Fils et isolation dans les moteurs électriques

Désignation de l'isolation des fils de bobinage - prévention des interruptions de court-circuit. Dans les moteurs à induction basse tension, la tension entre spires est généralement de quelques volts. Cependant, de courtes impulsions de tension se produisent lors de la mise sous tension et hors tension, de sorte que l'isolation doit avoir une grande réserve de rigidité diélectrique. L'amortissement à un moment donné peut causer des dommages électriques et endommager l'ensemble de la bobine. Tension de claquage de l'isolation de l'enroulement. les fils doivent être de plusieurs centaines de volts.

Les fils de bobinage sont généralement constitués de fibres, d'émail et d'isolant en émail.

Les matériaux fibreux à base de cellulose présentent une porosité importante et une hygroscopicité élevée. Afin d'augmenter la résistance électrique et la résistance à l'humidité, l'isolant en fibre est imprégné d'un vernis spécial. Cependant, l'imprégnation n'empêche pas l'humidité, elle ne fait que réduire le taux d'absorption d'humidité. En raison de ces inconvénients, les fils avec isolation en fibre et émail ne sont actuellement presque pas utilisés pour le bobinage des machines électriques.

Fils utilisés pour la fabrication de bobinages de moteurs électriques

Les principaux types de fils à isolation émaillée utilisés pour la fabrication des enroulements de divers moteurs électriques et appareils électriques, — fils en polyvinylacétal PEV et fils PETV à résistance thermique accrue sur vernis polyester... L'avantage de ces fils réside dans la faible épaisseur de leur isolant, ce qui permet d'augmenter le remplissage des canaux du moteur électrique. Les fils PETV sont principalement utilisés pour les bobinages des moteurs asynchrones d'une puissance allant jusqu'à 100 kW.

Les pièces sous tension doivent également être isolées des autres pièces métalliques du moteur électrique. Tout d'abord, vous avez besoin d'une isolation fiable des fils posés dans les canaux du stator et du rotor. Pour cela, utilisez des tissus vernis et de la fibre de verre, qui sont des tissus à base de fibres de coton, de soie, de nylon et de verre imprégnés de vernis. L'imprégnation augmente la résistance mécanique et améliore les propriétés isolantes des tissus vernis.

Pendant le fonctionnement, l'isolation est exposée à divers facteurs qui affectent ses caractéristiques. Le chauffage de base, l'humidification, les forces mécaniques et les substances réactives dans l'environnement doivent être pris en compte... Voyons l'influence de chacun de ces facteurs.

Comment le chauffage affecte les propriétés d'isolation des moteurs électriques

Le passage du courant dans le fil s'accompagne d'un dégagement de chaleur qui chauffe la machine électrique. D'autres sources de chaleur sont les pertes dans l'acier du stator et du rotor dues à l'action d'un champ magnétique alternatif, ainsi que les pertes mécaniques dues aux frottements dans les paliers.

En général, environ 10 à 15 % de toute l'énergie électrique consommée par le réseau est en quelque sorte convertie en chaleur, créant une élévation de température des enroulements du moteur au-dessus de la température ambiante. Lorsque la charge sur l'arbre du moteur augmente, le courant dans les enroulements augmente. On sait que la quantité de chaleur générée dans les fils est proportionnelle au carré du courant, donc la surcharge du moteur entraîne une augmentation de la température des enroulements. Comment cela affecte-t-il l'isolement?

La surchauffe modifie la structure de l'isolant et détériore drastiquement ses propriétés... Ce processus s'appelle le vieillissement... L'isolant devient cassant et sa rigidité diélectrique chute fortement. Des microfissures apparaissent à la surface, dans lesquelles pénètrent l'humidité et la saleté. À l'avenir, des dommages et des brûlures d'une partie des enroulements se produisent. Lorsque la température des enroulements augmente, la durée de vie de l'isolation est considérablement réduite.

Classification des matériaux isolants électriques en fonction de la résistance à la chaleur

Les matériaux isolants électriques utilisés dans les machines et appareils électriques, selon leur résistance à la chaleur, sont divisés en sept classes. Parmi ceux-ci, cinq sont utilisés dans des moteurs électriques asynchrones avec une cage allant jusqu'à 100 kW.

Les matières fibreuses de cellulose, de soie et de coton non imprégnées appartiennent à la classe Y (température admissible 90 ° C), les matières fibreuses de cellulose, de soie et de coton imprégnées avec isolation des fils à base d'huile et de vernis polyamide - jusqu'à la classe A (température admissible 105 ° C ), films organiques synthétiques avec isolation des fils à base d'acétate de polyvinyle, résines époxy, polyester - jusqu'à la classe E (température admissible 120 ° C), matériaux à base de mica, d'amiante et de fibre de verre utilisés avec des liants organiques et des composés d'imprégnation, émaux à chaleur accrue résistance - jusqu'à la classe B (température admissible 130 ° C), les matériaux à base de mica, d'amiante et de fibre de verre utilisés en combinaison avec des liants inorganiques et des composés d'imprégnation, ainsi que d'autres matériaux correspondant à cette classe - jusqu'à la classe F (température admissible 155 °C).

Les moteurs électriques sont conçus pour qu'à la puissance nominale, la température des enroulements ne dépasse pas la valeur admissible... Il y a généralement une petite réserve de chauffage. Par conséquent, le courant nominal correspond à un échauffement légèrement inférieur à la limite. Dans les calculs, la température ambiante est supposée être de 40°C... Si le moteur électrique fonctionne dans des conditions où la température est toujours connue pour être inférieure à 40°C, il peut être surchargé. La valeur de surcharge peut être calculée en tenant compte de la température ambiante et des propriétés thermiques du moteur. Cela ne peut être fait que si la charge du moteur est strictement contrôlée et que vous pouvez être sûr qu'elle ne dépasse pas la valeur calculée.

Comment l'humidité affecte les propriétés d'isolation des moteurs électriques

Un autre facteur qui affecte considérablement la durée de vie de l'isolation est l'effet de l'humidité. Lorsque l'humidité de l'air est élevée, un film humide se forme à la surface du matériau isolant. Dans ce cas, la résistance de surface de l'isolant chute fortement. La pollution locale contribue à la formation d'un film d'eau. À travers les fissures et les pores, l'humidité pénètre dans l'isolant, le réduisant résistance électrique.

Les conducteurs isolés par fibre ne sont généralement pas résistants à l'humidité. Leur résistance à l'humidité est augmentée par imprégnation de vernis. L'émail et l'isolation en émail sont plus résistants à l'humidité.

il est à noter que le taux d'humidification dépend fortement de la température ambiante... A la même humidité relative, mais à une température plus élevée, l'isolant s'humidifie plusieurs fois plus vite.

Comment les forces mécaniques affectent les propriétés d'isolation des moteurs électriques

Les forces mécaniques dans les enroulements proviennent de diverses dilatations thermiques des différentes parties de la machine, des vibrations du carter et du démarrage du moteur. Généralement circuit magnétique chauffe moins que les bobines de cuivre, leurs coefficients de dilatation sont différents. En conséquence, le cuivre au courant de fonctionnement s'allonge d'un dixième de millimètre de plus que l'acier. Cela crée des forces mécaniques à l'intérieur de la rainure de la machine et un mouvement des fils, ce qui provoque l'usure de l'isolation et la formation d'espaces supplémentaires dans lesquels pénètrent l'humidité et la poussière.

Les courants de démarrage, 6 à 7 fois supérieurs au nominal, créent efforts électrodynamiquesproportionnelle au carré du courant. Ces forces agissent sur la bobine, provoquant une déformation et un déplacement de ses pièces individuelles.Les vibrations du tubage provoquent également des forces mécaniques qui réduisent la résistance de l'isolant.

Des essais au banc de moteurs ont montré qu'avec des accélérations de vibration accrues, le défaut d'isolation des enroulements peut augmenter de 2,5 à 3 fois. Les vibrations peuvent également provoquer une usure accélérée des roulements. Des oscillations du moteur peuvent se produire en raison d'un désalignement de l'arbre, d'une charge inégale, d'un entrefer stator-rotor irrégulier et d'un déséquilibre de tension.

Influence de la poussière et des fluides chimiquement actifs sur les propriétés d'isolation des moteurs électriques

La poussière en suspension dans l'air contribue également à la détérioration de l'isolation. Les particules de poussière solides détruisent la surface et, en se déposant, la contaminent, ce qui réduit également la résistance électrique. L'air des locaux industriels contient des impuretés de substances chimiquement actives (dioxyde de carbone, sulfure d'hydrogène, ammoniac, etc.). Dans les environnements chimiquement agressifs, l'isolant perd rapidement ses propriétés isolantes et se détériore. Les deux facteurs, qui se complètent, accélèrent considérablement le processus de destruction de l'isolation. Afin d'augmenter la résistance chimique des enroulements, des vernis d'imprégnation spéciaux sont utilisés dans les moteurs électriques.

L'effet complexe de tous les facteurs sur les enroulements des moteurs électriques

Les enroulements de moteur sont souvent soumis à des effets simultanés d'échauffement, d'humidification, de composants chimiques et de charges mécaniques. Selon la nature de la charge du moteur, les conditions environnementales et la durée de fonctionnement, ces facteurs peuvent varier. Dans les machines à charge variable, le chauffage peut être un effet dominant.Dans les installations électriques fonctionnant dans les bâtiments d'élevage, le plus dangereux pour le moteur est l'effet d'une forte humidité associée aux vapeurs d'ammoniac.

On peut imaginer la possibilité de concevoir un tel moteur pour résister à tous ces facteurs défavorables. Cependant, un tel moteur serait évidemment trop coûteux, car il nécessiterait un renforcement de l'isolation, une amélioration significative de sa qualité, et la création d'une marge de sécurité importante.

Ils agissent différemment. Pour assurer un fonctionnement fiable du moteur, un système de mesures est utilisé pour assurer la durée de vie standard. Tout d'abord, grâce à l'utilisation de meilleurs matériaux, ils améliorent les caractéristiques techniques du moteur et sa capacité à résister à l'action de facteurs qui détruisent l'isolation. Améliorer équipement de protection du moteur… Enfin, ils fournissent une assistance pour le dépannage rapide des pannes susceptibles de provoquer des pannes à l'avenir.