Fios e isolação em motores elétricos

Designação de isolamento de fios de enrolamento - prevenção de interrupções de curto-circuito. Em motores de indução de baixa tensão, a tensão entre espiras geralmente é de alguns volts. No entanto, pulsos curtos de tensão ocorrem ao ligar e desligar, portanto, o isolamento deve ter uma grande reserva de rigidez dielétrica. O amortecimento em um ponto pode causar danos elétricos e danos à bobina inteira. Tensão de ruptura do isolamento do enrolamento. os fios devem ter várias centenas de volts.

Os fios de enrolamento são geralmente feitos de fibra, esmalte e isolamento de esmalte.

Materiais fibrosos à base de celulose têm porosidade significativa e alta higroscopicidade. Para aumentar a força elétrica e a resistência à umidade, o isolamento da fibra é impregnado com um verniz especial. No entanto, a impregnação não impede a umidade, apenas reduz a taxa de absorção de umidade. Devido a essas desvantagens, os fios com isolamento de fibra e esmalte quase não são usados ​​​​para enrolar máquinas elétricas.

Fios usados ​​para a fabricação de enrolamentos de motores elétricos

Os principais tipos de fios com isolamento de esmalte utilizados na fabricação de enrolamentos de vários motores elétricos e aparelhos elétricos, — fios de polivinil acetal PEV e fios de PETV com maior resistência ao calor em vernizes de poliéster... A vantagem desses fios reside na pequena espessura de seu isolamento, o que permite aumentar o preenchimento dos canais do motor elétrico. Os fios PETV são usados ​​principalmente para enrolamentos de motores assíncronos com potência de até 100 kW.

As partes energizadas também devem ser isoladas de outras partes metálicas do motor elétrico. Em primeiro lugar, você precisa de um isolamento confiável dos fios colocados nos canais do estator e do rotor. Para isso, utilize tecidos envernizados e fibra de vidro, que são tecidos à base de algodão, seda, náilon e fibras de vidro impregnados com verniz. A impregnação aumenta a resistência mecânica e melhora as propriedades isolantes dos tecidos envernizados.

Durante a operação, o isolamento é exposto a vários fatores que afetam suas características. Deve-se considerar aquecimento básico, umidificação, forças mecânicas e substâncias reativas no ambiente... Vejamos a influência de cada um desses fatores.

Como o aquecimento afeta as propriedades de isolamento de motores elétricos

O fluxo de corrente através do fio é acompanhado pela liberação de calor, que aquece a máquina elétrica. Outras fontes de calor são as perdas no aço do estator e do rotor causadas pela ação de um campo magnético alternado, bem como as perdas mecânicas por atrito nos mancais.

Em geral, cerca de 10 - 15% de toda a energia elétrica consumida pela rede é de alguma forma convertida em calor, criando um aumento de temperatura dos enrolamentos do motor acima do ambiente. À medida que a carga no eixo do motor aumenta, a corrente nos enrolamentos aumenta. Sabe-se que a quantidade de calor gerada nos fios é proporcional ao quadrado da corrente, portanto a sobrecarga do motor leva ao aumento da temperatura dos enrolamentos. Como isso afeta o isolamento?

O superaquecimento altera a estrutura do isolamento e deteriora drasticamente suas propriedades... Este processo é chamado de envelhecimento... O isolamento torna-se quebradiço e sua rigidez dielétrica cai drasticamente. Microfissuras aparecem na superfície, nas quais a umidade e a sujeira penetram. No futuro, ocorrem danos e queima de parte dos enrolamentos. À medida que a temperatura dos enrolamentos aumenta, a vida útil do isolamento é reduzida drasticamente.

Classificação de materiais isolantes elétricos de acordo com a resistência ao calor

Os materiais isolantes elétricos usados ​​em máquinas e aparelhos elétricos, de acordo com sua resistência ao calor, são divididos em sete classes. Destes, cinco são utilizados em motores elétricos assíncronos com gaiola de até 100 kW.

Materiais fibrosos de celulose, seda e algodão não impregnados pertencem à classe Y (temperatura permitida 90 ° C), materiais fibrosos de celulose, seda e algodão impregnados com isolamento de arame à base de óleo e vernizes de poliamida - até classe A (temperatura permitida 105 ° C ), filmes orgânicos sintéticos com isolamento de fios à base de acetato de polivinila, epóxi, resinas de poliéster - até classe E (temperatura permitida 120 ° C), materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro usados ​​com aglutinantes orgânicos e compostos impregnantes, esmaltes com aumento de calor resistência — até a classe B (temperatura permitida 130 ° C), materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro usados ​​em combinação com aglutinantes inorgânicos e compostos de impregnação, bem como outros materiais correspondentes a esta classe — até a classe F (temperatura permitida 155 ° C).

Os motores elétricos são projetados de forma que na potência nominal a temperatura dos enrolamentos não exceda o valor permitido... Geralmente há uma pequena reserva de aquecimento. Portanto, a corrente nominal corresponde a um aquecimento ligeiramente abaixo do limite. Nos cálculos, a temperatura ambiente é assumida como 40 ° C... Se o motor elétrico for operado em condições onde a temperatura é sempre conhecida abaixo de 40 ° C, pode ser sobrecarregado. O valor de sobrecarga pode ser calculado levando em consideração a temperatura ambiente e as propriedades térmicas do motor. Isso só pode ser feito se a carga do motor for rigorosamente controlada e você puder ter certeza de que não excede o valor calculado.

Como a umidade afeta as propriedades de isolamento de motores elétricos

Outro fator que afeta significativamente a vida útil do isolamento é o efeito da umidade. Com alta umidade do ar, uma película úmida se forma na superfície do material isolante. Nesse caso, a resistência da superfície do isolamento cai drasticamente. A poluição local contribui para a formação de um filme de água. Através de rachaduras e poros, a umidade penetra no isolamento, reduzindo-o resistência elétrica.

Condutores isolados com fibra geralmente não são resistentes à umidade. Sua resistência à umidade é aumentada pela impregnação com vernizes. O esmalte e o isolamento do esmalte são mais resistentes à umidade.

deve-se notar que a taxa de umedecimento depende significativamente da temperatura ambiente... Com a mesma umidade relativa, mas a uma temperatura mais alta, o isolamento umedece várias vezes mais rápido.

Como as forças mecânicas afetam as propriedades de isolamento de motores elétricos

As forças mecânicas nos enrolamentos surgem de várias expansões térmicas de partes individuais da máquina, vibração da carcaça e quando o motor é ligado. Geralmente circuito magnético aquece menos que as bobinas de cobre, seus coeficientes de expansão são diferentes. Como resultado, o cobre na corrente operacional se alonga em um décimo de milímetro a mais que o aço. Isso cria forças mecânicas dentro da ranhura da máquina e movimento dos fios, o que causa desgaste do isolamento e formação de lacunas adicionais nas quais penetram umidade e poeira.

Correntes de partida, 6 - 7 vezes maiores que as nominais, criam esforços eletrodinâmicosproporcional ao quadrado da corrente. Essas forças atuam na bobina, causando deformação e deslocamento de suas partes individuais.A vibração do revestimento também causa forças mecânicas que reduzem a resistência do isolamento.

Testes de bancada de motores mostraram que, com acelerações de vibração aumentadas, o defeito de isolamento do enrolamento pode aumentar de 2,5 a 3 vezes. A vibração também pode causar desgaste acelerado do rolamento. As oscilações do motor podem ocorrer devido ao desalinhamento do eixo, carga desigual, entreferro estator-rotor desigual e desequilíbrio de tensão.

Influência de poeira e meios quimicamente ativos nas propriedades de isolamento de motores elétricos

A poeira transportada pelo ar também contribui para a deterioração do isolamento. Partículas sólidas de poeira destroem a superfície e, assentando-se, contaminam-na, o que também reduz a resistência elétrica. O ar das instalações industriais contém impurezas de substâncias quimicamente ativas (dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, amônia, etc.). Em ambientes quimicamente agressivos, o isolamento perde rapidamente suas propriedades isolantes e se deteriora. Ambos os fatores, complementando-se, aceleram significativamente o processo de destruição do isolamento. Para aumentar a resistência química dos enrolamentos, são utilizados vernizes impregnantes especiais nos motores elétricos.

O efeito complexo de todos os fatores nos enrolamentos de motores elétricos

Os enrolamentos do motor são frequentemente submetidos a efeitos simultâneos de aquecimento, umidificação, componentes químicos e carga mecânica. Dependendo da natureza da carga do motor, condições ambientais e duração da operação, esses fatores podem variar. Em máquinas de carga variável, o aquecimento pode ser um efeito dominante.Nas instalações elétricas que operam em galpões de gado, o mais perigoso para o motor é o efeito da alta umidade em combinação com os vapores de amônia.

Pode-se imaginar a possibilidade de projetar tal motor para suportar todos esses fatores adversos. No entanto, tal motor obviamente seria muito caro, pois exigiria reforço do isolamento, uma melhoria significativa em sua qualidade e a criação de uma grande margem de segurança.

Eles agem de forma diferente. Para garantir uma operação confiável do motor, um sistema de medidas é usado para garantir a vida útil padrão. Em primeiro lugar, devido à utilização de materiais de melhor qualidade, melhoram as características técnicas do motor e a sua capacidade de resistir à ação de fatores que destroem o isolamento. Melhorar equipamento de proteção do motor… Finalmente, eles fornecem suporte para solução de problemas em tempo hábil de falhas que podem levar a falhas no futuro.