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.