CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 265 1973
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАДЕЖНОСТЬ ВИТКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ЯКОРЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
А. Я. ЦИРУЛИК, И. А. ВОЛКОМИРСКИИ, В. Н. ПОПОВ, Н. М. НОВОСЕЛОВА
(Представлена научным семинаром кафедры электрических машин)
Ресурсные испытания машин серии П 1—6 габаритов, проводимые в течение ряда лет на заводе «Электромашина» (г. Прокопьевск), по-казали, что большая интенсивность отказов якорных обмоток наблюдается в .первые 2—6 тысяч часов работы, то есть имеет место период приработки. Все отказы относились к витковой изоляции. Известно, что отказы в период приработки обусловлены наличием скрытых дефектов изоляции обмотки, обусловленных некоторыми конструктивно-технологическими факторами. Для повышения надежности обмоток машин требуется выявить такие факторы, оценить степень влияния каждого из них ,и найти пути ослабления их влияния.
Анализ априорных сведений позволяет выделить следующие основные факторы, .понижающие надежность витковой изоляции.
1. Повреждения (или микроповреждения) витковой изоляции, наносимые при намотке секций на шаблон, укладке секций в пазы якоря, рихтовке лобовых частей обмотки и т. л. Исследования влияния технологии на .повреждаемость изоляции, которые были проведены нами на заводе, показали, что при существующей культуре производства обмоток повреждаемость витковой изоляции эмальпроводов невысока, а проводов с волокнистой изоляцией ■— отсутствует.
2. Высокий коэффициент заполнения паза, способствующий увеличению повреждаемости витковой изоляции при закладке обмотки в пазы.
3. Наличие «крестов» лроводников в пазовой ¡и лобовой частях секций, приводящих к продавливанию или истиранию изоляции при работе машины под действием вибраций и центробежных сил.
4. Смещение междуслойных прокладок в пазу и в лобовой части, в результате чего приходят в контакт проводники обоих слоев и вит-ковая изоляция оказывается под воздействием большого электрического на,пряжения.
5. Плохая степень цементации проводников обмотай .пропитывающим лаком, обусловливающая возможность взаимного перемещения проводников при работе машины под воздействием вибраций и центробежных сил, температурных расширений и т. л. и приводящая к истиранию изоляции на «крестах». Плохая цементация может быть обусловлена не строгим соблюдением режимов пропитки и сушки и не оптимальностью самих режимов, заданных технологией.
Для исследования степени влияния на надежность витковой изоляции были выбраны основные факторы:
X] = Кз — коэффициент заполнения свободной площади паза; Х2 — наличие «крестов» проБОДников; хз — уровень цементации1 обмотки.
Задача определения степени влияния нескольких факторов решается методами планирования м-нотофакторных экспериментов [ 1 ], поэтому был составлен и реализован полный факторный эксперимент из восьми опытов для трех независимых переменных (табл. 1).
Таблица 1
№ опытов хх коэффициент заполнения паза х2 наличие «крестов» в обмотке Уровень цементации обмотки
1 + (большой) + (много) Ч- (высокий)
2 — (малый) - + » 4- »
3 + (большой) + » — (низкий)
4 _ (малый) + » — »
5 + (большой) — (мало) Н- (высокий)
6 — (малый) — » 4- »
7 + (большой) ___ » — (низкий)
8 — (малый) — — »
Исследования проводились на машинах П32 с якорными обмотками, выполненными из проводов марок ПЭТВ и ПСДКТ, поэтому план по табл. 1 был реализован отдельно для каждого типа изоляции обмотки якоря. «Большой» ( + ) коэффициент заполнения паза равен 0,757 для обмотки из провода ПЭТВ и 0,752 — для обмотки ¡из провода ПСДКТ. «Малый» (—) коэффициент заполнения равен соответственно 0,547 и 0,57. Диаметр об>моточного провода был выбран с учетом получения «малого» коэффициента заполнения паза, а «большой» коэффициент заполнения был получен закладкой в пазы дополнительных пассивных секций с нужным числом проводников.
Количество «крестов» на уровне (+) обеспечивалось искусственным -спутыванием проводников, а на уровне (—) —тщательной укладкой обмотки по возможности без «крестов». Эту работу выполняла весьма опытная обмотчица.
Цементация на уровне ( + ) обеспечивалась трехкратной пропиткой и тщательной сушкой, а на уровне (—) — однократной пропиткой, обеспечивающей тонкую лаковую пленку.
Каждому опыту табл. 1 соответствует один якорь, изготовленный в соответствии с условиями, заданными таблицей. В качестве выходной характеристики не может быть взята непосредственно надежность изоляции, так как в противном случае требовалось бы проводить испытания каждой машины до отказа обмотки якоря, что требует длительных испытаний. Кроме того, потребовалось бы испытать большое число машин, чтобы объективно оценить уровень надежности. Поэтому в качестве выходной характеристики принимались параметры распределения пробивного напряжения витковой изоляции каждого якоря, позволяющие оценить состояние изоляции и, следовательно, связанные с надежностью изоляции. Для того, чтобы многократно испытать вит-ковую изоляцию каждого якоря, в секции обмотки были заложены испытательные витки (по четыре на секцию), концы которых выводились в лобовой части обмотки, отгибались на изолированную лобовую часть и бандажировались вместе с обмоткой. Все машины ,подвергались ускоренным испытаниям в течение 500 часов, при повышенной рабочей
температуре (160° С — для якорей с обмоткой из провода ПЭТ.В и 200° С — для якорей с обмоткой из провода Г1СДКТ), повышенных вибрациях, и при наличии реверсов. В этих испытаниях должны были проявиться отрицательные воздействия на изоляцию заложенных при изготовлении якорей входных факторов. Степень этих воздействий и, следовательно, степень изменения свойств изоляции в разных опытах должны быть различными, так как различны уровни факторов.
После окончания ускоренных испытаний машин витковая изоляция обмоток якорей испытывалась переменным напряжением на пробой путем приложения напряжения между обмоткой (через коллектор) и одним из испытательных витков. Испытательные витки выполнялись из того же провода, что и обмотка, поэтому можно считать, что испытанию таким способом подвергалась витковая ¡изоляция пары витков обмотки на длине примерло шести длин витка секции.
Для проведения испытаний якорь разбандажировался, концы испытательных витков поднимались /л к ним присоединялись электроды-проводники от испытательной установки. Якорь в вертикальном .положен л и погружался в трансформаторное масло так, чтобы все испытательные проводники погрузились в масло. Это оказалось необходимым во избежание перекрытий вне обмотки. На каждый испытательный проводник напряжение подавалось дважды, чтобы затем можно было бы выделить случаи, соответствующие перекрытиям по микротрещипам в изоляции, по методике, изложенной в статье [2]. На каждом якоре получено по 72 двойных значения напряжения пробоя. По результатам испытания изоляции были построены точечные диаграммы распределения пробивного напряжения и вычислены параметры, характеризующие состояние изоляции каждого якоря. Средние значения напряжения почти не изменяются от опыта к опыту и не характеризуют состояния изоляции. Хорошей разрешающей способностью обладает такой параметр, как вероятность появления малых пробивных напряжений по сравнению со средним напряжением, то есть вероятность по-яв-ления дефектов изоляции. Для якорей с обмоткой из провода ПЭТВ была вычислена вероятность Р3 появления напряжения пробоя, меньшего 3 /се, а для якорей из провода ПСДКТ — вероятность Р^ появления напряжения пробоя, меньшего 1,1 кв. Для провода ПЭТВ была вычислена также дефектность изоляции равная числу микротрещин на единице длины провода. Было установлено, что параметры л и Р;-; обладают равной разрешающей способностью. В табл. 2 представлены значения выходных параметров Р в каждом опыте для обеих марок обмоточного провода.
Таблица 2
№ с/аы-тог. Х\ х% -V 5 1 Х\Х2 | x^íxi Х2Хз 1 ПЭТВ Р3 педкт
1 + + + + + + 0,378 0,0395
2 + + -- - + 0,174 0,0141
3 + - -Г —. 0,142 0,0506
4 — + + — •— 0,018 0,0140
; 1 -Ь + + — 0,486 0,3590
6 + -- -ь 0,414 0,2390
г," { + _____ — + 0,214 0,0861
8 •— -- + + 0,217 0,0985
По данным табл. 2 построены диаграммы рассеяния параметров Рг и Р].,} (рис. 1, а, б) и методом регрессивного анализа вычислены
а)
0,6-Р3 0,4
0.2
0,41Р, [ '
0}
- ч- _ _ 4. - ■_- _ д.--
Х1 Х3 х,х3 хгх3
Рис. 1. Диаграмма рассеяния выходного параметра при варьирова-__ - __ нии входных факторов: а) для яко-
: : рей с обмоткой, выполненной про-
; ; 4 ; ; 7: ; у водом ПЭТВ; б) для якорей с об-■ + - + -~ + -т - + моткой, выполненной проводом
Ч Ч ХД2 х,х3 х2х3 псдкт
также зависимости эшх параметров от входных факторов, которые имеют следующий вид:
Р3 - 0,255 + 0,05 • X] + 0,108 - х, - 0,078 • х3 + 0,019 - х.х2 -•*-
4- 0,033 • х]Хд - 0,0094 ■ х2х;} ; (1)
Р1(1 - 0.722 + 0,212 . х1 -4- 0,503 • х2 — 0,831 • х3 +0,151 • х,х, -
- 0.057 • х,х3 - 0.531 • х2х;!. (2)
На основании (1) и (2) изменения параметроз Р при изменении входных параметров можно определить из выражений:
Д Р3 - Ю -4 [25 • А х 1 + 116 . А х2 -г 61 • Дх3 + 3,бД(хг'2) +
4- Ю,9 • Д(х1х;!) ^ 0,88 . Д(х2х3)! . (3)
А | - Ю-3 [45 ■ АX; + 253 Ах, -г 690 * Ах3 -г 22,7 • Д(х,х2) + + 3,3 • Д(х1х3) -г 280 • Д (х.х3)] ^ 10"3 [253 • Дх2 — 690 • Д х,
— 280 • Д (х2х3)] . (4)
Анализируя выражения (3) и (4) и рисунки 1, а, б, можно сделать следующие выводы. Величина коэффициента заполнения паза (х0, наличие «крестов» в секциях обмотки (х2) и уровень цементации обмотки лаком (х3) оказывают существенное влияние на дефектность эмалевой изоляции. Заметим, что чем меньше параметры Р, тем меньше уровень дефектности изоляции и выше ее надежность. С уменьшением коэффициента заполнения паза и количества «крестов» и с уве? лишением степени цементации обмотки качество растет.
На дефектность волокнистой изоляции коэффициент заполнения паза практически не оказывает влияния, но влияют «кресты» и особенно сильно влияет степень сцементированности обмотки. При плохой цементации эта изоляция, очевидно, склонна к истиранию на крестах, что приводит к появлению дефектов изоляции при работе машины. Интересно, что качественная цементация обмотки ослабляет отрицательное влияние «крестов», о чем свидетельствует большой коэффициент при х2х3 с отрицательным знаком в выражении (2).
Снижение коэффициента заполнения паза для повышения надеж^ тюсти эмалевой витковой изоляции обмоток не может быть рекомендовано, так как это снижает уровень использования машин. Повышение надежности эмалевой и волокнистой изоляции может быть достигнуто за счет уменьшения числа «крестов» проводников обмотки путем повышения культуры обмоточных работ и применения технологии, исключающей образование «крестов», а также за счет повышения степени
сцементированности обмотки путем применения лаков с хорошей цементирующей способностью и оптимизации режимов пропитки и сушки обмоток по критерию качества цементации.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. В. Налимов, Н. А. Чернова. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М., «Наука», 1965.
2. А. П. М а т я л и с, Э. К. С т р е л ь б и ц к и й. Метод оценки дефектности тасляции низково;:ь-.лых электрических машин. Изв. ТПИ, т. 228, 1971.
