焊接變壓器環氧全密封絕緣結構探討

一、概述
　　變壓器采用環氧樹脂全密封或線圈全密封絕緣結構，在國外和國內已很普遍。由于環氧樹脂通過添加劑、填料等的改性，機械、電氣性能優越，其積極作用已被工們逐漸認識，因而它的應用范圍不斷擴大。對變壓器而言，低電壓、高電壓、大電流低電壓的種類不同，使用條件不一樣，它對環氧樹脂固化物的某些性能要求亦不一樣。我廠生產的電焊機，其焊接變壓器屬大電流低電壓類型。該變壓器特點是工作呈頻繁的通、斷狀態，因而整個變壓器的環氧包封層將形成一個沖擊和疲勞的考核。因此，對環氧包封層的韌性和熱態時的強度要求顯然就高些。不然環氧包封層就可能由于承受不了變壓器工作狀態下的電磁震動而開裂。
　　二、焊接變壓器環氧包封層開裂原因分析
　　過去，焊接變壓器環氧包封層常有開裂現象產生。通過解剖觀察、配方性能分析，歸納以下兩大因素：
　　1、線圈整體絕緣：
　　我廠過去采用初、次級間墊絕緣紙（云母或DMD）代替單獨的次級絕緣，然后環氧澆注全密封。由于環氧層開裂，從環氧澆注角度分析，則有其不合理處。首先從襯墊絕緣紙來看，它襯墊時周圍必須比線圈高。（圖略）。
　　從結構圖看，變壓器內絕緣對環氧澆注件而言，絕緣紙在線圈周圍形成了若干層刀切面。且襯墊與襯墊層之間形成了若干直角形，這些刀切面和直角對環氧澆注體是十分有害的，它們加劇了內應力的形成，對澆注體的開裂造成了潛伏危機。因此，這種絕緣結構從環氧澆注角度看顯然是不合理的。
　　2、改進的總體絕緣結構
　　通過對結構圖絕緣結構的分析，擬定了一個適合于環氧澆注體現人絕緣的結構（圖略）。根據國外如SCIAKY公司環氧澆注體絕緣結構來看，一般均不采用襯墊絕緣作初次級間絕緣，即使采用亦只是局部作補償絕緣用。
　　該絕緣結構，采用次級以環氧彈性粉末熔敷任意厚度（根據產品特點）。
　　次級表面去除毛剌后以噴砂處理，表面形成粗糙的均勻平面，改善環氧粉末與次級的附著力。內絕緣無刀切面及直角形，無形中減少了內應力形成的可能性。從環氧澆注角度看這是較理想的絕緣結構之一。新結構能大大減少環氧層開裂現象的發生。
　　三、環氧混合料配方分析
　　對于環氧混合料的選擇，在絕緣結構較合理的情況下，它就是十分重要的因素之一。然而產品的絕緣等級、線圈的外形、大孝使用特定條件等都是配方選擇中不可忽略的因素，尤其產品使用條件更為重要。由于這些因素，環氧樹脂配方設計性能要求側重面不一樣。電焊機變壓器其使用特性：大電流、低電壓（次級通水冷卻結構）使用時變壓器連續處于通斷狀態，因而產生初次級間劇烈的電磁震動；并同時發出較大的熱量。
　　產品使用時的這兩種現象，前者以機械力作用在環氧包封層上，后者則以銅的膨脹作用在環氧包封層上。根據該種變壓器的使用特點，則要求配方設計著重于：
　　（1）、良好的韌性：
　　合理的調節環氧混合料的韌性是關鍵，選擇增韌劑除它的韌性好，還要具備熱態時性能穩定，參予環氧反應時的活性適中，且價格便宜等。目前國內從以上四方面看較理想的增韌劑是溫州紅旗化工廠生產的HAS-1聚酐增韌固化劑。通過試驗，批量投產及至目前我廠正常生產使用證明，該增韌固化劑性能較優。具體性能見（表1）、（表2）。
　　表1以HAS-1作固化劑的環氧固化物性能
　　
　　項目
　　數據
　　項目
　　數據
　　抗沖kg·cm/cm2
　　40.6
　　介電常數ε
　　2.99
　　抗彎kg·/cm2
　　963
　　熱失重200℃/200小時
　　1.91
　　EnP·kv/mm
　　33
　　冷熱沖擊:-30℃-100℃三個循環
　　(環氧線圈)環氧層不開裂
　　馬丁耐熱℃
　　<50
　　Pv·Ω·Cm
　　6.37×1016
　　冷凍試驗:-40℃/6小時
　　同上
　　介損tgδ
　　0.0056
　　冷凍試驗:-55℃/6小時
　　同上
　　注：該配方諸性能都較理想，馬丁耐熱低是產品所要求的，這個性能即在熱態時環氧層呈熱彈性體。適合焊接變壓器的使用特點。
　　表2熱老化后的機構性能
　　
　　項目
　　有填料
　　無填料
　　常溫
　　200℃
　　常溫
　　200℃
　　100小時
　　150小時
　　200小時
　　100小時
　　150小時
　　200小時
　　抗沖kg·cm/cm2
　　25
　　33.3
　　50
　　34.2
　　40.6
　　30.8
　　31.7
　　33.3
　　抗彎kg·/cm2
　　1380
　　800
　　830
　　890
　　963
　　960
　　970
　　960
　　注：對表1的配方又做了200℃，200小時試樣的熱老化后的機械性能測試，從有填料一欄看，沖擊強度上升36.8%；無填料僅下降18%，因此該配方是理想的（按F級絕緣考核）。
　　（2）、良好的冷熱沖擊性能及低溫冷凍性能：
　　冷凍性能及冷熱沖擊性能的好壞直接關系到產品運輸、貯存及使用壽命。由表1數據看，冷熱交變及冷凍考核性能均可。經產品長期使用考核已達預期目的。
　　四、結束語
　　根據不同產品、形狀、結構等，以增韌劑、固化劑、促進劑、填料以至環氧樹脂種類進行比例適當的調整配方能得到理想的環氧固化物，以保證產品的質量。就我廠的焊拉變壓器而言：變壓器的大孝外形結構等參數不一樣，環氧澆注料的配比皆不一樣。