Для создания межлистовой изоляции магнитопровода поверхности пластин изолируют путем нанесения на них изоляционного материала.
Рулонная электротехническая сталь выпускается промышленностью с уже нанесенным жаростойким изоляционным покрытием и в ряде случаев (для трансформаторов I— III габаритов) может применяться без дополнительной изоляции. При отсутствии изоляционного покрытия на листах или необходимости дополнительной изоляции стали, имеющей жаростойкое покрытие (трансформаторы и автотрансформаторы больших мощностей и высокого напряжения), пластины магнитопроводов подвергают изолированию. Наиболее распространенным способом изолирования является нанесение пленки лака на пластины с последующим ее запеканием. Применяют и другие способы нанесения изоляции: керамическое покрытие типа МФ, изолирование массой на основе жидкого стекла, химические методы изолирования стали (фосфатирование, оксидирование). Одним из самых старых способов изолирования стали является оклеивание ее листов оклеенной бумагой. Этот способ изолирования в последнее время не применяется.
При всех способах нанесения изоляции к ней предъявляются следующие требования:
- минимальная толщина;
- достаточные электрическая прочность и сопротивление;
- высокая механическая прочность;
- стойкость против воздействия горячего масла (маслостойкость);
- нагревостойкость, обеспечивающая нормальную работу трансформатора;
- жаропрочность (для изоляции холоднокатаной стали);
- технологичность при нанесении ее на сталь.
Кроме того, изоляция должна быть дешевой и не дефицитной. Ниже рассматриваются наиболее распространенные способы изолирования.
Лакирование стали. При этом способе изолирования лаковая пленка наносится или на готовые пластины, или на целые листы стали. В качестве изоляционных лаков применяют главным образом масляные лаки на основе засыхающих растительных масел с прочной пленкой: лак № 302 — на тунговом масле и № 202 — на льняном масле [Л. 13]. Ввиду того, что тунговое масло высыхает быстрее и дает более прочную в электрическом отношении пленку, чем льняное, имеет более высокую водонепроницаемость пленки, лак № 302 предпочтителен. Цвет лака от светло- до темно-коричневого. Вязкость — не менее 18 с по воронке НИИЛК№ 7 при 18—20 °С. Лак маслостойкий, быстросохнущий (В течение 1 мин при 300—600 °С). Оба лака—горячей (печной) сушки; после высыхания образуют прочную и эластичную лаковую пленку. Электрическое сопротивление стандартного пакета должно быть не менее 500 Ом/см2 при давлении на пакет 5 400 Н (540 кгс). Пробивное напряжение лаковой пленки—150 В.
В качестве разбавителей лаков для придания им необходимой вязкости применяют керосин или уайт-спирит. Применение легких растворителей (бензина, бензола и др.) недопустимо во избежание взрыва и пожара при выжигании их в лакировальной машине. Лаковое покрытие обладает хорошими изоляционными свойствами, достаточной механической прочностью и нагревостойкостью, устойчиво к горячему трансформаторному маслу.
Рис. 5-2. Схема регулирования толщины лакового слоя.
1 — трубка, подающая лак; 2, 3 — резиновые валики; 4 — лист стали.
Нанесение лака производится на специальной лакировальной машине (рис. 5-1). Механически полностью обработанные пластины 1 подают в резиновые валики 2. Верхний валик постоянно смачивается изоляционным лаком по всей длине из расположенной над ним трубки с отверстиями. Разведенный лак подается шестеренчатым насосом в расходный бачок 4, откуда он самотеком поступает в трубку 3. Длина резиновых валиков 800 мм. Для увеличения пропускной способности машины пластины подаются по несколько в ряд с минимальным зазором между ними.
Толщина лаковой пленки регулируется изменением нажатия верхнего резинового валика на нижний (рис. 5-2). Лак, находящийся в трубке 1, капает из отверстий на верхний валик 2 и попадает на нижний валик 3, Благодаря достаточной вязкости и значительному сжатию перед резиновыми валиками образуется некоторый запас лака, который хорошо смачивает поверхность пластины.
Пластины, покрытые с обеих сторон лаком, холодным транспортером 7 (рис. 5-1) подаются в печь туннельного типа 10, где они попадают на горячий транспортер 8. При прохождении по туннельной печи растворитель выгорает, а лак на пластинах полимеризуется (запекается), образуя прочную лаковую пленку [Л. 7].
Печь представляет собой металлический каркас, выложенный огнеупорным кирпичом. В передней части печи расположены газовые горелки 9 (рис. 5-1). Продукты сгорания и газы удаляются через вытяжную вентиляцию 11 и 12. После прохождения через печь пластины попадают на холодный транспортер 13, где они охлаждаются интенсивным притоком воздуха, поступающим через воздуховод 14, а также проточной водой, поступающей из форсунки, установленной в конце холодного конвейера. Охлажденные до 30—40 °С сухие пластины складывают в стопы или направляют на повторную лакировку. В наиболее ответственных случаях применяют трехкратную лакировку. Толщина лаковой пленки при однократной лакировке равна 10 мкм, двухкратной— 10—20 мкм на одну сторону.
Качество лакированных и запеченных пластин стали должно соответствовать определенным требованиям. Пленка лака должна иметь сплошную блестящую однотонную и гладкую поверхность, без пропусков, натеков и обгоревших мест. Пленка должна быть твердой, иметь прочное сцепление со сталью и не иметь отлила в холодном состоянии, при нажатии пальцем на пленке не должно оставаться отпечатка. Сопротивление изоляции лаковой пленки должно соответствовать нормам для данного типа магнитопровода.
Изоляция типа МФ. Для изоляции пластин магнитопровода перспективно применение керамического изоляционного покрытия типа МФ. Исходными материалами для покрытия являются техническая окись магния, фторо-фосфорная кислота и вода. Данная смесь с помощью резиновых валиков наносится на пластины магнитопровода, которые затем сушатся при 350 °С.
Предварительные исследования покрытия МФ показали, что оно вполне отвечает требованиям, предъявляемым к межлистовой изоляции магнитопроводов, по своим механическим и диэлектрическим свойствам аналогично покрытию типа «карлит», применяемому зарубежными фирмами.
Жаростойкое изоляционное покрытие типа МФ благодаря своей малой толщине (не более 6—8 мкм на обе стороны пластины) позволяет повысить коэффициент заполнения сечения стержней и ярм магнитопровода до 0,955.
Стоимость электроизоляционного покрытия МФ примерно в 5,5 раз ниже, чем стоимость покрытия пластин лаком.
Изолирование массой на основе жидкого стекла. Жидкое стекло изготавливается по ГОСТ 13078-67 и представляет собой водный раствор силиката натрия. Основной состав жидкого стекла (примерно): 30% кремнезема, 10% окиси натрия и 60% воды. Изолирование жидким стеклом является наиболее простым и дешевым способом. Цикл изолирования длится 30—40 с, температура горячего конвейера 85 °С. Масса наносится на пластины после их полного изготовления в специальной машине, аналогичной лакировальной, но значительно меньших размеров, с электрическим или инфракрасным обогревом. Несмотря на дешевизну, этот способ изолирования не получил широкого распространения, так как даже при незначительных отклонениях от рецептуры массы или технологии резко ухудшается качество изоляции. Покрытие имеет малую механическую прочность, и при шихтовке изоляция повреждается; большая толщина слоя, токсичность, гигроскопичность массы, а вследствие этого быстрое ржавление пластин не позволяют широко применять это покрытие.
Химические способы изолирования.
В последние годы широко применяют фосфатирование и оксидирование для изоляции пластин трансформаторов небольшой мощности благодаря ряду преимуществ: малая толщина и высокая механическая прочность пленки, хорошие термическая и химическая стойкость, дешевизна. Фосфатирование заключается в том, что механически изготовленные пластины вначале обрабатывают в щелочной ванне, затем промывают горячей водой и загружают в ванну с рабочим раствором, где на пластинах образуется фосфатная пленка. После фосфатирования пластины дважды промывают в горячей ванне и сушат. Цикл фосфатирования длится 30 мин на автомате для фосфатирования. Это покрытие особенно целесообразно для сухих трансформаторов.
Для оксидирования пластины загружают с тележек на подвесках в электрическую печь отжига, нагретую до 700 °С, и прогревают в течение 30 мин. После этого в печь начинают подавать смесь водяного пара и воздуха под давлением 5—8 Н(0,5—0,8 кгс/см2) для создания благоприятной окислительной среды. Понизив температуру до 500 °С, пластины выдерживают еще 1,5 ч, после чего разгружают печь. На поверхности пластины образуется тонкая прочная пленка с хорошим электрическим сопротивлением, состоящая из закиси окиси и окиси железа. Совмещение отжига с образованием пленки улучшает магнитные свойства стали, снижает потери в магнитопроводе; благодаря расплавлению заусенцев при отжиге уменьшается возможность местных замыканий. Оксидирование широко не применяется из-за трудоемкости этого способа; кроме того, оксидная пленка при неблагоприятных условиях покрывается ржавчиной.
Контрольные вопросы
- Назовите основные свойства электротехнической стали.
- Что характеризует коэффициент увеличения потерь в магнитопроводе?
- Для чего нужна изолировка электротехнической стали при изготовлении магнитопроводов?
- Какие имеются способы изолирования электротехнической стали?
