§ 18. Совместимость материалов
Под совместимостью понимается свойство системы из различных ЭИМ совместно работать в определенных условиях эксплуатации и в определенных конструкциях без взаимного или одностороннего отрицательного воздействия, снижающего качество конструкции в целом.
При выборе материалов для обмоток электрических машин очень важно оценить совместимость изоляции обмоточного провода и пропиточного состава. Разрушение изоляции провода, в частности эмалевой, может произойти на стадии пропитки, термообработки и длительного нагрева. Проанализируем возможные изменения. В процессе пропитки и сушки обмотки эмаль провода по всей поверхности контактирует с пропиточным материалом, находящимся в жидком состоянии, при повышенной температуре. Вследствие взаимодействия растворителей и реакционноспособных компонентов пропиточных материалов могут происходить размягчение и набухание эмали. После термообработки такой системы пробивное напряжение, нагревостойкость и влагостойкость ее могут оказаться ниже, чем у системы непропитанной. Такое же изменение свойств может произойти при длительном нагреве изоляции в процессе эксплуатации в результате растрескивания и расслоения системы пропиточный состав — эмаль. Как было показано в разделе § 2, причиной возникновения трещины является внутреннее напряжение ствн.
При оценке совместимости системы необходимо учитывать, во-первых, соотношение распределений прочности на растяжение пропитывающего состава сгР и внутреннего напряжения ствн (рис. 25). Трещина образуется, если происходит пересечение функций распределений этих величин (овн max > °р min) и вероятность образования трещины пропорциональна заштрихованной площади под пересекающимися кривыми.
Во-вторых, должно быть учтено соотношение тангенциальной составляющей внутреннего напряжения твн и адгезионной прочности эмали та. Отслоение пропиточного материала от эмали произойдет, если тВн ^ *а.
Рассмотрим наиболее типичные случаи совместимых и несовместимых систем при использовании в качестве пропиточных материалов термореактивных составов, обладающих жесткостью, большей, чем у эмали, т. е. Еэ < Ес, где Еэ и Ес — модули упругости эмали и пропиточного состава соответственно.
- сРmin > сгвнmax (нет заштрихованной площади) и Твн шах < Та min — совместимая система, не подверженная растрескиванию и расслоению. Для таких систем характерно сохранение высокого уровня пробивного напряжения Uap в процессе теплового старения. Это объясняется тем, что, во-первых, эмаль не повреждается и, во-вторых, пропиточный состав обеспечивает высокую цементацию и герметизацию провода.
Рис. 26
Рис. 25
- (jpmin < (Твнmax (есть заштрихованная площадь) и твнтах < та min —растрескивание происходит, ипр снижается.
- dpmin < (Твн max (есть заштрихованная площадь) и
Твн max > Та min — Происходит бтслоение эмали, £/пР может
не измениться, а цементация витков ухудшается.
Во втором и третьем случаях создаются условия для интенсификации процессов теплового старения (см. § 2).
На рис. 26 представлены результаты испытаний на совместимость проводов ПЭТВМ с пропиточными составами 1 (Б-ИД-9127), 2 (КП-34) и 5_(КП-103). Ja меру совместимости принята величина D= Un/U0, где t/o —среднее значение пробивного напряжения непропитанной системы; йп — пропитанной системы.
Необходимо отметить, что при использовании эластичных пропиточных составов, т. е. при условии Еэ > Ес, наблюдается повсеместное отслоение пропиточного материала от эмали. Взаимодействие материала с эмалью в данных системах характеризуется условиями авн max > сгР min и тВц шах Та min. Примером может служить система, состоящая из проводов ПЭТВ, пропитанная компаундом КП-18.
Оценка совместимости в процессе теплового старения на системах изоляции требует больших затрат на изготовление образцов-макетов, оборудование и т. д., поэтому для уменьшения объема этих работ используют экспресс-методы предварительной оценки совместимости: оценку твердости (определяется химическая совместимость пропиточных материалов с эмалированными проводами) и оценку термогравиметрического индекса (ТГМ) исходных материалов и системы изоляции в целом (самостоятельная работа [1, с. 77—81]).
