WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

1.2. Электротехнические материалы Значение электроматериалов. Материалы, применяемые в электромашиностроительной промышленности, в значительной степени определяют технические показатели электрических ма- шин. Одной из основных причин выхода из строя машин являет- ся старение и повреждение изоляции. В большинстве случаев мощность машин определяется допустимой температурой нагре- ва, которая ограничивается в основном тепловым старением изо- ляционных материалов. Например, для пропитанной хлопчато- бумажной изоляции при повышении температуры на 10°С выше установленной стандартом срок службы изоляции уменьшается примерно вдвое. Это объясняется тем, что с увеличением темпе- ратуры ускоряются химические процессы, изменяющие структу- ру материалов, из-за чего ухудшаются их механические и элек- трические свойства.

Повышенная нагревостойкость новых изоляционных мате- риалов позволяет существенно увеличить нагрузку машины.

Уменьшение толщины изоляции улучшает условие передачи те- пла и позволяет увеличить объем проводника в пазу, вследствие чего может быть увеличена мощность машины при сохранении ее габаритов. Использование высококачественной стали дает возможность существенно уменьшить вес и габариты машин и увеличить их КПД. Чем более высокую индукцию допускает сталь сердечников, тем меньше ее потери; чем большую темпе- ратуру допускает изоляция обмоток, тем более легкими получа- ются электрические машины.

Большое значение имеет механическая прочность конструк- тивных материалов, из которых изготовляются машины. Напри- мер, механические свойства современной стали ограничивают увеличение диаметра роторов синхронных генераторов, из-за че- го увеличение их мощности свыше определенных пределов встречает значительные трудности. Таким образом, успехи элек- тромашиностроения в значительной степени зависят от достиже- ний в области создания новых материалов и в первую очередь - электроизоляционных материалов.

Применяемые в электропромышленности материалы делятся на три группы: конструктивные, активные и электроизоляцион- ные.

Конструктивные и активные материалы. Из конструктив- ных материалов изготовляют части машин, несущие механиче- скую нагрузку.

В электромашиностроении применяются в основном те же конструктивные материалы, что и в общем машиностроении.

К ним относятся сталь, чугун, цветные металлы, их сплавы и пластмассы. Активные материалы служат для проведения маг- нитного потока машины и электрического тока; они делятся на токопроводящие и магнитопроводящие.

В качестве основного токопроводящего материала до по- следнего времени использовалась медь, которая сравнительно дешева, имеет малое удельное электрическое сопротивление, хо- рошо сваривается и обладает хорошими антикоррозийными свойствами. Однако медь дефицитна, поэтому в последние годы в качестве проводникового материала начали применять более дешевый и широко распространенный алюминий. Его достоинст- вами являются малый удельный вес и легкость механической об- работки. Недостатками алюминия являются повышенное удель- ное электрическое сопротивление, плохая свариваемость и обра- зование оксидной пленки, что затрудняет получение надежных электрических контактов при механическом соединении прово- дов.

Вследствие повышенного удельного электрического сопро- тивления на одинаковую мощность и быстроходность машины с алюминиевыми обмотками имеют большие габариты по сравне- нию с машинами, имеющими медные обмотки. Поэтому в круп- ных синхронных генераторах, габариты которых предельно до- пустимы, алюминиевые обмотки не применяются. Для пусковых обмоток синхронных и роторов асинхронных двигателей с по- вышенным сопротивлением обмоток широко применяют различ- ные медные сплавы, например, латунь и фосфористую бронзу.

К токопроводящим элементам относятся щетки, при помощи которых осуществляется съем тока с вращающихся обмоток че- рез контактные кольца или коллектор. Щетки обычно изготов- ляют на основе графита, угля и меди.

Основным магнитопроводящим материалом является листо- вая легированная электротехническая сталь, содержащая от 2 до 5% кремния. Присадка кремния увеличивает удельное электри- ческое сопротивление стали, в результате чего уменьшаются по- тери на вихревые токи, сталь становится устойчивой к окисле- нию и старению, но делается более хрупкой. В последние годы широко используется холоднокатаная текстурованная сталь с бо- лее высокими магнитными свойствами в направлении проката.

Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечник магнито- провода выполняется в виде пакета, собранного из листов штам- пованной стали. Толщина стального листа 0,5 или 0,35 мм при частоте перемагничивания f = 50 Гц. При более высоких частотах толщина листа выбирается еще меньшая - 0,2; 0,15; 0,1 мм. Для проведения постоянного магнитного потока по ярму широко ис- пользуется стальное литье и чугун.

Электроизоляционные материалы. Электроизоляционные материалы применяются для электрической изоляции токоведу- щих частей машины. Они должны иметь высокую электрическую прочность и хорошую теплопроводность, быть нагрево-, влаго- и химически стойкими. Изоляция должна обладать высоким элек- трическим сопротивлением и малыми диэлектрическими потеря- ми. От твердых материалов требуется достаточная механическая прочность и малая толщина.

По условию нагревостойкости твердые электроизоляционные материалы делятся на семь классов. Наибольшее распростране- ние до последнего времени имели материалы класса А, к которо- му относятся пропитанные бумага, картон, дерево, хлопчатобу- мажные и шелковые ткани. Материалы пропитываются для улучшения электрической прочности и теплопроводности, а так- же для уменьшения гигроскопичности. Пропитывающими веще- ствами могут служить трансформаторное масло, масляные лаки и битумные составы. Допустимая температура нагрева провода или стали для машин с изоляцией класса А составляет 105°С. При от- сутствии пропитки эти изоляционные материалы принадлежат к классу У, их допустимая температура нагрева 90°С [9].

Начинают широко применяться синтетические изоляционные материалы, имеющие малую толщину и высокие электрические и механические показатели. Синтетические органические пленки типа лавсан, пластмассы с органическим наполнителем и слои- стые пластики принадлежат к электроизоляционным материалам класса Е, допустимая температура нагрева которых 120°С.

В последнее время также получает распространение изоляция из неорганических материалов, к которой следует отнести стек- лоткани, сотканные из волокон толщиной 4-6 мкм. Их исходным материалом является бесщелочное стекло. Стеклоткани не гигро- скопичны и не чувствительны почти ко всем кислотам, обладают большой теплостойкостью и теплопроводностью. Допустимая температура стеклоткани ограничивается свойствами пропиточ- ных материалов. Исходным материалом классов В, F, Н и С яв- ляются стекловолокно, слюда и асбест. Эти классы различаются в зависимости от вида применяемых связывающих пропитываю- щих составов. Материалы, в которых применяются органические лаки и смолы повышенной нагревостойкости, принадлежат к классу В; их допустимая температура нагрева составляет 130°С.

В случае применения синтетических связующих составов мате- риалы относятся к классу F, их допустимая температура нагрева 155°С; при пропитывании кремнийорганическими связующими составами - к классу Н. имеющему допустимую температуру на- грева 180°С. Материалы без примеси связующих веществ при- надлежат к классу С. допустимая температура которого не огра- ничивается.

В класс В входят изделия из пластмассы с неорганическим наполнителем. Сюда же относятся высококачественные материа- лы, которыми являются микалента и микафолий, изготовляемые из пластинок слюды, склеенных между собой и наклеенных на бумагу. Они широко применяются для изоляции мощных син- хронных машин, так как удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к изоляционным материалам. Широкое распро- странение получает синтетическая изоляция типа термоластик, изготовленная на слюдяной основе с применением термоактив- ного полифиростирольного компаунда. Электроизоляционные и механические свойства термоластика выше, чем микаленты, но он имеет более сложную технологию изготовления.

Температура обмоток машины складывается из температуры окружающей среды и превышения температуры т обмоток по от- ношению к температуре среды. Стандартом на электрические машины оговариваются не предельно допустимые температуры нагрева, а допустимые превышения температуры т для изоляци- онных материалов данного класса и максимальная температура окружающей среды. Номинальный режим машины устанавлива- ют таким образом, чтобы превышения температуры т обмоток были не больше допустимых стандартом. Определение нагрузки по допустимому превышению температуры т способствует уве- личению срока службы машины, так как среднее значение тем- пературы окружающей среды меньше максимальной, установ- ленной стандартом для нормаль ных машин, равной +35°С (табл. 1.1).

Если по каким-либо причинам температура окружающего воздуха оказывается больше максимально допустимой, то на- грузка машины должна быть уменьшена таким образом, чтобы температура обмоток не превышала допустимой для данного класса изоляции. В случае же длительного уменьшения темпера- туры окружающего воздуха (например, зимой) увеличивать на- грузку выше номинальной нельзя, так как естественные колеба- ния температуры стандартом учитываются.

Таблица 1.Допустимое пре- Допустимое пре- Класс изоляцион- Класс изоляцион- вышение темпера- вышение темпера- ного материала ного материала туры., °С туры, °С 70 В А Е 85 F 1.3. Исполнение электрических машин Системы охлаждения. Помимо снижения КПД, действие потерь энергии проявляется также и в том, что они выделяются в виде тепла и нагревают отдельные части машины. Вследствие этого рабочий процесс электрических машин связан с нагревом.

Основная величина потерь энергии имеет место в активных ма- териалах, поэтому большая часть тепла выделяется в проводни- ках обмоток и в стали сердечников. Электрические машины вы- полняются с естественным и искусственным охлаждением. В ка- честве охлаждающих сред в разных машинах используется воз- дух, водород, масло и вода. При естественном охлаждении дви- жение охлаждающей среды может создаваться конвекцией или в результате вращения частей машины, если в ней нет специаль- ных вентиляционных приспособлений. Естественное охлаждение обычно имеют микромашины.

Вращающиеся электрические машины мощность ю более 0.6 кВт выполняются с искусственным охлаждением, которое осуществляется при помощи специальных вентиляционных уст- ройств. Применение вентиляции позволяет существенно увели- чить отвод тепла. Оно является экономически целесообразным.

так как при этом оказывается возможным повысить мощность.

Поэтому машины с искусственным охлаждением имеют меньшие габариты, вес и расход активных материалов.

Электрические машины малых и средних мощностей обычно выполняются с самовентиляцией. В этом случае напор охлаж- дающего воздуха создается вентилятором, укрепленным на валу, или вентиляционными лопатками и приспособлениями, поме- щенными на торцевой поверхности ротора.

В крупных машинах иногда применяют независимую венти- ляцию, при которой напор охлаждающего воздуха создается спе- циальным вентилятором, механически не связанным с валом ма- шины. Регулируя скорость вращения вентилятора, можно в зави- симости от величины нагрузки изменять интенсивность обдува.

Самовентиляция и независимая вентиляция могут быть про- точной, или разомкнутой (горячий воздух выбрасывается из ма- шины в окружающую среду, а из атмосферы засасывается хо- лодный воздух), и замкнутой (горячий воздух охлаждается в спе- циальных охладителях и подается вновь в машину). Замкнутая система вентиляции широко применяется в крупных синхронных машинах.

В машинах охлаждающий воздух может прогоняться в на- правлении оси вала (рис. 1.4, а). Такая система вентиляции назы- вается осевой (аксиальной) и может быть вытяжной или нагнета- тельной; в первом случае вентилятор помещается на «выходе», во втором - на «входе» воздуха. Воздух может прогоняться и в радиальном направлении (рис. 1.4. б), проходя, по каналам меж- ду пакетами стали и. обдувая, лобовые части обмоток. Такая сис- тема называется радиальной. Во многих случаях применяется комбинированная радиально-осевая система вентиляции.

Рис. 1.4. Системы вентиля ции: а-осевая; б- радиальная Виды исполнения электрических машин. Основным ис- полнением электрических машин являются защищенное и за- крытое обдуваемое. Машины в защищенном исполнении предо- хранены от случайного прикосновения к вращающимся и токо- ведущим частям, а также от попадания внутрь посторонних предметов. Двигатели, имеющие приспособления, защищающие их от попадания капель, падающих под углом к вертикали, назы- ваются брызгозащищенными. Доступ к вращающимся и токове- дущим частям при защищенном исполнении затруднен, так как вентиляционные окна, предназначенные для входа и выхода ох- лаждающего воздуха, расположены снизу таким образом, что брызги не могут попадать внутрь машины. В машинах закрытого исполнения непосредственное сообщение между ее внутренним пространством и окружающей средой отсутствует. Для лучшего охлаждения нагретых частей внутри машины создается циркуля- ция воздуха, которая в некоторых случаях осуществляется внут- ренним вентилятором. Корпус такой машины часто выполняется ребристым и обдувается внешним вентилятором, прогоняющим воздух, засасываемый из внешней среды, между корпусом и на- правляющим кожухом. В торцевой части кожуха имеются отвер- стия.

Закрытые машины могут быть герметическими, имеющими газонепроницаемое, водонепроницаемое и взрывобезопасное ис- полнения. Мощность закрытых невентилирусмых двигателей средних и больших мощностей при одинаковом нагреве обмоток должна быть значительно уменьшена (в 2 раза, а иногда и более) по сравнению с обдуваемыми машинами, имеющими те же габа- риты. У электрических микромашин объем активных частей, в которых выделяется тепло, по отношению к поверхности охлаж- дения небольшой. Поэтому они сравнительно хорошо охлажда- ются при закрытом необдуваемом исполнении. Электрические машины мощностью свыше 0,6 кВт имеют защищенное или за- крытое обдуваемое исполнение.

Ранее электрические машины иногда имели открытое испол- нение, не защищающее от случайных прикосновений к их вра- щающимся и токоведущим частям.

2. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ 2.1. Задание Описать конструкцию заданного электродвигателя, выпол- нить эскизы продольного и поперечного сечений двигателей. На выполненные эскизы нанести обозначения основных элементов конструкции, пояснить их назначение, назвать материалы, из ко- торых изготовлены эти элементы, узлы и детали.

2.2. Решить задачи Задача 2.1. Для трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором серии 4А, напряжение питающей сети 220/380 В. частота сети 50 Гц по данным таблицы 2.1 опре- дели номинальный вращающий момент на валу Мн, номиналь- ную частоту вращения ротора n1, мощность P1, потребляемую двигателем из сети, номинальные (линейные и фазные) токи об- мотки статора (механическими потерями пренебречь).

Построить механическую характеристику двигателя (при расчете критического сколь жения использовать формулу Клосса).

Рассчитать пусковой резистор в цепи статора для снижения пускового тока в а раз.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.