω.cm之间的材料。

导体——体积电阻率10-2Ω.cm以下的材料。

2． 绝缘结构——牵引电机中使用了许多绝缘材料，由同一种或几种绝缘材料通过一定的工艺方式而组合在一起所形成的结构称为绝

缘结构。

3． 匝间绝缘——同一线圈的各个线匝之间的绝缘。其作用是将电机绕组电位不同的导体相互隔离，以免发生匝间短路。

4． 对地绝缘——指电机绕组对机壳和其它不带电部件之间的绝缘。

其作用是将电机带电部件和机壳、铁芯等不带电部件隔开。

5． 短路——电机中电位不同的带电部件之间的绝缘发生破坏。

6． 接地——电机中带电部件与机壳、铁芯等不带电部件之间的绝缘发生破坏。

7． 电晕——可见的局部放电现象（一般指空气放电）。额定电压超过6000V时将会出现明显的电晕现象，一般发生在高压交流电机

中。电晕对绝缘材料有严重的腐蚀破坏作用。

二、绝缘材料的性能及分类

1． 绝缘材料的主要介电性能指标有：介电系数、电阻系数、介质损耗、击穿场强。

2． 绝缘材料的分类

绝缘材料可根据状态、成份、耐热性、产品形态等进行分类。

1） 按状态分，分气态（如空气、氟利昂等）、固态（如云母制品、层压制品、纤维制品、塑料薄膜等）和液态（如变压器油、电缆油等）三种。电机所用绝缘漆为固态绝缘。

2） 按成份分，可分为有机类（如聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、环氧树脂、其它不饱和聚酯类等）、无机类（如云母、陶瓷、玻璃、石棉等）、硅有机类（如有机硅树脂等）。为优化和综合性能，一般采用复合型绝缘。

3） 按耐热性分，可分为7级，即Y、A、E、B、F、H、C级（见表1）。

表1 绝缘材料的耐热等级

耐热等级最高允许工作温度（长期）代表产品名称Y 90℃丝绸、棉制品、聚乙烯、聚氯乙烯、木质纤维纸

A 105℃沥青、棉制品、酚醛类

E 120℃聚酯薄膜、聚胺脂类

B 130℃虫胶、酚醛、醇酸类

F 155℃环氧类、不饱和聚酯类

H 180℃二苯醚类、硅有机类

C 220℃聚酰亚胺类、有机硅类、无机绝缘类

某一绝缘等级电机的不一定完全采用同一耐热等级的绝缘材料，而应根据实际场合进行合理、经济而有效的绝缘搭配。

4） 按形态分，可分为漆类（包括树脂、胶）、浸渍纤维制品类、层压制品类、塑料类、云母制品类、薄膜及复合制品类。

表2 绝缘材料的形态分类

类别牵引电机使用的代表产品名称与型号

绝缘漆类和树脂（1）绝缘漆有浸渍漆（有、无溶剂）、覆盖漆、瓷漆、胶粘漆、硅钢片漆、漆（丝）包线漆和胶。

1032——表示B级有溶剂浸渍漆（三聚氰胺醇酸）；1053——表示H级有溶剂浸渍漆（有机硅）；114——表示F级无溶剂浸渍漆（不饱和聚酯）；1150——表示H级无溶剂浸渍漆（二苯醚不饱和聚酯）；1160——表示C级无溶剂浸渍漆（改性二苯醚不饱和聚酯）；1356——H级表面覆盖瓷漆；、1366——C级表面覆盖瓷漆。

浸渍纤维制品（2）组成：纤维（绵绸、玻璃纤维、陶瓷纤维、有机合成纤维等）+浸渍漆（固化型、半固化型）。即以绝缘纤维制品为底材浸以绝缘漆并经适当烘焙而成。

2432——B级醇酸玻璃漆布；2450、2451——H级有机硅玻璃漆布；2455——H级二苯醚玻璃漆布；此外还有二苯醚玻璃坯布、聚酰亚胺玻璃漆布、聚酰亚胺玻璃坯布、硅橡胶玻璃布、无纬带（环氧、聚酯等）、玻璃漆管、。

层压制品（3）以纤维纸或布（木质纤维、有机合成纤维或无机纤维）作底材，浸以不同的胶粘剂，经热压（板材）或卷制（管材或棒材）而成的层状结构的绝缘材料。

3240——B级环氧酚醛层压玻璃布板；341——F级高强度环氧酚醛层压玻璃布板；3255——H级二苯醚层压玻璃布板；350———H级改性二苯醚层压玻璃布板；3252——H级有机硅层压玻璃布板；此外还有聚酰亚胺层压玻璃布板、聚胺-酰亚胺玻璃布板等。

塑料制品（4）热固性塑料：热固性树脂（酚醛、氨基、不饱和聚酯、耐高温的硅有机及聚酰亚胺树脂）+填料（玻璃纤维、石棉粉等）+固化剂（促进剂）+其它辅助填料（颜料、润滑剂等）。热变形温度即热尺寸稳定性是热固性塑料的主要指标。

热塑性：一般为纯树脂型，或树脂+添加剂型。特点是线形结构，可反复多次成型。常用有：聚苯乙烯、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚四氟乙烯（包括活化处理）等。其中聚四氟乙烯号称“塑料王”，其耐热高、耐电弧性好、摩擦系数低。4330——酚醛玻璃纤维模塑料；DMC不饱和聚酯模塑料

云母制品（5）云母制品是牵引电机极为重要的绝缘材料。主要有云母带（由胶粘剂粘合云母片或粉云母纸与补强材料如玻璃布或薄模复合烘干而成）、云母板（柔软云母板、塑性云母板、换向器云母板、衬垫云母板）、云母箔（单面补强的云母板材）。

448-1——F级酚醛环氧玻璃粉云母带；5453-1——H级二苯醚玻璃粉云母带；514——F级环氧柔软云母板；5153——H级二苯醚软云母板；5150——有机硅柔软云母板；5231——B级虫胶塑性云母板：5250——H级有机硅塑性云母板；5535——B级虫胶换向器云母板；此外还有薄膜补强的粉云母带、换向器粉云母板等。

薄膜及复合制品（6）厚度薄、均匀性好、电气强度高。薄膜与其它纤维材料（如玻璃布、合成纤维纸等）复合，目的是加强薄膜的机械性能（抗撕、切和抗刺破能力），一般用作槽绝缘。主绝缘薄膜化是提高牵引电机槽满系数和其它技术经济指标的有效方法。6020——聚酯薄膜；6050——聚酰亚胺薄膜；聚酰亚胺薄膜粘带、MD、MDM、MH、MHM、NH、SH、NHN复合箔等。

三、 牵引电机工作环境及对绝缘的要求

（一） 工作条件

1． 内部因素：电、热、和机械应力。

2． 外部因素：空气温度、湿度、污秽、外界机械力（如机械振动、冲击等）。

根据机车牵引电机的运行环境特点，我们认为，牵引电机在运行时绝缘所承受的主要因素为：热、机械、电和环境。

（二） 牵引电机对绝缘材料的要求

1．良好的耐热性

绝缘具有良好的耐热性，可以提高牵引电机的功率，缩小电机的体积或重量，提高牵引电机运行可靠性及延长运行寿命等。如果电机绝缘结构中最热点的工作温度不超过所选用绝缘材料的最高允许工作温度，则该电机在某一限定工作温度下能获得经济的工作寿命。 2．高的机械强度

为保证电机具有足够的运行可靠性，绝缘材料必须具有足够高的机械强度，以满足电机在制造和运行条件下机械力（拉伸、敲击、挤