кремния имеет меньшую магнитную проницаемость и большие удельные потери, но и большее значение индукции насыщения. С повышением содержания кремния возрастает хрупкость стали, что создает определенные трудности при штамповке (образование трещин). Это обстоятельство ограничивает применение высоколегированных электротехнических сталей для изготовления сердечников при небольших размерах зубцов и пазов. По способу прокатки стали подразделяются на холоднокатаные и горячекатаные.

Тонколистовая холоднокатаная электротехническая сталь выпускается в виде рулонов, листов и резаной ленты. Горячекатаная электротехническая сталь выпускается в листах. Поставка холоднокатаной стали в рулонах и резаных лентах позволяет автоматизировать штамповку, что значительно повышает производительность труда и уменьшает отходы.

Обозначение марки стали состоит из четырех цифр:

первая - класс по виду прокатки и структурному состоянию:

1 - горячекатаная;

2 - холоднокатаная изотропная (имеющая одинаковые магнитные свойства вдоль и поперек направления проката);

3 - холоднокатаная анизотропная (магнитные свойства вдоль направления проката лучше, чем поперек);

вторая - содержание кремния: О - до 0,4 % (нелегированнная); 1-0,4-0,8%; 2-0,8-1,8%; . 3-1,8-2,8%; 4-2,8-3,8%; 5-3,8-4,8%;

третья - группа по основному нормируемому показателю:

О -удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (Р 7/5о);

1-удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (Р 5/5о);

2 -удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (РьоАоо);

6 - магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (Boa) ;

7 -магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (Bi,o);

четвер.тая - порядковый номер типа стали.

Для определения удельных потерь в стали при магнитной индукции В и частоте /, отличающихся от значений, приведенных в ГОСТ, следует воспользоваться формулой пересчета

Яв7 = Р.,5;5о(5/1,5)М 50)Р, (2.1)

где р - показатель степени, зависящий от марки электротехнической стали (см. § 6.1).

Элементы магнитопровода, изготавливаемые из листовой электротехнической стали, имеют шихтованную конструкцию, т. е. вы-

полняются в виде пакета выштампованных листов, изолированных друг от друга изоляционной пленкой (лак, оксидная пленка), которая служит для уменьшения потерь на вихревые токи. Заполнение такого пакета сталью зависит от толщины листов стали, толщины изоляционной пленки, качества поверхности листов и усилия запрессовки и учитывается коэффициентом заполнения пакета сталью (с), равным отношению сечения чистой стали (без изоляции) ко всему сечению пакета.

В современных единых сериях асинхронных двигателей (4А) и машин постоянного тока (2П) преимущественное применение получили холоднокатаные изотропные стали марок 2013, 2312 и 2411.

Холоднокатаные изотропные стали обладают высокими магнитными свойствами, хорошим качеством поверхности, малой разно-толщинностью. Применение этих сталей позволит существенно улучшить энергетические показатели и уменьшить массу электрических машин.

Для изготовления сердечников главных полюсов применяют листовуюконструкционную сталь толщиной 1-2 мм либо анизотропную холоднокатаную электротехническую сталь марки 3411 толщиной 1 мм. При изготовлении сердечников из анизотропной стали необходимо, чтобы продольная ось полюса совпадала с направлением проката стали. Применение холоднокатаной стали марки 3411 для сердечников главных полюсов позволяет уменьшить магнитное рассеяние добавочных полюсов и ослабить размагничивающее действие реакции якоря. Объясняется это тем, что магнитный поток обмотки якоря, проходя поперек сердечников главных полюсов, т. е. перпендикулярно направлению проката электротехнической стали, испытывает повышенное магнитное сопротивление, что и ведет к уменьшению этого потока.

Станины машин постоянного тока изготавливают из стальных цельнотянутых труб либо гнут и сваривают из стального листа марки СтЗ. В некоторых случаях станины делают шихтованными из электротехнической стали.

2.3. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Требования к электроизоляционным материалам весьма разнообразны, так как их свойства во многом определяют эксплуатационную надежность, габаритные размеры, массу и стоимость машины.

Одним из важнейших свойств электроизоляционного материала является нагревостойкость - способность материала выполнять функции при воздействии рабочих температур в течение времени, определяемого сроком службы электрической машины.

По нагревостойкости все электроизоляционные материалы разделяются на семь классов, при этом каждому классу нагревостойкости соответствует своя предельно допустимая температура:

Класс нагревостойкости . . . Y А Е В F К С Предельно допустимая температура, С....... 90 105 120 130 155 180 >180

Класс нагревостойкости А, Волокнистые материалы из бумаги, хлопка, шелка, древесины и т. д., пропитанные жидкими диэлектриками либо погруженные в них. К этому классу относятся также изоляция эмальпроводов на основе масляных и полиамидно-ре-зольных лаков, полиамидные пленки, бутилкаучуковые и другие материалы. Пропитывающими веществами для данного класса материалов являются трансформаторное масло, масляные и асфальтовые лаки и другие вещества соответствующей нагревостойкости. К данному классу относятся лакобумаги, лакоткани, плен-коэлектрокартон, гетинакс, текстолит.

В настоящее время электроизоляционные материалы класса нагревостойкости А имеют ограниченное применение в электрических машинах.

Класс нагревостойкости Е. Изоляция эмальпроводов и электроизоляционные материалы на основе полиуретановых, эпоксидных, полиэфирных смол и других синтетических материалов аналогичной нагревостойкости.

Класс нагревостойкости В. Материалы на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих, пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагревостойкости органического происхождения с содержанием органических веществ по массе не более 50 %. К этому классу относятся материалы на основе щепаной слюды: миканит, микалента, микафолий. К классу В относятся различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, фторопласт-3, некоторые полиуретановые смолы, пластмассы с неорганическим наполнителем.

Класс нагревостойкости F. Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с применением органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими и другими нагревостой-кими смолами. Изоляция этого класса не должна содержать хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка.

Класс нагревостойкости Н. Те же материалы, что и в классе F, но с соответствующими по нагревостойкости кремнийорганическими лаками и смолами.

Эксплуатация изоляционного материала в соответствии с температурами, указанными для каждого класса нагревостойкости, обеспечивает ему длительный срок службы (20-25 лет) без заметной потери изоляционных и механических свойств. Если материал использовать при температурах, превышающих указанные для соответствующего класса нагревостойкости, то срок службы изоляции резко сокращается. Это объясняется интенсивным тепловым старением материала, сопровож;даемым утратой им электроизоляционных свойств и механической прочности. Экспериментально показано, что при повышении температуры на 10°С против установленной классом нагревостойкости для материалов класса А и В срок службы изоляции сокращается примерно вдвое. Примерно такое же влияние оказывает превышение температуры и на материалы других классов нагревостойкости. Поэтому важнейшей

задачей разработчика электрической машины является правильный выбор класса нагревостойкости изоляционных материалов, т. е. класс нагревостойкости выбранного материала должен соответствовать фактичес1Юй рабочей температуре частей машины: если эта температура выше допустимой для изоляции, то срок службы машины резко сократится; если же температура частей машины намного ниже допустимой, то машина будет недостаточно использована, а это значит, что ее габаритные размеры и стоимость будут неоправданно завышены. Исключение составляют машины, к которым предъявляется требование повышенной надежности. При проектировании этих машин допускается применение изоляции более высокого класса нагревостойкости, чем это требуется фактической температурой.

Электроизоляционные материалы должны обладать также высокой теплопроводностью, обеспечивающей необходимый отвод теплоты от обмоток машины, должны быть эластичными и механически прочными, т. е. не разрушаться как в процессе изготовления машины, так и при ее транспортировке и эксплуатации, когда изоляция обмоток подвергается воздействию ударных и вибрационных нагрузок, электродинамических усилий и т. д.

Обычно электрическая изоляция обмотки машины состоит из нескольких видов электроизоляционных материалов, образующих систему изоляции. Непременным условием надежной работы такой системы является совместимость всех ее составляющих.

Кроме того, изоляционные материалы должны обладать требуемыми теплостойкостью, влагостойкостью, холодостойкостью и т. д.

Изоляция обмоток по своим функциям подразделяется на пазовую (корпусную), витковую и проводниковую, проводниковая изоляция - это изоляция обмоточного провода. Витковая изоляция - это изоляция, нанесенная на виток. Витковая изоляция обычно применяется лишь в высоковольтных машинах. Пазовую (корпусную) изоляцию либо накладывают на катушки (секции) обмотки, либо устанавливают в пазы машины до укладки обмотки. Кроме того, в пазы машины помещают прокладки: на дно паза, под клин и между слоями обмотки.

Надежность машины при эксплуатации в значительной степени зависит от пропитки как обмотки в целом, так и отдельных изоляционных материалов. Требования к применяемым для этой цели пропиточным лакам чрезвычайно разнообразны и заключаются в Следующем: достаточная изоляционная прочность; хорошая пропитывающая способность; влагостойкость и химостойкость; при рабочих температурах лак не должен давать трещин и терять эластичность; в некоторых случаях лак должен обладать хорошими клеящими свойствами. Кроме того, пропиточные составы должны быть совместимы с изоляционными материалами и не должны вызывать заметного снижения их теплопроводности.

Удовлетворить всему комплексу этих требований очень трудно Поэтому иногда применяют комбинированную пропитку в различных лаках, каждый из которых в какой-то степени обладает одним из требуемых свойств.

в современных электрических машинах получили широкое применение композиционные электроизоляционные материалы. Такой материал представляет собой сочетание полимерных пленок с различными гибкими изоляционными материалами на основе синтетических волокон. Указанные компоненты соединяют между собой клеящими составами. Функции компонентов различны: пленка принимает на себя электрическую и механическую нагрузки, а волокнистые материалы придают композиции необходимые технологические свойства - жесткость, упругость, надежную связь между поверхностью пазовой изоляции и прилегающими к ней поверхностью катушек с одной стороны и поверхностью магнитопровода с другой. Непременным условием при подборе компонентов является их полная совместимость.

Композиционные материалы обладают высокими механическими свойствами, что позволяет поставлять их в рулонах и применять при механизированном способе укладки обмоток. Примерами композиционного материала могут служить пленкосинтокартоны марок ПСК-Ф и ПСК-ЛП, состоящие из полиэтилентерефталатной пленки (ПЭТФ), оклеенной с двух сторон бумагой из фенилоново-го волокна (ПСК-Ф) или бумагой из лавсанового волокна с пропиткой (ПСК-ЛП) или без нее (ПСК-Л).

Конкретные виды электроизоляционных материалов и их маркировка приведены в примерах конструкции изоляции пазовой и лобовой частей обмоток электрических машин.

2.4. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА

В качтве проводниковых материалов в электромашиностроении широко применяется электролитическая медь и реже рафинированный алюминий. Необходимо иметь в виду, что основной параметр меди - электрическая проводимость - в значительной степени зависит от наличия даже небольшого количества примесей. Поэтому медь, предназначенная для электрических проводов, не должна содержать более 0,1 % примесей. При холодной протяжке медь подвергается наклепу, становится более твердой и ее удельное электрическое сопротивление возрастает. Отжиг возвращает меди первоначальные свойства.

Для заливки короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей применяют алюминий. В результате заливки в стержнях и ко-роткозамьжающих кольцах появляются воздушные включения, а при заливке под давлением алюминий приобретает волокнистую структуру. Все это ведет к некоторому увеличению электрического сопротивления клетки.

Известно, что с ростом температуры удельное электрическое сопротивление меди и алюминия увеличивается. В соответствии с ГОСТ 183-74 расчетная рабочая температура принимается равной 75 °С для обмоток с изоляцией классов нагревостойкости А, Е и В, 115°С для обмоток с изоляцией классов нагревостойкости F и Н.

В табл. 2.1 для некоторых проводниковых материалов приведе-

ны значения удельного электрического сопротивления р при различных температурах.

Для изготовления коллекторных пластин применяют холоднокатаную медь (ГОСТ 3568-70), или медь с присадкой кадмия - кадмиевую медь (ГОСТ 4134-75), обладающую большей механической прочностью й меньшим износом на истирание.

Контактные кольца изготавливают из стали, чугуна или меди. Для осуществления скользящего контакта с коллектором или кон-

Таблица 2.2

Марка щетки

61 ш 611 ом

Переходное падение напряжения на пару щеток при рекомендуемой плотности тока, в

Допустимая плотность тока, А/мм

Допустимая скорость, м/с

Графитные

1,9 2,0 2,0

11 12 15

25 40

Давление на щетку, кПа

20-25

20-25 12-22

ЭГ2А

ЭГ2АФ

ЭГ14

ЭГ51

ЭГ61

ЭГ71

ЭГ74

ЭГ74АФ

ЭГ85

МГ2 МГ4

мгсо

Электрографитироваииые

2,6 2,2 2,0 2,4 2,5 2,2 3,0 2,2 2.7 2,3 2,3

Металлографитные

0,5 1,1 0,2