Качество изоляции электрических машин определяет их надежность в эксплуатации, поэтому выбору изоляции и ее изготовлению придают большое значение.
Основным требованием к изоляции является не только ее диэлектрическая прочность. Так как развивающиеся в меди потери обычно отводятся через изоляцию в окружающую среду, то наравне с диэлектрической прочностью и нагревостойкостью изоляция должна обладать хорошей теплопроводностью, что в значительной степени достигается пропиткой и компаундированием.
Большое значение имеют также механическая прочность, влагонепроницаемость, маслостойкость и другие свойства изоляции.
Есть четыре основных области, в которых применятся изоляция:
- Между проводниками (катушками) и землей (фаза - земля);
- Между проводниками (катушками) разных фаз (фаза - фаза);
- Между витками одной катушки;
- Между катушками одной фазы.
Виды изоляционных материалов
Изоляционные материалы для изоляции обмоток статора электродвигателей доступны в различных формах и размерах, в том числе: ленты, рулоны, рукава, подкладки, бумага и ткань.
Изоляционные ленты используются для покрытия обмоток (катушек) в выступающей части сердечника. На это покрытие нанесен шеллак или лак для предотвращения поглощения влаги и повышения диэлектрической прочности. Ленты продаются в рулонах необходимой длины.
Доступны различные типы лент: хлопковая лента, ПВХ-лента, шелковая лента, полиэфирная лента, асбестовая лента, стекловолоконная лента, тканевая лента, слюдяные ленты.
Изоляционные втулки используются для закрытия сварных швов между концом катушки и выводами проводов. Это дает им физическую защиту, а также улучшает изоляцию. Они бывают как жесткими, так и гибкими. Они поставляются для стандартных размеров проводов.
Изоляционная бумага: существует широкий выбор бумаги, специально предназначенной для изоляции электрических цепей. В двигателях они используются для изоляции пазов статора и между катушками.
Пример современного изоляционного материала для электродвигателей: изоляционная бумага Nomex mylar nomex (NMN) - это мягкий композитный материал, состоящий из промежуточного слоя полиэфирной пленки и бумаги Nomex с обеих сторон, с классом термостойкости F (155оС). Она обладает хорошими механическими свойствами, такими как высокая прочность на разрыв, сопротивление разрыву кромок и хорошее электрическое сопротивление.
Изоляционные ткани: они вставляются между катушками после того, как они были вставлены в свои пазы.
Как выполняется изоляция ообмоток электродвигателя
Катушка обмотки статора электродвигателя укладывается в пазы, проштампованные в листовой стали, которая собирается в пакеты. Пазы бывают следующих форм в зависимости от мощности и напряжения машины:
- открытые,
- полуоткрытые,
- полузакрытые,
- закрытые.
Открытые и полуоткрытые пазы обычно бывают прямоугольной формы, закрытые и полузакрытые бывают прямоугольной и трапецеидальной формы с закругленными углами.
Способ укладки и вид изоляции обмотки в значительной степени зависят от формы паза.
При закрытых пазах могут быть два способа укладки обмотки и изоляции паза. При первом способе (так называемая протяжная обмотка) в паз вставляется предварительно изготовленная по форме паза гильза или производится выкладка паза изоляционным листовым материалом.
Затем паз заполняется шпильками, соответствующими по своим размерам обмоточному проводу, и постепенно шпильки в определенной последовательности заменяются обмоточным проводом.
При втором способе (так называемая компаундированная разрезная обмотка) катушки предварительно заготовляются, компаундируются (т. е. пропитываются под давлением изоляционной компаундной массой) и изолируются в пазовой части. Затем с одной стороны лобовая часть разрезается, катушка вкладывается в пазы, после чего спаиваются разрезанные в лобовой части проводники и изолируется лобовая часть.
Полуоткрытые пазы применяются для электродвигателей переменного тока средней мощности низкого напряжения (до 500 В). Корпусная изоляция из листового материала, так же как и при всыпной обмотке, предварительно вставляется в паз. Катушка, состоящая из двух частей по ширине паза, предварительно наматывается по шаблону и формуется.
Размер прорези паза таков, что через нее может проходить половинка секции. Укладка обмотки производится через прорезь по половинкам. Уложенная и закрепленная в пазу и лобовых частях обмотка подвергается пропитке изоляционнными лаками.
При открытых пазах катушки предварительно изготовляются по шаблонам, полностью изолируются и в готовом виде укладываются в паз.
Для изоляции катушек обмотки электродвигаетлей чаще всего применяются следующие способы:
- непрерывная изоляция катушки микалентой, с последующей сушкой под вакуумом и компаундированием в специальных котлах;
- непрерывная изоляция черной или желтой лакотканью с многократной просушкой и пропиткой изоляционными лаками;
- смешанная изоляция с применением лакоткани для внутренних слоев и микаленты для наружных слоев;
- непрерывная изоляция с применением стеклянной пропитанной ленты — одной или в комбинации с микалентой;
- прессовка микафолием в пазовой части секции.
При первых четырех способах изоляции лобовая часть изолируется так же, как пазовая часть, но с несколько уменьшенным числом слоев ленты. При пятом способе изоляции лобовая часть изолируется либо лакотканью, либо микалентой, и при выходе из паза получается стык двух типов изоляции.
При низком напряжении и небольшой мощности электродвигателя в качестве витковой изоляции используется только собственная изоляция провода, которая состоит из слоя эмали и одного слоя хлопчатобумажной обмотки.
При больших мощностях электродвигателей применяется провод с двойной хлопчатобумажной обмоткой или с обмоткой и оплеткой, а также с асбестовой изоляцией.
По допустимым температурным пределам нагрева перечисленные типы изоляции относятся к классу А, допускающему температуру 100° С, так как все они содержат в довольно значительных количествах изоляцию класса А (бумага, хлопчатобумажная пряжа). В высоковольтных машинах, кроме собственной изоляции провода, накладывается еще добавочная витковая изоляция, чаще всего из микаленты.
В зависимости от напряжения на виток и мощности машины эта изоляция может состоять из одного или не более двух-трех слоев микаленты.
Компаундированная изоляция хотя и относится к классу В, но не допускает температуры свыше 105° С, так как нормальный пропиточный компаунд при более высоких температурах размягчается и начинает течь.
Для получения изоляции класса В, которая выдерживает температуру 120° С, согласно нормам необходимо применять асбест, многослойный микафолий на шелку или стеклоелюдинитовую ленту на термореактивных связующих.
Готовые статорные секции подвергаются в процессе укладки в статор испытанию повышенным напряжением в зависимости от номинального напряжения электрической машины.
Для мощных и ответственных машин производится определение угла диэлектрических потерь изоляции обмотки при напряжениях в пределах 0,5 — 1,5 номинального. При номинальном напряжении он не должен превосходить 0,08 — 0,1 и его изменение в пределах 1,0 — 1,5 Uн не должно превышать 0,02.
Смотрите также: От чего зависит срок службы электродвигателей