Fili e isolamento nei motori elettrici

Designazione dell'isolamento dei fili dell'avvolgimento - prevenzione delle interruzioni di cortocircuito. Nei motori a induzione a bassa tensione, la tensione da giro a giro è solitamente di pochi volt. Tuttavia, durante l'accensione e lo spegnimento si verificano brevi impulsi di tensione, quindi l'isolamento deve avere una grande riserva di rigidità dielettrica. Lo smorzamento in un punto può causare danni elettrici e danni all'intera bobina. Tensione di rottura dell'isolamento dell'avvolgimento. i fili dovrebbero essere di diverse centinaia di volt.

I fili di avvolgimento sono generalmente realizzati in fibra, smalto e isolamento in smalto.

I materiali fibrosi a base di cellulosa hanno porosità significativa ed elevata igroscopicità. Per aumentare la rigidità elettrica e la resistenza all'umidità, l'isolamento in fibra è impregnato con una vernice speciale. Tuttavia, l'impregnazione non previene l'umidità, riduce solo il tasso di assorbimento dell'umidità. A causa di questi svantaggi, attualmente i fili con isolamento in fibra e smalto non sono quasi utilizzati per l'avvolgimento di macchine elettriche.

Fili utilizzati per la fabbricazione di avvolgimenti di motori elettrici

I principali tipi di fili con isolamento smaltato utilizzati per la fabbricazione di avvolgimenti di vari motori elettrici e elettrodomestici, — fili PEV in polivinilacetale e fili PETV con maggiore resistenza al calore su vernici poliestere... Il vantaggio di questi fili risiede nel piccolo spessore del loro isolamento, che consente di aumentare il riempimento dei canali del motore elettrico. I fili PETV sono utilizzati principalmente per gli avvolgimenti di motori asincroni con una potenza fino a 100 kW.

Le parti in tensione devono inoltre essere isolate dalle altre parti metalliche del motore elettrico. Prima di tutto, è necessario un isolamento affidabile dei fili posati nei canali dello statore e del rotore. A tale scopo utilizzare tessuti verniciati e fibra di vetro, che sono tessuti a base di cotone, seta, nylon e fibre di vetro impregnati di vernice. L'impregnazione aumenta la resistenza meccanica e migliora le proprietà isolanti dei tessuti verniciati.

Durante il funzionamento, l'isolamento è esposto a vari fattori che ne influenzano le caratteristiche. Devono essere considerati il ​​riscaldamento di base, l'umidificazione, le forze meccaniche e le sostanze reattive nell'ambiente... Diamo un'occhiata all'influenza di ciascuno di questi fattori.

In che modo il riscaldamento influisce sulle proprietà di isolamento dei motori elettrici

Il flusso di corrente attraverso il filo è accompagnato dal rilascio di calore, che riscalda la macchina elettrica. Altre fonti di calore sono le perdite nell'acciaio dello statore e del rotore causate dall'azione di un campo magnetico alternato, nonché le perdite meccaniche dovute all'attrito nei cuscinetti.

In generale, circa il 10 - 15% di tutta l'energia elettrica consumata dalla rete viene in qualche modo convertita in calore, creando un innalzamento della temperatura degli avvolgimenti del motore al di sopra della temperatura ambiente. All'aumentare del carico sull'albero motore, aumenta la corrente negli avvolgimenti. È noto che la quantità di calore generata nei fili è proporzionale al quadrato della corrente, quindi il sovraccarico del motore porta ad un aumento della temperatura degli avvolgimenti. In che modo questo influisce sull'isolamento?

Il surriscaldamento modifica la struttura dell'isolamento e ne deteriora drasticamente le proprietà... Questo processo è chiamato invecchiamento... L'isolamento diventa fragile e la sua rigidità dielettrica diminuisce drasticamente. Sulla superficie compaiono microfessure, nelle quali penetrano umidità e sporco. In futuro si verificano danni e bruciature di parte degli avvolgimenti. All'aumentare della temperatura degli avvolgimenti, la durata dell'isolamento si riduce drasticamente.

Classificazione dei materiali isolanti elettrici in base alla resistenza al calore

I materiali isolanti elettrici utilizzati nelle macchine e negli apparecchi elettrici, in base alla loro resistenza al calore, sono suddivisi in sette classi. Di questi, cinque sono utilizzati in motori elettrici asincroni con una gabbia fino a 100 kW.

I materiali fibrosi di cellulosa, seta e cotone non impregnati appartengono alla classe Y (temperatura consentita 90 ° C), i materiali fibrosi di cellulosa, seta e cotone impregnati con isolamento del filo a base di olio e vernici poliammidiche — fino alla classe A (temperatura consentita 105 ° C ), pellicole organiche sintetiche con isolamento del filo a base di resine polivinilacetato, epossidiche, poliestere - fino alla classe E (temperatura consentita 120 ° C), materiali a base di mica, amianto e fibra di vetro utilizzati con leganti organici e composti impregnanti, smalti con maggiore calore resistenza — fino alla classe B (temperatura consentita 130 ° C), materiali a base di mica, amianto e fibra di vetro utilizzati in combinazione con leganti inorganici e composti impregnanti, nonché altri materiali corrispondenti a questa classe — fino alla classe F (temperatura consentita 155 °C).

I motori elettrici sono progettati in modo tale che alla potenza nominale la temperatura degli avvolgimenti non superi il valore consentito... Di solito c'è una piccola riserva di riscaldamento. Pertanto, la corrente nominale corrisponde al riscaldamento leggermente al di sotto del limite. Nei calcoli si presume che la temperatura ambiente sia 40 ° C... Se il motore elettrico viene utilizzato in condizioni in cui è noto che la temperatura è sempre inferiore a 40 ° C, potrebbe essere sovraccarico. Il valore di sovraccarico può essere calcolato tenendo conto della temperatura ambiente e delle proprietà termiche del motore. Questo può essere fatto solo se il carico del motore è strettamente controllato e si può essere certi che non superi il valore calcolato.

In che modo l'umidità influisce sulle proprietà di isolamento dei motori elettrici

Un altro fattore che influisce in modo significativo sulla durata dell'isolamento è l'effetto dell'umidità. In caso di elevata umidità dell'aria, sulla superficie del materiale isolante si forma un film umido. In questo caso, la resistenza superficiale dell'isolamento diminuisce drasticamente. L'inquinamento locale contribuisce alla formazione di un film d'acqua. Attraverso fessure e pori, l'umidità penetra nell'isolamento, riducendolo resistenza elettrica.

I conduttori isolati in fibra generalmente non sono resistenti all'umidità. La loro resistenza all'umidità è aumentata dall'impregnazione con vernici. L'isolamento dello smalto e dello smalto è più resistente all'umidità.

va notato che il tasso di inumidimento dipende in modo significativo dalla temperatura ambiente. A parità di umidità relativa, ma a una temperatura più elevata, l'isolamento si inumidisce più volte più velocemente.

Come le forze meccaniche influenzano le proprietà di isolamento dei motori elettrici

Le forze meccaniche negli avvolgimenti derivano da varie dilatazioni termiche delle singole parti della macchina, dalle vibrazioni dell'involucro e dall'avviamento del motore. Generalmente circuito magnetico si riscalda meno delle bobine di rame, i loro coefficienti di dilatazione sono diversi. Di conseguenza, il rame alla corrente di esercizio si allunga di un decimo di millimetro in più rispetto all'acciaio. Ciò crea forze meccaniche all'interno della scanalatura della macchina e movimento dei fili, che provoca l'usura dell'isolamento e la formazione di ulteriori fessure in cui penetrano umidità e polvere.

Le correnti di avviamento, 6 — 7 volte superiori a quelle nominali, creano sforzi elettrodinamiciproporzionale al quadrato della corrente. Queste forze agiscono sulla bobina, provocando la deformazione e lo spostamento delle sue singole parti.La vibrazione dell'involucro provoca anche forze meccaniche che riducono la resistenza dell'isolamento.

I test al banco dei motori hanno dimostrato che con l'aumento delle accelerazioni di vibrazione, il difetto di isolamento dell'avvolgimento può aumentare di 2,5 - 3 volte. Le vibrazioni possono anche causare un'usura accelerata dei cuscinetti. Le oscillazioni del motore possono verificarsi a causa del disallineamento dell'albero, del carico non uniforme, del traferro irregolare tra statore e rotore e dello squilibrio di tensione.

Influenza della polvere e dei mezzi chimicamente attivi sulle proprietà isolanti dei motori elettrici

Anche la polvere aerodispersa contribuisce al deterioramento dell'isolamento. Le particelle di polvere solida distruggono la superficie e, depositandosi, la contaminano, riducendo anche la resistenza elettrica. L'aria dei locali industriali contiene impurità di sostanze chimicamente attive (anidride carbonica, idrogeno solforato, ammoniaca, ecc.). In ambienti chimicamente aggressivi, l'isolamento perde rapidamente le sue proprietà isolanti e si deteriora. Entrambi i fattori, completandosi a vicenda, accelerano notevolmente il processo di distruzione dell'isolamento. Per aumentare la resistenza chimica degli avvolgimenti, nei motori elettrici vengono utilizzate speciali vernici impregnanti.

L'effetto complesso di tutti i fattori sugli avvolgimenti dei motori elettrici

Gli avvolgimenti del motore sono spesso soggetti agli effetti simultanei di riscaldamento, umidificazione, componenti chimici e carico meccanico. A seconda della natura del carico del motore, delle condizioni ambientali e della durata del funzionamento, questi fattori possono variare. Nelle macchine a carico variabile, il riscaldamento può essere un effetto dominante.Negli impianti elettrici che operano nelle stalle, il più pericoloso per il motore è l'effetto dell'elevata umidità in combinazione con i vapori di ammoniaca.

Si può immaginare la possibilità di progettare un tale motore per resistere a tutti questi fattori avversi. Tuttavia, un tale motore sarebbe ovviamente troppo costoso, in quanto richiederebbe il rafforzamento dell'isolamento, un notevole miglioramento della sua qualità e la creazione di un ampio margine di sicurezza.

Agiscono in modo diverso. Per garantire un funzionamento affidabile del motore, viene utilizzato un sistema di misure per garantire la durata di servizio standard. Innanzitutto, grazie all'utilizzo di materiali migliori, migliorano le caratteristiche tecniche del motore e la sua capacità di resistere all'azione di fattori che distruggono l'isolamento. Migliorare dispositivi di protezione del motore… Infine, forniscono supporto per la risoluzione tempestiva dei guasti che potrebbero causare arresti anomali in futuro.