漆包線介電譜分析技術(shù)及其應(yīng)用NEW講解

1、介電譜分析技術(shù)在漆包線生產(chǎn)上的應(yīng)用體會(huì)杜邦集團(tuán)中國(guó)有限公司Dupo nt Holdi ng Chi na Co.,Ltd段宗友Dua n Zong You摘要：本文主要闡述了介電譜分析技術(shù)的機(jī)理及介電譜分析技術(shù)在電磁線行業(yè) 的幾個(gè)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：介電譜分析；技術(shù)；電磁線；介質(zhì)損耗；電介質(zhì)；漆膜；熱沖擊Abstract:This article prese nt the prin ciple of medium loss chart an alyse tech no logy and the applicati on of medium loss chart an alyse in magnet

2、wire in dustry.Key words: medium loss chart an alyse ; tech no logy ; magnet wire; medium loss;electric medium ;en ameli ng coati ng ;heat shock一、前言電氣絕緣是電機(jī)電器的最重要的組成部分，除了絕緣工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，電 氣絕緣材料本身，包括漆包線的質(zhì)量是直接影響電機(jī)電器可靠性和壽命的關(guān)鍵，而 采用介電分析方法可以分析、控制漆包線的內(nèi)在質(zhì)量，是促進(jìn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品躋生于國(guó)際 市場(chǎng)的重要途徑。隨著國(guó)際上介電分析技術(shù)的發(fā)展，介電譜分析技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在

3、電磁線行業(yè)，介電譜分析技術(shù)也得到一定的應(yīng)用，一部分研究成果已從實(shí)驗(yàn)室走向 企業(yè)，如丹麥 DANSK SYSTEM ELEKTRONIK 公司生產(chǎn)的 TD300，TD9000 tg 3快 速測(cè)試儀及其分析技術(shù)，意大利 REGEON公司快速測(cè)試儀及其分析技術(shù)，上海迪安電工得到世界各國(guó)電磁線企業(yè)的認(rèn)可。這里筆者聯(lián)系工作實(shí)際，談?wù)勛约旱膽?yīng)用 體會(huì)。二、介電譜分析技術(shù)的機(jī)理1 幾個(gè)高分子的幾個(gè)基本知識(shí)。為了更容易理解和掌握介電譜分析技術(shù)，我們來(lái)學(xué)習(xí)一下高分子的幾個(gè)基本知 識(shí)。1.1高分子鏈：由單體（小分子）通過(guò)聚合反應(yīng)連接而成的鏈狀分子。請(qǐng)看 下圖：下面分子鏈中側(cè)面的分支是支鏈。1. 2高分子的三個(gè)不同

4、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。隨著溫度有低到高的變化，高聚物可經(jīng)歷 三種不同的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)，個(gè)反映不同的分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。1. 2. 1高聚物在玻璃態(tài)時(shí)，由于溫度較低，只有側(cè)基、鏈節(jié)、短支鏈等小運(yùn) 動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)及鍵長(zhǎng)、鍵角的變化。這時(shí)高聚物是穩(wěn)定的，對(duì)于絕緣材料來(lái)講，它 有很好的絕緣性能。高聚物在玻璃化溫度后，介質(zhì)損耗角正切發(fā)生突變，這意味著 通過(guò)漆膜中的漏導(dǎo)電流突然增大，對(duì)漆包線來(lái)講就是絕緣有功損耗增大，絕緣發(fā) 熱，而這對(duì)于充當(dāng)絕緣材料的漆膜來(lái)講是不允許的，這就是我們要求漆包線要在玻 璃化溫度下使用。1. 2. 2高聚物在高彈態(tài)時(shí)，或者高聚物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變到高彈態(tài)時(shí)，這時(shí)是鏈 段的運(yùn)動(dòng)，高分子鏈在

5、保持其質(zhì)量重心不變的情況下，一部分鏈段通過(guò)單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn) 而相對(duì)于另一部分鏈段的運(yùn)動(dòng)。漆包線漆膜絕緣能力大大下降。1. 2. 3高聚物在黏流態(tài)時(shí)，是高分子鏈的整體運(yùn)動(dòng)，漆包線漆膜基本上沒(méi)有 絕緣能力1. 3偶極子和極化偶極子：物質(zhì)是由分子，原子構(gòu)成的，當(dāng)分子中電荷分布不均勻時(shí)，分子中某 一部分可能帶正點(diǎn)，另一部分可能帶負(fù)電，正電荷的平均中心與負(fù)電荷的平均中心 不相重合時(shí)，就形成一個(gè)偶極子。具有極性的分子或具有固有偶級(jí)矩的極性分子我 們也可以把它叫做偶極子。高分子鏈當(dāng)中具有極性的支鏈、支鏈、側(cè)基等就是偶極 子，偶極子在外電場(chǎng)作用下其電荷分布會(huì)發(fā)生變化。極化：高聚物在外電場(chǎng)作用下其內(nèi)部分子和原子的電荷

6、分布發(fā)生變化，這種現(xiàn) 象稱(chēng)為極化。在電場(chǎng)作用下，非極性分子的正負(fù)電荷中心不再重合，會(huì)在沿電場(chǎng)方 向產(chǎn)生一電距，而極性分子本身原來(lái)就具有的偶極距就會(huì)在電場(chǎng)作用下隨電場(chǎng)方向 偏轉(zhuǎn)。2. 什么是介電譜分析介電譜是電介質(zhì)的電導(dǎo)、損耗角正切（tg ）、電容、介電常數(shù)等介電參數(shù)隨 溫度、時(shí)間、電壓、頻率等變化的各種圖譜，讀譜和分析圖譜就叫介電譜分析，一 般的情況下，我們分析介質(zhì)損耗角正切（tg另在固定頻率下隨溫度變化的圖譜。 那么什么是介質(zhì)損耗呢？我們知道，從電學(xué)理論上講，高聚物材料作為電介質(zhì)時(shí)， 施加交變電流后，有滯后于電壓 90度的電流I C存在，這是由電容所引起的，電 容引起的電流I C與施加的電壓

7、相位相差90度，因此不消耗任何功率。同時(shí)，高 聚物材料作為電介質(zhì)時(shí)，雖然是絕緣體，但實(shí)際的電阻不可能為無(wú)窮大，總有一部 分漏導(dǎo)電流IR，這是由電阻所引起的，I R與施加電壓相位完全相同，因此有電 功率損耗，則電介質(zhì)的 品質(zhì)”可以用IR與IC之比來(lái)表示，這就是介質(zhì)損耗因子tg A I R /IC（S是損耗角）簡(jiǎn)稱(chēng)介質(zhì)損耗角正切，如圖1所示圖1因此介質(zhì)損耗角正切的物理意義是通過(guò)絕緣介質(zhì)中電流的有功分量與無(wú)功分量 之比，同時(shí)也是能量的有功分量與無(wú)功分量之比，tg越大，損失于介質(zhì)中的能量也越大。因此，消耗于絕緣介質(zhì)中的有功功率稱(chēng)為介質(zhì)損耗，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在交流電 壓作用下，絕緣介質(zhì)中發(fā)生部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?/p>

8、的物理現(xiàn)象。介質(zhì)損耗增大，引起 絕緣發(fā)熱，它的變化是絕緣老化的標(biāo)志之一。Ic=iCUIr=心CUC-電容量U=交流電壓3=交流電壓的角頻率復(fù)介電系數(shù)的實(shí)數(shù)部分復(fù)介電系數(shù)的虛數(shù)部分2. 介質(zhì)損耗分析漆膜固化度的機(jī)理2. 1從高分子物理理論上講，介電損耗與高分子熱力學(xué)狀態(tài)有密切關(guān)系。高聚物具有三種熱力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，如圖2所示：T g T f 溫度C）非晶態(tài)高聚物溫度-形變曲線T g -玻璃化溫度T f 流動(dòng)溫度圖2研究表明，極性高聚物加上正弦電場(chǎng)，其偶極子就會(huì)響應(yīng)電場(chǎng)的變化而極化， 在高聚物玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)，極性高聚物性質(zhì)對(duì)溫度十分敏感，在小范圍溫度內(nèi)，即在 玻璃化溫度范圍內(nèi)，幾乎所

9、有性質(zhì)都發(fā)生突變，包括介質(zhì)損耗角正切。而高聚物玻璃化溫度 （嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，玻璃化溫度是一個(gè)溫度范圍）受交聯(lián)作用、分子量的影響，當(dāng)分子間 存在化學(xué)交聯(lián)時(shí)，交聯(lián)的密度愈高，玻璃化溫度增加愈甚，再者，當(dāng)分子量達(dá)到某 一臨界值之前，玻璃化溫度隨分子量增加而增加。而漆包線漆膜成膜是一個(gè)高分子交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程，它與反應(yīng)程度有關(guān)，也即漆膜的固化度，在反應(yīng)達(dá)到一定程度前， 漆膜的固化度在慢慢提高，漆膜交聯(lián)點(diǎn)增加、分子量增加，玻璃化溫度也增加，因 此，漆膜固化度與玻璃化溫度有關(guān)。當(dāng)漆膜受熱時(shí)，在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)介質(zhì)損耗tg S發(fā)生突變（變大），通過(guò)切線方法可以求出產(chǎn)生突變時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度（即玻璃化溫 度），所以，可以用tg和玻

10、璃化溫度T g的關(guān)系，間接分析漆膜的固化程度，這 就是用介質(zhì)損耗來(lái)分析漆膜固化度的機(jī)理。2. 2介質(zhì)損耗儀的檢測(cè)機(jī)理介質(zhì)損耗檢測(cè)原理示意圖交流電3. 介質(zhì)損耗儀的幾個(gè)參數(shù)3. 1介質(zhì)損耗的分辨率：0.0005/C100PF3. 2測(cè)試的頻率：1KHZ3. 3溫度范圍：45-300C。3. 4溫度分辨率：）.2C，電腦顯示分辨率：C3. 5夾具的選擇：標(biāo)準(zhǔn)圓線夾具：0.05-1.80mm超微線夾具：0.008-0.10mm大圓線夾具：1.80-4.5mm扁線夾具：4X4mm ,4X4mm三、介電譜分析技術(shù)的應(yīng)用介電譜分析技術(shù)是利用高分子理論中的偶極子作為工具，把絕緣材料的微觀分 子結(jié)構(gòu)形態(tài)與宏觀

11、的漆膜介電性能聯(lián)系起來(lái)，從而構(gòu)筑了從微觀分子到宏觀性能的 橋梁。介電譜分析技術(shù)在電磁線行業(yè)主要有以下幾個(gè)應(yīng)用：1.通過(guò)介電譜分析漆膜固化度，找出對(duì)應(yīng)的最佳工藝參數(shù)我們?cè)谝M(jìn)的SICME設(shè)備上，由于每條生產(chǎn)線可以單獨(dú)調(diào)速，所以能很方便 地進(jìn)行工藝幅度試驗(yàn)，因此，我們每換一個(gè)新的絕緣漆品種，都進(jìn)行工藝幅度試 驗(yàn)，在漆包線綜合性能（包括外觀）都很好的情況下，可以找出對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)， 這就是最佳工藝范圍。圖3是我們?cè)谕粭l生產(chǎn)線在不同車(chē)速下得到聚氨酯 /聚酰 胺的tgS曲線，曲線1曲線4對(duì)應(yīng)的漆包線性能合格，但裕度不大，曲線 2、曲線3 對(duì)應(yīng)的漆包線性能最好，那么曲線 2、曲線3對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)就是最佳

12、工藝范圍。 工藝幅度的確定為我們?cè)谡Ｉa(chǎn)時(shí)提供了很多方便，例如在正常生產(chǎn)時(shí)，我們憑 直觀的顏色（當(dāng)然不能完全從顏色來(lái)判斷性能）和快速測(cè)定的tg值，來(lái)快速判定車(chē)速是否在最佳工藝范圍內(nèi)，若不在，可即刻調(diào)整車(chē)速，以免減少不符合性能要求 的廢線產(chǎn)生。2.用介電譜驗(yàn)證漆包線的性能和固化度之間的關(guān)系，有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。當(dāng)我們找出最佳工藝范圍后，把性能優(yōu)良的漆包線介質(zhì)損耗曲線當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)曲線（如圖4）,在生產(chǎn)過(guò)程中，只要發(fā)覺(jué)線的顏色異常、性能異常，都可以做介質(zhì)損 耗曲線，與同品種標(biāo)準(zhǔn)曲線相比較，看看漆膜固化度是否恰當(dāng)，因?yàn)樵谙嗤臈l件 下，在漆膜中損耗的能量是一樣的。例如：圖 5是漆膜烘焙不夠的聚氨酯漆包線，

13、急拉斷后漆皮脫落，圖6是同品種性能優(yōu)良的聚氨酯標(biāo)準(zhǔn)曲線，從拐點(diǎn)上看，圖5拐點(diǎn)明顯偏低，溫度不高時(shí)tg值就發(fā)生突變，因而漆膜固化不足。我們還可以通 過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明這一結(jié)論，把圖 5固化不足的漆包線在熱沖擊溫度下烘焙 7-10 分鐘，發(fā)現(xiàn)急拉斷合格，漆膜不脫落，性能合格，介質(zhì)損耗曲線如圖7,說(shuō)明漆膜固化不足，再次烘焙后漆膜固化度提高。從以上分析看，介電譜分析的確構(gòu)筑了從微觀分子到宏觀性能的橋梁，可以驗(yàn) 證漆包線性能和固化度之間的關(guān)系，從而可以作為保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種手段。除上述應(yīng)用外，介電譜分析技術(shù)還有很多其他方面的應(yīng)用，如辨明漆包線耐熱 等級(jí)，判定漆包線的穩(wěn)定性等，這些還有待我們進(jìn)一步去分析研究、運(yùn)用。四幾種異形tg 曲線的分析如圖8，曲線5 tg值時(shí)大時(shí)小，是接觸不良所致；曲線 6 tg值突然直線上 升，說(shuō)明漆包線上有針孔；曲線 7在波峰出現(xiàn)tg值有小幅度上升，是漆包線含有 少量溶劑，漆膜沒(méi)有固化充分所致STHTHTHTnTTTnmm五結(jié)束語(yǔ) 運(yùn)用介電譜分析技術(shù)得到性能優(yōu)良的漆包線介質(zhì)損耗曲線，可以 指導(dǎo)漆包線生產(chǎn)，調(diào)整工藝，還可以作為保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種手段，因此，若能 進(jìn)一步研究介電譜分析技 術(shù)，對(duì)電磁線行業(yè)將