Материалы, применяемые в производстве электрических машин

При производстве электрических машин используют про­водниковые, магнитные, изоляционные и конструктивные мате­риалы. Первые три группы материалов называют электро­техническими.

Проводниковые материалы. К ним относятся медные или алюминиевые изолированные провода круглого сечения, а также шины прямоугольного сечений, которые обычно изо­лируют при изготовлении обмоток. Шины различных сечений используют при изготовлении машин большой мощности. Электродвигатели и генераторы имеют, как правило, обмотки из медных проводов или шин, тогда как обмотки трансформа­торов могут изготовляться как из медных, так и из алюминие­вых проводов и шин. Удельное сопротивление алюминия при­мерно в 1,6 раз больше, чем у меди, поэтому трансформаторы с алюминиевыми обмотками превышают по габаритам и весу трансформаторы той же мощности с обмотками из меди.

Для обмоток используют медные провода круглого и пря­моугольного сечения марок ПЭТВ и ПЭТВП класса нагревостойкости изоляции В, круглые провода ПЭТ-155 и прямо­угольного сечения ПЭТП-155 класса F, провода ПЭТ-200 и ПЭТП-200 класса нагревостойкости Н. В электромашиностро­ении широко используются провода со стекловолокнистой изоляцией ПСД и ПСДТ класса нагревостойкости изоляции F, провода ПСДК и ПСДКТ класса изоляции Н.

Для литья короткозамкнутых обмоток асинхронных ма­шин используют алюминий марки А5 или слав АКМ12-4.

Изоляционные материалы применяются для предотвра­щения непосредственного электрического контакта различ­ных токоведущих частей электрических машин — витков, об­моток, вводов и т. д. Для изоляции проводов и увеличения электрической прочности промежутков в машинах использу­ются эмали, бумага, картон, материалы на основе целлюлозы, шелка, хлопка, слюды, асбеста, стекловолокна, фарфора и т. д.

Важнейшими характеристиками изоляции являются их теп­лостойкость (нагревостойкость), механическая и электрическая прочность, стойкость к воздействию влаги и химически актив­ных веществ. От теплостойкости изоляции зависит расход активных материалов, надежность и долговечность работы. Изоляционные материалы по нагревостойкости или темпера­турному индексу (ТИ) разделяют на семь классов (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов.

Указанные в таблице температуры являются предельно допустимыми для электроизоляционных материалов при их длительном использовании в электрических машинах и аппа­ратах, работающих в нормальных эксплуатационных условиях. Температуры в наиболее нагретом месте изоляции не должны превышать указанных предельно допустимых величин при работе электрооборудования в номинальном режиме.

В современном электромашиностроении преобладают тен­денции применения изоляционных материалов, обладающих повышенной теплостойкостью, что позволяет, благодаря умень­шению толщины изоляции, уменьшить габариты, вес при тех же электромагнитных нагрузках.

Магнитные материалы. Сердечники электрических ма­шин или магнитопроводы изготовляют из специальной элект­ротехнической стали, обладающей более высокой магнитной проницаемостью и низкими удельными потерями энергии, чем обычные конструкционные стали. Среди магнитомягких мате­риалов наиболее широко в электротехнической промышлен­ности применяются электротехнические тонколистовые стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.

Сталь электротехническая тонколистовая подразделяется:

1) по структурному состоянию и виду прокатки;

2) по содержанию кремния;

3) по основной нормируемой характеристике, определяющей потери в стали.

По структурному состоянию и виду прокатки различают три класса электротехнической тонколистовой стали:

1 класс — горячекатаная изотропная сталь;

2 класс — холоднокатаная изотропная;

3 класс — холоднокатаная анизотропная сталь с ребро­вой текстурой.

Изотропной называют сталь, имеющую одинаковые магнит­ные свойства в разных направлениях, анизотропной — сталь с неодинаковыми свойствами в разных направлениях.

Наиболее широко в настоящее время для трансформато­ров применяют холоднокатаные анизотропные электротехни­ческие стали. Для электрических машин применяют холодно­катаные и горячекатаные изотропные стали.

По содержанию кремния обозначают:

0 — сталь с содержанием кремния до 0,4% (нелегиро­ванная);

1 — сталь с содержанием кремния от 0,4 до 0,8%;

2 — сталь с содержанием кремния от 0,8 до 1,8%;

3 — сталь с содержанием кремния от 1,8 до 2,8%;

4 — сталь с содержанием кремния от 2,8 до 3,8%;

5 — сталь с содержанием кремния свыше 3,8 до 4,8%.

Добавление кремния в электротехническую сталь улучша­ет магнитные характеристики стали, повышает ее удельное электрическое сопротивление и снижает потери на вихревые токи, но и делает ее более хрупкой.

В зависимости от основной нормируемой характеристики сталь делят на группы:

0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (обозначаются P₁,₇/₅₀);

1 — удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (р_1,5/₅₀);

2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (р_1,0/50);

6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля Н = 0,4 А/м (B₀₄);

7 — индукция в средних магнитных полях при напряженно­сти 10 А/м (В₁₀).

Электротехнические стали обозначают посредством систе­мы вышеприведенных цифр. В обозначении марки цифры оз­начают:

первая (1, 2, 3) — класс по структурному состоянию и виду прокатки;

вторая (0—5) — содержание кремния;

третья — группу по основной нормируемой характеристи­ке. Первые три цифры в обозначении марки определяют тип стали;

четвертая — порядковый номер типа стали. Например, обозначение 1511 означает: сталь электротехническая тонко­листовая, горячекатаная изотропная, с содержанием кремния от 3,8 до 4,8%, с удельными потерями p_1,5/50, обозначение 3411 — сталь тонколистовая, холоднокатаная анизотропная, с содержанием кремния от 2,8 до 3,8%, с удельными потеря­ми p_1,5/50.

Конструктивные особенности современных машин пере­менного и постоянного тока заключаются в унификации их типовых узлов и деталей.