Стеклотекстолит в изготовлении и ремонте электродвигателей

Стеклотекстолит — это композиционный материал, в котором стеклянные волокна воспринимают значительную часть механической нагрузки, а полимерная смола связывает волокна, формирует монолитную деталь и обеспечивает электроизоляционные свойства. Отдельно стеклоткань гибкая и не сохраняет форму детали, а затвердевшая смола без армирования хрупкая и недостаточно прочная на растяжение — объединение даёт материал с высокой механической прочностью, хорошей изоляцией и стабильными размерами.

Применяют эпоксидные, фенольные, меламиновые, полиэфирные, кремнийорганические и полиимидные смолы — каждый тип определяет отдельную группу материалов в стандарте IEC 60893 (например, IEC 60893-3-2 для эпоксидных, IEC 60893-3-6 для силиконовых, IEC 60893-3-7 для полиимидных систем).

Текстолит изготавливают на основе хлопчатобумажной ткани — он обычно обрабатывается легче, но имеет более низкую электрическую прочность и худшую влагостойкость, поэтому лучше подходит для деталей трения (подшипники скольжения, шестерни), а не для электроизоляционных узлов под высокой нагрузкой.

Гетинакс изготавливают на бумажной основе — он дешевле и легче обрабатывается, но имеет более низкую механическую прочность и большую чувствительность к влаге. Для ответственных деталей электрических машин стеклотекстолит часто является лучшим выбором именно благодаря сочетанию электрической и механической прочности.

Название «стеклотекстолит» само по себе не определяет точных свойств материала. На рынке встречаются обозначения СТЭФ, СТЭФ-1, G-10, G-11, FR-4, FR-5 и другие марки производителей — они отличаются по стране, стандарту, типу смолы, механическим свойствам, теплостойкости и горючести.

G-10 — распространённый эпоксидный стеклотканевый ламинат с высокими механическими и электроизоляционными свойствами; G-11 — похожий материал, но лучше сохраняет свойства при повышенной температуре. FR-4 — очень распространённый огнестойкий эпоксидный ламинат, широко известный как материал для печатных плат, но стандартный материал для плат не всегда оптимален для силовой детали электродвигателя — нужно отдельно проверять механическую прочность и теплостойкость.

Электроизоляционные свойства зависят от марки, толщины, влажности, температуры и состояния поверхности — загрязнение графитовой или металлической пылью может снизить поверхностное сопротивление даже качественного материала. Механическая прочность позволяет выдерживать изгиб, сжатие, растяжение и вибрацию, но особенно опасны ударная затяжка болтов, острые концентраторы напряжений и нагрузка поперёк слоёв.

Теплостойкость зависит прежде всего от типа смолы — существуют материалы для классов F и H, но температура класса не означает температуру плавления или автоматическую принадлежность всей обмотки к такому же классу. Стеклотекстолит обычно имеет лучшую влагостойкость, чем материалы на бумажной основе, но влага может проникать через необработанные торцы, микротрещины или зоны расслоения.

Стойкость к электрическому трекингу — постепенному образованию проводящего углеродного пути на поверхности под действием напряжения, влаги и загрязнения — особенно важна для оборудования во влажных или загрязнённых условиях, для чего применяют специальные трекингостойкие марки.

Стеклотекстолит является анизотропным материалом — его свойства зависят от направления нагрузки относительно основы и утка ткани. Прочность вдоль плоскости листа обычно значительно выше, чем прочность на отрыв или растяжение поперёк слоёв. Именно поэтому деталь может выдерживать значительную нагрузку на изгиб, но расслаиваться при неправильном сверлении или трескаться от чрезмерной затяжки болта.

Пазовый клин закрывает паз и удерживает обмотку в сердечнике, выдерживая вибрацию, электродинамические силы и тепловые расширения. Клин должен иметь точный профиль, стабильную толщину и совместимость с пропиточным лаком — неправильный клин может ослабнуть, выйти из паза, повредить обмотку или перекрыть вентиляционный канал. Не все пазовые клинья изготавливают из обычного стеклотекстолита — применяют также немагнитные, магнитные и полупроводящие клинья, каждый из которых по-разному влияет на магнитную проводимость пазовой зоны.

Пазовые распорки и уплотнительные планки разделяют верхний и нижний слой обмотки и формируют вентиляционный канал — они должны иметь закруглённые края, поскольку острая прокладка может постепенно перетереть эмаль провода или пазовую изоляцию. Межкатушечные прокладки в лобовых частях обеспечивают электрическое расстояние между фазами, но прямой контакт жёсткой детали с обмоточным проводом нежелателен — между ними предусматривают мягкую прокладку или стеклоленту.

Изоляционные шайбы и втулки разделяют гайку и металлическую поверхность, болт и кронштейн или щёткодержатель и траверсу. Клеммные панели изготавливают из стеклотекстолита для клеммных плат, переходных колодок и перегородок между фазами — они должны выдерживать рабочее напряжение, нагрев клемм и влагу. В деталях щёткодержателей и полюсных катушек стеклотекстолит применяют для втулок, шайб, планок и каркасов, работающих в условиях угольной пыли, вибрации и повышенной температуры.

Обычно нет. Жёсткий стеклотекстолит не является основной гибкой пазовой изоляцией всыпной обмотки — основной пазовый короб чаще изготавливают из полиэфирной плёнки, арамидной бумаги, полиимидной плёнки или слюдяных материалов. Стеклотекстолит чаще выполняет функцию клина, жёсткой прокладки, дистанционного элемента или механически нагруженной изоляционной детали. Так же основная межламельная изоляция коллектора обычно изготавливается из слюдяных материалов, а не из обычного стеклотекстолита, из-за особых требований к термостойкости и поведению под давлением.

Стекловолокно быстро изнашивает режущий инструмент, поэтому для обработки применяют твердосплавный или алмазный инструмент. Основные риски при сверлении — расслоение на выходе, трещина от края и заусенцы; необходимы острый инструмент, опорная подложка, достаточный отступ отверстия от края и снятие фаски. При резке и фрезеровании нужно избегать перегрева и подгорания смолы, а для точных вращающихся деталей (втулок, колец) лучше использовать готовые намотанные трубы, а не вырезанные из листа детали, если нагрузки действуют в радиальном направлении.

Острая кромка может прорезать пазовую изоляцию, повредить эмаль провода или перетереть бандаж — после обработки выполняют зачистку, шлифовку, снятие фаски и закругление, а в ответственных деталях обработанные торцы дополнительно защищают совместимым электроизоляционным лаком или герметизирующим составом для снижения проникновения влаги.

Толщину детали определяют с учётом рабочего напряжения, механической нагрузки, температуры и способа крепления — принцип «чем толще, тем надёжнее» неверен, поскольку чрезмерная толщина может уменьшить вентиляционный канал, изменить положение катушки или создать чрезмерное давление.

При поступлении материала проверяют документацию (марку, партию, дату изготовления, протокол испытаний), проводят визуальный контроль на расслоение, вздутие и трещины и при необходимости контролируют размеры, механические и электрические свойства. Без сертификата невозможно достоверно установить тип смолы, температурный класс или стабильность партии — для ответственных машин это критически важно. Хранить листы нужно в сухом помещении, на ровной поверхности, без прямого солнечного излучения и контакта с маслами.

• расслоение — от удара, неправильного сверления, чрезмерной затяжки или влаги;
• трещины у отверстий — из-за малого отступа от края или чрезмерного момента затяжки;
• потемнение — следствие перегрева, электрического трекинга или старения смолы;
• электрический пробой — из-за недостаточной толщины, влаги, трещины или загрязнения;
• деформация — из-за высокой температуры, неравномерного давления или несоответствующей смолы;
• ослабление пазового клина — из-за усадки изоляции, неправильного профиля или вибрации.

• использовать строительный стеклопластик вместо электротехнического стеклотекстолита;
• выбирать марку только по цвету листа без проверки паспорта или сертификата;
• приравнивать СТЭФ-1 к любому G-10 или FR-4 без сравнения технических параметров;
• изготавливать вращающуюся деталь без расчёта центробежных сил и балансировки;
• располагать отверстие близко к краю или чрезмерно затягивать крепление без распределительной шайбы;
• оставлять острые необработанные кромки рядом с обмоткой;
• заменять магнитный пазовый клин обычным (или наоборот) без проверки характеристик двигателя;
• хранить листы влажными, вертикально без опоры или в контакте с маслами.

• Изоляция обмоток электродвигателей: классы F и H
• Как изготавливают катушки статора?
• Что такое статор электродвигателя?
• Как перематывают статор электродвигателя?
• Как перематывают синхронные роторы?

ТОВ ВКФ «Электропромремонт» изготавливает и подбирает стеклотекстолитовые детали для ремонта и перемотки промышленных электродвигателей и генераторов.

В перечень работ входят:

• изготовление пазовых клиньев, распорок и дистанционных элементов;
• изготовление изоляционных шайб, втулок и клеммных панелей;
• механическую обработку на станках с ЧПУ с контролем качества кромок;
• подбор марки по температурному классу, механической нагрузке и условиям эксплуатации;
• входной контроль материала с проверкой сертификатов;
• установку деталей в составе полного ремонта статора или ротора.