扁电线导体直流电阻平衡性研究

扁电线导体直流电阻平衡性研究 2012 年第 6 期 电线电缆 2012 年 12 月 No( 6 2012 Electric Wire , Cable 2012 Dec(， 扁电磁线导体直流电阻平衡性研究 杨名波， 潘世文， 唐文进， 周 升， 邵 兵， 王亚举 ( 株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007) 摘要: 分析了扁电磁线制备过程中导体直流电阻不平衡的原因，指出其主要在于铜 线坯直流电阻率不平衡和 铜导体截面尺寸偏差太大。提出了扁电磁线导体电阻不平 衡的解决方案，即通过导体截面尺寸设计对铜线坯 直流电阻率进行补偿，以及采用 进口精密轧机对铜导体截面尺寸精准控制，实现了将扁电磁线导体直流电阻 不平衡 率控制在 2 标准范围内的目标。 关键词: 扁电磁线; 直流电阻 ; 不平衡率; 导 体尺寸设计; 精密轧机 中图分类号: TM245 文献标识码: A 文章编号: 1672-6901( 2012) 06-0016-05 Study on the Conductor Resistance Balance of Rectangular Magnet Wire YANG Ming-bo，PAN Shi-wen，TANG Wen-jin，ZHOU Sheng，SHAO Bing，WANG Ya-ju ( Zhuzhou Times New Material Technology Co(， Ltd(，Zhuzhou 412007，China) Abstract: The reason of conductor resistance net wire( It was unbalanced was analyzed in the preparation process of rectangular mag- found that the unbalanced direct current resistance of rectangular magnet wire was determined mainly by non-uniform resistance of the copper drawing stock and the measurement deviation of the copper conductor section size( The practical solution was proposed( The conductor size design was used to compensate the direct current resist- ance of copper drawing stock，and the imported precision rolling mill was adopted in ductor size( By these means，the unbalanced rate of controlling accurately the con- conductor resistance was kept within standard 2 ( Key words: rectangular magnet wire; direct current resistance; unbalanced rate; conductor size design; precision rolling mill0 引 言 1 样品制备和分析方法 三相变压器绕组的直流?缱璨黄胶馐潜 溲蛊魇?1( 1 样品制备验的 一 项 重 要 性 能 参 数。 GB 6451( 1—1986， GB 目前风力发电机电磁线用绕包铜扁线的工艺流6450—1986 中规定， 对于 10 kV 级、容量 1600 kVA 程如下: 原材料加工成铜线坯 ? 拉线 ? 退火 ? 绕包 ( 干式变压器 2500 kVA) 以下变压器，其相直流电阻 ?成盘。 〔1〕不平衡率 为 4 ，线电阻不平衡率为 2 。有文献 1( 2 分析方法分析了导线对绕组直流电阻 不平衡率的影响 ，发现 电阻计算公式:电磁线导体电阻的不平衡可引起变压器直 流电阻不 R ρL / S ( 1) 〔2〕平衡率超标 。此外， 电机行业也对电磁线导体 的 式中， 为电阻; ρ 为导体材料的直流电阻率; L 为导 R直流电阻不平衡率做 出了规定， DL / T 596—1996 如 体的长度; S 为导体的横截面积。《电力设备 预防性试验规程 》规定 3 kV 及 以 上 或 直流电阻不平衡率的计算公式:100 kW 及以上的电动机各相绕组直流电阻值的相 电阻不平衡率 2( R20max , R20min ) /互差别不应超过最小值的 2 。 本文针对部分客户 ( R20max R20min ) × 100 ( 2)提出的直流电阻不平衡率比标准更高的要求 ，分析 式中， 20max 和 R20min 分别为电磁线导体换算成 20? R了风力发电机用扁电磁线直 流电阻不平衡的原因 ， 时的最大直流电阻值和最小直流电阻值 。提出了降低扁电 磁线直流电阻不平衡率的方案 。 导体电阻率不平衡率计算公式为 : 电阻率不平 衡率 2( ρ20max , ρ20min ) / ( ρ20max ρ20min ) × 100 ( 3) 收稿日 期: 2012- 09 04- 作者简介: 杨名波 ( 1970 , ) ， 高级工程师( 男， 式 中，20max 和 ρ20min 分别为电磁线导体换算成 20? 时 ρ 作者地址: 湖南株洲市天元区海天路 18 号 〔412007〕( 的最大直流电阻率和最小直流电阻率 。2012 年第 6 期 电线电缆 2012 年 12 月 No( 6 2012 Electric Wire , Cable 2012 Dec(， 导体的最小截面积和最大截面积计算公式为 : ( 1) 原材料加工方式对电阻不平衡率的影响 S min a min × b min , 0( 8584 × r2 max ( 4) 由式( 1) 和式( 3) 可知，在同等长度和截面积的 S max a max × b max , 0( 8584 × r2 min ( 5) 情况下，电阻的大小由电阻率决定，电阻不平衡率可式中， min 、 max 分 别 为 最 小 截 面 积 和 最 大 截 面 积; S S 用电阻率不平衡率表示。将各个厂家同一天生产的a min 、 max 分别为最小窄边和最大窄边; b min 、 max 分别 a b 铜线坯视为同一批次，对连铸连轧法、上引法和浸涂为最小宽边和最大宽边; r min 、max 分别为最小圆角和 r 成型法三种不同加工方法半年内生产的铜线坯的电最大圆角。 阻率不平衡情况进行比较，结果如图 1。 由图 1 可知，三种加工方法生产的铜线坯的电2 结果和讨论 ， 阻率差异明显 即使同一种加工方法，电阻率 其电阻率不平衡率如图 2 所示。 在半年2( 1 电阻不平衡原因分析 内也波动较大， 图1 铜线坯电阻率分布 明同一加工方法生产的不同批次之间的铜线坯混用 时，会出现电阻不平衡率超标情况。 将各个厂家不同批次的电阻率不平衡率情况分 别比较，结果如图 3。从图 3 可知，同一加工方式的 铜线坯，除个别批次之外，电阻率不平衡率基本都在 2 的标准内。 可见，不同的加工方式以及同一加工方式下的 2 不同加工方式铜线坯电阻率不同批次都会导致铜线坯电阻率不均匀，进而引起 图 不平衡情况对比 导体电阻的不平衡。 ( 2) 拉线工艺对电阻不平衡率的影响 在半年内不同批次之间，三种加工方式生产的 拉线工艺影响着导线截面尺寸偏差。 据文献铜线坯电阻率不平衡率均超过 2 的标准要求，表 〔 报道， 3〕 导线截面尺寸偏差会导致直流电阻不平 图3 不同批次铜线坯电阻率不平衡率分布图 172012 年第 6 期 电线电缆 2012 年 12 月 No( 6 2012 Electric Wire , Cable 2012 Dec(，衡率超标。由式( 1) 也可看出导线截面积的变化对 阻不平衡率为 5( 84 。导体电阻的影响。 由此可见，在导体直流电阻率相同的情况下 ，由 以 3( 55 mm × 10 mm 铜扁线为例， 计算截面尺 于导体截面尺寸的公差而造成的导体电阻不平衡寸变化 对 电 阻 不 平 衡 率 的 影 响。GB / T 7673( 3— 率，最大可达 5( 84 ，超过标准允许的电阻不平衡2008 规 定， 面 尺 寸 偏 差 要 求 为: ( 3( 55 ? 0( 05 截 率值。mm) × ( 10 ? 0( 07 ) mm， 角 半 径 r 0( 8 ( 1 ? 圆 ( 3) 退火工艺对导体直流电阻不平衡率的影响25 ) mm。 为研究退火工序对导体直流电阻的影响， 对裸 2 根据式 ( 4 ) 和式 ( 5 ) ，可得 S min 33( 90 mm ， 线退火前后的电阻不平衡情况进行比较 。试验分别 2S max 35( 95 mm 。 取 导 体 电 阻 率 ρ20 0( 017241 采用五组同规格裸线，每组三盘，对退火前后电阻不 2 其Ω mm / m， 每 米 直 流 电 阻 分 别 为 R20min 平衡情况进行比较，结果如表 1。0( 000479 Ω， 20max 0( 000508 Ω。 由式 ( 2) 算得电 R 表1 退火前后导体电阻及电阻不平衡率变化 退火前 退火后 扁线芯尺寸 / mm 电阻不平衡率 组别 电阻值 / 电阻不平 电阻值 / 电阻不平 ( a 边 × b 边) 变化量 / ( × 10 , 4 Ω) 衡率 / ( × 10 , 4 Ω) 衡率 / 3( 547 × 9( 973 5( 007 4( 929 1 3( 544 × 9( 960 5( 008 0( 80 4( 930 0( 63 0( 17 3( 533 × 9( 982 5( 047 4( 960 3( 533 × 9( 984 5( 069 4( 912 2 3( 536 × 9( 976 5( 070 0( 22 4( 927 0( 30 0( 08 3( 532 × 9( 970 5( 080 4( 927 3( 537 × 9( 978 5( 022 4( 868 3 3( 535 × 9( 975 5( 034 0( 36 4( 873 0( 12 0( 24 3( 543 × 9( 978 5( 040 4( 874 3( 540 × 9( 982 5( 011 4( 878 4 3( 538 × 9( 985 5( 023 0( 70 4( 882 0( 94 0( 24 3( 531 × 9( 976 5( 046 4( 924 3( 545 × 9( 990 5( 011 4( 867 5 3( 535 × 9( 987 5( 034 0( 64 4( 903 0( 76 0( 12 3( 537 × 9( 987 5( 043 4( 904 由表 1 可知，退火前后电阻不平衡率变化偏差 在不断增大的过程，在微观上表现为导体呈一个锥最大为 0( 24 。实验表明，退火工序对导体电阻率 体形状。所以，采用同一个模具拉制出来的产品 ，导平衡性的影响很小。 体尺寸从标准最小尺寸过渡到标准最大尺寸 ，导体 综上所述，原材料加工方法、批次和拉线工艺对 的电阻也随导体尺寸的增大而减小，从而导致导体导体直流电阻的不平衡性影响较大， 而退火过程对 的电阻不平衡率超标。若将同一批导体的尺寸公差电阻不平衡性影响较小 。铜线坯电阻率的不均匀和 范围缩小，则不可避免地增加了拉线模具的成本或导体截面尺寸的偏差是造成扁电磁线导体直流电阻 造成不同批次之间产品的电阻不平衡率增大 ，因为不平衡的主要原因。 目前拉丝模具都是手工修模，其尺寸的均匀性和圆2( 2 解决方案 角半径的控制都存在较大的不均匀性 。同样在挤压 要彻底解决导体直流电阻不平衡率超标问题， 生产方式中，也是通过挤压模具确定产品尺寸 ，也存必须减少导体截面尺寸偏差和降低铜线坯电阻率的 在由于模具逐渐变大和圆角不均匀的问题 。不均衡性。 为了解决导体尺寸不均匀的问题，采用精密轧 ( 1) 导体截面尺寸偏差太大的解决方案 机对导体进行加工，精密轧机轧制产品的生产流程 扁电磁线导体的拉制方式有三种 : 模具法、挤压 如图 4 所示。法和精轧法。在模具拉线法的拉制过程中， 因模具 导体通过上下三个轧辊和左右两个轧辊的轧与导体剧烈摩擦，模具定径尺寸不断增加，一个标模 制，通过激光探测仪对成品尺寸进行追踪反馈 ，从而从最小尺寸到最大尺寸的拉制过程，也是导体尺寸 调整前面轧辊的开合，稳定导体尺寸。 182012 年第 6 期 电线电缆 2012 年 12 月 No( 6 2012 Electric Wire , Cable 2012 Dec(， 图4 精密轧机生产流程示意图 图5 3( 55 mm × 10 mm 铜扁线导体尺寸变化图 图 5 为 3( 55 mm × 10 mm 铜扁线导体尺寸变化 0. 01) mm × ( 10 ? 0. 015) mm，圆角半径 r 0. 8( 1图。经验证， 精密轧机控制导体尺寸， 边可控制在 a ? 2 ) mm。? 0( 01 mm， 边可控制在 ? 0( 015 mm。 b 根据式 ( 4 ) 和 式 ( 5 ) ， 算 可 得 S min 34. 78 计 精密轧机轧制导体圆角采用轧辊开槽圆角方式 2 mm ， max 35. 13 mm2 。 取 导 体 电 阻 率 ρ20 S控制，放大 200 倍后，其圆角验证图如图 6。 通过检 0. 017241 Ωmm2 / m， 其 每 米 直 流 电 阻 分 别 为测证明，采用精轧机轧制导体， 其圆角半径的偏差最 R20min 0. 000491 Ω， 20max 0. 000496 Ω。 由式 ( 2) .