Что предотвращает утечку тока через обмотки двигателя?

Внутри каждого электродвигателя медные обмотки проводят ток. Они сидят внутри стальных пазов. Сталь проводит электричество. Медь проводит электричество. Если они соприкоснутся, произойдет утечка тока. Мотор в шортах. Производительность падает. В итоге мотор выходит из строя.

Единственное, что стоит между медью и сталью, — это тонкий лист материала, называемыйэлектроизоляционная бумага.

Это не так уж и много. Толщина в доли миллиметра. Нарезаем точные формы. Вставил в паз до входа обмоток. Но без него мотор не работает.

Что на самом деле делает изоляционная бумага

Сердечник статора изготовлен из сложенных друг на друга стальных пластин. В них пробиты пазы. Инженер вставляет в каждую прорезь кусок изоляционной бумаги, сложенный так, чтобы выровнять стены. Затем заходят обмотки. Затем пазовой клин закрывает отверстие.

У газеты три работы. Во-первых, электрическая изоляция — предотвращение скачка тока с меди на сталь. Во-вторых, механическая защита — смягчает обмотки от твердых краев стальных пластин. В-третьих, управление температурным режимом — некоторые марки помогают отводить тепло от обмоток.

Если бумага выходит из строя в любом из этих случаев, двигатель выходит из строя.

Материальные семьи

Не вся изоляционная бумага одинакова. Разным двигателям нужны разные материалы. Выбор зависит от температуры, напряжения, механических напряжений и стоимости.

В таблице ниже показаны наиболее распространенные типы, используемые сегодня в производстве двигателей.

ДМД — рабочая лошадка. Он охватывает большинство стандартных двигателей по разумной цене. NMN добавляет механическую прочность. NHN повышает термостойкость. Арамидная бумага обеспечивает и то, и другое, а также превосходную диэлектрическую прочность. Полиимидная пленка предназначена для ограниченного пространства.

Понимание температурных классов

Каждый изоляционный материал имеет температурный класс. Это не маркетинг. Это проверенный предел.

Выбор неправильного класса – распространенная ошибка. Если двигатель постоянно работает при температуре 140°C, класс B (130°C) выйдет из строя. Класс F (155°C) — минимально безопасный выбор.

Но обратите внимание: температурный диапазон действителен для непрерывной работы. Пиковые температуры могут быть выше. Хорошие инженеры добавляют прибыли. Двигатель, который постоянно работает при температуре 140°C, должен иметь изоляцию класса H, а не только класса F.

Ключевые параметры: что на самом деле означает спецификация

Когдаоценка изоляционной бумаги, имеют значение несколько технических параметров. Вот что они означают.

Толщина.Измеряется в миллиметрах. Типичный диапазон для вкладышей пазов составляет от 0,15 до 0,40 мм. Более толстая бумага обеспечивает более высокую диэлектрическую прочность и лучшую механическую защиту. Более тонкая бумага оставляет больше места для меди, увеличивая удельную мощность двигателя. Компромисс – инженерное суждение.

Диэлектрическая прочность.Измеряется в киловольтах на миллиметр. Это говорит о том, какое напряжение может блокировать бумага, прежде чем она выйдет из строя. Типичное значение ДМД составляет 5-8 кВ для листа толщиной 0,2 мм. Чем выше, тем лучше, но фактические требования зависят от напряжения двигателя. Для электродвигателя на 400 В достаточно напряжения 3–5 кВ. Для систем на 800 В безопаснее 6-8 кВ.

Предел прочности.Измеряется в Ньютонах на ширину 15 мм. Это показывает, какое тянущее усилие может выдержать бумага, прежде чем порвется. Это важно, поскольку бумага сгибается и вставляется машиной. Слабые разрывы бумаги при сборке. Далее следует время простоя.

Удлинение при разрыве.Процент растяжения перед разрывом. Бумага, растягивающаяся на 10–15 %, более щадящая при складывании. Хрупкая бумага трескается на острых углах.

Край сопротивление разрыву.Измеряется в Ньютонах. Бумага сгибается. Складки создают точки напряжения. Если сопротивление разрыву по краям низкое, бумага раскалывается по линии сгиба во время вставки.

Хороший поставщик указывает эти цифры в сертификате материала. Плохой поставщик заявляет, что «он соответствует отраслевым стандартам», но не приводит фактических значений испытаний.

Почему электродвигатели разные

Электродвигатели изменили рынок изоляционной бумаги. Требования ужесточаются.

Более высокие температуры.Электродвигатели нагреваются сильнее, чем промышленные двигатели. Жидкостное охлаждение помогает, но горячие точки всё равно достигают 160-180°C. Материалы класса H (180°C) являются стандартными. Некоторые производители переходят на класс C (220°C) для разработок следующего поколения.

Более высокие напряжения.Ранние электродвигатели работали при напряжении 300–400 В. Новые системы работают при напряжении 800 В. Будущие системы будут работать при напряжении 1200 В или выше. Требования к диэлектрической прочности возросли вдвое. Бумага, которая работала при 400 В, может быть небезопасна при 800 В.

Воздействие нефти.Многие электродвигатели используют масло для охлаждения и смазки. Изоляционная бумага находится в этом масле. Некоторые материалы набухают или разлагаются в масле. Бумага на основе полиимида работает хорошо. Бумага на основе полиэстера может иметь ограничения. Запросите данные испытаний на совместимость масел.

Автоматизация.Линии по производству электродвигателей работают на высокой скорости. Бумага подается из рулонов, разрезается, сгибается и вставляется автоматически. Последовательность материала имеет значение. Отклонение толщины ±0,01 мм может привести к заклиниванию автоматического устройства для вставки.

Три реальные проблемы, возникающие на производственных линиях

Теоретические свойства материала – это одно. Что на самом деле идет не так в заводских цехах, это другое.

Проблема первая: бумага рвется при складывании.Машина складывает бумагу в U-образной форме, чтобы выровнять прорезь. Если бумага имеет низкую прочность на разрыв по краям, она раскалывается по линии сгиба. Очередь останавливается. Оператор устраняет затор. Производство возобновляется. Такое случается десятки раз за смену при некачественном материале.

Проблема вторая: размеры бумаги меняются в зависимости от влажности.Арамидная бумага впитывает влагу из воздуха. При высокой влажности он расширяется. При низкой влажности он дает усадку. Машина откалибрована под один размер. Когда бумага меняет размер, меняется и сложенная форма. Вставка не удалась. Хорошие поставщики отправляют бумагу во влагонепроницаемой упаковке. Хорошие фабрики хранят его в помещениях с кондиционируемым климатом.

Проблема третья: загрязнение клея.Некоторые изоляционные бумаги имеют на одной стороне термоактивируемый клейкий слой. После вставки бумага приклеивается к стенкам слота при помощи тепла. Если клей вытекает во время хранения или транспортировки, он прилипает к направляющим станка. Пыль собирается. Смещение выравнивания. Решением является чистое производство и использование соответствующих защитных вкладышей.

Как правильно выбрать изоляционную бумагу

Вот реальный пример спецификации тягового привода электродвигателя.

Отправьте это трем поставщикам. Сравните отчеты об испытаниях, которые они предоставляют. Спросите о вариациях — от партии к партии, от рулона к рулону. Поставщику, который отвечает данными, следует доверять.

Шесть вопросов, которые задают покупатели

Могу ли я использовать одну и ту же изоляционную бумагу для всех своих двигателей?
Не обычно. Разные двигатели работают при разных температурах и напряжениях. Стандартизация одного материала упрощает инвентаризацию, но вынуждает использовать материал более высокого качества, чем необходимо для некоторых двигателей, что увеличивает стоимость. Или вы используете материал более низкого качества и рискуете выйти из строя. Лучше квалифицировать два или три материала и сопоставить их с приложениями.

В чем разница между NMN и NHN?
Средний слой. NMN использует полиэфирную пленку. NHN использует полиимидную пленку. Полиимид выдерживает более высокие температуры. Для двигателей, работающих при температуре ниже 155°C, подходит NMN. Для температуры 155–180°C выберите NHN. Разница в стоимости скромная.

Всегда ли более толстая бумага означает лучшую изоляцию?
Не всегда. Диэлектрическая прочность увеличивается с толщиной, но механическая посадка становится сложнее. Плотная бумага занимает место внутри слота. В этом пространстве могло бы поместиться больше меди. Конструкторы двигателей делают выбор между толщиной изоляции и медным заполнением. Более тонкая бумага позволяет использовать больше меди и более высокую мощность, но требует лучшего контроля процесса.

Каков срок годности изоляционной бумаги?
Зависит от условий хранения. В оригинальной упаковке арамидная бумага с климат-контролем служит годами. Материалы на основе полиэстера могут разлагаться быстрее. Основными рисками являются поглощение влаги и старение клея. Если бумага хранилась более двух лет, проверьте образец перед использованием.

Как узнать, соответствует ли документ поставщика?
Запросите данные Cpk о толщине. Cpk 1,33 или выше означает, что процесс работоспособен. Также запросите отчеты об испытаниях каждой партии. Если поставщик не может их производить, он не контролирует свой процесс.

Можно ли переработать изоляционную бумагу?
Большинство из них — термореактивные или высокоэффективные термопластики. Переработка – это сложно. Некоторую арамидную бумагу можно оттолкнуть, но этот процесс не получил широкого распространения. В отрасли основное внимание уделяется сокращению отходов при резке и установке, а не вторичной переработке отходов.

Примечание о совместимости со слот-клиньями

Изоляционная бумагавыравнивает стенки слотов. Прорезной клин закрывает отверстие. Они должны работать вместе.

Клин прижимается к бумаге в отверстии прорези. Если бумага слишком мягкая, клин впится в нее. Если бумага слишком хрупкая, она треснет в месте контакта клина.

Для электродвигателей многие инженеры сочетают арамидную бумагу с арамидными клиньями. То же семейство материалов, аналогичное тепловое расширение и механическое поведение. Для General Motors бумага DMD с клиньями из стекловолокна является проверенной комбинацией.

При заказе у поставщика указывайте обе позиции вместе. Затем поставщик может подобрать системы материалов.