浅谈VPI浸漆工艺

王政

摘 要：为推动全社会展开节能降耗，缓解能源瓶颈的制约，国家出台了一系列的法规、政策。国家发改委还启动了“十一五”国家十大重点节能工程，其中之一就是电动机系统节能。因此制造高效节能电机、淘汰低效电机是实现节能目标的重要措施之一。而高压电机电流小，扭力大、更加稳定，节能、效率高。所以高压电机已经逐步成为电动机行业发展的重要方向之一。但高压电机对生产工艺有着严格的要求，本文通过理论与实践结合，介绍了VPI浸漆在制作高压电机时的必要性，并针对性的介绍VPI浸漆过程中涉及的问题及处理方法。

关键词：高压电机；浸漆工艺；VPI浸漆；压力；“沫化”和“雾化”现象

中图分类号： TM9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-195-2

0 引言

由于高压电机对绝缘结构的特殊要求，不仅在制作高压成型线圈时采用云母包绝缘处理，浸漆工序更需要进行VPI浸漆即Vacuum Pressure Impregnating——真空压力浸渍工艺。与普通的真空浸漆工艺相比，VPI浸漆增加了加压工序，并且浸漆和烘干固化时间偏长，这样使其浸漆后的白包绕组比普通真空浸漆效果更好，但部分生产单位在实际操作过程当中由于对真空度把握不够，盲目的加大真空度的抽取或压力，结果导致产品效果并不是十分理想。这究竟是为什么？

1 对VPI浸漆工艺的了解

首先我们需要对VPI浸漆工艺有个清楚的认识，VPI浸漆因为增加了加压工序，在漆液渗透方面和浸渍方面远远优于其他浸漆工艺。在生产应用方面，VPI更适合高压线圈、低压大功率绕组、要求较高的大型绕组等。从数据和理论上来说VPI浸漆，真空和压力可以做得非常高，当然这样做成本也会随之增加。与VPI浸漆相比FGH成本虽然更加低廉，但是由于连续作业和产量要求，FGH的应用有很大程度的限制。就以高压电机为例，FGH无法达到它特殊的绝缘结构要求。所以高压电机基本上都会选择VPI真空压力浸漆。经VPI工艺处理后，温升降低明显、绝缘性能更好、机械强度大大增加，并且解决运行过程的松动现象、提升效率、提高防潮及防止短路等绝缘故障、延长电机的使用寿命。

VPI浸漆系统主体为：贮漆罐、浸渍罐，并配有输回漆系统、加热系统、制冷系统、真空抽气系统、压缩空气储气加压系统、排气系统以及电气控制系统。VPI真空压力浸渍工艺是将高压成型绕组经过预烘去潮后冷却，然后经过真空抽取，将工件置于真空环境之中，使其排除白坯线包内部的空气与其他挥发物，并且依靠真空中漆液重力和线圈毛细管作用，以及利用干燥的压缩空气或惰性气体（通常为氮气），对解除真空后的浸渍漆液施加一定压力，使漆液迅速渗透并充满绝缘结构内层。

在目前的国内生产当中，VPI浸漆工艺还是一种间隙作业的绝缘工艺。工件在经过滴漆工序后从浸漆罐中取出，凝胶固化工序一般另设容器或烘箱进行，方式有常压静置干燥、真空干燥或旋转干燥。 整个VPI浸漆工艺流程包括：→预烘除湿→入罐→真空排气→真空浸漆→压力浸渍→压力排漆→卸压滴漆→出罐→固化干燥。

2 VPI浸漆过程中出现的“沫化”和“雾化”现象及后果。

我们发现在实际生产以及绝缘实验当中，在某一温度的条件下（一般为20℃），当抽取真空度低于某一绝对压力的数值时，也就是说达到某一对应的“临界”真空时，会导致该浸渍漆液中大量泡沫和液面大量雾气的产生，这就是我们在浸漆工艺中常见到的“沫化”现象和“雾化”现象。以环氧酸酐无溶剂浸渍树脂为例，当达到工作温度70℃时，粘度值≤45mPa·s，这时正常工作的压力在0.32MPa～0.67MPa之间，若超过这个范围，浸漆时会出现非常明显的“沫化”和“雾化”现象，并且随着压力的增加这种现象变得更加明显。

以上两种现象都会对有绕组浸漆效果产生非常大的影响，“沫化”现象会造成漆液中大量空穴，阻碍漆的浸渗。线圈浸漆凝胶固化时若因为空穴现象未能浸漆完全，会降低电机的绝缘，影响电机的使用寿命，并且高压电机会未固化完全处产生放电现象，造成绕制线圈包裹的主绝缘——云母带粉化，严重降低绝缘效果，甚至发生电机事故。“雾化”现象致使溶剂或稀释剂大量逸出，而稀释剂的溢出会严重影响成型线圈的固化，甚至出现在预计时间内线圈没有完全固化的现象，导致浸漆不均匀或者流失。影响浸漆工艺效果和高压电机的性能。

通过实际操作及工艺试验得出，产生“沫化”和“雾化”现象的电机存在巨大的安全隐患，使用寿命不到正常的1/3。

3 对VPI浸漆过程中产生的“沫化”和“雾化”现象的分析

之前我们提到导致浸渍漆液中出现大量泡沫和雾气是因为在一定的温度条件下，其真空度低于某一绝对压力时才会出现。那么压力对于VPI浸漆到底有什么作用。

VPI浸漆时加压是为了使漆液通过毛细管作用快速填充线圈空隙，输漆过程实际上就有一个大气压。如果绝缘结构内毛细管的润湿性未达到平衡，则增加压力有利于绝缘结构的填充，压力会是其内部结构快速润湿直到饱和状态，这样才能保证产品质量；但如果绝缘结构内毛细管的润湿性已经平衡，除非在固化时一直维持增加的压力，否则增加压力对整个绝缘结构的填充并无明显作用。但这样对整个浸漆过程并无明显帮助，并且浪费了能源。所以，增加填充的有效途径，是降低漆的粘度和减小绝缘结构空隙、提高毛细管效应，而不是提高压力。并且我们要特别强调的是，高压成型线圈制作过程中，包主绝缘的好坏会严重影响VPI浸漆的效果，如果线圈包主绝缘后内部出现大量空穴，会严重降低浸漆过程中毛细管的效应，并且空穴处会发生放电现象，造成主绝缘的云母粉化，绝缘效果大大降低。

我们在实际生产中进行了“粘度与压力对渗透速率的试验”，根据试验数据显示：在一定粘度范围以内，当漆液粘度较大时，增大压力对填充速度有较大作用，在漆液粘度小时，增大压力对填充速度的作用不显著。并且在实验中我们发现，漆液粘度对填充速度具有十分显著的影响，二者呈反比关系。但在实际生产中，我们并没有将漆液粘度调的很低，是因为虽然绕组绝缘结构可以根据毛细管作用填满漆液，但在整个凝胶固化时间非常长，漆液粘度过低会在有绕组定子铁芯烘干过程中流失大量漆液，从而使有绕组挂漆量低于正常状态。

4 结论

所以在VPI浸漆工艺过程中，首先对高压成型线圈制作有着严格的要求，成型线圈在包主绝缘时，一定要紧实无褶皱，这样才会降低绝缘结构的空隙，减少了空穴现象，提高了毛细管效应；其次是在保证产品浸漆效果的前期下，适当调节漆的粘度，使漆液能有效快速地填充线圈空隙。而单纯追求高真空或者高压力对VPI浸漆都是无益甚至是有害的，其结果会影响浸漆效率及浸漆效果，甚至对整个高压电机带来不可挽回的损伤。

本文通过对VPI浸漆工艺的实际应用与研究，我们分析了与传统真空浸漆相比，VPI浸漆在加压工序所需要注意的要点和浸漆对线圈制作和漆液的要求。高压电机在日常生活及生产中扮演着越来越重要的角色。随着科技和市场经济的不断发展，高压及其他新能源电机在不断地取代传动电机作为新的动能。在国内以及国际市场竞争日益激烈的今天掌握VPI浸漆工艺工序的操作便会提高制作高压电机的水平，进而提高整个企业的竞争力。

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