موتورهای الکتریکی از سه بخش اصلی تشکیل می‌شوند: هسته، هادی‌ها و عایق‌ها. وظیفه ایجاد جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی با هسته و هادی‌ها است، اما عایق‌ها نقش جداسازی الکتریکی میان هادی‌های با ولتاژهای مختلف، و نیز هادی‌ها با هسته و بدنه موتور را بر عهده دارند.
عایق‌های سیم‌پیچی الکتروموتور، هادی‌های حامل جریان را در شیارهای مختلف استاتور از هم تفکیک می‌کنند. آن‌ها همچنین علاوه بر نگه‌داشتن هادی‌ها در بین شیارها، از نفوذ رطوبت و گرد و خاک به سیم‌ها جلوگیری می‌کنند؛ به‌علاوه، با کاهش چشمگیر اثر الکترومغناطیسی هادی‌ها بر یکدیگر، مانع از عملکرد غیرقابل پیش‌بینی موتور می‌شوند.
با توجه به نوع و ساختمان الکتروموتور، توان نامی و ولتاژ، تعداد قطب، حداکثر دمای کار و شرایط محیطی، ابعاد سیم‌پیچ و نیز نوع عایق آن را تعیین می‌کنند. انتخاب عایق مناسب و عایق‌کاری اصولی، تاثیر زیادی در عملکرد، طول عمر، قابلیت اطمینان الکتروموتور و جلوگیری از هزینه‌های اضافی دارد.
عایق سیم‌پیچی موتور چیست؟
معمولاً منظور از سیم‌پیچی موتور، سیم‌پیچی استاتور موتور است. به علت کاربرد زیاد موتورها در صنعت، کسب آموزش سیم‌پیچی الکتروموتور سه‌فاز و یا تک‌فاز، یکی از اقدامات ضروری برای افراد و صنایعی است که با این دستگاه‌ها سروکار دارند. یک مبحث مهم در این حوزه، انتخاب عایق در سیم‌پیچی موتورها است.
معمولاً در محیط‌های صنعتی، الکتروموتورها در شرایط کاری و محیطی دشواری مانند ولتاژ و حرارت بالا، لرزش و رطوبت قرار می‌گیرند. بنابراین جنس عایق (که معمولاً از پلاستیک و رزین است) باید به گونه‌ای باشد که بتواند ولتاژ و حرارت بالا را به‌خوبی تحمل کند؛ در لرزش و حرارت بالای موتور سیم‌پیچ‌ها را در جای خود نگه دارد و همچنین مانع از ایجاد جرقه در سیم‌پیچی‌ها شود.
گرمای زیاد یک عامل مهم در کاهش عمر الکتروموتورها است. می‌دانیم که با عبور جریان از رساناها (مثلاً سیم‌پیچ یک الکتروموتور)، به علت مقاومت الکتریکی و دیگر تلفات، گرما ایجاد می‌شود. چون عایق محافظ سیم‌پیچ به شکل مستقیم در معرض این گرما قرار می‌گیرد، در صورت فراتر رفتن جریان و ولتاژ از میزان تحمل، به مرور زمان کیفیت خود را از دست می‌دهد.
نتیجه مهم این‌که: چنانچه عایق سیم‌پیچی موتور کیفیت لازم را نداشته باشد، طول عمر سیم‌پیچ و در پی آن عملکرد صحیح و عمر موتور به شکل قابل توجهی کاهش می‌یابد. بنابراین ممکن است موتور به مرور از کار بیفتد یا عملکرد درستی نداشته باشد و ناگزیر از تعویض سیم‌پیچی سوخته الکتروموتور خواهیم بود.
معرفی انواع عایق سیم‌پیچی موتور (جنس عایق‌ها)
چنانچه قصد سیم‌پیچی یک الکتروموتور را دارید بایستی دمای کار و سایر شرایط محیطی مانند رطوبت، لرزش، ضربه و مواد شیمیایی را در نظر داشته باشید تا بتوانید عایق مناسبی انتخاب نمایید. انجمن بین المللی تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی (NEMA) استانداری را برای دسته‌بندی عایق‌ها بر اساس میزان دمای مجاز آن‌ها تدوین کرده است. در این استاندارد، عایق‌ها به این شکل دسته‌بندی می‌شوند:
|
طبقه‌بندی عایق‌ها بر اساس دمای مجاز
|
| بیشترین دمای قابل تحمل عایق (سانتیگراد) |
کلاس عایقی |
| 90 |
Y |
| 105 |
A |
| 120 |
E |
| 130 |
B |
| 155 |
F |
| 180 |
H |
| بالاتر از 180 درجه |
C |
کلاس عایقی سیم‌پیچ، روی پلاک الکتروموتور درج می‌شود. با هر ده درجه افزایش دما از دمای قابل تحمل، عمر عایق به نصف کاهش می‌یابد. به همین ترتیب، هر ده درجه که دمای موتور از حد مجاز کمتر باشد، عمر عایق آن دو برابر می‌شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص کلاس‌های عایقی می‌توانید به مقاله انواع کلاس حرارتی عایق الکتروموتور مراجعه کنید.
- کلاس Y: این نوع عایق از موادی مانند پنبه، ابریشم و کاغذ غیر آغشته تشکیل شده است.
- کلاس A: آغشته کردن مواد به کار رفته در کلاس Y به یک مایع دی‌الکتریک مانند رزین طبیعی (صمغ)، سلولز استر و روغن‌های عایق می‌تواند تحمل دمایی آن‌ها را تا ۱۰۵ درجه افزایش دهد.
- کلاس E: در ساختار این دسته از عایق‌ها از رزین مصنوعی و لمینت‌های کاغذی با پیوندهای فرمالدئیدی استفاده شده است.
- کلاس B: مواد مختلفی چون میکا، الیاف شیشه و پنبه نسوز در ساختار این دسته از عایق‌ها استفاده می‌شود.
- کلاس F: این عایق‌ها نیز از مواد به کار رفته در کلاس B ساخته شده‌اند که تقویت شده و تا دمای 155 درجه را تحمل می‌کنند.
- کلاس H: موادی مانند میکا، الیاف شیشه، آزبست و غیره را برای افزایش تحمل دمایی (تا 180 درجه) با مواد پیوندی مناسبی چون رزین‌های سیلیسی ترکیب می‌کنند.
- کلاس C: در شرایط کاری که سیم‌پیچ‌ها در دمای بالاتر از ۱۸۰ درجه قرار می‌گیرند بایستی سراغ این دسته از عایق‌ها برویم. در ساختار این عایق‌ها از ترکیب چینی، میکا، شیشه و کوارتز، همراه با چسب معدنی یا بدون آن استفاده می‌شود.
کاربرد هریک از عایق های الکتروموتور
عایق‌های سیم‌پیچ با توجه‌به میزان بار و حرارت موتور در انواع مختلفی تولید و استفاده می‌شوند. رایج‌ترین انواع عایق سیم‌پیچی عبارت‌اند از:
- عایق مایلر: نوعی عایق پلاستیکی که نسبت به سایر عایق‌ها، توان کمتری دارد و برای موتورهای کوچک (تا 5.5 کیلووات، کفکش‌ها و …) استفاده می‌شود. از این عایق‌ها برای کف یا روی شیار استاتور استفاده می‌شود.
- عایق برشمان: نوعی عایق کاغذی که با روغن خاصی حرارت دیده است؛ این عایق در برابر حرارت غیرمستقیم، مقاومت بالایی داشته و بیشتر برای طبقه دوم شیار (در موتورهایی که به‌صورت دوطبقه سیم‌پیچی شده‌اند) یا پیشانی کلاف‌ها استفاده می‌شود.
- عایق نومکس آلمان: این عایق‌ها توانایی تحمل حرارت بسیار بالایی دارند (تا 350 درجه سانتیگراد حرارت غیرمستقیم). عایق‌های نومکس بیشتر برای موتورهای سنگین کاربرد دارند و در سایزهای مختلفی عرضه می‌شوند. از این عایق‌ها بیشتر برای موتورهای 15 کیلووات به بالا استفاده می‌شود.
- عایق نومکس چینی: این عایق‌ها مشابه عایق نومکس آلمان هستند؛ ولی کیفیت آن‌ها کمی پایین‌تر است. از این عایق‌ها برای موتورهای 5.5 تا 15 کیلووات می‌توان استفاده کرد.
عایق‌بندی نهایی الکتروموتور (عایق‌بندی مضاعف)
پس از آن‌که سیم‌پیچی موتور تکمیل شد، بایستی مجدداً سیم‌پیچی‌ها را با لاک یا رزین عایق‌بندی کرد. این کار سیم‌پیچ‌ها را از نفوذ گرد و خاک و آلایندگی و نیز اتصال کوتاه محافظت می‌کند. همچنین مقاومت مکانیکی آن‌ها را افزایش می‌دهد. عایق‌بندی موتور به چهار روش انجام می‌شود:
غوطه‌وری و پخت: در این روش سیم‌پیچ‌های موتور را در یک محفظه پر شده از لاک غوطه‌ور می‌کنند و سپس در کوره خشک می‌کنند. برای اطمینان یافتن از پوشش کامل لاک بر روی موتور، این عمل دوباره تکرار می‌شود.
روش قطره‌ای: در این روش سیم‌پیچ به یک میز دوار و سیم‌های برق متصل است. با عبور جریان، سیم‌پیچ که در حال چرخش هم است کم‌کم گرم می‌شود. با رسیدن درجه حرارت به میزان مورد نظر، جریان کوچکی از لاک بر روی سر سیم‌پیچ می‌ریزد. لاک، سیم را تا کل شکاف دنبال و جاهای خالی را پر می‌کند. پس از آن‌که لاک شیار را به طور کامل پوشاند، جریان افزایش می‌یابد تا حدی که سیم‌پیچ‌ها داغ و لاک پخته شوند.
روش تخلیه فشار: در این روش سیم‌پیچ‌ها را از قبل گرم می‌کنند و در یک مخزن قرار می‌دهند. سپس هوای مخزن را تخلیه و آن را با رزین یا لاک پر می‌کنند تا تمام سیم‌پیچ‌ها را بپوشاند.
روش پوشش مضاعف: در محیط‌هایی که وجود رطوبت و آلاینده‌ها بیشتر است، یک روش پیشنهادی، آب‌بندی سیم‌پیچ‌ها با رزین پلیمری ترموست با وزن مولکولی بالا است.
جمع بندی
در این مقاله با مبحث مهم عایق سیم‌پیچی موتور آشنا شدیم. همچنین انواع عایق‌ها و کاربرد آن‌ها را بررسی کردیم. همان طور که گفتیم انتخاب عایق مناسب و باکیفیت و نیز عایق‌بندی صحیح و اصولی، نقش مهمی در عملکرد صحیح، افزایش عمر و کاهش هزینه‌های تعمیرات ایفا می‌کند. عایق‌بندی علاوه بر تفکیک هادی‌های با ولتاژهای مختلف، از نفوذ آلایندگی و رطوبت به موتور جلوگیری و از سیم‌پیچ‌ها محافظت می‌کند.