Контрольная по материаловедению. Методические указания и контрольные задания г. Чебоксары 2015 электротехнические материалы, применяемые в электрических машинах
 Скачать 24.2 Kb.
|
|
Чебоксарский техникум строительства и городского хозяйства Минобразования Чувашии (ГАПОУ ЧР «ЧТСГХ») Материаловедение Методические указания и контрольные задания. г. Чебоксары 2015 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ Эксплуатационные свойства и надежность электрической машины во многом определяются технологией изготовления и качеством применяемых материалов. В электромашиностроении применяют различные магнитные, проводниковые и изоляционные материалы. Магнитные материалы. Магнитопроводы электрических машин изготовляют из листовой электротехнической стали, стального литья и листовой углеродистой стали. В зависимости от структурного состояния и способа прокатки электротехнические стали делят на горячекатаные и холоднокатаные. Горячекатаная сталь имеет поликристаллическую структуру, в которой кристаллы, имеющие форму куба, расположены хаотично, что приводит к практической изотропности свойств стали. Холоднокатаная сталь в результате холодной прокатки и отжига получает специальную структуру, при которой кристаллы ориентированы в определенном направлении. Различают сталь с ребровой структурой, когда кристаллы ориентированы вдоль направления проката ребром куба, и сталь с кубической структурой - при ориентации кристаллов стороной куба. Сталь с ребровой структурой обладает ярко выраженной магнитной анизотропией. При этом вдоль направления прокатки обеспечивается наименьшее магнитное сопротивление, а в поперечном направлении или под углом к направлению прокатки - наибольшее. Поэтому при изготовлении магнитопроводов из такой стали необходимо, чтобы направление магнитного потока на всем его пути совпадало с направлением прокатки. Сталь с кубической структурой изотропна, т. е. имеет одинаково высокие магнитные свойства как вдоль, так и поперек прокатки. Электротехническую сталь изготовляют различной толщины и выпускают в листах и рулонах. При частоте 50 Гц применяют сталь толщиной 0,28; 0,30; 0,35 и 0,5 мм; при частоте 400 Гц - 0,1 и 0,2 мм. Для трансформаторов, работающих на частотах свыше 2,5 кГц, используют сталь толщиной до 0,05 мм. Главной легирующей присадкой электротехнической стали является кремний, наличие которого уменьшает магнитные потери в стали. Содержание кремния в стали составляет 0,4 - 4,8 % и чем оно выше, тем ниже потери. Однако добавка кремния повышает твердость и хрупкость стали, что затрудняет ее обработку. Поэтому высоколегированную сталь (с содержанием кремния 2,8 - 3,8 % и выше) применяют при изготовлении трансформаторов и крупных вращающихся машин. Для изготовления магнитопроводов малых машин, у которых в роторе и на статоре должны быть выштампованы пазы сравнительно сложной конфигурации, применяют сталь с содержанием кремния 0,4-1,9%. Электротехническую сталь поставляют на электромашиностроительные заводы в виде листов, рулонов или резаной ленты, в основном в термически обработанном состоянии с электроизоляционным нагревостойким или ненагревостойким покрытием, а также без покрытия. В качестве изоляции используется слой оксидной пленки толщиной 3 - 5 мкм или лаковой пленки толщиной 15 - 20 мкм. Различные марки электротехнической стали обозначают четырехзначными числами (например, 1211; 2013; 2212; 3413; 3416 и т. п.). Первая цифра означает принадлежность стали к тому или иному классу (1 — горячекатаная изотропная; 2 — холоднокатаная изотропная; 3 — холоднокатаная анизотропная с ребровой структурой). Вторая цифра означает содержание кремния (от 0,4 до 4,8 %); третья цифра — группа по основной нормируемой характеристике (удельным магнитным потерям при определенной индукции и частоте перемагничивания); четвертая цифра — порядковый номер типа стали. Для изготовления магнитопроводов современных асинхронных двигателей с высотой оси вращения до 180 мм используют сталь марки 2013, при больших высотах вращения —марок 2212, 2312 и 2421. Статоры синхронных машин изготовляют из сталей тех же марок. Сталь 2013 обладает высокой магнитной проницаемостью и сравнительно низкими потерями на перемагничивание. После штамповки листы подвергают рекристаллизационному отжигу (для устранения ухудшения магнитных свойств стали в результате образования наклепа при технологических операциях) и оксидации для создания изоляционного слоя. Стали марок 2212,2321 и 2411 имеют электроизоляционное покрытие и не требуют отжига. Применение этих сталей, имеющих низкие потери, повышает КПД и, кроме того, упрощает технологию изготовления, так как не требуется отжиг листов большого размера. В машинах постоянного тока для сердечников якорей машин с высотой оси вращения до 200 мм применяют сталь марок 2013. Для снятия наклепа после штамповки сталь отжигают, а затем изолируют. При больших высотах вращения используют стали марок 2112, 2212, 2312, 2411. При изготовлении магнитопроводов трансформаторов используют холоднокатаные анизотропные стали марок 3412 — 3413 с изоляционным покрытием; после штамповки сталь отжигают. Применение холоднокатаной анизотропной стали усложняет конструкцию и технологию изготовления магнитопроводов, так как при этом требуется исключить прохождение магнитного потока поперек прокатки или, по крайней мере, уменьшить длину участков, где это необходимо. По тем же причинам во вращающихся электрических машинах из-за более сложной конфигурации их магнитопроводов такая сталь находит ограниченное применение — только в очень крупных машинах для изготовления сегментов, из которых собирают сердечники статора и ротора (стали марок 3411—3413). Полюсы машин постоянного тока и синхронных машин собирают из листов низкоуглеродистой конструкционной стали толщиной 1—2 мм или электротехнической стали 3411. Корпуса машин постоянного тока изготовляют путем сварки из листовой низколегированной магнитно-мягкой стали или стального литья, так как они являются частью магнитопровода. Стальное литье применяют также для изготовления станин и роторов синхронных машин. Валы машин выполняют из высокопрочных конструкционных сталей с добавкой хрома, никеля и т. п. Особенно сложно изготовить роторы турбогенераторов, в которых сталь одновременно должна обладать и высокой прочностью, и хорошей магнитной проницаемостью. Проводниковые материалы. В электромашиностроении применяют медь и алюминий. Медь значительно дороже алюминия, однако ее используют для изготовления обмоток чаще, чем алюминий, так как она обладает более высокой электропроводностью (примерно в 1,6 раза), что позволяет сократить габариты машин. Для изготовления круглых и прямоугольных проводов обмоток электрических машин и трансформаторов применяют проводниковую медь высокой чистоты, получаемую в электролитических ваннах; она отличается весьма низким содержанием посторонних примесей (содержание меди 99,95 %). Алюминиевые провода также применяют для изготовления обмоток вращающихся электрических машин, но только в том случае, когда эти обмотки имеют сравнительно малую тепловую нагрузку. Используют алюминий и для изготовления обмоток трансформаторов, где увеличение размера обмоток Меньше влияет на увеличение габаритов и массы, чем во вращающихся электрических машинах. В качестве токопроводящего материала контактных колец и коллектора кроме меди применяют бронзу и даже сталь (для контактных колец), так как для этих деталей важна не только электропроводность, но и высокая механическая прочность. Изоляционные материалы. Основные требования, предъявляемые к изоляции,— нагревостойкость, высокая электрическая прочность, влагостойкость, хорошая теплопроводность, высокая механическая прочность и эластичность. Нагревостойкость изоляции является основным требованием, определяющим надежность работы и срок службы электрической машины, который нормально составляет 15 — 20 лет. При нагреве изоляции возникают электрохимические и термические процессы, приводящие к ее старению, т. е. к потере изолирующих свойств и механической прочности. Электроизоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении, в зависимости от нагревостойкости подразделяют на семь классов: Y, А, Е, В, F, Н, С, характеристики которых приведены в таблице. К классу Y относят текстильные и бумажные материалы, изготовленные из хлопка, натурального шелка, целлюлозы и полиамидов (ленты, бумага, картон, фибра), древесину и пластмассы с органическими наполнителями. В класс А входят материалы класса Y, пропитанные изоляционным составом или погруженные в жидкие диэлектрики (натуральные смолы, масляные, асфальтовые, эфироцеллю-лозные лаки, трансформаторное масло, термопластичные компаунды); лакоткани, изоляционные ленты, лакобумаги, электрокартон, гетинакс, текстолит, пропитанное дерево, древесные слоистые пластики, некоторые синтетические пленки, изоляция проводов типа ПБД, ПЭВЛО, ПЭЛШО и другие из хлопчатобумажной ткани, шелка и лавсана, эмалевая изоляция проводов типа ПЭЛ, ПЭМ, ПЭЛР и ПЭВД и др. Класс Е составляют синтетические пленки и волокна, некоторые лакоткани на основе синтетических лаков, термореактивные синтетические смолы и компаунды (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые), изоляция проводов типа ПЛД, ПЭПЛО из лавсана, эмалевая изоляция проводов типа ПЭВТЛ, ПЭВТЛК и другие на основе полиуретановых и полиамидных смол. В класс В включают материалы на основе слюды (миканиты, микаленты, слюдиниты, слюдопласты), стекловолокна (стеклоткани, стеклолакоткани) асбестовых волокон (пряжа, бумага, ткани) с бумажной, тканевой или органической подложкой; пленкостеклопласт «Изофлекс»; пластмассы с неорганическим наполнителем; слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов; термореактивные синтетические компаунды; эмалевая изоляция проводов типа ПЭТВ, ПЭТВД и другие на основе полиэфирных лаков и термопластических смол. Пропитывающими составами служат битумно-масляно-смоляные лаки на основе природных и синтетических смол.
Задания При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования: - в контрольную работу следует записывать контрольные вопросы. - после вопроса должен следовать ответ на него. Содержание ответов должно быть подробным. 1 вариант Трехфазный трансформатор 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства) 4. Полупроводниковые химические соединения. Карбид кремния, свойства, получение, применение. 2 вариант Синхронный генератор 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства) 4. Материалы высокой проводимости. Алюминий, свойства, марки, применение. Характеристика свойств меди и алюминия. 3 вариант Гидрогенератор 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4.Физико-химические и механические свойства диэлектриков. 4вариант Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4. Изоляционные лаки (марки, свойства). 5 вариант Асинхронный двигатель с фазным ротором 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4. Изоляционные эмали, компаунды (марки, свойства). 6 вариант Двигатель постоянного тока 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4.Основные виды проводниковых материалов. 7 вариант Генератор постоянного тока 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4.Что представляет собой электрический пробой диэлектриков. 8 вариант Электромагнитный контактор тепловоза 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4. Каковы основные особенности ферромагнитных материалов? 9 вариант Тяговый генератор тепловоза 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4. Газообразные диэлектрики и их особенности. 10 вариант Токоприемники троллейбуса 1. Дать полное описание конструкции электрического устройства. 2. Поочередно описать каждую часть конструкции : А) из какого материала изготавливается (состав, марка, свойства); Б) каким материалом может заменятся (состав, марка свойство). 3. Дать полное описание изоляции электрического устройства (состав, месторасположение, свойства). 4. Чем обусловливается термочувствительность полупроводников и где используется? |