焊接變壓器環(huán)氧全密封絕緣結構探討
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構,在國外和國內已很普遍。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識,因而它的應用范圍不斷擴大。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)。
從結構圖看,變壓器內絕緣對環(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,它們加劇了內應力的形成,對澆注體的開裂造成了潛伏危機。因此,這種絕緣結構從環(huán)氧澆注角度看顯然是不合理的。
2、改進的總體絕緣結構
通過對結構圖絕緣結構的分析,擬定了一個適合于環(huán)氧澆注體現(xiàn)人絕緣的結構(圖略)。根據國外如SCIAKY公司環(huán)氧澆注體絕緣結構來看,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。
該絕緣結構,采用次級以環(huán)氧彈性粉末熔敷任意厚度(根據產品特點)。
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。內絕緣無刀切面及直角形,無形中減少了內應力形成的可能性。從環(huán)氧澆注角度看這是較理想的絕緣結構之一。新結構能大大減少環(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,在絕緣結構較合理的情況下,它就是十分重要的因素之一。然而產品的絕緣等級、線圈的外形、大孝使用特定條件等都是配方選擇中不可忽略的因素,尤其產品使用條件更為重要。由于這些因素,環(huán)氧樹脂配方設計性能要求側重面不一樣。電焊機變壓器其使用特性:大電流、低電壓(次級通水冷卻結構)使用時變壓器連續(xù)處于通斷狀態(tài),因而產生初次級間劇烈的電磁震動;并同時發(fā)出較大的熱量。
產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。根據該種變壓器的使用特點,則要求配方設計著重于:
?。?)、良好的韌性:
合理的調節(jié)環(huán)氧混合料的韌性是關鍵,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)氧反應時的活性適中,且價格便宜等。目前國內從以上四方面看較理想的增韌劑是溫州紅旗化工廠生產的HAS-1聚酐增韌固化劑。通過試驗,批量投產及至目前我廠正常生產使用證明,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
項目
數(shù)據
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)。
?。?)、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系到產品運輸、貯存及使用壽命。由表1數(shù)據看,冷熱交變及冷凍考核性能均可。經產品長期使用考核已達預期目的。
四、結束語
根據不同產品、形狀、結構等,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?shù)恼{整配方能得到理想的環(huán)氧固化物,以保證產品的質量。就我廠的焊拉變壓器而言:變壓器的大孝外形結構等參數(shù)不一樣,環(huán)氧澆注料的配比皆不一樣。