معرفی کلاس عایقی موتور و ۳ عامل موثر در تعیین آن

هر زمانی که جریان از هر سیمی مانند سیم پیچ‌های یک موتور عبور می‌کند، مقاومت در سیم و همچنین سایر تلفات، باعث تولید گرما می‌شود.

این گرما در نهایت به قسمت‌های دیگر موتور منتقل می‌شود و به‌ مرور زمان باعث تخریب آن‌ها می‌گردد.

یکی از اجزای کلیدی که تحت تأثیر این گرما قرار می‌گیرد، سیم‌پیچ موتور است و در این میان، سیستم عایق است که از سیم‌پیچ‌های موتور محافظت می‌کند.

جهت دسته‌بندی این عایق‌ها استانداردهایی تعریف شده‌اند که این استاندارد‌ها، دسته بندی‌هایی را تحت عنوان کلاس عایقی موتور مطرح کرده‌اند.

از معروف‌ترین استانداردها، استاندارد NEMA MG-1 است که برای رسیدگی به پتانسیل شکست عایق در اثر گرما، چهار کلاس عایق موتور را ایجاد می‌کند که توانایی سیستم عایق را برای تحمل دمای مشخص در حالی که عمر کاری خاص را ارائه می‌دهد، تعریف می‌کند.

در ادامه با انواع کلاس عایقی موتور و ویژگی‌های هر کدام بیشتر آشنا می‌شویم.

1# عایق‌ها در موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی در مجموعه گسترده‌ای از فناوری‌ها و صنایع، از ساده‌ترین لوازم خانگی گرفته تا ماشین آلات صنعتی پیچیده، جزء جدایی ناپذیر هستند.

کارایی و طول عمر این موتورها به میزان قابل توجهی به مواد عایق مورد استفاده در ساخت آن‌ها بستگی دارد.

عایق برای جداسازی جریان در سیم پیچ موتور، جلوگیری از خطاهای الکتریکی و پشتیبانی از ساختار مکانیکی موتور ضروری است.

عایق در موتورها باعث ایجاد مانعی بین اجزای رسانا و استاتور، روتور و محفظه می‌شود.

این مانع ایجادشده از اتصال کوتاه الکتریکی جلوگیری می‌کند و خطر آسیب به تجهیزات و آسیب کاربر را کاهش می‌دهد.

عایق بندی با محدود کردن جریان الکتریکی به مسیر مورد نظر، کارایی و عملکرد موتور را افزایش می‌دهد.

عایق باید تنش‌های مختلفی از جمله الکتریکی، حرارتی، مکانیکی و محیطی را تحمل کند که این امر اهمیت انتخاب ماده عایق مناسب را نشان می‌دهد.

2# عوامل موثر در تعیین کلاس‌ عایقی موتور

یکی از اولین چیزهایی که یک مهندس برق یاد می‌گیرد این است که دشمن شماره یک طراحی و تولید هر محصول الکتریکی یا الکترونیکی گرما است.

این یکی از ویژگی‌هایی است که می‌تواند باعث شود ایده شما از یک واحد اندازه دستی به یک واحد رومیزی تبدیل شود.

هنگام بحث در مورد عایق و کلاس عایقی موتور با سازنده، اولین سؤالی که به نظر می‌رسد، مقاومت در برابر دما است.

این یک ویژگی بسیار مهم است؛ اما چند مورد دیگر نیز وجود دارد که باید مورد توجه قرار گیرند.

علاوه بر درجه حرارت، ولتاژ به همراه استحکام مکانیکی نقش بسیار مهمی در انتخاب عایق دارند.

1-2# درجه بندی دما

در صنعت دستگاه‌های الکتریکی، چند درجه بندی دما متفاوت داریم که به طبقات طبقه بندی می‌شوند و تمامی عایق‌های به‌کار رفته در موتورها در این کلاس‌ها قرار دارند.

این کلاس‌ها استاندارد هستند و توسط انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) و سایر انجمن‌های بین‌المللی تعیین شده‌اند.

در پایین‌ترین نقطه عایق کلاس A قرار دارد.

این کلاس عایقی موتور سطح پایه، دارای درجه بندی 105 درجه سانتیگراد، افزایش متوسط دمای سیم‌پیچ 55 درجه سانتیگراد، افزایش دمای نقطه داغ 65 درجه سانتیگراد و حداکثر دمای سیم‌پیچ 105 درجه سانتیگراد است که به درجه عایق بندی باز می‌گردد و بالاترین سطح، کلاس R در 220 درجه سانتیگراد است.

هر یک از این طبقه بندی‌ها دارای مواد عایق متفاوتی هستند که بهترین عملکرد را برای برآورده کردن کلاس عایق مورد نظر دارند.

در ادامه و در بندی جدا، بیشتر به این کلاس‌بندی می‌پردازیم.

2-2# ولتاژ

هنگامی که کلاس دمای خود را انتخاب کردید، می‌توانید به سراغ مهم‌ترین مشخصه بعدی یعنی ولتاژ بروید.

در اینجا، شما شروع به جدا کردن گزینه‌های عایق بندی و اولویت بندی گزینه‌های موجود برای برنامه خاص خود می‌کنید.

اکثرا همه می‌دانید که 125 ولت استاندارد مسکونی برای ولتاژ خانه شما است و اطلاع دارید که 220 ولت ولتاژ بسیاری از خشک‌کن‌های خانگی است.

اینها تنها دو مورد از ولتاژهای مختلف مورد استفاده در صنعت تجهیزات الکتریکی هستند؛ ولی وقتی واقعاً شروع به تحقیق در مورد تعداد ولتاژهای مختلف می‌کنید، بسیار شگفت زده خواهید شد.

به دلیل تنوع ولتاژ، وقتی شروع به انتخاب ولتاژ مورد نیاز خود می‌کنید، گزینه انتخاب‌ شما از بین انواع کلاس عایقی موتور عایق واقعاً شروع به کاهش می‌کنند.

3-2# استحکام مکانیکی

اکنون که این دو ویژگی اصلی، یعنی دما و ولتاژ را در نظر گرفتید، می‌توانید به سمت استحکام مکانیکی حرکت کنید.

این در درجه اول در محصولات عایق و نوار انعطاف پذیر مهم است.

به‌ عنوان‌ مثال، عایق انعطاف پذیر در موتورهای الکتریکی برای عایق بندی هسته فلزی استاتور، از سیم آهنربا استفاده می‌شود.

در این حالت، اگر جریان سیم آهنربا از قدرت عایق انعطاف پذیر بیشتر شود یا اگر عایق به سیم آهنربا اجازه می‌داد تا با هسته فلزی تماس پیدا کند، موتور زمین می‌شود و از کار می‌افتد.

به عنوان مثال در شکل زیر سیم آهنربایی با دست از فلز روی این آرمیچر عایق شده است.

اگر سیم آهنربا فلز را لمس کند، موتور از کار می‌افتد.

استحکام مکانیکی برای وارد کردن محصول و همچنین مقاومت در برابر سایش بسیار مهم است.

همه محصولات همچنین دارای تکنیک‌های مختلفی هستند که باید هنگام برش یا ساخت آنها برای قرار گرفتن در دستگاه الکتریکی که در حال ساخت یا تعمیر آن هستید، استفاده شود.

دانستن این موضوع خوب است؛ زیرا برخی از محصولات به دلیل هزینه‌های هنگفت ساخت، هزینه شما را افزایش می‌دهند.

یکی دیگر از محصولات مورد استفاده در عایق کاری یک واحد دستگاه الکتریکی، رزین یا لاک است، این لاکی نیست که از پوشش مبلمان خانه شما محافظت کند، با این حال، این لاک به روشی مشابه محافظت می‌کند.

این لاک‌ها و رزین‌ها به طور خاص طراحی شده‌اند تا کلاس عایق مربوطه را برآورده کنند و به محافظت، چسباندن و عایق بندی سیم آهنربا، عایق انعطاف پذیر و سیستم عایق نواری کمک کنند.

انتخاب این جزء عایق اولیه بسیار مهم است؛ زیرا به سایر مواد عایق که در سیستم عایق سازگار در نظر گرفته می‌شوند، گره خورده است.

در اینجا عایق لاکی که روی این موتور نشان داده شده است از سیم محافظت می‌کند و همچنین به عنوان یک چسب برای محافظت در برابر سایش و در عین حال از حرکت یا خم شدن سیم و عایق محافظت می‌کند.

3# کلاس عایقی موتور NEMA براساس درجه بندی دما

انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) استانداردها و دستورالعمل‌هایی را برای تجهیزات الکتریکی مختلف از جمله موتورها ایجاد می‌کند.

انواع کلاس‌ عایقی موتور NEMA به سیستم‌های عایق مورد استفاده در موتورهای الکتریکی برای محافظت از سیم پیچ‌های موتور در برابر خرابی الکتریکی و اطمینان از عملکرد قابل اعتماد اشاره دارد.

تعیین کلاس عایق نشان دهنده حداکثر افزایش دمای مجاز سیم‌پیچ موتور بالاتر از دمای محیط تحت کار مداوم است که طول عمر 20000 ساعت را فراهم می‌کند.

چندین کلاس عایقی موتور NEMA وجود دارد که هر کدام با یک کد حروف مشخص می‌شوند:

1-3# کلاس A (105 درجه سانتیگراد)

 سیستم‌های عایق کلاس A برای حداکثر افزایش دمای مجاز 105 درجه سانتیگراد (221 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای محیط درجه بندی می‌شوند.

این موتورها معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که افزایش دمای پایین قابل قبول است، مانند کاربردهای سبک یا جایی که خنک‌سازی موتور کافی است.

2-3# کلاس B (130 درجه سانتی گراد)

سیستم‌های عایق کلاس B برای حداکثر افزایش دمای مجاز 130 درجه سانتی گراد (266 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای محیط درجه بندی می‌شوند.

این موتورها معمولاً در کاربردهای همه منظوره استفاده می‌شوند و تعادلی بین هزینه، عملکرد و قابلیت دما ارائه می‌دهند.

3-3# کلاس F (155 درجه سانتی گراد)

سیستم‌های عایق کلاس F برای حداکثر افزایش دمای مجاز 155 درجه سانتی گراد (311 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای محیط درجه بندی می‌شوند.

این موتورها برای کاربردهایی که به تحمل دمای بالاتر و عملکرد حرارتی بهتر نسبت به موتورهای کلاس B نیاز دارند، مناسب هستند.

4-3# کلاس H (180 درجه سانتی گراد)

سیستم‌های عایق کلاس H برای حداکثر افزایش دمای مجاز 180 درجه سانتی گراد (356 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای محیط درجه بندی می‌شوند.

این موتورها تحمل دمایی بالاتری نیز ارائه می‌کنند و در کاربردهایی با شرایط عملیاتی سخت، دمای محیط بالا یا چرخه‌های کار مداوم استفاده می‌شوند.

5-3# کلاس N (200 درجه سانتی گراد)

سیستم‌های عایق کلاس N برای حداکثر افزایش دمای مجاز 200 درجه سانتی گراد (392 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای محیط درجه بندی می‌شوند.

این موتورها عملکرد حرارتی فوق العاده ای را ارائه می‌دهند و برای کاربردهایی با شرایط دمایی شدید یا در مواردی که قابلیت اطمینان و طول عمر بیشتر مورد نیاز است، مناسب هستند.

6-3# کلاس R (220 درجه سانتی گراد)

سیستم‌های عایق کلاس R برای حداکثر افزایش دمای مجاز 220 درجه سانتی گراد (428 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای محیط درجه بندی می‌شوند.

این موتورها بالاترین تحمل دما را ارائه می‌دهند و در کاربردهایی با دماهای بسیار بالا یا شرایط عملیاتی شدید استفاده می‌شوند.

در این کلاس بندی حداکثر دمای مجاز دمای محیط را 40 درجه سانتیگراد فرض می‌کند و به آن یک افزایش دمای مجاز به اضافه مقدار اضافی (اغلب به عنوان حاشیه حرارتی نامیده می‌شود) اضافه می‌کند تا نقاط داغ در سیم پیچ‌ها ایجاد شود.

علاوه بر حداکثر دمای محیط 40 درجه سانتیگراد، درجه بندی کلاس عایق همچنین ضریب سرویس 1.0 و ارتفاع 3300 فوت از سطح دریا را در نظر می‌گیرد. (فراتر از آن، در هوای رقیق‌تر ظرفیت خنک کنندگی کاهش می‌یابد.)

با این حال، جداول تنظیم و محاسبات برای تعیین حداکثر دمای عملیاتی کاهش یافته برای شرایط خارج از موارد مشخص شده توسط کلاس عایق موجود است.

به عنوان مثال، اگر دمای محیط بالاتر از 40 درجه سانتیگراد باشد، افزایش دمای مجاز باید به میزانی کاهش یابد که دمای محیط از 40 درجه سانتیگراد بیشتر شود.

علاوه بر این، دستگاه الکتریکی به طور معمول دارای درجه بندی کلاس عایق در آن سیستم است.

همانطور که منطق حکم می‌کند، شما انتظار دارید که اگر همه محصولات کلاس H در یک دستگاه الکتریکی استفاده شوند، واحد باید دارای رتبه بندی کلاس H باشد.

با این حال، همیشه اینطور نیست.

در برخی مواقع، مواردی وجود داشته است که محصولات عایق منحصربه‌فرد مورد استفاده در کل سیستم می‌توانند به دلیل رفتاری که با یکدیگر در آزمایش لوله آب‌بند انجام می‌دهند، رتبه کلاس را کاهش دهند و گاهی اوقات افزایش دهند.

4# کلاس عایقی موتور IEC

اگرچه کلاس‌های عایق NEMA به طور گسترده در آمریکای شمالی شناخته شده است، با این حال، استاندارد IEC 60034-1 اغلب برای موتورهای ساخته شده یا فروخته شده در خارج از آمریکای شمالی استفاده می‌شود.

رتبه‌بندی‌های IEC با رتبه‌بندی‌های NEMA برای کلاس‌های A ،B ،F و H همسو هستند؛ اما یک رتبه‌بندی اضافی از کلاس «E» اضافه می‌کنند.

5# اهمیت رعایت کلاس عایقی موتور

سطح عایق یک طبقه بندی است که برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان عملکرد موتور ساخته شده است.

این یکی از نشانه‌های مهم روی پلاک موتور است و دارای اهداف مهم زیر است:

1-5# ایمنی

سطح عایق تضمین می‌کند که موتور در برابر خطر برق گرفتگی و آتش سوزی در صورت خطای الکتریکی محافظت می‌شود.

اگر عایق برای تحمل یک ولتاژ خاص کافی نباشد، آسیب عایق ممکن است رخ دهد که منجر به خرابی و خطر الکتریکی می‌شود.

2-5# قابلیت اطمینان

موتورهایی با کلاس عایقی مناسب اغلب قادرند بدون نیاز به تعمیر یا تعویض، مدت زمان بیشتری کار کنند.

این به کاهش هزینه‌های عملیاتی، کاهش زمان توقف و افزایش بهره وری کمک می‌کند.

3-5# سازگاری

سناریوهای کاربردی مختلف به موتورهایی با سطوح عایق متفاوت نیاز دارند.

به طور معمول، محیط‌ های با دمای بالا یا رطوبت بالا به سطوح عایق بالاتری برای موتورها نیاز دارند تا اطمینان حاصل شود که آن‌ها می‌توانند به درستی کار کنند، بدون اینکه توسط عوامل محیطی آسیب ببینند.

4-5# رعایت استاندارد و مقرارت مربوطه

مقررات و استانداردهای تجهیزات الکتریکی در بسیاری از کشورها و مناطق نیازمند استفاده از موتورهایی با سطوح عایق خاص است.

این مقررات برای تضمین امنیت عمومی و حفاظت از محیط زیست طراحی شده است.

6# نحوه تشخیص کلاس عایقی موتور

وقتی به پلاک موتور نگاه می‌کنید سطح عایق را می‌بینید که با حروف انگلیسی مشخص شده است و این سطح به سطح مقاومت حرارتی ماده عایق انتخاب شده برای موتور اشاره دارد؛ زیرا قابلیت عایق بودن مربوط به سطح مقاومت حرارتی بستگی دارد.

در دماهای بالا، توانایی مواد عایق در هنگام کار کردن موتور بدتر می‌شود، بنابراین لازم است سطح و مواد عایق مناسب را با توجه به دمایی که موتور در آن کار می‌کند، انتخاب کنید.

اگر موتور در حداکثر مقاومت دمایی خود استفاده شود، احتمالاً می‌سوزد یا طول عمر آن کاهش می‌یابد.

7# انتخاب کلاس عایقی موتور مناسب

تصمیم گیری در مورد کلاس دما، ولتاژ و استحکام مکانیکی ویژگی‌های اصلی هستند که شما را به خوبی در مسیر انتخاب بهترین عایق برای ساخت خود قرار می‌دهند؛ اما تصمیمات دیگری نیز وجود دارند که بیشتر به نیازهای عایق برای کاربرد شما اختصاص دارد.

این‌ها شامل دمای هوای محیط، جذب رطوبت، وزن فیزیکی، در دسترس بودن اندازه فیزیکی و بسیاری موارد دیگر است.

تشخیص و علامت گذاری سطح عایق موتور برای اطمینان از عملکرد ایمن موتور، افزایش عمر آن، بهبود راندمان و مطابقت با الزامات قانونی مربوطه بسیار مهم است.

انتخاب کلاس عایق مناسب برای یک موتور بر اساس نیازهای خاص کاربرد، از جمله دمای محیط، چرخه کار، ویژگی‌های بار و شرایط محیطی مهم است.

استفاده از موتوری با کلاس عایق ناکافی می‌تواند منجر به خرابی زودرس عایق، کاهش عمر موتور و خطرات احتمالی ایمنی شود؛ اما باید هزینه‌ها و وزن موتور را نیز در نظر گرفت که متناسب با افزایش کلاس افزایش می‌یابد.

نتیجه گیری

سیستم عایق یک جنبه حیاتی در طراحی موتور الکتریکی است. این عایق الکتریکی از اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند و به عملکرد کلی و طول عمر موتور کمک می‌کند.

کلاس عایقی موتورهای الکتریکی نکته مهمی است که باید هنگام انتخاب موتور برای یک کاربرد خاص مانند فن‌ها، کمپرسورها، موتورهای محرک، در حمل و نقل، در صنایع سبک و سنگین مورد توجه قرار گیرد؛ زیرا نشان دهنده ظرفیت موتور برای مقاومت در برابر برق و تنش‌های حرارتی است.

با پیشرفت‌های فناوری و مواد، عایق‌بندی موتور همچنان بهبود می‌یابد و امکان ایجاد موتورهای کم‌مصرف‌تر و بادوام‌تر را فراهم می‌کند.

کلاس عایقی موتور مناسب با خنک‌سازی کافی و نگهداری منظم، می‌تواند عملکرد مطمئن موتورهای الکتریکی را تضمین کند و به عملکرد یکپارچه بسیاری از فناوری‌های روزمره و سیستم‌های صنعتی ما کمک کند.