Przewody i izolacja w silnikach elektrycznych

Oznaczenie izolacji przewodów uzwojenia - zapobieganie przerwom zwarciowym. W niskonapięciowych silnikach indukcyjnych napięcie międzyzwojowe wynosi zwykle kilka woltów. Jednak podczas włączania i wyłączania występują krótkie impulsy napięciowe, dlatego izolacja musi mieć duży zapas wytrzymałości dielektrycznej. Tłumienie w jednym punkcie może spowodować uszkodzenie elektryczne i uszkodzenie całej cewki. Napięcie przebicia izolacji uzwojenia. przewody powinny mieć kilkaset woltów.

Druty nawojowe są zwykle wykonane z włókna, emalii i izolacji emalii.

Materiały włókniste na bazie celulozy mają znaczną porowatość i wysoką higroskopijność. W celu zwiększenia wytrzymałości elektrycznej i odporności na wilgoć izolacja włóknista jest impregnowana specjalnym lakierem. Jednak impregnacja nie zapobiega zawilgoceniu, a jedynie zmniejsza szybkość wchłaniania wilgoci. Ze względu na te wady druty z izolacją z włókien i emalii są obecnie prawie nie używane do nawijania maszyn elektrycznych.

Druty stosowane do produkcji uzwojeń silników elektrycznych

Główne rodzaje drutów z emaliowaną izolacją stosowane do produkcji uzwojeń różnych silników elektrycznych i urządzenia elektryczne, — druty z acetalu poliwinylu PEV i druty PETV o podwyższonej odporności na ciepło na lakierach poliestrowych... Zaletą tych drutów jest niewielka grubość ich izolacji, co pozwala na zwiększenie wypełnienia kanałów silnika elektrycznego. Druty PETV stosowane są głównie na uzwojenia silników asynchronicznych o mocy do 100 kW.

Części pod napięciem muszą być również odizolowane od innych metalowych części silnika elektrycznego. Przede wszystkim potrzebujesz niezawodnej izolacji drutów ułożonych w kanałach stojana i wirnika. Wykorzystuje się w tym celu tkaniny lakierowane oraz włókno szklane, czyli tkaniny na bazie bawełny, jedwabiu, nylonu i włókien szklanych impregnowanych lakierem. Impregnacja zwiększa wytrzymałość mechaniczną oraz poprawia właściwości izolacyjne lakierowanych tkanin.

Podczas eksploatacji izolacja jest narażona na działanie różnych czynników, które wpływają na jej właściwości. Należy wziąć pod uwagę podstawowe ogrzewanie, nawilżanie, siły mechaniczne i substancje reaktywne w środowisku... Przyjrzyjmy się wpływowi każdego z tych czynników.

Jak ogrzewanie wpływa na właściwości izolacyjne silników elektrycznych

Przepływowi prądu przez drut towarzyszy wydzielanie ciepła, które nagrzewa maszynę elektryczną. Innym źródłem ciepła są straty w stali stojana i wirnika spowodowane działaniem zmiennego pola magnetycznego oraz straty mechaniczne na skutek tarcia w łożyskach.

Ogólnie rzecz biorąc, około 10 - 15% całej energii elektrycznej zużywanej przez sieć jest w jakiś sposób przekształcane w ciepło, powodując wzrost temperatury uzwojeń silnika powyżej temperatury otoczenia. Wraz ze wzrostem obciążenia wału silnika wzrasta prąd w uzwojeniach. Wiadomo, że ilość ciepła wytwarzanego w przewodach jest proporcjonalna do kwadratu prądu, dlatego przeciążenie silnika prowadzi do wzrostu temperatury uzwojeń. Jak to wpływa na izolację?

Przegrzanie zmienia strukturę izolacji i drastycznie pogarsza jej właściwości... Proces ten nazywa się starzeniem... Izolacja staje się krucha, a jej wytrzymałość dielektryczna gwałtownie spada. Na powierzchni pojawiają się mikropęknięcia, w które wnika wilgoć i brud. W przyszłości dochodzi do uszkodzenia i spalenia części uzwojeń. Wraz ze wzrostem temperatury uzwojeń żywotność izolacji drastycznie spada.

Klasyfikacja materiałów elektroizolacyjnych ze względu na odporność na ciepło

Materiały elektroizolacyjne stosowane w maszynach i aparatach elektrycznych, zgodnie z ich odpornością cieplną, dzieli się na siedem klas. Spośród nich pięć jest używanych w asynchronicznych silnikach elektrycznych z klatką o mocy do 100 kW.

Nieimpregnowane celulozowe, jedwabne i bawełniane materiały włókniste należą do klasy Y (dopuszczalna temperatura 90°C), impregnowane celulozowe, jedwabne i bawełniane materiały włókniste z izolacją przewodów na bazie lakierów olejowych i poliamidowych — do klasy A (dopuszczalna temperatura 105°C ), syntetyczne folie organiczne z izolacją przewodów na bazie polioctanu winylu, żywic epoksydowych, poliestrowych - do klasy E (dopuszczalna temperatura 120°C), materiały na bazie miki, azbestu i włókna szklanego stosowane ze spoiwami organicznymi i impregnatami, emalie o podwyższonej temperaturze odporność — do klasy B (dopuszczalna temperatura 130°C), materiały na bazie miki, azbestu i włókna szklanego stosowane w połączeniu ze spoiwami nieorganicznymi i impregnatami oraz inne materiały odpowiadające tej klasie — do klasy F (dopuszczalna temperatura 155 °C).

Silniki elektryczne są zaprojektowane tak, aby przy mocy znamionowej temperatura uzwojeń nie przekraczała dopuszczalna wartość... Zwykle istnieje niewielka rezerwa ogrzewania. Dlatego prąd znamionowy odpowiada nagrzewaniu nieco poniżej limitu. W obliczeniach przyjęto temperaturę otoczenia 40 ° C... Jeśli silnik elektryczny jest eksploatowany w warunkach, w których wiadomo, że temperatura zawsze jest niższa niż 40 ° C, może dojść do przeciążenia. Wartość przeciążenia można obliczyć biorąc pod uwagę temperaturę otoczenia i właściwości termiczne silnika. Można to zrobić tylko wtedy, gdy obciążenie silnika jest ściśle kontrolowane i można mieć pewność, że nie przekroczy ono obliczonej wartości.

Jak wilgoć wpływa na właściwości izolacyjne silników elektrycznych

Kolejnym czynnikiem, który znacząco wpływa na żywotność izolacji jest wpływ wilgoci. Przy wysokiej wilgotności powietrza na powierzchni materiału izolacyjnego tworzy się mokry film. W takim przypadku rezystancja powierzchniowa izolacji gwałtownie spada. Lokalne zanieczyszczenia przyczyniają się do powstawania filmu wodnego. Przez pęknięcia i pory wilgoć wnika w izolację, zmniejszając ją opór elektryczny.

Przewody izolowane włóknem na ogół nie są odporne na wilgoć. Ich odporność na wilgoć zwiększa się poprzez impregnację lakierami. Izolacja emaliowana i emaliowana jest bardziej odporna na wilgoć.

należy zauważyć, że szybkość zawilgocenia zależy w dużym stopniu od temperatury otoczenia... Przy tej samej wilgotności względnej, ale w wyższej temperaturze izolacja kilkakrotnie szybciej się nawilża.

Jak siły mechaniczne wpływają na właściwości izolacyjne silników elektrycznych

Siły mechaniczne w uzwojeniach powstają w wyniku różnej rozszerzalności cieplnej poszczególnych części maszyny, drgań obudowy oraz podczas uruchamiania silnika. Zazwyczaj obwód magnetyczny nagrzewa się mniej niż cewki miedziane, ich współczynniki rozszerzalności są inne. W rezultacie miedź przy prądzie roboczym wydłuża się o jedną dziesiątą milimetra bardziej niż stal. Powoduje to powstanie sił mechanicznych wewnątrz rowka maszyny i ruch drutów, co powoduje zużycie izolacji i powstawanie dodatkowych szczelin, w które wnika wilgoć i kurz.

Tworzą prądy rozruchowe, 6 — 7 razy wyższe niż nominalne wysiłki elektrodynamiczneproporcjonalna do kwadratu prądu. Siły te działają na cewkę, powodując odkształcenie i przemieszczenie poszczególnych jej części.Drgania obudowy powodują również siły mechaniczne, które zmniejszają wytrzymałość izolacji.

Badania stołowe silników wykazały, że przy zwiększonych przyspieszeniach drgań ubytek izolacji uzwojenia może wzrosnąć 2,5 — 3-krotnie. Wibracje mogą również powodować przyspieszone zużycie łożyska. Oscylacje silnika mogą wystąpić z powodu niewspółosiowości wału, nierównomiernego obciążenia, nierównej szczeliny powietrznej między stojanem a wirnikiem oraz asymetrii napięcia.

Wpływ pyłów i mediów aktywnych chemicznie na właściwości izolacyjne silników elektrycznych

Unoszący się w powietrzu pył ​​również przyczynia się do pogorszenia stanu izolacji. Stałe cząsteczki pyłu niszczą powierzchnię i osadzając się, zanieczyszczają ją, co również zmniejsza wytrzymałość elektryczną. Powietrze w obiektach przemysłowych zawiera zanieczyszczenia substancjami chemicznie czynnymi (dwutlenek węgla, siarkowodór, amoniak itp.). W środowiskach agresywnych chemicznie izolacja szybko traci swoje właściwości izolacyjne i ulega zniszczeniu. Oba czynniki, uzupełniając się nawzajem, znacznie przyspieszają proces niszczenia izolacji. W celu zwiększenia odporności chemicznej uzwojeń w silnikach elektrycznych stosuje się specjalne lakiery impregnujące.

Złożony wpływ wszystkich czynników na uzwojenia silników elektrycznych

Uzwojenia silnika są często poddawane jednoczesnemu oddziaływaniu nagrzewania, nawilżania, składników chemicznych i obciążeń mechanicznych. W zależności od rodzaju obciążenia silnika, warunków środowiskowych i czasu pracy, czynniki te mogą się różnić. W maszynach o zmiennym obciążeniu ogrzewanie może być dominującym efektem.W instalacjach elektrycznych pracujących w budynkach inwentarskich najbardziej niebezpieczny dla silnika jest wpływ wysokiej wilgotności w połączeniu z oparami amoniaku.

Można sobie wyobrazić możliwość zaprojektowania takiego silnika, który wytrzyma wszystkie te niekorzystne czynniki. Jednak taki silnik byłby oczywiście zbyt kosztowny, gdyż wymagałby wzmocnienia izolacji, znacznej poprawy jej jakości oraz stworzenia dużego marginesu bezpieczeństwa.

Działają różnie. W celu zapewnienia niezawodnej pracy silnika stosuje się system środków zapewniających standardową żywotność. Przede wszystkim dzięki zastosowaniu lepszych materiałów poprawiają parametry techniczne silnika i jego odporność na działanie czynników niszczących izolację. Poprawić sprzęt ochrony silnika… Wreszcie, zapewniają wsparcie w terminowym rozwiązywaniu problemów, które mogą prowadzić do awarii w przyszłości.