La activación superficial mediante tratamiento con plasma aumenta la energía superficial de los componentes de aislamiento del motor, proporcionando a los barnices, resinas y compuestos de encapsulado una interfaz molecular limpia a la que adherirse. Esto reduce el riesgo de iniciación de descargas parciales y refuerza la resistencia al efecto corona en todo el sistema de aislamiento.
¿Cuáles son las causas de los problemas de aislamiento del motor y de descarga de corona?
Los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos modernos están evolucionando hacia arquitecturas de 800 V a 1200 V, y la tensión eléctrica que conlleva esta transición supera la capacidad de los sistemas de aislamiento estándar. Tres factores son la causa principal de las fallas de aislamiento en los motores de alto voltaje.
Cómo la conmutación del inversor ejerce presión sobre el sistema de aislamiento
La conmutación de voltaje de alta frecuencia de los inversores de carburo de silicio genera transitorios de voltaje rápidos que someten repetidamente al material dieléctrico a una tensión excesiva en los puntos débiles del conjunto de bobinados.
Cuando la intensidad del campo en esos puntos supera el umbral de ionización del aire, comienza la descarga de corona.
Para una comparación directa de los métodos de tratamiento con plasma y corona, lea Comparación entre el tratamiento con plasma y el tratamiento con coronavirus.
Dónde se concentra la descarga de corona en el motor
El efecto corona no se inicia de manera uniforme en todos los sistemas de aislamiento de los motores eléctricos. Se concentra donde la tensión del campo eléctrico es mayor y el contacto entre los materiales es imperfecto.
- Salidas de la ranura del devanado del estator: donde el conductor pasa de la ranura al devanado final.
- Extremos de las barras de la bobina: donde es más probable que se produzcan espacios de aire entre los conductores y el aislamiento.
- Interfaces de laminación del estator: donde el papel aislante se une al conjunto de laminación.
Una vez que comienza la descarga corona en estos puntos, el ozono y los subproductos del óxido de nitrógeno erosionan químicamente el polímero, provocando fragilización y carbonización progresiva que conduce a cortocircuitos entre las espiras.
¿Por qué es difícil adherir los polímeros aislantes?
Los polímeros de alto rendimiento, como la poliimida y el PEEK, son químicamente inertes por diseño. Los barnices y las resinas de encapsulado forman gotas sobre superficies de baja energía en lugar de extenderse, dejando huecos microscópicos en la interfaz. Es en esos huecos donde se inicia la descarga parcial bajo estrés eléctrico de alta frecuencia.
¿Qué hace? Activación de la superficie del plasma ¿Qué hacer con los bobinados y el aislamiento?
El tratamiento con plasma frío modifica la estructura molecular de las superficies aislantes sin afectar sus propiedades dieléctricas ni sus dimensiones físicas. Funciona a presión atmosférica y se integra en las configuraciones de las líneas de montaje de motores sin necesidad de infraestructura adicional.
Cambios superficiales después del tratamiento
Cuando el chorro de plasma entra en contacto con la superficie aislante, los contaminantes orgánicos submicrométricos se descomponen y se eliminan en forma de gas.
Los grupos funcionales polares, incluidos los grupos hidroxilo y carboxilo, se introducen simultáneamente en la superficie, reemplazando los enlaces moleculares inertes. La energía superficial aumenta de aproximadamente 30 mN/m en la poliimida sin tratar a más de 72 mN/m después del tratamiento, el umbral en el que los barnices y las resinas penetran en las grietas microscópicas en lugar de cubrirlas.
Equipos para geometrías de bobinado complejas
Los extremos de bobinado en horquilla, las salidas de las ranuras y las superficies de las barras de bobina presentan geometrías que los sistemas de tratamiento de área amplia no pueden alcanzar de forma consistente.
KeyLink PL-5010P Es un sistema de boquilla única con potencia de salida ajustable de forma continua entre 800 VA y 1500 VA. Su diseño compacto y el soporte universal para pistola permiten su instalación en brazos robóticos para el tratamiento localizado en línea de zonas de bobinado estrechas y complejas antes del barnizado o encapsulado.
Para el tratamiento del conjunto del estator antes de la impregnación de resina, el PL-5050-2 La máquina de plasma utiliza dos cabezales de pistola rotativos de 1000 W por canal. Operando a entre 2000 y 3000 RPM, proporciona una distribución uniforme del plasma de 360 grados en superficies medianas y grandes, adaptándose a diversas geometrías de piezas en la misma línea de producción.
Todos los sistemas de plasma KeyLink se someten a pruebas de resistencia de 24 horas antes del envío, que abarcan durabilidad, velocidad y estabilidad operativa. Los sistemas cuentan con las certificaciones ISO 9001:2015, CE, LVD y ETL.
¿Cómo mejora el tratamiento con plasma la estabilidad del recubrimiento, el encapsulado y la unión?
La mejora de la tensión superficial mediante tratamiento con plasma determina si la etapa de encapsulado o barnizado cumple con las especificaciones. Cuando la energía superficial es insuficiente, las resinas utilizadas en la impregnación a presión al vacío no penetran completamente en los espacios entre bobinas, y los huecos restantes se convierten en puntos de inicio de descargas parciales.
El plasma elimina la necesidad de imprimaciones químicas antes del recubrimiento, lo que suprime un paso del proceso y el manejo de disolventes que conlleva. Para componentes de aislamiento de clase H o superior, una interfaz preparada con plasma proporciona la consistencia de adhesión que los procesos basados en imprimaciones no pueden ofrecer a escala de producción.
¿Cuáles son los beneficios de la resistencia al coronavirus y la fiabilidad a largo plazo?
Las mejoras en el rendimiento derivadas del tratamiento con plasma son medibles en cada etapa del sistema de aislamiento, desde la interfaz de unión hasta el rendimiento eléctrico al final de su vida útil.
| Beneficio | Mecanismo | Indicador de producción |
| Mayor resistencia al efecto corona | La unión sin huecos aumenta el voltaje de inicio de la corona. | Prueba de descarga parcial, inspección con cámara UV |
| Resistencia de aislamiento mejorada | Una interfaz más limpia reduce las vías de fuga. | Prueba de resistencia de aislamiento del motor (Megger) |
| Vida útil prolongada | El recubrimiento uniforme resiste la degradación térmica y eléctrica. | Pruebas de resistencia al voltaje bajo estrés acelerado |
| Resistencia a la delaminación | La unión química entre las capas aislantes resiste el cizallamiento. | Prueba de resistencia a la tracción y ciclos térmicos |
Las superficies de aislamiento modificadas con plasma pueden elevar el voltaje de inicio de la descarga corona de 10,0 kV a 13,8 kV en sistemas de polímeros específicos. Para los fabricantes de equipos originales que buscan una durabilidad de 15 años o 250 000 millas, esta diferencia es crucial para determinar si el motor cumple con los requisitos de aislamiento al final de su vida útil.
¿Cómo prueban y aplican esto los ingenieros en la producción?
Verificar la calidad del tratamiento y determinar dónde tiene mayor impacto son las preguntas prácticas que se plantean los ingenieros al evaluar el tratamiento con plasma para los procesos de aislamiento de motores. A continuación, se describen los métodos de prueba, los casos de aplicación y los puntos de tratamiento de mayor impacto.
Verificación de la calidad del tratamiento
La energía superficial se comprueba con medidores de energía cinética o un goniómetro de ángulo de contacto inmediatamente después del tratamiento. Un valor de tensión superficial superior a 72 mN/m tras el tratamiento con plasma confirma que el sustrato está listo para barnizar o encapsular.
Las pruebas de resistencia de aislamiento del motor realizadas con un Megger antes y después del tratamiento confirman una mayor resistencia a tierra tras el tratamiento, lo que indica una interfaz más ajustada con menos vías de fuga.
Casos de aplicación dignos de mención
- Pretratamiento para el enrollado en horquilla: Plasma atmosférico robótico aplicado a los extremos del estator antes del recubrimiento en polvo o el goteo de resina, dirigido al área del bobinado donde se inicia con mayor frecuencia la descarga parcial.
- Pretratamiento del alambre de esmalte antes de la VPI: Tratamiento de plasma frío aplicado a las superficies del alambre esmaltado antes de la impregnación a presión al vacío, asegurando que el barniz recubra completamente el alambre y elimine los huecos microscópicos en la capa de aislamiento secundaria.
Dónde la preparación de la superficie tiene mayor impacto
El tratamiento del revestimiento de la ranura del estator es un aspecto que a menudo se pasa por alto en el ensamblaje de motores. Tratar el revestimiento antes de la inserción del bobinado mejora la adhesión entre el revestimiento y el conjunto de laminaciones, reduciendo el espacio de aire en esa interfaz. En motores de alta tensión, ese espacio es un punto clave para la formación de descargas corona.
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