Draden en isolatie in elektromotoren

Aanduiding van isolatie van wikkeldraden - preventie van kortsluitingsonderbrekingen. Bij laagspannings-inductiemotoren is de turn-to-turn-spanning meestal enkele volts. Er treden echter korte spanningspulsen op bij het in- en uitschakelen, dus de isolatie moet een grote reserve aan diëlektrische sterkte hebben. Demping op één punt kan elektrische schade en schade aan de gehele spoel veroorzaken. Wikkelisolatie doorslagspanning. draden moeten enkele honderden volt zijn.

Wikkeldraden zijn meestal gemaakt van vezels, email en emailisolatie.

Vezelmaterialen op basis van cellulose hebben een aanzienlijke porositeit en een hoge hygroscopiciteit. Om de elektrische sterkte en weerstand tegen vocht te vergroten, is de vezelisolatie geïmpregneerd met een speciale vernis. Impregneren voorkomt echter geen vocht, het vermindert alleen de snelheid van vochtopname. Vanwege deze nadelen worden draden met vezel- en emailisolatie momenteel bijna niet gebruikt voor het opwinden van elektrische machines.

Draden gebruikt voor de vervaardiging van wikkelingen van elektromotoren

De belangrijkste soorten draden met geëmailleerde isolatie die worden gebruikt voor de vervaardiging van wikkelingen van verschillende elektromotoren en elektrische apparaten, — PEV-draden van polyvinylacetaal en PETV-draden met verhoogde hittebestendigheid op polyesterlakken. Het voordeel van deze draden ligt in de geringe dikte van hun isolatie, waardoor de vulling van de kanalen van de elektromotor kan worden vergroot. PETV-draden worden voornamelijk gebruikt voor de wikkelingen van asynchrone motoren met een vermogen tot 100 kW.

Onder spanning staande delen moeten ook worden geïsoleerd van andere metalen delen van de elektromotor. Allereerst heeft u een betrouwbare isolatie nodig van de draden die in de stator- en rotorkanalen zijn gelegd. Gebruik hiervoor gelakte stoffen en glasvezel, dit zijn stoffen op basis van katoen, zijde, nylon en glasvezels geïmpregneerd met vernis. Impregnatie verhoogt de mechanische sterkte en verbetert de isolerende eigenschappen van gelakte stoffen.

Tijdens bedrijf wordt de isolatie blootgesteld aan verschillende factoren die de eigenschappen ervan beïnvloeden. Er moet rekening worden gehouden met elementaire verwarming, bevochtiging, mechanische krachten en reactieve stoffen in de omgeving... Laten we eens kijken naar de invloed van elk van deze factoren.

Hoe verwarming de isolatie-eigenschappen van elektromotoren beïnvloedt

De stroom door de draad gaat gepaard met het vrijkomen van warmte, die de elektrische machine opwarmt. Andere warmtebronnen zijn verliezen in het stator- en rotorstaal door de werking van een wisselend magnetisch veld, maar ook mechanische verliezen door wrijving in de lagers.

Over het algemeen wordt ongeveer 10 - 15% van alle elektrische energie die door het netwerk wordt verbruikt op de een of andere manier omgezet in warmte, waardoor de temperatuur van de motorwikkelingen boven de omgevingstemperatuur stijgt. Naarmate de belasting op de motoras toeneemt, neemt de stroom in de wikkelingen toe. Het is bekend dat de hoeveelheid warmte die in de draden wordt gegenereerd, evenredig is met het kwadraat van de stroom, daarom leidt overbelasting van de motor tot een toename van de temperatuur van de wikkelingen. Welke invloed heeft dit op isolatie?

Oververhitting verandert de structuur van de isolatie en verslechtert de eigenschappen ervan drastisch... Dit proces wordt veroudering genoemd... De isolatie wordt bros en de diëlektrische sterkte neemt sterk af. Op het oppervlak verschijnen microscheuren, waarin vocht en vuil doordringen. In de toekomst treedt schade en verbranding van een deel van de wikkelingen op. Naarmate de temperatuur van de wikkelingen stijgt, wordt de levensduur van de isolatie drastisch verkort.

Classificatie van elektrische isolatiematerialen volgens hittebestendigheid

Elektrisch isolerende materialen die in elektrische machines en apparaten worden gebruikt, zijn volgens hun hittebestendigheid onderverdeeld in zeven klassen. Hiervan worden er vijf gebruikt in asynchrone elektromotoren met een kooi tot 100 kW.

Niet-geïmpregneerde cellulose-, zijde- en katoenvezelmaterialen behoren tot klasse Y (toegestane temperatuur 90 ° C), geïmpregneerde cellulose-, zijde- en katoenvezelmaterialen met draadisolatie op basis van olie- en polyamidevernissen - tot klasse A (toegestane temperatuur 105 ° C ), synthetische organische films met draadisolatie op basis van polyvinylacetaat, epoxy, polyesterharsen - tot klasse E (toegestane temperatuur 120 ° C), materialen op basis van mica, asbest en glasvezel gebruikt met organische bindmiddelen en impregneermiddelen, email met verhoogde hitte weerstand - tot klasse B (toegestane temperatuur 130 ° C), materialen op basis van mica, asbest en glasvezel gebruikt in combinatie met anorganische bindmiddelen en impregneermiddelen, evenals andere materialen die overeenkomen met deze klasse - tot klasse F (toegestane temperatuur 155 ° C) °C).

Elektromotoren zijn zo ontworpen dat bij nominaal vermogen de temperatuur van de wikkelingen de toegestane waarde niet overschrijdt. Meestal is er een kleine verwarmingsreserve. Daarom komt de nominale stroom overeen met verwarming iets onder de limiet. In de berekeningen wordt uitgegaan van een omgevingstemperatuur van 40 °C. Als de elektromotor wordt gebruikt onder omstandigheden waarvan bekend is dat de temperatuur altijd lager is dan 40 °C, kan deze overbelast raken. De overbelastingswaarde kan worden berekend rekening houdend met de omgevingstemperatuur en de thermische eigenschappen van de motor. Dit kan alleen als de motorbelasting strikt wordt gecontroleerd en u er zeker van kunt zijn dat deze de berekende waarde niet overschrijdt.

Hoe vocht de isolatie-eigenschappen van elektromotoren beïnvloedt

Een andere factor die de levensduur van isolatie aanzienlijk beïnvloedt, is het effect van vocht. Bij een hoge luchtvochtigheid vormt zich een natte film op het oppervlak van het isolatiemateriaal. In dit geval daalt de oppervlakteweerstand van de isolatie sterk. Lokale vervuiling draagt ​​bij aan de vorming van een waterfilm. Door scheuren en poriën dringt vocht de isolatie binnen, waardoor deze afneemt elektrische weerstand.

Vezelgeïsoleerde geleiders zijn over het algemeen niet vochtbestendig. Hun vochtbestendigheid wordt verhoogd door impregnatie met vernissen. Emaille en emaille isolatie is beter bestand tegen vocht.

opgemerkt moet worden dat de bevochtigingssnelheid sterk afhangt van de omgevingstemperatuur... Bij dezelfde relatieve vochtigheid, maar bij een hogere temperatuur, bevochtigt de isolatie meerdere malen sneller.

Hoe mechanische krachten de isolatie-eigenschappen van elektromotoren beïnvloeden

Mechanische krachten in de wikkelingen komen voort uit verschillende thermische uitzettingen van afzonderlijke onderdelen van de machine, trillingen van de behuizing en wanneer de motor wordt gestart. Gebruikelijk magnetisch circuit minder opwarmt dan koperen spoelen, hun uitzettingscoëfficiënten zijn verschillend. Als gevolg hiervan rekt koper bij bedrijfsstroom een ​​tiende millimeter meer uit dan staal. Dit veroorzaakt mechanische krachten in de groef van de machine en beweging van de draden, wat slijtage van de isolatie veroorzaakt en de vorming van extra openingen waarin vocht en stof binnendringen.

Startstromen, 6 - 7 keer hoger dan nominaal, creëren elektrodynamische inspanningenevenredig met het kwadraat van de stroom. Deze krachten werken op de spoel en veroorzaken vervorming en verplaatsing van de afzonderlijke onderdelen.Behuizingstrillingen veroorzaken ook mechanische krachten die de sterkte van de isolatie verminderen.

Banktests van motoren hebben aangetoond dat met verhoogde trillingsversnellingen het defect aan de wikkelingsisolatie 2,5 - 3 keer kan toenemen. Trillingen kunnen ook versnelde lagerslijtage veroorzaken. Motoroscillaties kunnen optreden als gevolg van een verkeerde uitlijning van de as, ongelijkmatige belasting, een ongelijke luchtspleet tussen stator en rotor en spanningsonbalans.

Invloed van stof en chemisch actieve media op de isolatie-eigenschappen van elektromotoren

Stof in de lucht draagt ​​ook bij aan verslechtering van de isolatie. Vaste stofdeeltjes vernietigen het oppervlak en vervuilen het, wat ook de elektrische sterkte vermindert. De lucht van industriële gebouwen bevat onzuiverheden van chemisch actieve stoffen (kooldioxide, waterstofsulfide, ammoniak, enz.). In chemisch agressieve omgevingen verliest de isolatie snel zijn isolerende eigenschappen en gaat deze achteruit. Beide factoren, die elkaar aanvullen, versnellen het proces van isolatievernietiging aanzienlijk. Om de chemische weerstand van de wikkelingen te verhogen, worden in elektromotoren speciale impregneerlakken gebruikt.

Het complexe effect van alle factoren op de wikkelingen van elektromotoren

Motorwikkelingen worden vaak onderworpen aan gelijktijdige effecten van verwarming, bevochtiging, chemische componenten en mechanische belasting. Afhankelijk van de aard van de motorbelasting, de omgevingsomstandigheden en de gebruiksduur kunnen deze factoren variëren. Bij machines met variabele belasting kan verwarming een overheersend effect hebben.In elektrische installaties die in stallen werken, is het gevaarlijkste voor de motor het effect van een hoge luchtvochtigheid in combinatie met ammoniakdampen.

Men kan zich de mogelijkheid voorstellen om zo'n motor te ontwerpen om al deze ongunstige factoren te weerstaan. Een dergelijke motor zou echter uiteraard te duur zijn, aangezien hiervoor een versterking van de isolatie, een aanzienlijke verbetering van de kwaliteit en het creëren van een grote veiligheidsmarge nodig zou zijn.

Ze gedragen zich anders. Om een ​​betrouwbare werking van de motor te garanderen, wordt een systeem van maatregelen gebruikt om de standaard levensduur te waarborgen. Allereerst verbeteren ze door het gebruik van betere materialen de technische kenmerken van de motor en zijn vermogen om de werking van factoren die de isolatie vernietigen te weerstaan. Verbeteren motor beschermingsmiddelen… Tot slot bieden ze ondersteuning bij het tijdig oplossen van storingen die in de toekomst tot crashes kunnen leiden.