Drähte und Isolierung in Elektromotoren

Bezeichnung der Isolierung von Wickeldrähten – Vermeidung von Kurzschlussunterbrechungen. Bei Niederspannungs-Induktionsmotoren beträgt die Windungsspannung normalerweise einige Volt. Allerdings treten beim Ein- und Ausschalten kurze Spannungsimpulse auf, sodass die Isolierung über eine große Spannungsreserve verfügen muss. Eine Dämpfung an einer Stelle kann zu elektrischen Schäden und Schäden an der gesamten Spule führen. Durchbruchspannung der Wicklungsisolation. Die Spannung der Leitungen sollte mehrere hundert Volt betragen.

Wickeldrähte bestehen üblicherweise aus Faser-, Lack- und Lackisolierung.

Faserstoffe auf Zellulosebasis weisen eine erhebliche Porosität und eine hohe Hygroskopizität auf. Um die elektrische Festigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erhöhen, wird die Faserisolierung mit einem Speziallack imprägniert. Eine Imprägnierung verhindert jedoch nicht die Feuchtigkeitsaufnahme, sondern verringert lediglich die Geschwindigkeit der Feuchtigkeitsaufnahme. Aufgrund dieser Nachteile werden Drähte mit Faser- und Lackisolierung derzeit kaum zum Wickeln elektrischer Maschinen eingesetzt.

Drähte zur Herstellung von Wicklungen von Elektromotoren

Die wichtigsten Arten von Drähten mit Lackisolierung werden zur Herstellung von Wicklungen verschiedener Elektromotoren verwendet Elektrogeräte, — Polyvinylacetal-PEV-Drähte und PETV-Drähte mit erhöhter Hitzebeständigkeit auf Polyesterlacken... Der Vorteil dieser Drähte liegt in der geringen Dicke ihrer Isolierung, die es ermöglicht, die Füllung der Kanäle des Elektromotors zu erhöhen. PETV-Drähte werden hauptsächlich für die Wicklungen von Asynchronmotoren mit einer Leistung von bis zu 100 kW verwendet.

Spannungsführende Teile müssen außerdem von anderen Metallteilen des Elektromotors isoliert werden. Zunächst benötigen Sie eine zuverlässige Isolierung der in den Stator- und Rotorkanälen verlegten Drähte. Zu diesem Zweck werden lackierte Stoffe und Glasfasern verwendet, bei denen es sich um mit Lack imprägnierte Stoffe auf der Basis von Baumwolle, Seide, Nylon und Glasfasern handelt. Die Imprägnierung erhöht die mechanische Festigkeit und verbessert die Isoliereigenschaften lackierter Stoffe.

Während des Betriebs ist die Isolierung verschiedenen Faktoren ausgesetzt, die ihre Eigenschaften beeinflussen. Grunderwärmung, Befeuchtung, mechanische Kräfte und reaktive Stoffe in der Umgebung müssen berücksichtigt werden... Schauen wir uns den Einfluss jedes dieser Faktoren an.

Wie sich Erwärmung auf die Isolationseigenschaften von Elektromotoren auswirkt

Der Stromfluss durch den Draht geht mit der Freisetzung von Wärme einher, die die elektrische Maschine erwärmt. Weitere Wärmequellen sind Verluste im Stator- und Rotorstahl durch die Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes sowie mechanische Verluste durch Reibung in den Lagern.

Im Allgemeinen werden etwa 10–15 % der gesamten vom Netzwerk verbrauchten elektrischen Energie auf irgendeine Weise in Wärme umgewandelt, wodurch die Temperatur der Motorwicklungen über die Umgebungstemperatur ansteigt. Mit zunehmender Belastung der Motorwelle steigt der Strom in den Wicklungen. Es ist bekannt, dass die in den Drähten erzeugte Wärmemenge proportional zum Quadrat des Stroms ist. Daher führt eine Überlastung des Motors zu einem Anstieg der Temperatur der Wicklungen. Wie wirkt sich das auf die Isolation aus?

Überhitzung verändert die Struktur der Isolierung und verschlechtert ihre Eigenschaften drastisch... Dieser Vorgang wird Alterung genannt... Die Isolierung wird spröde und ihre Spannungsfestigkeit sinkt stark. Auf der Oberfläche entstehen Mikrorisse, in die Feuchtigkeit und Schmutz eindringen. In Zukunft kommt es zu Beschädigungen und Verbrennungen einiger Wicklungen. Mit zunehmender Temperatur der Wicklungen verringert sich die Lebensdauer der Isolierung drastisch.

Klassifizierung elektrischer Isolierstoffe nach Hitzebeständigkeit

Elektrische Isolierstoffe, die in elektrischen Maschinen und Geräten verwendet werden, werden entsprechend ihrer Hitzebeständigkeit in sieben Klassen eingeteilt. Davon kommen fünf in Asynchron-Elektromotoren mit einem Käfig von bis zu 100 kW zum Einsatz.

Nicht imprägnierte Zellulose-, Seiden- und Baumwollfaserstoffe gehören zur Klasse Y (zulässige Temperatur 90 °C), imprägnierte Zellulose-, Seiden- und Baumwollfaserstoffe mit Drahtisolierung auf Öl- und Polyamidlackbasis – bis zur Klasse A (zulässige Temperatur 105 °C). ), synthetische organische Filme mit Drahtisolierung auf Basis von Polyvinylacetat, Epoxidharz, Polyesterharzen – bis Klasse E (zulässige Temperatur 120 °C), Materialien auf Basis von Glimmer, Asbest und Glasfaser, verwendet mit organischen Bindemitteln und Imprägniermitteln, Emails mit erhöhter Hitze Beständigkeit – bis Klasse B (zulässige Temperatur 130 °C), Materialien auf Basis von Glimmer, Asbest und Glasfaser in Kombination mit anorganischen Bindemitteln und Imprägniermitteln sowie andere dieser Klasse entsprechende Materialien – bis Klasse F (zulässige Temperatur 155 °C). °C).

Elektromotoren sind so ausgelegt, dass bei Nennleistung die Temperatur der Wicklungen den zulässigen Wert nicht überschreitet... Normalerweise ist eine kleine Heizreserve vorhanden. Daher entspricht der Nennstrom einer Erwärmung, die leicht unter dem Grenzwert liegt. Bei den Berechnungen wird von einer Umgebungstemperatur von 40 °C ausgegangen... Wird der Elektromotor unter Bedingungen betrieben, bei denen die Temperatur bekanntermaßen immer unter 40 °C liegt, kann es zu einer Überlastung kommen. Der Überlastwert kann unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur und der thermischen Eigenschaften des Motors berechnet werden. Dies ist nur möglich, wenn die Motorlast streng kontrolliert wird und Sie sicher sein können, dass sie den berechneten Wert nicht überschreitet.

Wie Feuchtigkeit die Isolationseigenschaften von Elektromotoren beeinflusst

Ein weiterer Faktor, der die Lebensdauer der Isolierung erheblich beeinflusst, ist die Einwirkung von Feuchtigkeit. Bei hoher Luftfeuchtigkeit bildet sich auf der Oberfläche des Dämmstoffes ein nasser Film. In diesem Fall sinkt der Oberflächenwiderstand der Isolierung stark. Lokale Verschmutzung trägt zur Bildung eines Wasserfilms bei. Durch Risse und Poren dringt Feuchtigkeit in die Dämmung ein und mindert diese elektrischer Wiederstand.

Faserisolierte Leiter sind im Allgemeinen nicht feuchtigkeitsbeständig. Ihre Feuchtigkeitsbeständigkeit wird durch Imprägnierung mit Lacken erhöht. Emaille und Emaille-Isolierung sind widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit.

Es ist zu beachten, dass die Befeuchtungsgeschwindigkeit maßgeblich von der Umgebungstemperatur abhängt. Bei gleicher relativer Luftfeuchtigkeit, aber höherer Temperatur befeuchtet die Isolierung um ein Vielfaches schneller.

Wie mechanische Kräfte die Isolationseigenschaften von Elektromotoren beeinflussen

Mechanische Kräfte in den Wicklungen entstehen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen einzelner Maschinenteile, Vibrationen des Gehäuses und beim Starten des Motors. Normalerweise Magnetkreis erwärmt sich weniger als Kupferspulen, ihre Ausdehnungskoeffizienten sind unterschiedlich. Dadurch dehnt sich Kupfer bei Betriebsstrom um einen Zehntel Millimeter mehr als Stahl. Dadurch entstehen mechanische Kräfte in der Nut der Maschine und Bewegungen der Drähte, was zum Verschleiß der Isolierung und zur Bildung zusätzlicher Lücken führt, in die Feuchtigkeit und Staub eindringen.

Es werden Anlaufströme erzeugt, die 6 bis 7 Mal höher als der Nennwert sind elektrodynamische Anstrengungenproportional zum Quadrat des Stroms. Diese Kräfte wirken auf die Spule und führen zu einer Verformung und Verschiebung ihrer einzelnen Teile.Gehäusevibrationen verursachen auch mechanische Kräfte, die die Festigkeit der Isolierung verringern.

Prüfstandstests von Motoren haben gezeigt, dass sich der Wicklungsisolationsdefekt mit zunehmender Schwingungsbeschleunigung um das 2,5- bis 3-fache erhöhen kann. Vibrationen können auch zu einem beschleunigten Lagerverschleiß führen. Motorschwingungen können aufgrund von Wellenfehlausrichtung, ungleichmäßiger Belastung, ungleichmäßigem Luftspalt zwischen Stator und Rotor und Spannungsungleichgewichten auftreten.

Einfluss von Staub und chemisch aktiven Medien auf die Isolationseigenschaften von Elektromotoren

Auch Staub in der Luft trägt zur Verschlechterung der Isolierung bei. Feste Staubpartikel zerstören die Oberfläche und verunreinigen sie, indem sie sich absetzen, wodurch auch die elektrische Festigkeit verringert wird. Die Luft von Industriegebäuden enthält Verunreinigungen chemisch aktiver Substanzen (Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak usw.). In chemisch aggressiven Umgebungen verliert die Isolierung schnell ihre isolierenden Eigenschaften und verschlechtert sich. Beide Faktoren, die sich gegenseitig ergänzen, beschleunigen den Prozess der Isolationszerstörung erheblich. Um die chemische Beständigkeit der Wicklungen zu erhöhen, werden bei Elektromotoren spezielle Tränklacke eingesetzt.

Die komplexe Wirkung aller Faktoren auf die Wicklungen von Elektromotoren

Motorwicklungen sind oft gleichzeitiger Einwirkung von Erwärmung, Befeuchtung, chemischen Komponenten und mechanischer Belastung ausgesetzt. Abhängig von der Art der Motorbelastung, den Umgebungsbedingungen und der Betriebsdauer können diese Faktoren variieren. Bei Maschinen mit variabler Belastung kann die Erwärmung ein dominierender Effekt sein.In Elektroinstallationen in Viehställen ist die Einwirkung hoher Luftfeuchtigkeit in Kombination mit Ammoniakdämpfen für den Motor am gefährlichsten.

Man kann sich die Möglichkeit vorstellen, einen solchen Motor so zu konstruieren, dass er all diesen nachteiligen Faktoren standhält. Allerdings wäre ein solcher Motor offensichtlich zu teuer, da er eine Verstärkung der Isolierung, eine deutliche Verbesserung seiner Qualität und die Schaffung eines großen Sicherheitsspielraums erfordern würde.

Sie verhalten sich unterschiedlich. Um einen zuverlässigen Betrieb des Motors zu gewährleisten, wird ein Maßnahmensystem zur Sicherstellung der Normlebensdauer eingesetzt. Erstens verbessern sie durch die Verwendung besserer Materialien die technischen Eigenschaften des Motors und seine Fähigkeit, der Einwirkung von Faktoren standzuhalten, die die Isolierung zerstören. Verbessern Motorschutzausrüstung… Schließlich unterstützen sie bei der rechtzeitigen Behebung von Fehlern, die in Zukunft zu Abstürzen führen können.