Fire și izolație la motoarele electrice

Desemnarea izolației firelor de înfășurare - prevenirea întreruperilor de scurtcircuit. În motoarele cu inducție de joasă tensiune, tensiunea de la rând la rând este de obicei de câțiva volți. Cu toate acestea, la pornire și la oprire apar impulsuri scurte de tensiune, astfel încât izolația trebuie să aibă o rezervă mare de rigiditate dielectrică. Amortizarea la un moment dat poate cauza daune electrice și deteriorarea întregii bobine. Tensiunea de defectare a izolației înfășurării. firele ar trebui să fie de câteva sute de volți.

Firele de înfășurare sunt de obicei realizate din fibre, smalț și izolație din email.

Materialele fibroase pe bază de celuloză au porozitate semnificativă și higroscopicitate ridicată. Pentru a crește rezistența electrică și rezistența la umiditate, izolația din fibre este impregnată cu un lac special. Cu toate acestea, impregnarea nu previne umezeala, ci doar reduce rata de absorbție a umidității. Datorită acestor dezavantaje, firele cu izolație din fibre și email nu sunt în prezent utilizate pentru bobinarea mașinilor electrice.

Fire utilizate pentru fabricarea înfășurărilor motoarelor electrice

Principalele tipuri de fire cu izolație email utilizate pentru fabricarea înfășurărilor diferitelor motoare electrice și electrocasnice, — Fire PEV de polivinil acetal și fire PETV cu rezistență crescută la căldură pe lacuri din poliester... Avantajul acestor fire constă în grosimea mică a izolației lor, ceea ce face posibilă creșterea umplerii canalelor motorului electric. Firele PETV sunt utilizate în principal pentru înfășurările motoarelor asincrone cu o putere de până la 100 kW.

Părțile sub tensiune trebuie, de asemenea, izolate de alte părți metalice ale motorului electric. În primul rând, aveți nevoie de o izolație fiabilă a firelor așezate în canalele statorului și rotorului. În acest scop, folosiți țesături lăcuite și fibră de sticlă, care sunt țesături pe bază de bumbac, mătase, nailon și fibre de sticlă impregnate cu lac. Impregnarea crește rezistența mecanică și îmbunătățește proprietățile izolante ale țesăturilor lacuite.

În timpul funcționării, izolația este expusă la diverși factori care îi afectează caracteristicile. Trebuie luate în considerare încălzirea de bază, umidificarea, forțele mecanice și substanțele reactive din mediu... Să ne uităm la influența fiecăruia dintre acești factori.

Cum afectează încălzirea proprietățile de izolație ale motoarelor electrice

Fluxul de curent prin fir este însoțit de eliberarea de căldură, care încălzește mașina electrică. Alte surse de căldură sunt pierderile din oțelul statorului și rotorului cauzate de acțiunea unui câmp magnetic alternativ, precum și pierderile mecanice datorate frecării lagărelor.

În general, aproximativ 10 - 15% din toată energia electrică consumată de rețea este cumva convertită în căldură, creând o creștere a temperaturii înfășurărilor motorului deasupra mediului. Pe măsură ce sarcina pe arborele motorului crește, crește curentul din înfășurări. Se știe că cantitatea de căldură generată în fire este proporțională cu pătratul curentului, prin urmare supraîncărcarea motorului duce la creșterea temperaturii înfășurărilor. Cum afectează aceasta izolarea?

Supraîncălzirea modifică structura izolației și îi deteriorează drastic proprietățile... Acest proces se numește îmbătrânire... Izolația devine casantă și rezistența sa dielectrică scade brusc. La suprafață apar microfisuri, în care pătrund umezeala și murdăria. În viitor, apar deteriorarea și arderea unei părți a înfășurărilor. Pe măsură ce temperatura înfășurărilor crește, durata de viață a izolației se reduce drastic.

Clasificarea materialelor electroizolante în funcție de rezistența la căldură

Materialele electroizolante utilizate în mașinile și aparatele electrice, în funcție de rezistența la căldură, sunt împărțite în șapte clase. Dintre acestea, cinci sunt utilizate în motoare electrice asincrone cu o cușcă de până la 100 kW.

Celuloza, mătasea și materialele fibroase de bumbac neimpregnate aparțin clasei Y (temperatură admisă 90 ° C), celuloză impregnată, mătase și materiale fibroase de bumbac cu izolație de sârmă pe bază de lacuri uleioase și poliamidice - până la clasa A (temperatura admisă 105 ° C ), folii organice sintetice cu izolație de sârmă pe bază de acetat de polivinil, rășini epoxidice, poliester - până la clasa E (temperatura admisă 120 ° C), materiale pe bază de mică, azbest și fibră de sticlă utilizate cu lianți organici și compuși de impregnare, emailuri cu căldură crescută rezistență - până la clasa B (temperatura admisă 130 ° C), materiale pe bază de mică, azbest și fibră de sticlă utilizate în combinație cu lianți anorganici și compuși de impregnare, precum și alte materiale corespunzătoare acestei clase - până la clasa F (temperatura admisă 155 °C).

Motoarele electrice sunt proiectate astfel încât la puterea nominală temperatura înfășurărilor să nu depășească valoarea admisă... De obicei există o mică rezervă de încălzire. Prin urmare, curentul nominal corespunde încălzirii ușor sub limită. În calcule, se presupune că temperatura mediului ambiant este de 40 ° C... Dacă motorul electric funcționează în condiții în care se știe întotdeauna că temperatura este sub 40 ° C, acesta poate fi supraîncărcat. Valoarea de suprasarcină poate fi calculată ținând cont de temperatura ambiantă și de proprietățile termice ale motorului. Acest lucru se poate face numai dacă sarcina motorului este strict controlată și puteți fi sigur că nu depășește valoarea calculată.

Cum afectează umiditatea proprietățile de izolație ale motoarelor electrice

Un alt factor care afectează semnificativ durata de viață a izolației este efectul umidității. La umiditate ridicată a aerului, pe suprafața materialului izolator se formează o peliculă umedă. În acest caz, rezistența la suprafață a izolației scade brusc. Poluarea locală contribuie la formarea unei pelicule de apă. Prin fisuri și pori, umezeala pătrunde în izolație, reducând-o rezistență electrică.

Conductoarele izolate cu fibre nu sunt în general rezistente la umiditate. Rezistenta lor la umiditate este crescuta prin impregnarea cu lacuri. Smalțul și izolația din email sunt mai rezistente la umiditate.

de remarcat ca viteza de umezire depinde semnificativ de temperatura mediului ambiant... La aceeasi umiditate relativa, dar la o temperatura mai mare, izolatia se umezeste de cateva ori mai repede.

Cum afectează forțele mecanice proprietățile de izolație ale motoarelor electrice

Forțele mecanice în înfășurări apar din diferitele expansiuni termice ale părților individuale ale mașinii, vibrații ale carcasei și când motorul este pornit. De obicei circuit magnetic se încălzește mai puțin decât bobinele de cupru, coeficienții lor de dilatare sunt diferiți. Ca rezultat, cuprul la curentul de funcționare se alungește cu o zecime de milimetru mai mult decât oțelul. Acest lucru creează forțe mecanice în interiorul canelurii mașinii și mișcarea firelor, ceea ce provoacă uzura izolației și formarea de goluri suplimentare în care pătrund umezeala și praful.

Curenți de pornire, de 6-7 ori mai mari decât nominali, creează eforturi electrodinamiceproporțional cu pătratul curentului. Aceste forțe acționează asupra bobinei, provocând deformarea și deplasarea părților sale individuale.Vibrația carcasei provoacă și forțe mecanice care reduc rezistența izolației.

Testele pe banc de motoare au arătat că, cu accelerații crescute ale vibrațiilor, defectul de izolație a înfășurării poate crește de 2,5 - 3 ori. Vibrațiile pot provoca, de asemenea, uzura accelerată a rulmentului. Oscilațiile motorului pot apărea din cauza nealinierii arborelui, a încărcării neuniforme, a spațiului de aer neuniform dintre stator și rotor și a dezechilibrului de tensiune.

Influența prafului și a mediilor active chimic asupra proprietăților de izolare ale motoarelor electrice

Praful din aer contribuie, de asemenea, la deteriorarea izolației. Particulele solide de praf distrug suprafața și, depunându-se, o contaminează, ceea ce reduce și rezistența electrică. Aerul spațiilor industriale conține impurități de substanțe chimic active (dioxid de carbon, hidrogen sulfurat, amoniac etc.). În mediile agresive din punct de vedere chimic, izolația își pierde rapid proprietățile izolante și se deteriorează. Ambii factori, completându-se reciproc, accelerează semnificativ procesul de distrugere a izolației. Pentru a crește rezistența chimică a înfășurărilor, la motoarele electrice se folosesc lacuri speciale de impregnare.

Efectul complex al tuturor factorilor asupra înfășurărilor motoarelor electrice

Înfășurările motorului sunt adesea supuse efectelor simultane de încălzire, umidificare, componente chimice și încărcare mecanică. În funcție de natura sarcinii motorului, de condițiile de mediu și de durata de funcționare, acești factori pot varia. La mașinile cu sarcină variabilă, încălzirea poate fi un efect dominant.În instalațiile electrice care funcționează în clădirile de animale, cel mai periculos pentru motor este efectul umidității ridicate în combinație cu vaporii de amoniac.

Ne putem imagina posibilitatea de a proiecta un astfel de motor pentru a rezista tuturor acestor factori negativi. Cu toate acestea, un astfel de motor ar fi în mod evident prea scump, deoarece ar necesita întărirea izolației, o îmbunătățire semnificativă a calității sale și crearea unei marje mari de siguranță.

Ei acționează diferit. Pentru a asigura funcționarea fiabilă a motorului, se utilizează un sistem de măsuri pentru a asigura durata de viață standard. În primul rând, datorită utilizării unor materiale mai bune, acestea îmbunătățesc caracteristicile tehnice ale motorului și capacitatea acestuia de a rezista la acțiunea factorilor care distrug izolația. Îmbunătăţi echipament de protectie a motorului… În cele din urmă, oferă suport pentru depanarea în timp util a defecțiunilor care pot duce la blocări în viitor.