Σύρματα και μόνωση σε ηλεκτροκινητήρες
Καθορισμός μόνωσης συρμάτων περιέλιξης - πρόληψη διακοπών βραχυκυκλώματος. Στους επαγωγικούς κινητήρες χαμηλής τάσης, η τάση περιστροφής είναι συνήθως μερικά βολτ. Ωστόσο, εμφανίζονται βραχείς παλμοί τάσης κατά την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση, επομένως η μόνωση πρέπει να έχει μεγάλο απόθεμα διηλεκτρικής αντοχής. Η απόσβεση σε ένα σημείο μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρική βλάβη και ζημιά σε ολόκληρο το πηνίο. Τάση βλάβης μόνωσης περιέλιξης. τα καλώδια πρέπει να είναι αρκετές εκατοντάδες βολτ.
Τα καλώδια περιέλιξης συνήθως κατασκευάζονται από μόνωση ινών, σμάλτου και σμάλτου.
Τα ινώδη υλικά με βάση την κυτταρίνη έχουν σημαντικό πορώδες και υψηλή υγροσκοπικότητα. Προκειμένου να αυξηθεί η ηλεκτρική αντοχή και η αντίσταση στην υγρασία, η μονωτική ίνα εμποτίζεται με ειδικό βερνίκι. Ωστόσο, ο εμποτισμός δεν εμποδίζει την υγρασία, μειώνει μόνο τον ρυθμό απορρόφησης υγρασίας. Λόγω αυτών των μειονεκτημάτων, τα καλώδια με μόνωση ινών και σμάλτου επί του παρόντος σχεδόν δεν χρησιμοποιούνται για την περιέλιξη ηλεκτρικών μηχανών.
Σύρματα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή περιελίξεων ηλεκτροκινητήρων
Οι κύριοι τύποι συρμάτων με μόνωση σμάλτου που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή περιελίξεων διαφόρων ηλεκτροκινητήρων και ηλεκτρικές συσκευές, — Καλώδια πολυβινυλοακετάλης PEV και σύρματα PETV με αυξημένη αντοχή στη θερμότητα σε πολυεστερικά βερνίκια... Το πλεονέκτημα αυτών των καλωδίων έγκειται στο μικρό πάχος της μόνωσής τους, που επιτρέπει την αύξηση της πλήρωσης των καναλιών του ηλεκτροκινητήρα. Τα καλώδια PETV χρησιμοποιούνται κυρίως για τις περιελίξεις ασύγχρονων κινητήρων με ισχύ έως 100 kW.
Τα ενεργά μέρη πρέπει επίσης να απομονώνονται από άλλα μεταλλικά μέρη του ηλεκτροκινητήρα. Πρώτα απ 'όλα, χρειάζεστε αξιόπιστη μόνωση των καλωδίων που τοποθετούνται στα κανάλια του στάτορα και του ρότορα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήστε βερνικωμένα υφάσματα και υαλοβάμβακα, τα οποία είναι υφάσματα με βάση το βαμβάκι, το μετάξι, το νάιλον και τις ίνες γυαλιού εμποτισμένες με βερνίκι. Ο εμποτισμός αυξάνει τη μηχανική αντοχή και βελτιώνει τις μονωτικές ιδιότητες των βερνικωμένων υφασμάτων.
Κατά τη λειτουργία, η μόνωση εκτίθεται σε διάφορους παράγοντες που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά της. Βασική θέρμανση, ύγρανση, μηχανικές δυνάμεις και δραστικές ουσίες στο περιβάλλον πρέπει να ληφθούν υπόψη... Ας δούμε την επίδραση καθενός από αυτούς τους παράγοντες.
Πώς η θέρμανση επηρεάζει τις μονωτικές ιδιότητες των ηλεκτροκινητήρων
Η ροή του ρεύματος μέσω του σύρματος συνοδεύεται από την απελευθέρωση θερμότητας, η οποία θερμαίνει το ηλεκτρικό μηχάνημα. Άλλες πηγές θερμότητας είναι οι απώλειες στο χάλυβα του στάτορα και του ρότορα που προκαλούνται από τη δράση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου, καθώς και μηχανικές απώλειες λόγω τριβής στα ρουλεμάν.
Γενικά, περίπου το 10 - 15% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται από το δίκτυο με κάποιο τρόπο μετατρέπεται σε θερμότητα, δημιουργώντας μια αύξηση της θερμοκρασίας των περιελίξεων του κινητήρα πάνω από το περιβάλλον. Καθώς το φορτίο στον άξονα του κινητήρα αυξάνεται, το ρεύμα στις περιελίξεις αυξάνεται. Είναι γνωστό ότι η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται στα καλώδια είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος, επομένως η υπερφόρτωση του κινητήρα οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας των περιελίξεων. Πώς επηρεάζει αυτό την απομόνωση;
Η υπερθέρμανση αλλάζει τη δομή της μόνωσης και αλλοιώνει δραστικά τις ιδιότητές της... Αυτή η διαδικασία ονομάζεται γήρανση... Η μόνωση γίνεται εύθραυστη και η διηλεκτρική της αντοχή πέφτει απότομα. Στην επιφάνεια εμφανίζονται μικρορωγμές, στις οποίες εισχωρεί υγρασία και βρωμιά. Στο μέλλον, εμφανίζεται ζημιά και κάψιμο μέρους των περιελίξεων. Καθώς η θερμοκρασία των περιελίξεων αυξάνεται, η διάρκεια ζωής της μόνωσης μειώνεται δραστικά.
Ταξινόμηση ηλεκτρικών μονωτικών υλικών ανάλογα με την αντίσταση στη θερμότητα
Τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές μηχανές και συσκευές, ανάλογα με την αντοχή τους στη θερμότητα, χωρίζονται σε επτά κατηγορίες. Από αυτά, πέντε χρησιμοποιούνται σε ασύγχρονους ηλεκτρικούς κινητήρες με κλωβό έως 100 kW.
Τα μη εμποτισμένα ινώδη υλικά κυτταρίνης, μετάξι και βαμβάκι ανήκουν στην κατηγορία Υ (επιτρεπόμενη θερμοκρασία 90 ° C), τα εμποτισμένα ινώδη υλικά κυτταρίνης, μετάξι και βαμβάκι με σύρμα μόνωση με βάση βερνίκια λαδιού και πολυαμιδίου — έως κατηγορία Α (επιτρεπόμενη θερμοκρασία 105 ° C ), συνθετικές οργανικές μεμβράνες με μόνωση σύρματος με βάση οξικό πολυβινύλιο, εποξειδικές, πολυεστερικές ρητίνες - έως κατηγορίας Ε (επιτρεπόμενη θερμοκρασία 120 ° C), υλικά με βάση μαρμαρυγία, αμίαντο και υαλοβάμβακα που χρησιμοποιούνται με οργανικά συνδετικά και εμποτιστικές ενώσεις, σμάλτα με αυξημένη θερμότητα αντοχή — έως κατηγορία Β (επιτρεπόμενη θερμοκρασία 130 ° C), υλικά με βάση μαρμαρυγία, αμίαντο και υαλοβάμβακα που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ανόργανα συνδετικά και ενώσεις εμποτισμού, καθώς και άλλα υλικά που αντιστοιχούν σε αυτήν την κατηγορία — έως κατηγορία F (επιτρεπόμενη θερμοκρασία 155 ° C).
Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε στην ονομαστική ισχύ η θερμοκρασία των περιελίξεων να μην ξεπερνά την επιτρεπόμενη τιμή... Συνήθως υπάρχει ένα μικρό απόθεμα θέρμανσης. Επομένως, το ονομαστικό ρεύμα αντιστοιχεί σε θέρμανση ελαφρώς κάτω από το όριο. Στους υπολογισμούς, η θερμοκρασία περιβάλλοντος θεωρείται ότι είναι 40 ° C... Εάν ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί υπό συνθήκες όπου η θερμοκρασία είναι πάντα γνωστό ότι είναι κάτω από 40 ° C, μπορεί να υπερφορτωθεί. Η τιμή υπερφόρτωσης μπορεί να υπολογιστεί λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τις θερμικές ιδιότητες του κινητήρα. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο εάν το φορτίο του κινητήρα ελέγχεται αυστηρά και μπορείτε να είστε σίγουροι ότι δεν υπερβαίνει την υπολογιζόμενη τιμή.
Πώς η υγρασία επηρεάζει τις μονωτικές ιδιότητες των ηλεκτροκινητήρων
Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μόνωσης είναι η επίδραση της υγρασίας. Σε υψηλή υγρασία αέρα, σχηματίζεται ένα υγρό φιλμ στην επιφάνεια του μονωτικού υλικού. Σε αυτή την περίπτωση, η επιφανειακή αντίσταση της μόνωσης πέφτει απότομα. Η τοπική ρύπανση συμβάλλει στο σχηματισμό μιας μεμβράνης νερού. Μέσα από ρωγμές και πόρους, η υγρασία διεισδύει στη μόνωση, μειώνοντάς την ηλεκτρική αντίσταση.
Οι αγωγοί με μόνωση ινών γενικά δεν είναι ανθεκτικοί στην υγρασία. Η αντοχή τους στην υγρασία αυξάνεται με εμποτισμό με βερνίκια. Η μόνωση σμάλτου και σμάλτου είναι πιο ανθεκτική στην υγρασία.
Σημειωτέον ότι ο ρυθμός ύγρανσης εξαρτάται σημαντικά από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος... Στην ίδια σχετική υγρασία, αλλά σε υψηλότερη θερμοκρασία, η μόνωση υγραίνεται αρκετές φορές πιο γρήγορα.
Πώς οι μηχανικές δυνάμεις επηρεάζουν τις μονωτικές ιδιότητες των ηλεκτροκινητήρων
Οι μηχανικές δυνάμεις στις περιελίξεις προκύπτουν από διάφορες θερμικές διαστολές μεμονωμένων τμημάτων της μηχανής, από κραδασμούς του περιβλήματος και από την εκκίνηση του κινητήρα. Συνήθως μαγνητικό κύκλωμα θερμαίνεται λιγότερο από τα πηνία χαλκού, οι συντελεστές διαστολής τους είναι διαφορετικοί. Ως αποτέλεσμα, ο χαλκός στο ρεύμα λειτουργίας επιμηκύνεται κατά ένα δέκατο του χιλιοστού περισσότερο από τον χάλυβα. Αυτό δημιουργεί μηχανικές δυνάμεις μέσα στο αυλάκι της μηχανής και κίνηση των συρμάτων, που προκαλεί φθορά της μόνωσης και σχηματισμό πρόσθετων κενών στα οποία εισχωρεί υγρασία και σκόνη.
Ρεύματα εκκίνησης, 6 — 7 φορές υψηλότερα από τα ονομαστικά, δημιουργούν ηλεκτροδυναμικές προσπάθειεςανάλογο με το τετράγωνο του ρεύματος. Αυτές οι δυνάμεις δρουν στο πηνίο, προκαλώντας παραμόρφωση και μετατόπιση των επιμέρους τμημάτων του.Η δόνηση του περιβλήματος προκαλεί επίσης μηχανικές δυνάμεις που μειώνουν την αντοχή της μόνωσης.
Οι δοκιμές πάγκου κινητήρων έδειξαν ότι με αυξημένες επιταχύνσεις κραδασμών, το ελάττωμα μόνωσης περιέλιξης μπορεί να αυξηθεί 2,5 - 3 φορές. Η δόνηση μπορεί επίσης να προκαλέσει επιταχυνόμενη φθορά του ρουλεμάν. Οι ταλαντώσεις του κινητήρα μπορεί να προκύψουν λόγω κακής ευθυγράμμισης του άξονα, ανομοιόμορφης φόρτισης, ανομοιόμορφου διακένου αέρα στάτορα-ρότορα και ανισορροπίας τάσης.
Επίδραση της σκόνης και των χημικά ενεργών μέσων στις μονωτικές ιδιότητες των ηλεκτροκινητήρων
Η αερομεταφερόμενη σκόνη συμβάλλει επίσης στην αλλοίωση της μόνωσης. Τα στερεά σωματίδια σκόνης καταστρέφουν την επιφάνεια και, καθιζάνοντας, τη μολύνουν, γεγονός που μειώνει επίσης την ηλεκτρική αντοχή. Ο αέρας των βιομηχανικών χώρων περιέχει ακαθαρσίες χημικά δραστικών ουσιών (διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο, αμμωνία κ.λπ.). Σε χημικά επιθετικά περιβάλλοντα, η μόνωση χάνει γρήγορα τις μονωτικές της ιδιότητες και φθείρεται. Και οι δύο παράγοντες, που αλληλοσυμπληρώνονται, επιταχύνουν σημαντικά τη διαδικασία καταστροφής της μόνωσης. Για να αυξηθεί η χημική αντοχή των περιελίξεων, χρησιμοποιούνται ειδικά βερνίκια εμποτισμού σε ηλεκτροκινητήρες.
Η σύνθετη επίδραση όλων των παραγόντων στις περιελίξεις των ηλεκτροκινητήρων
Οι περιελίξεις του κινητήρα συχνά υπόκεινται σε ταυτόχρονες επιπτώσεις θέρμανσης, ύγρανσης, χημικών εξαρτημάτων και μηχανικής φόρτισης. Ανάλογα με τη φύση του φορτίου του κινητήρα, τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τη διάρκεια λειτουργίας, αυτοί οι παράγοντες μπορεί να διαφέρουν. Σε μηχανές μεταβλητού φορτίου, η θέρμανση μπορεί να είναι κυρίαρχη επίδραση.Σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις που λειτουργούν σε κτηνοτροφικά κτίρια, το πιο επικίνδυνο για τον κινητήρα είναι η επίδραση της υψηλής υγρασίας σε συνδυασμό με τους ατμούς αμμωνίας.
Μπορεί κανείς να φανταστεί τη δυνατότητα σχεδιασμού ενός τέτοιου κινητήρα για να αντέχει όλους αυτούς τους δυσμενείς παράγοντες. Ωστόσο, ένας τέτοιος κινητήρας θα ήταν προφανώς πολύ ακριβός, καθώς θα απαιτούσε ενίσχυση της μόνωσης, σημαντική βελτίωση της ποιότητάς του και δημιουργία μεγάλου περιθωρίου ασφαλείας.
Ενεργούν διαφορετικά. Για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη λειτουργία του κινητήρα, χρησιμοποιείται ένα σύστημα μέτρων για τη διασφάλιση της τυπικής διάρκειας ζωής. Καταρχήν, λόγω της χρήσης καλύτερων υλικών, βελτιώνουν τα τεχνικά χαρακτηριστικά του κινητήρα και την ικανότητά του να αντέχει στη δράση παραγόντων που καταστρέφουν τη μόνωση. Βελτιώσει εξοπλισμός προστασίας κινητήρα… Τέλος, παρέχουν υποστήριξη για την έγκαιρη αντιμετώπιση σφαλμάτων που μπορεί να οδηγήσουν σε σφάλματα στο μέλλον.