Implementing a new resin into the trickling impregnation of stators for electric motors

This thesis is made for the IEC LV Motors unit of ABB. The aim of this thesis is to investigate the effects of using a one-component solvent-free candidate resin instead of a two-component currently used resin and filler in the trickling impregnation process. In this thesis, the production parameters are also determined for the resin under investigation. The replacement of the current two-component resin and filler is an important issue because the resin used currently is more dangerous due to the styrene and silica sand it contains. The comparison is made between the resin currently used and the resin under investigation from the point of view of safety, economy, and the production process. The investigated resin is a more environmentally friendly alternative and consists of only one component, making it the optimal choice as a new resin for trickling impregnation. The resin investigated in this thesis has also been found to be suitable for stator trickling impregnation based on previous tests. The literature review presents the basic principle of stator trickling impregnation based on the literature and discusses the properties of different resins that affect the impregnation parameters. The chemical safety of resins is also discussed as it is closely related to the topic. The literature review is followed by a description of the current trickling impregnation process where the new resin is being implemented. In this thesis, the impregnation is interpreted as part of the electrical insulation of the stator. The quality of the impregnation is an important aspect of an electric motor, as motors may be operated under challenging conditions. It is assumed that the quality of the impregnation can be verified by means of resin residue percentage and partial discharge measurements, which are also discussed in this thesis. As part of this thesis, tests are carried out to determine the production parameters. In total, six trials were carried out, for each of which three stators were impregnated. All 18 test stators were identical to exclude stator-specific differences. The aim of the experiments is to determine the resin parameters required for production. The parameter setting process was experimental, and after each test the aim was to determine how changes in the parameters affected the quality of the impregnation. To verify the quality of the resin coating, the stators were subjected to partial discharge measurements according to IEC standards.

Tämä opinnäytetyö on tehty ABB Oy:n IEC LV Motors -yksikölle. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia, mitä vaikutuksia on, kun valutuskyllästysprosessissa käytetään kaksikomponenttisen hartsin ja täyteaineen sijasta yksikomponenttista hartsia. Tässä työssä määritetään myös tuotantoparametrit tutkittavalle hartsille. Nykyisen kaksikomponenttisen hartsin ja täyteaineen korvaaminen on tärkeä aihe, koska nykyisin käytetty hartsi on vaarallisempi sen sisältämän styreenin ja kvartsihiekan vuoksi. Tämän työn tuloksena tehtiin vertailu nykyisin käytettävän ja tutkitun hartsin välillä turvallisuuden, taloudellisuuden ja tuotantoprosessin näkökulmista sekä analysoitiin hartsauksen laatuun vaikuttavia tekijöitä. Tutkittu hartsi on ympäristöystävällisempi vaihtoehto, joka koostuu vain yhdestä komponentista, minkä vuoksi se on optimaalinen valinta uudeksi hartsiksi valutuskyllästykseen. Lisäksi hartsi on jo todettu soveltuvaksi staattorin valutushartsaukseen aiemmin tehtyjen hartsauskokeiden perusteella. Kirjallisuuskatsauksessa esitellään yleisesti valutuskyllästämistekniikka kirjallisuuteen perustuen ja käsitellään eri hartsien ominaisuuksia, jotka vaikuttavat kyllästysparametreihin. Lisäksi käsitellään hartsien kemiallista turvallisuutta, koska se liittyy läheisesti aiheeseen. Kirjallisuuskatsauksen jälkeen esitellään nykyinen valutuskyllästämisprosessi, johon uutta hartsia ollaan implementoimassa. Hartsauksen laatu on tärkeä osa sähkömoottoria, sillä moottoreita saatetaan käyttää myös haastavissa olosuhteissa. Tässä tutkielmassa kyllästäminen tulkitaan osaksi staattorin sähköistä eristystä ja oletuksena on, että kyllästämisen laatu voidaan todentaa hartsijäämän prosenttiosuuden ja osittaispurkausmittausten avulla, joita myös käsitellään tässä työssä. Osana tätä diplomityötä tehdään testejä tuotantoparametrien määrittämiseksi. Yhteensä tehtiin kuusi koetta, joita jokaista varten hartsattiin kolme staattoria. Kaikki 18 testistaattoria olivat samanlaisia staattorikohtaisten erojen poissulkemiseksi. Kokeiden tavoitteena on määrittää tuotantoa varten tarvittavat hartsausparametrit. Parametrien asettamisprosessi oli kokeellinen, ja jokaisen testin jälkeen pyrittiin määrittämään, miten parametrien muutokset vaikuttivat kyllästyksen laatuun. Hartsauksen laadun varmistamiseksi staattoreille tehtiin IEC-standardien mukaiset osittaispurkausmittaukset.