Классы нагревостойкости изоляции и режим работы электродвигателей

Классы нагревостойкости изоляции и режим работы электродвигателей

Поскольку для электротехнических изделий доминирующим фактором старения электроизоляционных материалов и систем изоляции является температура, то для оценки стойкости электрической изоляции к воздействию температуры приняты классы нагревостойкости.

В настоящее время наиболее распространены двигатели с изоляцией обмотки по классу F. Температура обмотки этих двигателей не должна повышаться более, чем на 105°С при температуре окружающей среды до +40°С.

Класс нагревостойкости изоляции электротехнического изделия отражает максимальную рабочую температуру, свойственную данному изделию при номинальной нагрузке и других условиях.

Изоляция под действием данной максимальной температуры должна иметь нагревостойкость не менее температуры, соответствующей классу нагревостойкости электротехнического изделия.

Приведенные температуры являются фактической температурой изоляции, но не превышением температуры электротехнического изделия. В стандартах на электротехнические изделия обычно нормируют величину превышения температуры, а не фактическую температуру. При разработке стандартов, устанавливая методы измерения и допустимое превышение температуры, следует учитывать такие факторы, как конструкция, температурная проводимость и толщина изоляции, доступность изолированных частей, метод вентиляции, характеристики нагрузки и т. д.

Основанием для установления рациональных температурных пределов изоляции является только опыт или соответствующие испытания (см. ГОСТ 8865–93).

Номинальная мощность всегда зависит от режима работы и продолжительности включения. Наиболее распространены электродвигатели с режимом работы S1, рассчитанные на продолжительный режим работы.

Этот режим предусматривает эксплуатацию с постоянной нагрузкой, длительности которого достаточно для работы двигателя в условиях стабильного теплового режима. Реже используются электродвигатели с кратковременным режимом работы S2, предполагающим эксплуатацию в режиме постоянной нагрузки в течение определенного ограниченного промежутка времени, сопровождаемого паузой с остыванием двигателя до температуры окружающей среды.

Режимы работы электродвигателей определяет стандарт IEC 34 (EN 60034).

Почему выгодно купить электродвигатели в ?

Класс изоляции электродвигателей

Основной фактор, влияющий на ускорение процесса старения систем изоляции и электроизоляционных материалов в электромеханических изделиях, — температурные показатели. Специалистам всегда необходимо оценивать стойкость электрической изоляции на изменение температур. Для упрощения этого процесса предусмотрены классы нагревостойкости изоляции.

Нагревостойкость по праву можно считать одним из влиятельнейших качеств материалов, отвечающих за электроизоляцию. Ведь опираясь на этот показатель можно определить максимально возможную нагрузку, которую выдержит электрическая машина или аппарат. Многие материалы не способны перенести высокие температуры, увеличение градусов ведёт к обугливанию, а сам материал начинает выполнять функцию проводника. Кроме того, все материалы при длительном воздействии высокой температуры становятся более хрупкими, подвержены разрешениям и потере изолирующих свойств. Такое процессы носят название теплового старения. Именно нагревостойкость указывает на то, какую максимальную температуру может выдержать материал и влияние на него резких смен температуры. Срок службы, который будут иметь электродвигатели, а также надёжность работы определяются именно по показателю нагревостойкости. Существует 7 классов материалов, различающихся по нагревостойкости изоляции:

К классу Y относятся материалы из бумаги, текстиля, хлопка, целлюлозы, натурального шёлка, полиамидов, пластмассы, содержащей органические наполнители, а также древесины. Температура стойкости изоляции — 900С. Класс А – это материалы предыдущего класса, которые специально пропитаны изоляционным составом, погружены в такие диэлектрики, как натуральные смолы, лаки асфальтовые, масляные, эфирцеллюлозные, термопластичные компаунды, трансформаторное масло. Также список можно дополнить лакотканями, изоляционными лентами, лакобумагой, электрокартоном, гетинаксом, текстолитом, пропитанным деревом, древесными слоистыми пластиками, отдельными типами синтетических пленок, изоляцией проводов, в основе которой находится хлопчатобумажная ткань, шелк, лавсан, изоляцией из эмали. Температура — 1050С. В класс Е входят волокна, синтетические плёнки, лакоткани, в основе которых находятся синтетические лаки, компаунды и синтетические смолы. Температура — 1200С. Класс В – это материалы, содержащие слюду, стекловолокно, асбестовые волокна, пленкостеклопласт, пластмасса без органического наполнителя, слоистые пластики. Температура — 1300С. В класс F входят те же элементы, но имеющие неорганическую подложку или вовсе без подложки. Также можно отнести сюда пленкостеклопласт, изоляция из стекловолокна или асбеста типов ПСДТ, ПСД, изоляция из эмали, в основе которой находится капрон. Температура — 1550С. Класс Н вмещает в себя материалы класса В, содержащие слюду, стекловолокно, асбест и имеющие неорганическую подложку или вовсе созданные без подложки. Список дополняют эластомеры из органического кремния, изоляция из стекловолокна, асбеста, эмали. Температура — 1800С. В класс С входит стекло, слюда, материалы из стекловолокна, кварц, керамика электротехническая, шифер, слюдяные материалы без подложки и с подложкой из стекловолокна. Температура — свыше 1800С. Чаще всего в производстве можно встретить электромашины с изоляцией классов F и В. Практически не производится изоляция А-класса, а класс Е можно применять только в машинах, имеющих малую мощность. Для машин, необходимых для работы в жёстких условиях, подходит изоляция класса А. Использование материалов, стойко переносящих высокие температуры, позволяет сделать, например, асинхронный двигатель более компактным.

Наибольшая нагревостойкость у слюдяных и стекловолокнистых материалов, которые имеют в своём составе связующие из органического кремния, а также пропитывающие составы. Однако несмотря на исследование параметров нагревостойкости определить, какую максимальную температуру способна выдержать самая нагретая деталь в мотор-редукторе, крайне сложно. Стандарты температур – это самые низкие допустимые пределы. Степень изоляции также зависит и от температурных показателей окружающей среды.

Температура электродвигателей во время их ремонта или эксплуатации определяется с использованием термометров расширения, термопар, терморезисторов. С их помощью можно измерить не только температурный показатель обмотки, но других элементов двигателя. Может также применяться косвенный метод – в этом случае измеряется сопротивление при постоянном уровне тока. Электродвигатель может выйти из строя, если увеличить рабочий ток и создать перегрев обмоток. Для того, чтобы этого не произошло, и осуществляется проверка температуры нагрева. Класс изоляции и определяет допустимую температуру. Также причина может крыться в ухудшении условий охлаждения: обращайте внимание на исправность вентилятора, загрязнения в двигателе и внешние предметы на нём. Перегрузка может привести к выводу электродвигателя из строя: вместе с увеличением тока квадратично повышается температура. При длительной перегрузке может произойти порча изоляции обмоток.

Подписка на рассылку

Рабочая температура электродвигателя (в дальнейшем ЭД) определяется в первую очередь классом нагревостойкости изоляции обмоток. И её контроль очень важен. При перегреве электродвигатель может быть повреждён.

Классы нагревостойкости изоляции обмоток

Обмотки – наименее устойчивая к нагреву часть конструкции электродвигателя. Поэтому предел рабочей температуры всего устройства определяется именно температурой, при которой они перегорают.

Выделяют следующие классы нагревостойкости изоляции обмоток:

• У (максимальная температура – 90 градусов Цельсия). Обмотки выполняются из бумаги или натуральных тканей без дополнительной изоляционной пропитки;
• А (максимальная температура – 105 градусов Цельсия). Обмотки бумажные или из натуральных тканей с дополнительной изоляционной пропиткой;
• Е (максимальная температура – 120 градусов Цельсия). Обмотки из органической плёнки синтетического происхождения;
• B (максимальная температура – 130 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов;
• F (максимальная температура – 155 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с синтетической связующей пропиткой;
• H (максимальная температура – 180 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с кремнийорганической связующей пропиткой;
• С (максимальная температура от 180 градусов Цельсия). Обмотки из термоустойчивых материалов с неорганической связующей пропиткой или без неё.

Если рабочая температура асинхронного двигателя слишком мала, то перевести его на более высокий класс нагревостойкости можно лишь при капитальном ремонте с заменой обмоток.

Рабочая температура подшипников электродвигателей

Кроме обмоток, к температурным условиям работы также очень чувствительны и подшипники электродвигателя. Установленные нормы нагрева следующие:

• Подшипники качения – 95-100 градусов Цельсия;
• Подшипники скольжения – 80-85 градусов Цельсия;
• Стальные детали коллектора и контактных колец – 105-110 градусов Цельсия.

При достижении критических значений температуры подшипника необходимо либо уменьшить нагрузку на используемый ЭД, либо организовать систему охлаждения.

Температурный режим эксплуатации электродвигателей

Нормальные значения температуры внешней среды, при которых электродвигатель работает с номинальной мощностью, определяются климатическим исполнением ЭД. Так, машины с исполнением У1 и ХЛ1 предназначены для эксплуатации при температуре внешней среды до +40 градусов Цельсия, У3 и Т2 – до +45 градусов Цельсия, Т1 – до +50 градусов Цельсия. Если температура внешней среды превышает данный параметр и организовать охлаждение не получится, то необходимо снизить нагрузку на используемый электродвигатель.

Для контроля за температурным режимом следует отслеживать напряжение в питающей сети. При его снижении до 95% от номинального и ниже на ЭД подаётся повышенный ток, что приводит к перегреву устройства. Аналогичное явление наблюдается и при повышении напряжения до 110% и выше от номинального, поскольку вихревые потоки приводят к нагреву статора.

Согласно статистике, срок службы изоляции при повышении температуры на 8 градусов выше допустимой нормы вдвое снижает её эксплуатационный период. Поэтому, для сохранения работоспособности машины, стоит выяснить допустимую рабочую температуру, не допускать перегрева и превышения (либо снижения) токовых нагрузок.

НАГРЕВОСТОЙКОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ. КЛАССЫ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ

Нагревостойкость

– это способность электрической изоляции выдерживать длительное время действие повышенной температуры без недопустимого ухудшения ее свойств и характеристик.

Качество изоляции при действии на нее повышенной температуры оценивается:

— для неорганических диэлектриков изменением величин (в сторону уменьшения) и (в сторону увеличения);

— для органических диэлектриков изменением величин предела прочности при растяжении и предела прочности при изгибе , а кроме этого степенью погружения иглы в изоляционный материал под давлением при нагреве и изменением величин и .

Степень нагревостойкости изоляционного материала может быть оценена величинами его температуры вспышки и температуры воспламенения.

Температура вспышки

– это температура, при которой изоляционный материал вспыхивает в парах воздуха при поднесении к нему небольшого пламени.

Температура воспламенения

– температура, которая больше температуры вспышки и при которой изоляционный материал при поднесении к нему пламени загорается.

В эксплуатации эти температуры должны быть по возможности выше.

В соответствии с рекомендациями МЭК (Международной электротехнической комиссии) изоляционные материалы делятся на классы нагревостойкости

(Y-E – чисто органические изоляционные материалы, B-H – комбинированные изоляционные материалы, C – неорганические изоляционные материалы).

Таблица 1 – Классы нагревостойкости диэлектриков

К классу нагревостойкости Y относятся материалы на основе бумаги или ткани (пряжа, ткани, ленты, бумаги, картоны, древесина), которые не пропитаны и не погружены в жидкий изоляционный материал.

К классу нагревостойкости А относятся те же материалы, но при условии, что они пропитаны жидким изоляционным материалом или погружены в него (провод с хлопчатобумажной изоляцией в пропитанной лаком обмотке электрической машины или же в погруженной в электроизоляционное масло обмотке маслонаполненного трансформатора; лакоткани на хлопчатобумажной или шелковой основе и масляных или битумно-масляных лаках; лакобумаги на тех же лаках).

К классу нагревостойкости Е относятся материалы на основе пластмасс с использованием органических связующих на основе различных смол, компаундов, лаков и т.п. (гетинакс, текстолит, пресс-порошки с наполнением древесной мукой, полиэтилентерефталатные пленки, эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках и т.д.).

К классу нагревостойкости В относятся материалы неорганического происхождения с использованием органических связующих (щепаная слюда, асбестовые и стекловолокнистые материалы, миканиты (в том числе с бумажной или тканевой органической подложкой), стеклолакоткани, стеклотекстолиты на фенолформальдегидных термореактивных смолах, эпоксидные компаунды с неорганическими наполнителями).

К классу нагревостойкости F относятся неорганические материалы с использованием органических связующих повышенной нагревостойкости (стекловолокно без подложки или с неорганической подложкой, с применением органических связующих и пропитывающих материалов повышенной нагревостойкости: эпоксидных, термореактивных полиэфирных, кремнийорганических).

К классу нагревостойкости H относятся неорганические материалы, у которых в качестве связующего вещества применяются кремнийорганические смолы особо высокой нагревостойкости.

К классу нагревостойкости С относятся неорганические материалы, которые не содержат в себе склеивающих или пропитывающих органических связующих (асбест, стекло, слюда, стекловолокно, кварц, микалекс, нагревостойкие миканиты, непропитанный асбоцемент и т.п.). Исключением являются материалы органического происхождения: фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и материалы на основе полиимидов (волокна, пленки, изоляция эмалированных проводов и т.п.).