Характеристики электротехнических материалов , применяемых при изготовлении электрических машин.

Материалы, применяемые в электромашиностроении, могут быть подразделены на три категории:

а) материалы конструктивные;

б) материалы активные( магнитные и электропроводящие);

в) материалы изоляционные.

Конструктивные материалы применяются для изготовления таких деталей и частей машин, преимущественным назначением которых является передача и восприятие механических нагрузок и напряжений и придание необходимых конструктивных форм отдельным узлам для правильного механического функционирования машины.

Активные материалы являются токопроводящими и магнитопроводящими и служат для создания необходимых условий для протекания электромагнитных процессов.

Изоляционные материалы имеют основное назначение электрически изолировать токопроводящие части от остальных деталей машины.

Целый ряд электрических машин работает в сложных физических условиях, поэтому к ряду материалов предъявляют смешанные требования как механические, так и магнитные и электрические. Теперь рассмотрим все классы материалов более подробно.

2.2.1 Магнитные материалы:

Для изготовления частей магнитопровода электрической машины применяют различные ферромагнитные материалы: электротехническая сталь различных сортов, чугун, стальное литьё, листовая и кованая сталь, специальные стальные сплавы( для постоянных магнитов).

С точки зрения магнитной цепи важнейшим свойством этих материалов является зависимость магнитной индукции от напряжённости поля и зависимость потерь на гистерезис и вихревые токи от индукции и частоты.

Электротехническая сталь. Структура электротехнической стали представляет конгломерат ферритовых зёрен, в растворе которых находятся другие, входящие в сталь элементы. Электротехническую сталь получают путём прокатки и затем подвергают отжигу.

В современных сортах электротехнической стали даётся небольшая присадка кремния. Кремний имеет два назначения. Во–первых, он способствует переводу имеющегося в стали углерода из цементита в графит, что снижает потери на гистерезис, и, во–вторых, увеличивает электрическое сопротивление стали, что уменьшает потери на вихревые токи, возникающие при работе в переменном магнитном поле. Присадка кремния свыше 1,8% заметно увеличивает магнитную проницаемость стали в слабых магнитных полях, но несколько уменьшает её в сильных полях. Равным образом кремний ослабляет старение стали, выражающееся в увеличении потерь стали с течением времени.Загрезнение материала посторонними примесями ухудшает магнитные свойства стали.

Таблица 1–Содержание кремния и средний удельный вес стали.

Степень легирования стали	Содержание кремния, %	Средний удельный вес, г/см³
Слаболегированная…………	От 0,8 до 1,8	7,8
Среднелигированная………..	1,8–2,8	7,75
Повышенно–легированная
а) горячекатная…………..	2,8–4,0	7,65
б) холоднокатаная ……….	2,5–3,5	7,65
Высоколегированная……….	4,0–4,8	7,55

По способу обработки различают сталь горячекатаную и сталь холоднокатаную текстурированную. Последняя по сравнению с первой имеет лучшие магнитные свойства, но лишь в том случае, если магнитный поток идёт в направлении проката стали; в поперечном к прокату направлении магнитные свойства холоднокатаной стали гораздо хуже т.к. эта сталь обладает резкой анизотропией

Горячекатаная изотропная тонколистовая электротехническая сталь изготавливается в виде листов по ГОСТ 21427,3–75 следующих марок: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571 и 1572. По точности прокатки по толщине сталь подразделяется на сталь нормальной( Н) и повышенной (П) точности.

Холоднокатаную анизотропную тонколистовую сталь изготовляют в виде рулонов, листов и резаной ленты, толщиной 0,28; 0,30; 0,35 и 0,50 мм. Эта сталь выпускается следующих марок: 3311, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3404, 3405 . По виду покрытия она бывает: с электроизоляционным покрытием(ЭТ) и без него (БП).

Тонколистовая холоднокатаная изотропная электротехническая сталь выпускается в виде рулонов, листов и резаной ленты и имеет следующие марки: 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2311, 2312, 2411 и 2412. По типу покрытия её выпускают с термостойким электроизоляционным покрытием (ЭТ), с нетермостойким (Э) и без покрытия (БП). Изотропную рулонную сталь изготавливают толщиной 0,35; 0,50; 0,65 мм.

Первые цифры 1,2,3,4 обозначают степень легирования, а именно: 1–слаболегированная, 2– среднелегированная, 3– повышенно-легированная, 4– высоколегированная. Вторые за буквой цифры 1,2,3 обозначают качество стали данной марки в отношении удельных потерь стали, т.е. потерь в 1 кг стали при данной индукции и данной частоте. В последовательном порядке цифры 1,2,3 относятся к стали с нормальными, пониженными и низкими удельными потерями при частоте 50Гц. Третья за буквой цифра 0 означает, что сталь холоднокатаная текстурированная.

В машинах с частотой тока до 100 Гц обычно применяется листовая электротехническая сталь толщиной 0,5 мм, а иногда также, в особенности в трансформаторах, сталь толщиной 0,35 мм. При более высоких частотах используется более тонкая сталь. в особенности в трансформаторах, сталь толщиной 0,35 мм. При более высоких частотах используется более тонкая сталь листов электротехнической' стали стандартизованы, причем ширина листов составляет 240—1000 мм, а длина 1500—2000 мм.

Чугун применяется в настоящее время достаточно редко, вследствие своих плохих по сравнению со сталью магнитных качеств.

Стальное литьё. применяется в качестве магнитопровода для станин машин постоянного тока и ободов роторов синхронных машин.

Стальные поковки применяют для роторов генераторов и быстроходных электрических машин. Так как в роторах быстроходных машин при весьма высоких механических напряжениях имеют место и высокие магнитные индукции, то это значительно утяжеляет изготовление материала.

Таблица 2–Максимальные требования в отношении индукции.

Намагничивающая сила ,	40	125	500
Индукция, Тл	1,50	1,75	2,00

Электропроводящие материалы

Наиболее важным электропроводящим материалом, нашедшим себе широкое применение в электротехнике является медь. в следующей таблице приведены данные по удельному сопротивлению некоторых чистых металлов

Таблица 3–Удельное сопротивление некоторых чистых металлов.

Наименование металла	Удельное сопротивление в при t=20°C
Серебро	0,016220
Медь	0,016925

Различные примеси значительно влияют на электропроводность. Медь предназначенная для электрических проводников, не должна содержать больше 0,1% примесей. Особенно вредны примеси висмута и сурьмы. При холодной протяжке медь подвергается наклёпу, что увеличивает её удельное сопротивление. Последствия наклёпа устраняются отжигом.

Нормальное удельное сопротивление меди для электрических проводников принимается равным 0,017241 при t=20°C, удельный вес 8,9 , коэффициент удельного расширения , удельная теплоёмкость 390

и удельная теплопроводность 3,75 . В медь применяемую для изготовления коллекторных пластин добавляют кадмий, который увеличивает механическую прочность меди и благоприятно сказывается на качестве плёнки на повнрхности пластин, улучшая коммутацию.

Изоляционные материалы

В электрических машинах применяется большое количество различных изоляционных материалов. Основное их назначение– электрически изолировать токоведущие части. Поэтому главнейшее требование к изоляционным материалам– высокая диэлектрическая прочность. Так как изоляция машин работает при повышенных температурах, механических напряжениях и воздействиях атмосферной влаги и в некоторых случаях даже химических агентов, то диэлектрическая прочность должна сочетаться с теплостойкостью, теплопроводностью, влагостойкостью, химостойкостью и определённой механической прочностью. В зависимости от комбинаций требований меняются исходные изоляционные материалы и их механическая обработка.

Так как изоляционные материалы имеют различную теплостойкость, то в зависимости от сорта примененных изоляционных материалов может быть допущен тот или иной нагрев обмоток. Нормами ГОСТ 8865–70 предусмотрено деление изоляции на 7 классов в соответствии с предельно допускаемыми для них температурами.

Слюда, обладая диэлектрической, термической и химической стойкостью и хорошей расщепляемостью на отдельные тонкие листочки, является одним из основных элементов для электрической изоляции. На основе слюды изготовляется коллекторный миканит, формовочный миканит, гибкий миканит и микаленты. В тяговых двигателях применяется микалента толщиной 0,075; 0,1 и 0,13 мм. Обычная микалента изготовляется на тонкой бумажной основе, на которую черным асфальтовым лаком наклеиваются пластинки расщеплённой слюды. Нагревостойкая микалента имеет подложку из стеклоткани, изготавляемую из кручёных стеклянных нитей, и кремнийорганические связующие лаки. Резиноткань представляет собой эластичный электроизоляционный материал из бесщелочной стеклоткани, пропитанной теплостойким кремнийорганическим лаком.

Таблица 4– Семь классов электроизоляционных материалов

Обозначение класса теплостойкости	Допустимая температура, °С	Краткая характеристика основных групп материалов, соответствующих данному классу теплостойкости
У	90	Непропитанные волокнистые материалы из целлюлозы и шёлка.
А	105	Пропитанные волокнистые материалы из целлюлозы и шёлка.
Е	120	Некоторые синтетические органические плёнки
В	130	Материалы на основе слюды( в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами.
F	155	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с синтетическими связующими и пропитывающими составами.
H	180	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры.
C	более 180	Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими, или элементно-оргпническими связующими составами.

Двух- или трехкратной пропиткой обмоток лаками, чередуемой с просушками, достигается заполнение пор в изоляции, что повышает теплопроводность и электрическую прочность изоляции, уменьшает ее гигроскопичность и скрепляет элементы изоляции в механическом отношении. Требования предъявляемые к лакам, заключаются в следующем:

1) лак должен иметь достаточную электрическую прочность;

2) должен хорошо пропитывать изоляционные материалы

3) лаковая плёнка должна быть влагостойка и химостойка;

4) лак должен быть теплостоек и при нормальных температурах не должен давать трещин и терять эластичность.

В ряде случаев лак, кроме того, должен обладать хорошими клеящими свойствами. Удовлетворить всем этим требованиям очень трудно. Поэтому применяются разные лаки. Комбинированная пропитка в нескольких лаках позволяет получить максимально возможное удовлетворение всех требований.

Для компаундировки обмоток (заполнения воздушных пространств и изоляции) применяются асфальтовые компаунды. Основные свойства их состоят в следующем: удельный вес 1,1 , точка размягчения 88–93 °С, точка плавления 100–110°С, вспышка 250°С, электрическая прочность 30кВ при 60°С.

За последнее время разработаны новые изолирующие материалы, основанные на применении миканитовых лент, пропитанных лаками, состоящими из стирена, полиэстров и некоторых катализаторов. Они нечувствительны к влаге, а также к влиянию химических агентов; имеют большую механическую прочность и в то же время достаточную гибкость, что весьма важно для длинных секций; обладают большой теплопроводностью и диэлектрической прочностью.

Магнитная цепь двигателя

Назначение магнитной цепи.

Действие электромагнитных механизмов, и, в частности, электрических машин является следствием наличия магнитного поля и протекающего по проводникам тока. Именно искажение продольных магнитных линий главных полюсов поперечным магнитным полем проводника с током и создаёт электромагнитную силу и как следствие электромагнитный момент на валу якоря. А явление индуцирования ЭДС при вращения рамки в электромагнитном поле было положено в основу создания электрических машин–генераторов.

Магнитная цепь электрической машины замкнута. Основной магнитный поток последовательно проходит через сердечник главного северного полюса, воздушный зазор, зубцовый слой якоря, спинку якоря, снова через зубцовый слой и воздушный зазор , сердечник южного полюса и через ярмо станины возвращается в сердечник северного полюса. Основной магнитный поток является продольным магнитным полем, он составляет только часть потока, создаваемого полюсом. Другая часть потока, называемая потоком рассеивания, ответвляется в пространство между полюсами и, следовательно не проходит в якорь. Уменьшение потока рассеивания является очень актуальной задачей в нынешнее время. Следовательно магнитный поток создаваемый обмоткой возбуждения равен:

Одной из наиболее практически важных классификаций генераторов является их классификация по способу создания магнитного потока, эта классификация практически также важна как классификация генераторов по мощности, но немного важнее. По этой классификации генераторы классифицируют на генераторы независимого возбуждения, машины с постоянными магнитами и генераторы с самовозбуждением, которые в свою очередь делят на машины с параллельным, последовательным и со смешанным возбуждением .

От правильности расчёта магнитной цепи зависит качество работы и надёжность электрической машины, коммутация, а также практически все её показатели и характеристики. Поэтому первейшей задачёй инженера является чёткое осознание важности магнитной цепи в электрической машине, знание её основных частей и понимание методов расчёта и проектирования магнитной цепи

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 717; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!