O que impede que a corrente vaze pelos enrolamentos do motor?

Dentro de cada motor elétrico, os enrolamentos de cobre transportam corrente. Eles ficam dentro de ranhuras de aço. O aço conduz eletricidade. O cobre conduz eletricidade. Se eles se tocarem, a corrente vazará. O motor entra em curto. O desempenho cai. Eventualmente, o motor falha.

A única coisa que fica entre o cobre e o aço é uma fina folha de material chamadapapel de isolamento elétrico.

Não parece muito. Uma fração de milímetro de espessura. Corte em formas precisas. Deslizou para dentro da ranhura antes de os enrolamentos entrarem. Mas sem ele o motor não funciona.

O que o papel isolante realmente faz

O núcleo do estator é feito de laminações de aço empilhadas. Os slots são perfurados neles. O engenheiro insere um pedaço de papel isolante em cada fenda, dobrado para forrar as paredes. Em seguida, os enrolamentos entram. Em seguida, a cunha da fenda fecha a abertura.

O jornal tem três trabalhos. Primeiro, o isolamento elétrico – impedir que a corrente salte do cobre para o aço. Segundo, proteção mecânica – amortece os enrolamentos contra as arestas duras das laminações de aço. Terceiro, gerenciamento térmico – algumas classes ajudam a afastar o calor dos enrolamentos.

Se o papel falhar em qualquer um deles, o motor falha.

As famílias materiais

Nem todos os papéis isolantes são iguais. Motores diferentes precisam de materiais diferentes. A escolha depende da temperatura, tensão, estresse mecânico e custo.

A tabela abaixo mostra os tipos mais comuns usados ​​na fabricação de motores atualmente.

DMD é o burro de carga. Abrange a maioria dos motores padrão a um custo razoável. NMN adiciona resistência mecânica. NHN adiciona resistência ao calor. O papel de aramida adiciona ambos, além de resistência dielétrica superior. O filme de poliimida é para espaços apertados.

Compreendendo as classes de temperatura

Cada material de isolamento possui uma classificação de temperatura. Isso não é marketing. É um limite testado.

Selecionar a classe errada é um erro comum. Se o motor funcionar a 140°C continuamente, a Classe B (130°C) falhará. Classe F (155°C) é a escolha mínima segura.

Mas observe: a classificação de temperatura se aplica à operação contínua. As temperaturas máximas podem ser mais altas. Bons engenheiros acrescentam margem. Um motor que funciona continuamente a 140°C deve obter isolamento Classe H, não apenas Classe F.

Parâmetros principais: o que a folha de especificações realmente significa

Quandoavaliando papel isolante, vários parâmetros técnicos são importantes. Aqui está o que eles significam.

Grossura.Medido em milímetros. A faixa típica é de 0,15 mm a 0,40 mm para revestimentos de ranhura. Papel mais espesso proporciona maior resistência dielétrica e melhor proteção mecânica. O papel mais fino deixa mais espaço para o cobre, aumentando a densidade de potência do motor. A compensação é o julgamento da engenharia.

Rigidez dielétrica.Medido em quilovolts por milímetro. Isso informa quanta voltagem o papel pode bloquear antes de quebrar. Um valor típico para DMD é de 5 a 8 kV para uma folha de 0,2 mm. Quanto maior, melhor, mas a necessidade real depende da tensão do motor. Para um motor EV de 400 V, 3-5 kV é adequado. Para sistemas de 800 V, 6-8 kV é mais seguro.

Resistência à tracção.Medido em Newtons por 15 mm de largura. Isso informa quanta força de tração o papel pode suportar antes de rasgar. Importante porque o papel é dobrado e inserido pela máquina. O papel fraco rasga durante a montagem. O tempo de inatividade segue.

Alongamento na ruptura.Porcentagem de estiramento antes de rasgar. O papel que estica de 10 a 15% é mais tolerante durante a dobra. O papel quebradiço racha nos cantos afiados.

Resistência ao rasgo da borda.Medido em Newtons. O papel fica dobrado. As dobras criam pontos de tensão. Se a resistência ao rasgo da borda for baixa, o papel racha na linha de dobra durante a inserção.

Um bom fornecedor fornece esses números no certificado do material. Um fornecedor ruim diz que “atende aos padrões da indústria” sem fornecer valores de teste reais.

Por que os motores EV são diferentes

Os motores de veículos elétricos mudaram o mercado de papel isolante. Os requisitos são mais rigorosos.

Temperaturas mais altas.Os motores EV funcionam mais quentes do que os motores industriais. O resfriamento líquido ajuda, mas os pontos quentes ainda atingem 160-180°C. Materiais de classe H (180°C) são padrão. Alguns fabricantes estão migrando para a Classe C (220°C) para designs de próxima geração.

Tensões mais altas.Os primeiros motores EV funcionavam a 300-400V. Os sistemas mais recentes funcionam a 800V. Os próximos sistemas funcionarão a 1200V ou superior. Os requisitos de rigidez dielétrica dobraram. O papel que funcionou para 400 V pode não ser seguro para 800 V.

Exposição ao óleo.Muitos motores EV usam óleo para refrigeração e lubrificação. O papel isolante fica nesse óleo. Alguns materiais incham ou degradam em óleo. Os papéis à base de poliimida apresentam bom desempenho. Os papéis à base de poliéster podem ter limitações. Solicite dados de teste de compatibilidade de óleo.

Automação.As linhas de produção de motores EV funcionam em alta velocidade. O papel é alimentado em rolos, cortado, dobrado e inserido automaticamente. A consistência do material é importante. Variações de espessura de ±0,01mm podem emperrar um insersor automatizado.

Três problemas reais que acontecem nas linhas de produção

As propriedades teóricas dos materiais são uma coisa. O que realmente dá errado no chão de fábrica é outra.

Problema um: o papel rasga durante a dobragem.A máquina dobra o papel em forma de U para alinhar a ranhura. Se o papel tiver pouca resistência ao rasgo nas bordas, ele racha na linha de dobra. A linha para. Um operador elimina o congestionamento. A produção é retomada. Isso acontece dezenas de vezes por turno com material de baixa qualidade.

Problema dois: as dimensões do papel mudam com a umidade.O papel de aramida absorve a umidade do ar. Em alta umidade, ele se expande. Em baixa umidade, ele encolhe. A máquina é calibrada para um tamanho. Quando o tamanho do papel muda, a forma dobrada muda. A inserção falha. Bons fornecedores enviam papel em embalagens à prova de umidade. Boas fábricas armazenam-no em salas climatizadas.

Problema três: contaminação adesiva.Alguns papéis isolantes possuem uma camada adesiva ativada por calor em um dos lados. Após a inserção, o calor une o papel às paredes da ranhura. Se o adesivo escorrer durante o armazenamento ou transferência, ele grudará nas guias da máquina. A poeira se acumula. Desvios de alinhamento. A solução é uma fabricação limpa e revestimentos antiaderentes adequados.

Como especificar o papel isolante corretamente

Aqui está um exemplo de especificação real para um motor de tração EV.

Envie isso para três fornecedores. Compare os relatórios de teste que eles fornecem. Pergunte sobre a variação – lote a lote, rolo a rolo. O fornecedor que responde com dados é aquele em quem se confia.

Seis perguntas que os compradores fazem

Posso usar o mesmo papel isolante para todos os meus motores?
Geralmente não. Diferentes motores funcionam em diferentes temperaturas e tensões. A padronização em um material simplifica o estoque, mas obriga a usar um material de qualidade superior ao necessário para alguns motores, aumentando o custo. Ou você usa um material de qualidade inferior e corre o risco de falhar. Melhor qualificar dois ou três materiais e combiná-los com as aplicações.

Qual é a diferença entre NMN e NHN?
A camada intermediária. NMN usa filme de poliéster. NHN usa filme de poliimida. A poliimida suporta temperaturas mais altas. Para motores que funcionam abaixo de 155°C, o NMN é adequado. Para 155-180°C, escolha NHN. A diferença de custo é modesta.

Papel mais grosso significa sempre melhor isolamento?
Nem sempre. A rigidez dielétrica aumenta com a espessura, mas o ajuste mecânico torna-se mais difícil. O papel grosso ocupa espaço dentro da ranhura. Esse espaço poderia conter mais cobre. Os projetistas de motores trocam a espessura do isolamento pelo preenchimento de cobre. Papel mais fino permite mais cobre e maior potência, mas requer melhor controle do processo.

Qual é a vida útil do papel isolante?
Depende das condições de armazenamento. Na embalagem original, o papel de aramida climatizado dura anos. Os materiais à base de poliéster podem degradar-se mais rapidamente. Os principais riscos são a absorção de umidade e o envelhecimento adesivo. Se o papel tiver sido armazenado por mais de dois anos, teste uma amostra antes de usá-lo.

Como posso saber se o papel de um fornecedor é consistente?
Solicite dados de Cpk sobre espessura. Um Cpk de 1,33 ou superior significa que o processo é capaz. Solicite também relatórios de teste lote a lote. Se um fornecedor não puder produzi-los, ele não estará controlando seu processo.

O papel isolante pode ser reciclado?
A maioria é termofixa ou termoplástica de alto desempenho. A reciclagem é difícil. Alguns papéis de aramida podem ser repolpados, mas o processo não está amplamente disponível. O foco da indústria está na redução do desperdício no corte e na inserção, e não na reciclagem pós-consumo.

Uma nota sobre compatibilidade com slots wedges

Papel isolantealinha as paredes da ranhura. A cunha da ranhura fecha a abertura. Eles devem trabalhar juntos.

A cunha pressiona o papel na abertura da ranhura. Se o papel for muito mole, a cunha irá cravá-lo. Se o papel for muito quebradiço, ele irá rachar no ponto de contato da cunha.

Para motores EV, muitos engenheiros combinam papel de aramida com cunhas de aramida. Mesma família de materiais, expansão térmica e comportamento mecânico semelhantes. Para motores gerais, o papel DMD com cunhas de fibra de vidro é uma combinação comprovada.

Ao fazer um pedido de um fornecedor, especifique os dois itens juntos. O fornecedor pode então combinar os sistemas de materiais.