Изготовление обмотки электрических машин

Белорусский Государственный Аграрный Технический университет

«Изготовление обмотки электрических машин»

Выполнил:

Кирдик С.И.

Проверил:

________

Минск 2010

Провода, применяемые для изготовления обмоток электродвигателей

Основные типы проводов с эмалевой изоляцией, применяемые для изготовления обмоток различных электродвигателей и электрических аппаратов, - поливинилацеталевые провода ПЭВ и провода повышенной нагревостойкости ПЭТВ на полиэфирных лаках. Достоинство этих проводов заключается в небольшой толщине их изоляции, что позволяет увеличить заполнение пазов электродвигателя. Для обмоток асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт в основном применяют провода ПЭТВ.

Токоведущие части также должны быть изолированы от других металлических деталей электродвиагателя. Прежде всего необходима надежная изоляция проводов, уложенных в пазах статора и ротора. Для этой цели используют лакоткани и стеклоткани, представляющие собой ткани на основе хлопчатобумажных, шелковых, капроновых и стеклянных волокон, пропитанных лаком. Пропитка повышает механическую прочность и улучшает изоляционные свойства лакотканей.

В период эксплуатации изоляция подвергается воздействию различных факторов, влияющих на ее характеристики. Главными из них следует считать нагрев, увлажнение, механические усилия и химически активные вещества в окружающей среде. Рассмотрим влияние каждого из этих факторов.

Обмоточные провода. Обмоточные провода изготовляют из меди и алюминия с волокнистой, эмаль волокнистой и эмалевой изоляцией.

Для изготовления машин с изоляцией нагревостойкости класса А ранее применялись провода:

с двойной хлопчатобумажной оплеткой марки ПБД;

одной хлопчатобумажной и другой лавсановой (к проводнику) оплетками марки ПЛБД;

с эмаль волокнистым покрытием марки ПЭЛБО.

В настоящее время они почти полностью заменены проводами с эмалевой изоляцией марки ПЭВ-2 (винифлексовая изоляция).

Провода с эмалевой изоляцией имеют меньшую толщину изоляционного покрытия, чем провода с эмаль волокнистой и волокнистой изоляциями. Они имеют также скользкую гладкую поверхность, облегчающую укладку проводов в пазы сердечников.

Для машин других классов нагревостойкости изоляции больше применяют провода:

для классов Е и В - эмаль провода марки ПЭТВ (покрытые полиэтилентерефталатными лаками ПЭ - 939 и ПЭ - 943), провода со стекловолокнистой изоляцией марок ПСД с нормальной толщиной изоляции (0,23 - 0,33 мм) и марки ПСДТ с тонкой изоляцией (толщиной 0,18 - 0,23 мм);

для класса F - провод с полиэфирполимидным покрытием марки ПЭТ - 155, а также провода марок ПСД и ПСДТ;

для класса Н — провода марок ПСДК и ПСДКТ, имеющие стекло волокнистую изоляцию, подклеенную кремнийорганическими лаками К - 44 или К - 47.

Изоляционные материалы. В качестве основных изоляционных материалов применяются электрокартон, лакоткани и стеклоткани, пленки из синтетических материалов, стеклоленты, асбестовые материалы и материалы на основе слюды (гибкий, формовочный и прокладочный миканиты, микаленты и стекломикаленты, различные слюдинитовые и слюдопластовые материалы).

Лакоткани и стеклолакоткани применяются в качестве основной изоляции обмоток нагревостойкости класса А, а в сочетании с электрокартоном - в качестве пазовой изоляции.

В электрических машинах с изоляцией класса Е для изолирования пазов сердечников широко применяется синтетическая пленка типа лавсан толщиной 0,05 мм, обладающая высокими электроизоляционными свойствами и высокой механической прочностью.

Пазовые гильзы изготовляют из лавсановой пленки в сочетании с электрокартоном, толщина которого 0,2 мм.

Для более высоких классов нагревостойкости в электрических машинах в качестве изоляции применяют миканитовые, слюдинитовые и стекло волокнистые материалы.

Материалы для изолирования обмоток и пазов сердечников применяются в виде лент и простынок.

Для изолирования проводников в местах повреждения изоляции (в местах изгиба) при изготовлении катушек применяют стеклянные ленты, пленку из фторопласта 4 (толщиной от 20 до 200 мкм). Места изгиба круглых проводов катушек изолируют, одевая стеклянный «чулок» марки АСЭЧ(б).

Пропиточные материалы. Для пропитки обмоток применяют лаки: маслянобитумные марок 458 и 447; масляноглифталевые марок ГФ - 95, МГМ - 8, МЛ - 82; термореактивные марок АФ -17 и ФЛ - 98; водоэмульсионные марок 321Т и ПФЛ - 86; кремнийорганические марок К-47 и К-47К и лаки без растворителей типа КП.

Кроме лаков, для пропитки катушек возбуждения класса А и статорных обмоток высоковольтных электродвигателей используют термопластичные битумные компаунды, не содержащие растворителей и твердеющие при охлаждении.

Для пропитки обмоток некоторых машин специального назначения применяют термореактивные полиэфирные компаунды марок КМГС - 1, КМГС - 2 и МБК.

Применение того или иного лака или компаунда определяется классом нагревостойкости изоляции, назначением и условиями работы электрической машины.

Так, лаком 458 пропитывают обмотки с изоляцией класса А, лаком 447 — классов А и В.

Водоэмульсионные лаки применяются для пропитки обмоток с изоляцией классов А, Е и В.

Маслянобитумные, масляноглифталевые, термореактивные и кремнийорганические лаки разбавляют органическими растворителями (ксилол, толуол, уайт-спирит). Растворителем водоэмульсионных лаков (типа 321Т и ПФЛ - 88) служит обыкновенная вода с добавлением эмульгатора ОП - 10 и аммиака.

Для удаления растворителей после пропитки подвергают обмотки длительной печной сушке. Длителен и процесс компаундирования асфальтобитумными компаундами, которые применяются для пропитки обмоток с изоляцией класса А - полюсных катушек и катушек статоров высоковольтных электрических машин.

Наиболее технологичными являются лаки без растворителей типа КП ( КП - 10; КП - 18; КП - 23; КП - 24), которые обладают способностью быстрого отвердевания в толстом слое.

Лаки типа КП, имеющие нагревостойкость класса В, обладают хорошей цементирующей способностью, но имеют серьезный недостаток — невысокую влагостойкость, что сужает область их применения. Лаки типа КП могут применяться только для электрических машин нормального исполнения.

Покрытие обмоток электромотора покровным лаком и эмалью защищает их от воздействия некоторых химических реагентов и от механических повреждений, а также способствует меньшему загрязнению.

Помимо высоких электроизоляционных качеств, лаки не должны размягчаться и быть эластичными при нагреве до температуры, соответствующей их классу нагрево-стойкости, не оказывать вредного воздействия на медь, сталь и изоляционные материалы, обладать достаточной адгезией не быть токсичными и обладать малой горючестью.

В зависимости от вида изоляции обмоточного провода, а также от исполнения машины выбирают марку лака и эмали, применяют тот или иной режим сушки и пропитки обмоток.

Назначение изоляции обмоточных проводов - предупреждение междувитковых замыканий. В асинхронных двигателях низкого напряжения междувитковое напряжение обычно составляет несколько вольт. Однако при включениях и выключениях возникают кратковременные импульсы напряжения, поэтому изоляция должна иметь большой запас электрической прочности. Появление ослабления в одной точке может вызвать электрический пробой и повреждение всей обмотки. Пробивное напряжение изоляции обмоточных. проводов должно составлять несколько сот вольт.

Обмоточные провода обычно изготавливают с волокнистой, эмальволокнистой и эмалевой изоляцией.

Волокнистые материалы на основе целлюлозы обладают значительной пористостью и высокой гигроскопичностью. Для повышения электрической прочности и влагостойкости волокнистую изоляцию пропитывают специальным лаком. Однако пропитка не предохраняет от увлажнения, а лишь снижает скорость поглощения влаги. Из-за этих недостатков провода с волокнистой и эмальволокнистой изоляцией в настоящее время почти не применяют для обмоток электрических машин.

СУШКА ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

Общее время нахождения на воздухе пропитанных обмоток до загрузки их в сушильную печь не должно превышать 40 мин.

Сушку лобовых частей, покрытых эмалью СВД, производят при температуре 60 -70 °С в течение 3 час, затем при температуре 20 °С до прекращения отлипа.

Лакировку лобовых частей обмоток статора производят пульверизатором с последующей сушкой. Наносить эмаль на обмотки при температуре последних 50...70С.

Качество сушки контролируют по величине сопротивления изоляции после окончательной пропитки и сушки. Величину сопротивления изоляции обмоток статоров после окончательной пропитки и сушки измеряют мегомметром на 500 В по истечении не более 10 мин после выгрузки статоров из печи. Величина сопротивления изоляции при этом должна быть не менее 1 МОм. В случае меньших значений величины сопротивления изоляции производят повторное измерение с замером температуры обмоток, которая должна быть не менее 100 °С.

Обмотки статоров, не удовлетворяющие указанной величине сопротивления изоляции, должны подвергаться дополнительной сушке до получения требуемой величины сопротивления изоляции.

Как нагрев влияет на свойства изоляции электродвигателей

Протекание тока по проводнику сопровождается выделением тепла, которое нагревает электрическую машину. Другие источники тепла - потери в стали статора и ротора, вызываемые действием переменного магнитного поля, а также механические потери на трение в подшипниках.

В целом около 10 - 15% всей потребляемой из сети электрической энергии так или иначе преобразуется в тепло, создавая превышение температуры обмоток двигателя над окружающей средой. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя ток в обмотках возрастает. Известно, что количество тепла, выделяемого в проводниках, пропорционально квадрату тока, поэтому перегрузка двигателя приводит к росту температуры обмоток. Как это действует на изоляцию?

Перегрев изменяет структуру изоляции и резко ухудшает ее свойства. Этот процесс называется старением. Изоляция становится хрупкой, ее электрическая прочность резко понижается. На поверхности возникают микротрещины, в которые проникает влага и грязь. В дальнейшем происходит пробой и выгорание части обмоток. При увеличении температуры обмоток срок службы изоляции резко снижается.

Как влага влияет на свойства изоляции электродвигателей

Другим фактором, от которого существенно зависит срок службы изоляции, является действие влаги. При повышенной влажности воздуха на поверхности изоляционного материала образуется пленка влаги. Поверхностное сопротивление изоляции при этом резко понижается. Образованию пленки воды в большой мере способствуют местные загрязнения. Через трещины и поры влага проникает внутрь изоляции, снижая ее электрическое сопротивление.

Провода с волокнистой изоляцией, как правило, невлагостойки. Их стойкость к действию влаги повышается путем пропитки лаками. Эмальволокнистая и эмалевая изоляции более стойки к действию влаги.

Следует отметить, что скорость увлажнения существенно зависит от температуры окружающей среды. При одинаковой относительной влажности, но при более высокой температуре изоляция увлажняется в несколько раз быстрее.

Как мехнические усилия влияют на свойства изоляции электродвигателей

Механические усилия в обмотках возникают при неодинаковых тепловых расширениях отдельных частей машины, вибрации корпуса, при пусках двигателя. Обычно магнитопровод нагревается меньше, чем медь обмотки, их коэффициенты расширения различны. В результате медь при рабочем токе удлиняется больше на десятые доли миллиметра, чем сталь. Это создает механические усилия внутри паза машины и перемещение проводов, что вызывает истирание изоляции и образование дополнительных зазоров, в которые проникает влага и пыль. Пусковые токи, в 6 - 7 раз превышающие номинальные, создают электродинамические усилия, пропорциональные квадрату тока. Эти усилия действуют на обмотку, вызывая деформацию и смещение отдельных ее частей. Вибрация корпуса также вызывает механические усилия, снижающие прочность изоляции.

Стендовые испытания двигателей показали, что при повышенных виброускорениях дефектность изоляции обмоток может повыситься в 2,5 - 3 раза. Вибрация также может быть причиной ускоренного износа подшипников. Колебания двигателя могут возникать из-за несоосности валов, неравномерности нагрузки -, неодинаковости воздушного зазора между статором и ротором и несимметрии напряжений.

Влияние пыли и химически активных сред на свойства изоляции электродвигателей

Износу изоляции также способствует пыль, содержащаяся в воздухе. Твердые частицы пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также снижают электрическую прочность. В воздухе производственных помещений присутствуют примеси химически активных веществ (углекислый газ, сероводород, аммиак и др.). В химически агрессивных средах изоляция быстро теряет свои изоляционные свойства и разрушается. Оба этих фактора, дополняя друг друга, сильно ускоряют процесс разрушения изоляции. Для повышения химостойкости обмоток электродвигателей применяют специальные пропиточные лаки.

Комплексное воздействие всех факторов на обмотки электродвигателей

Обмотка двигателя часто испытывает на себе одновременное действие нагрева, увлажнения, химических компонентов и механического воздействия. В зависимости от характера нагрузки двигателя, условий окружающей среды и длительности работы действие этих факторов может быть различным. В машинах, работающих с переменной нагрузкой, преобладающее действие может оказать нагрев. В электроустановках, работающих в животноводческих помещениях, наиболее опасным для двигателя оказывается действие повышенной влажности в сочетании с парами аммиака.

Можно представить возможность конструирования такого двигателя, который мог бы противостоять всем этим неблагоприятным факторам. Однако такой двигатель, по-видимому, был бы слишком дорогим, так как потребовалось бы усиление изоляции, значительное улучшение ее качества и создание большого запаса прочности.

Поступают иначе. Для обеспечения надежной работы двигателя применяют систему мероприятий, обеспечивающих нормативный срок службы. Прежде всего за счет применения более качественных материалов улучшают технические характеристики двигателя и его способность противостоять действию разрушающих изоляцию факторов. Совершенствуют средства защиты двигателей. И, наконец, обеспечивают техническое обслуживание для своевременного устранения неисправностей, которые в дальнейшем могут привести к авариям.