Технология сборки магнитопроводов. Общие сведения.

Части электрических машин, по которым проходит магнитный поток, называют магнитопроводами. При прохождении по магнитопроводу постоянного магнитного потока (не изменяющегося по направлению и величине) в нем не происходит потери энергии. В этом случае его можно изготовить из одного куска стали, например корпус машины постоянного тока.

Если магнитопровод имеет сложную геометрическую форму, например, полюсы машины постоянного тока или синхронной машины, его более экономично изготовить наборным из отдельных листов, отштампованных из конструкционной стали толщиной 2 — 4 мм.

При прохождении по магнитопроводу переменного магнитного потока (изменяющегося по направлению и величине или только по величине) в нем происходит потеря энергии, которую называют потерями в стали.

Потери в стали состоят из потерь на перемагничивание ее и вихревые токи. Магнитные потери определяют по формуле Рст = kfβВ2m, где PСТ — потери в стали; k — коэффициент, учитывающий увеличение потерь, вызванное наклепом при штамповке и другими причинами; f — частота перемагничивания; B — индукция в стали, m — масса стали; β — показатель степени, зависящий от марки стали.

Потери в стали вызывают нагрев магнитопровода и всей машины. Для уменьшения этих потерь магнитопроводы, по которым проходит переменный магнитный поток, собирают из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Электротехническая сталь — это специальная сталь, предназначенная для электрических машин. Ее химический состав и технология изготовления таковы, что обеспечивают наименьшие потери по сравнению с марками других сталей. По стоимости она примерно в два раза дороже конструкционной.

При проектировании электрических машин конструктор выбирает толщину электротехнической стали в зависимости от частоты перемагничивания магнитопровода. При перемагничивании с частотой 50 Гц обычно используют листы толщиной 0,5 мм, с частотой 400 Гц — 0,35 мм, а с частотой несколько, тысяч герц — 0,1 мм. Каждый лист имеет двустороннюю изоляцию, которая наносится на электротехническую сталь на металлургических заводах при ее изготовлении или на электромашиностроительных заводах после штамповки.

 

Штампованные листы статора и ротора
 Рис. 81, Штампованные листы статора (а) и ротора (б)
 

 

Магнитопроводы, собранные из отдельных листов, называют сердечниками. К таким сердечникам предъявляются следующие основные требования: минимальное смещение листов относительно друг друга; хорошая изоляция между листами (для сердечников, проводящих переменный магнитный поток); высокая плотность; высокий коэффициент заполнения сердечника сталью; надежное скрепление листов между собой, с корпусом или валом. Особенно высокие требования предъявляют к сердечникам, в которых обмотка укладывается механизированным способом.

Отштампованные листы статора (рис. 81а) и ротора (рис. 81б) имеют пазы 1 и 6, зубцы 2 и 7, шлицы пазов 3 к 8 (шлицем паза называют открытие паза, через которое устанавливают обмотку), спинки 5 и 9 и паз 4 (типа «ласточкин хвост») для скрепления листов в сердечник.

Различают пазы статора — полузакрытые (рис. 82, а, б, в), полуоткрытые (рис. 82г), открытые (рис. 82д) и ротора — закрытые (рис. 82, е, ж, з) и полузакрытые (рис. 82, и—м).

 

Форма пазов статора
 Рис. 82. Форма пазов статора (а, б, в — полузакрытые,
г — полуоткрытые, д — открытые) и
ротора (е, ж, з — закрытые, и - м — полузакрытые)
 
 

Полузакрытые пазы статора применяют для расположения в них круглого провода и поэтому шлиц, выполняют небольшого размера, достаточного для заведения через него провода в паз. Зубцы изготовляют с параллельными стенками, чтобы магнитный поток, проходящий через них, имел одинаковую плотность по высоте зубца. При этом форма паза получается с непараллельными стенками, что допустимо, так как круглый провод хорошо заполняет пространство паза такой формы.

Полуоткрытые и открытые пазы служат для расположения в них прямоугольных проводов, поэтому пазы изготовляют с параллельными стенками. Если обмотку можно разделить по ширине на две полуобмотки и устанавливать их в паз поочередно, шлиц паза выполняют несколько большим, чем половина ширины паза; если обмотку приходится устанавливать в паз неразделенную, ширина шлица паза должна быть равной ширине паза. При полуоткрытых и открытых пазах зубцы имеют разную ширину по высоте, поэтому и магнитный поток, проходящий по ним, имеет различную плотность, с чем приходится мириться.

Собранный сердечник (рис. 83) состоит из листов электротехнической стали 1, крайних листов 2, нажимных шайб 3 и восьми скоб 4. Размеры сердечника L1 и L2 в местах крепления скобами и между ними должны отличаться не более чем на 1 мм, шлиц паза bш по всей длине должен иметь отклонение от оси сердечника не более 0,2 мм; биение наружной поверхности Б относительно внутренней В должно быть не более 0,05 мм.

При сборке отдельные листы могут незначительно сдвигаться относительно друг друга, при этом паз в сердечнике, если смотреть на него на просвет, будет меньше, чем паз в отдельном листе. Уменьшение паза после сборки нежелательно, поэтому в чертежах указывают его допустимое значение на свету по сравнению с пазом в штампе. Обычно разница размеров зависит от качества штамповки и сборки сердечников и допускается от 0,2 до 0,4 мм.

 

Сердечник статора
 Рис. 83. Сердечник статора
 
 

После сборки отдельные зубцы могут отклоняться от сердечника в сторону, образовывая веер. Размер сердечника по зубцам 1, может оказаться больше, чем по спинке L. Веер зубцов снижает надежность работы машины. Отдельные зубцы могут повредить изоляцию паза и вызвать замыкание обмотки на корпус, что опасно для обслуживающего персонала, а также целостности машины. Веер зубцов также оговаривается в чертежах и в машинах небольшой мощности, допускается не более 1 мм, а в крупных машинах 2 — 3 мм.

Во избежание веера зубцов при проектировании сердечника принимают специальные меры, которые рассматриваются в соответствующих параграфах.

Сердечник должен быть плотный и монолитный. Он не должен перекашиваться при межоперационных транспортировках и запрессовании в корпус. Листы электротехнической стали, из которых собирается сердечник, имеют двустороннее электроизоляционное покрытие, которое не проводит магнитный поток, поэтому часть сердечника не участвует в его проведении. При расчете электрической машины необходимо знать, какая часть сердечника проводит магнитный поток. С этой целью введен коэффициент заполнения сердечника сталью К = т / (yV), где т — масса сердечника, кг; V — объем сердечника, м3; y — плотность стали, кг/м3.

В зависимости от марки стали, ее толщины, толщины покрытия и технологии сборки коэффициент заполнения колеблется в пределах от 0,98 до 0,93 и указывается в чертежах для каждого электродвигателя. Чем выше этот коэффициент, тем лучше качество сердечника при прочих равных условиях.

Технология сборки и скрепления сердечника зависит от:

  1. конструкции машины,
  2. габаритных размеров сердечника,
  3. толщины листов,
  4. последующих технологических операций.

Наиболее технологичной, с точки зрения последующих операций (укладки, обмотки, пропитки, механической обработки, сборки), является сборка сердечников на оправку с последующим запрессованием в корпус. Так можно собирать сердечники с наружным диаметром до 400 — 500 мм. Сердечники с большим диаметром получаются немонолитные, поэтому их собирают, устанавливая листы непосредственно в корпус машины. В него помещают также сегменты при сборке сердечников из сегментов. В отдельных случаях сердечники из сегментов собирают с конструктивными элементами, которые придают им необходимую жесткость. После сборки листы прессуют в сердечник и скрепляют.

При прессовании сердечников следует правильно выбирать усилия, поскольку чрезмерно большие приводят к увеличению потерь, а недостаточные не позволяют получить сердечник необходимой плотности.

На состав операций при изготовлении сердечника оказывает влияние используемая электротехническая сталь. В настоящее время металлургические заводы изготовляют эту сталь с электроизоляционным покрытием и без нее, с термической обработкой и без нее. Более перспективной и менее трудоемкой является сборка сердечников из электротехнической стали, имеющей электроизоляционное покрытие и не требующей термической обработки. В этом случае при высоком качестве штамповки на листоштамповочных установках и отсутствии заусенцев на листах листы непосредственно поступают на сборку.

Если применяют другую сталь, необходимы дополнительные операции термической обработки листов и нанесение на них электроизоляционного покрытия. При низком качестве штамповки и появлении заусенцев нужна операция их удаления.

Таким образом, при изготовлении сердечника выполняют следующие операции:

  1. штамповку листов;
  2. снятие заусенцев;
  3. термическую обработку листов;
  4. нанесение на обе стороны листов электроизоляционного покрытия;
  5. сборку листов;
  6. прессование и скрепление.

В зависимости от состояния электротехнической стали и качества штамповки некоторые операции могут быть исключены.

 
След. >

Новые статьи

 



           

Партнеры