Alambres y aislamiento en motores eléctricos.

Designación de aislamiento de cables de bobinado: prevención de interrupciones por cortocircuito. En los motores de inducción de bajo voltaje, el voltaje de vuelta a vuelta suele ser de unos pocos voltios. Sin embargo, al encender y apagar se producen pulsos de tensión cortos, por lo que el aislamiento debe tener una gran reserva de rigidez dieléctrica. La amortiguación en un punto puede causar daños eléctricos y dañar toda la bobina. Tensión de ruptura del aislamiento del devanado. los cables deben tener varios cientos de voltios.

Los cables de bobinado suelen estar hechos de fibra, esmalte y aislamiento de esmalte.

Los materiales fibrosos a base de celulosa tienen una porosidad significativa y una alta higroscopicidad. Para aumentar la fuerza eléctrica y la resistencia a la humedad, el aislamiento de fibra se impregna con un barniz especial. Sin embargo, la impregnación no previene la humedad, solo reduce la tasa de absorción de humedad. Debido a estas desventajas, actualmente casi no se utilizan alambres con aislamiento de fibra y esmalte para bobinar máquinas eléctricas.

Alambres utilizados para la fabricación de bobinados de motores eléctricos

Los principales tipos de alambres con aislamiento de esmalte utilizados para la fabricación de bobinados de varios motores eléctricos y electrodomésticos, — cables PEV de polivinilacetal y cables PETV con mayor resistencia al calor sobre barnices de poliéster... La ventaja de estos cables radica en el pequeño espesor de su aislamiento, lo que permite aumentar el llenado de los canales del motor eléctrico. Los cables PETV se utilizan principalmente para el devanado de motores asíncronos con una potencia de hasta 100 kW.

Las partes vivas también deben estar aisladas de otras partes metálicas del motor eléctrico. En primer lugar, necesita un aislamiento confiable de los cables colocados en los canales del estator y el rotor. Para ello, utilice tejidos barnizados y fibra de vidrio, que son tejidos a base de algodón, seda, nailon y fibras de vidrio impregnadas con barniz. La impregnación aumenta la resistencia mecánica y mejora las propiedades aislantes de los tejidos barnizados.

Durante la operación, el aislamiento está expuesto a diversos factores que afectan sus características. Se deben considerar el calentamiento básico, la humidificación, las fuerzas mecánicas y las sustancias reactivas en el ambiente... Veamos la influencia de cada uno de estos factores.

Cómo afecta el calentamiento a las propiedades de aislamiento de los motores eléctricos

El flujo de corriente a través del cable va acompañado de la liberación de calor, que calienta la máquina eléctrica. Otras fuentes de calor son las pérdidas en el acero del estator y del rotor provocadas por la acción de un campo magnético alterno, así como las pérdidas mecánicas por fricción en los cojinetes.

En general, alrededor del 10 al 15 % de toda la energía eléctrica consumida por la red se convierte de alguna manera en calor, lo que genera un aumento de la temperatura de los devanados del motor por encima de la temperatura ambiente. A medida que aumenta la carga en el eje del motor, aumenta la corriente en los devanados. Se sabe que la cantidad de calor generado en los hilos es proporcional al cuadrado de la corriente, por lo que la sobrecarga del motor provoca un aumento de la temperatura de los devanados. ¿Cómo afecta esto al aislamiento?

El sobrecalentamiento cambia la estructura del aislamiento y deteriora drásticamente sus propiedades... Este proceso se llama envejecimiento... El aislamiento se vuelve quebradizo y su rigidez dieléctrica cae bruscamente. Aparecen microfisuras en la superficie, en las que penetran la humedad y la suciedad. En el futuro, se producen daños y quemaduras en parte de los devanados. A medida que aumenta la temperatura de los devanados, la vida útil del aislamiento se reduce drásticamente.

Clasificación de los materiales aislantes eléctricos según la resistencia al calor.

Los materiales aislantes eléctricos utilizados en máquinas y aparatos eléctricos, según su resistencia al calor, se dividen en siete clases. De estos, cinco se utilizan en motores eléctricos asíncronos con jaula de hasta 100 kW.

Los materiales fibrosos de celulosa, seda y algodón no impregnados pertenecen a la clase Y (temperatura admisible 90 °C), los materiales fibrosos de celulosa, seda y algodón impregnados con aislamiento de alambre a base de aceite y barnices de poliamida — hasta la clase A (temperatura admisible 105 °C ), películas orgánicas sintéticas con aislamiento de alambre a base de acetato de polivinilo, epoxi, resinas de poliéster - hasta la clase E (temperatura permitida 120 ° C), materiales a base de mica, asbesto y fibra de vidrio utilizados con aglutinantes orgánicos y compuestos de impregnación, esmaltes con calor aumentado resistencia — hasta clase B (temperatura admisible 130 ° C), materiales a base de mica, amianto y fibra de vidrio utilizados en combinación con aglutinantes inorgánicos y compuestos de impregnación, así como otros materiales correspondientes a esta clase — hasta clase F (temperatura admisible 155 °C).

Los motores eléctricos están diseñados para que, a la potencia nominal, la temperatura de los devanados no exceda el valor permitido... Por lo general, hay una pequeña reserva de calefacción. Por tanto, la corriente nominal corresponde a un calentamiento ligeramente por debajo del límite. En los cálculos, se supone que la temperatura ambiente es de 40 °C... Si el motor eléctrico funciona en condiciones en las que siempre se sabe que la temperatura está por debajo de los 40 °C, es posible que esté sobrecargado. El valor de sobrecarga se puede calcular teniendo en cuenta la temperatura ambiente y las propiedades térmicas del motor. Esto solo se puede hacer si la carga del motor está estrictamente controlada y puede estar seguro de que no excede el valor calculado.

Cómo afecta la humedad a las propiedades de aislamiento de los motores eléctricos

Otro factor que afecta significativamente la vida del aislamiento es el efecto de la humedad. A alta humedad del aire, se forma una película húmeda en la superficie del material aislante. En este caso, la resistencia superficial del aislamiento cae bruscamente. La contaminación local contribuye a la formación de una película de agua. A través de grietas y poros, la humedad penetra en el aislamiento, reduciéndolo resistencia eléctrica.

Los conductores aislados con fibra generalmente no son resistentes a la humedad. Su resistencia a la humedad aumenta mediante la impregnación con barnices. El aislamiento de esmalte y esmalte es más resistente a la humedad.

cabe señalar que la tasa de humectación depende significativamente de la temperatura ambiente... A la misma humedad relativa, pero a una temperatura más alta, el aislamiento se humedece varias veces más rápido.

Cómo afectan las fuerzas mecánicas a las propiedades de aislamiento de los motores eléctricos

Las fuerzas mecánicas en los devanados surgen de varias expansiones térmicas de partes individuales de la máquina, vibración de la carcasa y cuando se arranca el motor. Generalmente circuito magnético se calienta menos que las bobinas de cobre, sus coeficientes de expansión son diferentes. Como resultado, el cobre a la corriente de operación se alarga una décima de milímetro más que el acero. Esto crea fuerzas mecánicas dentro de la ranura de la máquina y el movimiento de los cables, lo que provoca el desgaste del aislamiento y la formación de espacios adicionales en los que penetran la humedad y el polvo.

Las corrientes de arranque, 6—7 veces más alto que nominal, crean esfuerzos electrodinámicosproporcional al cuadrado de la corriente. Estas fuerzas actúan sobre la bobina, provocando la deformación y el desplazamiento de sus partes individuales.La vibración de la carcasa también provoca fuerzas mecánicas que reducen la resistencia del aislamiento.

Las pruebas de banco de los motores han demostrado que con el aumento de las aceleraciones de vibración, el defecto de aislamiento del devanado puede aumentar de 2,5 a 3 veces. La vibración también puede provocar un desgaste acelerado de los cojinetes. Las oscilaciones del motor pueden ocurrir debido a la desalineación del eje, la carga desigual, el espacio de aire desigual entre el estator y el rotor y el desequilibrio de voltaje.

Influencia del polvo y los medios químicamente activos en las propiedades de aislamiento de los motores eléctricos

El polvo en el aire también contribuye al deterioro del aislamiento. Las partículas sólidas de polvo destruyen la superficie y, al asentarse, la contaminan, lo que también reduce la resistencia eléctrica. El aire de las instalaciones industriales contiene impurezas de sustancias químicamente activas (dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, etc.). En ambientes químicamente agresivos, el aislamiento pierde rápidamente sus propiedades aislantes y se deteriora. Ambos factores, al complementarse, aceleran significativamente el proceso de destrucción del aislamiento. Para aumentar la resistencia química de los devanados, en los motores eléctricos se utilizan barnices de impregnación especiales.

El efecto complejo de todos los factores en los devanados de los motores eléctricos.

Los devanados del motor a menudo están sujetos a efectos simultáneos de calentamiento, humidificación, componentes químicos y carga mecánica. Dependiendo de la naturaleza de la carga del motor, las condiciones ambientales y la duración de la operación, estos factores pueden variar. En máquinas de carga variable, el calentamiento puede ser un efecto dominante.En las instalaciones eléctricas que funcionan en naves ganaderas, lo más peligroso para el motor es el efecto de la alta humedad en combinación con los vapores de amoníaco.

Uno puede imaginar la posibilidad de diseñar un motor de este tipo para soportar todos estos factores adversos. Sin embargo, un motor de este tipo sería evidentemente demasiado caro, ya que requeriría un refuerzo del aislamiento, una mejora significativa de su calidad y la creación de un amplio margen de seguridad.

Actúan de manera diferente. Para garantizar un funcionamiento fiable del motor, se utiliza un sistema de medidas para garantizar la vida útil estándar. En primer lugar, debido al uso de mejores materiales, mejoran las características técnicas del motor y su capacidad para resistir la acción de factores que destruyen el aislamiento. Mejorar equipo de protección del motor… Finalmente, brindan soporte para la resolución oportuna de fallas que pueden provocar fallas en el futuro.