一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构的制作方法

本发明涉及高压电机线圈，特别是一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构。

背景技术：

1、定子线圈主绝缘结构是高压电机的关键核心技术，定子线圈绝缘制造和运行过程中会承受电、热、机械和环境等应力的影响，电机的运行寿命主要取决于定子线圈绝缘的寿命，定子线圈的绝缘性能对电机的安全可靠运行起着至关重要的作用。

2、目前，国内外高压电机定子线圈主绝缘结构设计方案是线圈的槽部区域、出槽口区域和端部区域的主绝缘厚度都相同，或者线圈的槽部区域和出槽口区域绝缘厚度相同、端部区域绝缘厚度略微减薄，没有系统考虑不同区域的绝缘承受不同的应力因子而开展精细化设计。高压电机定子线圈绝缘区域主要可以分为四个区域，分别是槽部区域、出槽口区域、端部区域、引线区域；最薄弱的区域是出槽口区域，出槽口区域因电场畸变而电应力集中，端部绝缘层的电容电流和防晕层的电阻电流汇集到出槽口区域而引起的发热损耗高，在装配嵌线、运行和检修过程中出槽口区域也是最容易受到损伤的部位；相比较而言，线圈槽部区域绝缘承受的电应力与出槽口区域一致，承受的热应力和机械应力小于出槽口区域；线圈端部区域承受的电应力、热应力和机械应力都小于槽部区域；引线区域基本不承受电应力、只承受较小的热应力和机械应力。

3、传统的高压电机定子线圈槽部和端部绝缘厚度裕量较大、出槽口区域绝缘厚度裕量偏小，电机60％以上的绝缘击穿现象发生在线圈出槽口区域。因此，需要开发出一种定子线圈柔性主绝缘结构，保证定子线圈主绝缘电气机械性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提出一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，根据高压电机定子线圈不同部位实际承受的电应力、热应力和机械应力等应力因子，结合机组运行额定电压，在保证定子线圈主绝缘电气机械性能的前提下，对定子线圈的槽部区域、出槽口区域、端部区域和引线区域开展不同主绝缘厚度的精细化设计，以解决上述问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、本发明是一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，包括定子导线和其外部的主绝缘层，所述主绝缘层分为依次连接的槽部区域、出槽口区域、端部区域和引线区域，

4、所述槽部区域的主绝缘厚度为d1，对槽部区域的主绝缘厚度d1减薄，槽部区域的主绝缘厚度均相等；

5、所述出槽口区域的主绝缘厚度为d2，所述出槽口区域的主绝缘厚度d2从槽部区域末端开始先逐渐增加再逐渐减少，且d2不小于d1；

6、所述端部区域的主绝缘厚度为d3，对端部区域的主绝缘厚度d3减薄，并且，端部区域的主绝缘厚度d3从出槽口区域末端开始线性减薄；且端部区域前端的主绝缘厚度d3大于槽部区域的主绝缘厚度d1，端部区域末端的主绝缘厚度d3小于槽部区域的主绝缘厚度d1；

7、所述引线区域的主绝缘厚度为d4，d4厚度不大于端部区域的主绝缘厚度d3，且引线区域的主绝缘厚度均相等。

8、进一步的，所述槽部区域的主绝缘包扎长度为l1，l1比定子铁心l0的一端长lx，所述出槽口区域的主绝缘包扎的起始位置与定子铁心末端的距离为lx，lx随着高压电机额定电压的增加而增大。

9、进一步的，所述lx根据电机额定电压值的不同而定，具体设计公式如下：

10、lx＝1.6×un+206≤un≤30

11、其中，lx为定子铁心的一端距离槽部区域的主绝缘一端的长度距离，un为高压电机额定线电压数值。

12、进一步的，所述槽部区域的主绝缘厚度d1的设计公式如下：

13、

14、其中，k根据电机运行特性和绝缘寿命要求进行取值，取值范围为2.6～3.3，un为高压电机额定线电压数值。

15、进一步的，所述出槽口区域的主绝缘包扎长度为l2，l2随高压电机额定电压的增加而延长，包扎长度范围l2具体设计公式如下：

16、l2＝3.3×un+1006≤un≤30

17、其中，un为高压电机额定线电压数值。

18、进一步的，所述出槽口区域的主绝缘包扎厚度d2，在出槽口区域绝缘包扎长度l2范围内，包扎的出槽口区域主绝缘厚度d2从槽部区域末端开始先逐渐增加再逐渐减少，所述出槽口区域的主绝缘包扎厚度d2根据高压电机额定电压的不同而定，所述出槽口区域的主绝缘厚度d2具体设计公式如下：

19、

20、其中，d1为定子线圈的槽部区域主绝缘厚度，un为高压电机额定线电压数值。

21、进一步的，所述端部区域的末端为引线区域的主绝缘包扎起始端，引线区域的主绝缘需要承受机械应力和热应力，引线区域主绝缘厚度d4不小于2mm，d4厚度不大于端部区域主绝缘厚度d3。

22、进一步的，所述端部区域的主绝缘包扎厚度d3从出槽口区域主绝缘末端开始线性减薄，根据电机额定电压的不同而定，所述端部区域的主绝缘厚度d3具体设计公式如下：

23、

24、其中，d1为定子线圈的槽部区域主绝缘厚度，un为高压电机额定线电压数值，l3为端部区域的主绝缘包扎长度。

25、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

26、1、本发明是一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，根据高压电机定子线圈不同部位实际承受的电应力、热应力和机械应力等应力因子，结合机组运行额定电压，在保证定子线圈主绝缘电气机械性能的前提下，对定子线圈槽部区域和端部区域主绝缘厚度裕量较大的部位进行减薄，降低线圈材料成本、增加电机槽满率、缩小电机尺寸、减轻电机整体重量。

27、2、本发明是一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，对定子线圈槽部区域、线圈出槽口区域、端部区域主绝缘包扎长度进行了精细化设计，提高定子线圈主绝缘包扎尺寸精度，有效提升定子线圈绝缘数字化生产效率。

28、3、本发明是一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，对定子线圈出槽口区域的主绝缘厚度裕量较小的部位进行加厚，增加定子线圈出槽口区域主绝缘的机械电气强度，大幅降低定子线圈搬抬、转运和嵌线过程中因为并头矫形而造成出槽口区域绝缘机械应力损伤的风险，有效提高定子线圈绝缘整体电气强度和运行寿命，保障机组长期运行的稳定性和可靠性。

29、4、本发明是一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，根据机组额定电压匹配定子线圈端部绝缘减薄厚度，避免线圈端部绝缘过度减薄、引起绝缘表面电位升高而造成机组电晕放电。

技术特征：

1.一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，包括定子导线(5)和其外部的主绝缘层，其特征在于，所述主绝缘层分为依次连接的槽部区域(1)、出槽口区域(2)、端部区域(3)和引线区域(4)，

2.根据权利要求1所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述槽部区域(1)的主绝缘包扎长度为l1，l1比定子铁心l0的一端长lx，所述出槽口区域(2)的主绝缘包扎的起始位置与定子铁心末端的距离为lx，lx随着高压电机额定电压un的增加而增大。

3.根据权利要求2所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述lx根据电机额定电压值的不同而定，具体设计公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述槽部区域(1)的主绝缘厚度d1的设计公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述出槽口区域(2)的主绝缘包扎长度为l2，l2随高压电机额定电压的增加而延长，包扎长度范围l2的具体设计公式如下：

6.根据权利要求5所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述出槽口区域(2)的主绝缘包扎厚度d2，在出槽口区域(2)主绝缘包扎长度l2范围内，包扎的出槽口区域(2)主绝缘厚度d2从槽部区域(1)末端开始先逐渐增加再逐渐减少，所述出槽口区域(2)的主绝缘包扎厚度d2根据高压电机额定电压的不同而定，所述出槽口区域(2)的主绝缘厚度d2设计公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述端部区域(3)的末端为引线区域(4)的主绝缘包扎起始端，引线区域(4)的主绝缘需要承受机械应力和热应力，引线区域(4)主绝缘厚度d4不小于2mm，d4厚度不大于端部区域(3)主绝缘厚度d3。

8.根据权利要求7所述的一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，其特征在于，所述端部区域(3)的主绝缘包扎厚度d3从出槽口区域(2)主绝缘末端开始线性减薄，根据电机额定电压的不同而定，所述端部区域(3)的主绝缘厚度d3设计公式如下：

技术总结
本发明公开了一种高压电机定子线圈柔性主绝缘结构，涉及高压电机线圈技术领域。本发明的主绝缘层分为依次连接的槽部区域、出槽口区域、端部区域和引线区域，对槽部区域的主绝缘厚度d1减薄；所述出槽口区域的主绝缘厚度d2从槽部区域末端开始先逐渐增加再逐渐减少，且d2不小于d1；端部区域的主绝缘厚度d3从出槽口区域末端开始线性减薄；所述引线区域的主绝缘厚度为d4，且d4不大于d3。本发明对定子线圈槽部区域和端部区域主绝缘减薄，增加电机槽满率和线圈端部的斜边间隙、缩小电机体积、降低电机制造成本；对定子线圈出槽口区域的主绝缘加厚，有效提高定子线圈绝缘整体电气强度和运行寿命，保证电机安装和长期运行的稳定可靠性。

技术研发人员：黄绍波,徐勇,刁明勇,孙小刚,胡波,陈阳金,张林,曹波,冯德洋
受保护的技术使用者：东方电气（德阳）电动机技术有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12