Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КАПСУЛИРОВАНИЯ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии капсулирования обмоток электрических машин.

Известен способ капсулирования обмоток электродвигателей, основанный на заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей теплопроводящей массой [1].

Недостатком аналога является низкая теплопроводность капсулирующей массы, что затрудняет отвод тепла из обмотки в магнитный сердечник и в окружающую среду.

Наиболее близкий к заявляемому является способ, описанный в авторском свидетельстве [2].

Способ-прототип основан на заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей массой, содержащей металлические гранулы и теплопроводящий связующий состав, при котором металлические гранулы вводят в указанное пространство и поворачивают электродвигатель на 180, причем перед заполнением обмотку нагревают пропусканием через нее тока до 110-120°C и обволакивают лобовые части обмотки составом, содержащим мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м и связующее, а заполнение осуществляют одновременным введением металлических гранул и теплопроводящего связующего состава, при этом в качестве ферромагнитного материала используют никель-цинковый феррит с относительным его содержанием 75-80 мас.%.

Недостатком способа-прототипа является необходимость введения в капсулирующую массу металлических гранул, например, как в прототипе, из алюминия, которые имеют низкое омическое сопротивление и ухудшают электроизоляционные свойства обмоток.

Кроме того, введения магнитомягких никель-цинковых частиц и алюминиевых гранул не дают существенного увеличения радиальной теплопроводности обмоток и не приводят к значительному улучшению тепла из обмоток при их эксплуатации.

Техническая задача, на которую направлено изобретение, состоит в снижении теплового радиального сопротивления обмотки за счет повышении теплопроводности капсулирующей массы.

Решение указанной технической задачи, на которую направлено изобретение, состоит в том, что в способе капсулирования обмоток электродвигателей, основанном на токовом разогреве обмотки до температуры 110÷120°C и заполнении пространства между наружной поверхностью лобовых частей обмотки и корпусом электродвигателя капсулирующей массой, капсулирующая масса содержит следующие компоненты, мас.%:

- нанотрубки из нитрида бора - 25÷30;

- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 10÷15;

- пропиточный компаунд - остальное.

На фиг.1 приведена схема выполнения операций по осуществлению предлагаемого способа.

Выполнение операций по осуществлению способа капсулирования обмоток электродвигателя производится на пропиточно-сушильной установке роторного типа ПОС 4-3 в следующей последовательности.

Токовый разогрев обмоток осуществляют на всех позициях, кроме позиций загрузки (поз. 18) и выгрузки (поз. 17). Подогрев обмоток электродвигателей путем пропускания через них электрического тока (для двигателей 4А112М устанавливают ток 40А).

На позициях 1-6 осуществляют обычную пропитку обмоток пропиточным компаундом, например КП-34. На позиции 7, на которой температура двигателя достигает 110÷120°C, обмотку со магнитным сердечником переводят в горизонтальное положение и проводят обволакивание лобовых частей обмоток двигателя капсулирующей массой, содержащей следующие компоненты, мас.%:

- нанотрубки из нитрида бора - 25÷30;

- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 10÷15;

- пропиточный компаунд - остальное.

Введение нанотрубок из нитрида бора в капсулирующую массу обусловлено тем, что указанный материал обладает уникальными свойствами. С одной стороны, он является диэлектриком с объемным сопротивлением порядка (10¹⁵÷10¹⁶) Ом×м, так как ширина запрещенной зоны у этого материала составляет около 6 эВ. С другой стороны, он обладает рекордно высокой теплопроводностью, на 4 порядка превышающей теплопроводность материала корпусной изоляции, и составляет величину λ=3000 Вт/м×К [3, 4].

Выбор диапазона концентраций нанотрубок из нитрида бора 20-25 мас.% обусловлен следующими соображениями. Чем больше концентрация в пропиточной смеси нанотрубок из нитрида бора, тем выше ее теплопроводность, но при повышении концентрации нанотрубок из нитрида бора за 25 мас.% резко возрастает вязкость смеси, что ухудшает технологические свойства капсулирующей массы. Экспериментально установлено, что оптимальная концентрация нанотрубок из нитрида бора лежит в диапазоне 20-25 мас.%.

Добавка в капсулирующую массу 10-15 мас.% магнитно-мягких мелкодисперсных частиц обусловлена следующими соображениями. При концентрациях магнитно-мягких мелкодисперсных частиц меньше 10 мас.% не происходит полного «запирания» пропиточного состава, проникшего в обмотку при пропитке, и он, в процессе окончательной сушки обмоток, продолжает вытекать из обмотки, ухудшая ее качество. При концентрациях магнитно-мягких мелкодисперсных частиц больше 15 мас.% происходит ухудшение технологических свойств пропиточной смеси, связанное с повышением жесткости состава и снижением его эластичности.

Протекание тока, создающего вокруг обмотки электромагнитное поле, увеличение концентрации магнитно-мягких частиц в пропиточном составе и перемещение струи пропиточного состава перпендикулярно наружной и внутренней поверхностям лобовых частей обмотки приводит к удержанию пропиточного состава в пазовых и лобовых частях обмотки и созданию равномерного покрытия на лобовых частях обмотки.

На позициях 8-16, когда двигатель находится в горизонтальном положении, проводят токовую сушку. На позициях 17-18 проводят разгрузочно-загрузочные операции. На всех позициях за исключением 17-18 двигатели находятся в непрерывном вращении вокруг своей оси.

Для сравнения теплопроводности капсулирующей массы, используемой в прототипе, с теплопроводностью капсулирующей массы, используемой для капсулирования в заявляемом способе, были проведены исследования. Для исследования были подготовлены образцы из капсулирующей массы, используемой в прототипе, содержащие 75 мас.% никель-цинкового порошка, 5 мас.% алюминиевой пудры, используемой в качестве металлических гранул, и 20 мас.% компаунда КП-34. Для сравнения были изготовлены образцы из капсулирующей массы, используемой в заявляемом способе, которые содержали, мас.%:

- нанотрубки из нитрида бора - 28;

- мелкодисперсный порошок ферромагнитного материала с удельным объемным сопротивлением не менее 10 Ом×м - 12,5.

Результаты исследований приведены в табл. 1.

Исследования теплопроводности образцов капсулирующей массы с различным содержанием наполнителей проводили на приборе LFA447 при температуре 25°C. Экспериментально определяемой характеристикой тепловых свойств образцов являлась их температуропроводность, используя которую определяли их теплопроводность. Измерение температуропроводности было основано на методе вспышки. Данный метод удовлетворял требованиям ГОСТ 8.140.-82 и ГОСТ 8.141-75.

В исходном состоянии компаунд КП-34 имел теплопроводность λ=0,28 Вт/м×К.

Как следует из таблицы 1, теплопроводность капсулирующей массы в заявляемом способе в 5,9 раз выше, чем теплопроводность капсулирующей массы в прототипе.

Проведенное описанным способом капсулирование обмоток электродвигателей позволило, как показали предварительные эксперименты, снизить в среднем температуру перегрева обмотки, по сравнению с прототипом, более чем в 2 раза, что способствовало значительному улучшению качества обмоток.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №847450, кл. Н02К 15/08, 1979.

2. А.С. №1399859. Способ капсулирования обмоток электродвигателей. // Г.В. Смирнов, С.Ш. Щерб // - Опубл. 30.05.88 Бюл. №20 (Прототип).

3). http://postnauka.ru/faq/39530.

4). http:////scientific.ru/journal/news/n291101b.html.