Проводници и изолация в електрически двигатели - Училище за електротехник, всичко за електротехниката и електрониката

Целта на изолацията на проводниците на намотките е да се предотвратят неизправности. При асинхронни двигатели с ниско напрежение напрежението от завой до завой обикновено е няколко волта. При включване и изключване обаче се появяват краткотрайни импулси на напрежението, така че изолацията трябва да има голям запас от диелектрична якост. Затихването в един момент може да причини електрически срив и повреда на цялата намотка. Пробивно напрежение на изолацията на намотките. проводниците трябва да са няколкостотин волта.

Намотателните проводници обикновено се правят с влакна, емайл и емайлирана изолация.

Влакнести материали на основата на целулоза имат значителна порьозност и висока хигроскопичност. За да се увеличи електрическата якост и устойчивост на влага, изолацията на влакната се импрегнира със специален лак. Импрегнирането обаче не предотвратява влагата, а само намалява скоростта на абсорбиране на влагата. Поради тези недостатъци проводниците с изолация от влакна и емайлирани влакна в момента почти не се използват за намотки на електрически машини.

Проводници, използвани за производството на намотки на електрически двигатели

Основните видове проводници с емайлирана изолация, използвани за производството на намотки на различни електродвигатели и електрически устройства, са поливинилацетални проводници PEV и проводници с повишена топлоустойчивост PETV върху полиестерни лакове. Предимството на тези проводници се крие в малката дебелина на тяхната изолация, което прави възможно увеличаването на запълването на каналите на електродвигателя. За намотките на асинхронни двигатели до 100 kW се използват предимно проводници PETV.

Частите под напрежение също трябва да бъдат изолирани от други метални части на електродвигателя. На първо място се изисква надеждна изолация на проводниците, положени в жлебовете на статора и ротора. За тази цел се използват лакови и стъклени тъкани, които представляват тъкани на основата на памук, коприна, найлон и стъклени влакна, импрегнирани с лак. Импрегнацията повишава механичната якост и подобрява изолационните свойства на лакираните тъкани .

проводници

По време на работа изолацията е изложена на различни фактори, които влияят на нейните характеристики. Основните трябва да се считат за нагряване, овлажняване, механични сили и химически активни вещества в околната среда. Помислете за въздействието на всеки от тези фактори.

Как отоплението влияе върху изолационните свойства на електрическите двигатели

Потокът на ток през проводник е придружен от отделяне на топлина, която загрява електрическата машина. Други източници на топлина са загубите в статора и роторната стомана, причинени от действието на променливо магнитно поле, както и механични загуби поради триене в лагерите.

Като цяло около 10 - 15% от цялата електрическа енергия, консумирана от мрежата, по някакъв начин се преобразува в топлина, създавайки излишък от температурата на намотките на двигателя над околната среда. С увеличаване на натоварването на вала на двигателя токът в намотките се увеличава. Известно е, че количеството топлина, генерирано в проводниците, е пропорционално на квадрата на тока, поради което претоварването на двигателя води до повишаване на температурата на намотките. Как влияе на изолацията?

Прегряването променя структурата на изолацията и драстично влошава нейните свойства. Този процес се нарича стареене. Изолацията става крехка и нейната диелектрична якост пада рязко. На повърхността се появяват микропукнатини, в които проникват влага и мръсотия. В бъдеще настъпва повреда и прегаряне на част от намотките. Тъй като температурата на намотките се повишава, животът на изолацията се намалява рязко.

двигатели

Класификация на електроизолационните материали по топлоустойчивост

Електроизолационните материали, използвани в електрическите машини и устройства, според тяхната топлоустойчивост се разделят на седем класа. От тях пет се използват в асинхронни електрически двигатели с катерица с мощност до 100 kW.

Неимпрегнираните влакнести материали от целулоза, коприна и памук принадлежат към клас Y (допустима температура 90 ° C), импрегнираните влакнести материали от целулоза, коприна и памук с телена изолация на базата на маслени и полиамидни лакове - към клас A (допустима температура 105 ° C), синтетични органични филми с телена изолация на основата на поливинилацетат, епоксидна смола, полиестерни смоли - до клас E (допустима температура 120 ° C), материали на базата на слюда, азбест и фибростъкло, използвани с органични свързващи вещества и импрегниращи съединения, емайли с повишена топлоустойчивост - до клас B (допустима температура 130 ° C), материали на базата на слюда, азбест и фибростъкло, използвани в комбинация с неорганични свързващи вещества и импрегниращи съединения, както и други материали, съответстващи на този клас - до клас F (допустимо температура 155 ° C).

Електродвигателите са проектирани, като се има предвид, че при номинална мощност температурата на намотките не надвишава допустимата стойност. Обикновено има малък резерв за отопление. Следователно номиналният ток съответства на отоплението малко под границата. Температурата на околната среда в изчисленията се приема за 40 ° C. Ако електродвигателят работи при условия, при които температурата винаги е под 40 ° C, той може да бъде претоварен. Стойността на претоварване може да бъде изчислена, като се вземат предвид околната температура и топлинните свойства на двигателя. Това може да се направи само ако натоварването на двигателя е строго контролирано и можете да сте сигурни, че не надвишава изчислената стойност.

проводници

Как влагата влияе върху изолационните свойства на електрическите двигатели

Друг фактор, който значително влияе върху живота на изолацията, е ефектът от влагата. Когато влажността на въздуха е висока, на повърхността на изолационния материал се образува филм за влага. В този случай съпротивлението на повърхностната изолация пада рязко. Местното замърсяване допринася за образуването на воден филм. Влагата прониква през изолацията през пукнатини и пори, намалявайки нейното електрическо съпротивление.

Кабелите с изолация от влакна обикновено не са устойчиви на влага. Тяхната устойчивост на влага се увеличава чрез импрегниране с лакове. Изолацията от емайл и емайл е по-устойчива на влага.

Трябва да се отбележи, че скоростта на овлажняване зависи значително от температурата на околната среда. При същата относителна влажност, но при по-висока температура, изолацията се овлажнява няколко пъти по-бързо.

училище

Как механичните сили влияят върху изолационните свойства на електродвигателите

Механичните сили в намотките възникват при различни температурни разширения на отделни части на машината, вибрации на корпуса и при стартиране на двигателя. Обикновено магнитната сърцевина се загрява по-малко от медната намотка, коефициентите им на разширение са различни. В резултат на това медта при работен ток се удължава повече с десети от милиметъра от стоманата. Това създава механични сили вътре в жлеба на машината и движение на проводниците, което причинява износване на изолацията и образуване на допълнителни пролуки, в които проникват влага и прах.

Стартовите токове, 6 - 7 пъти по-високи от номиналните, създават електродинамични сили, пропорционални на квадрата на тока. Тези сили действат върху намотката, причинявайки деформация и изместване на отделните й части. Вибрациите на корпуса също причиняват механични сили, които намаляват якостта на изолацията.

Стендови тестове на двигатели са показали, че при увеличени вибрационни ускорения дефектът на изолацията на намотките може да се увеличи с 2,5 - 3 пъти. Вибрациите също могат да причинят ускорено износване на лагерите. Трептенията на двигателя могат да възникнат поради неправилно подравняване на валовете, неравномерно натоварване, неравномерна въздушна междина между статора и ротора и дисбаланс на напрежението.

Влияние на праха и химически активните среди върху изолационните свойства на електродвигателите

Прахът във въздуха също допринася за влошаване на изолацията. Твърдите частици прах разрушават повърхността и като се утаяват, я замърсяват, което също намалява електрическата якост. Въздухът на производствените помещения съдържа примеси от химически активни вещества (въглероден диоксид, сероводород, амоняк и др.). В химически агресивна среда изолацията бързо губи изолационните си свойства и се влошава. И двата фактора, взаимно допълващи се, значително ускоряват процеса на разрушаване на изолацията. За да се увеличи химическата устойчивост на намотките на електродвигателя, се използват специални импрегниращи лакове .

Комплексният ефект на всички фактори върху намотките на електродвигатели

Намотките на двигателя често са подложени на едновременни ефекти на нагряване, овлажняване, химически компоненти и механично напрежение. В зависимост от естеството на натоварването на двигателя, условията на околната среда и продължителността на работа, тези фактори могат да варират. При машини, работещи с променливи натоварвания, може да преобладава отоплението. В електрическите инсталации, работещи в животновъдни сгради, най-опасно за двигателя е действието на висока влажност в комбинация с амонячни пари.

Човек може да си представи възможността за проектиране на такъв двигател, който да издържи на всички тези неблагоприятни фактори. Обаче такъв двигател очевидно би бил твърде скъп, тъй като ще се нуждае от усилване на изолацията, значително подобрение в качеството му и създаване на голяма граница на безопасност.

Те действат по различен начин. За да се осигури надеждна работа на двигателя, се използва система от мерки за осигуряване на стандартния експлоатационен живот. На първо място, поради използването на по-висококачествени материали, те подобряват техническите характеристики на двигателя и способността му да издържа на действието на фактори, разрушаващи изолацията. Подобрете оборудването за защита на двигателя. И накрая, те осигуряват поддръжка за своевременно отстраняване на неизправности, които могат да доведат до аварии в бъдеще.