Зависимость физических свойств электротехнической стали от содержания кремния

Свойства	Первая цифра марки стали
Содержание кремния (Si), %............Плотность, г.......Удельное сопротивление, ОМ-М.:........ Температурный коэффициент сопротивления^1, 1/град..........Удельная теплоемкость, вт ■ сек/(кг ■ град)...	0,8-1,8 7,80 0,25 ■ 10-е 0,0025 460	1,8-2,8 7,75 0,40 • Ю-» 0,0015	2,8-4,0 7,65 0,50 • 10~^в0,001	4,0—4,8 7,55 0,58 • 10-е 0,0008 480

С увеличением содержания кремния возрастает хрупкость стали. В связи с этим, чем меньше машина и, следовательно, чем меньше размеры зубцов и пазов, в которые укладываются обмотки, тем труднее использовать стали с повышенной и высокой степенью легирования. Поэтому, например, высоколегированная сталь применяется только для изготовления трансформаторов и очень мощных генераторов переменного тока.

В машинах с частотой тока до 100 гц обычно применяется листовая электротехническая сталь толщиной 0,5 мм, а иногда также, в особенности в трансформаторах, сталь толщиной 0,35 мм. При более высоких частотах используется более тонкая сталь, Размеры

листов электротехнической стали стандартизованы, причем ширина листов составляет 240—1000 мм, а длина 1500—2000 мм. В послед-

Рис. В-1. Кривые намагничивания ферромагнитных материалов

/ — электротехническая сталь Э11, Э21; 2 — электротехническая сталь Э31, Э41; 3 — малоуглеродистые литая сталь, стальной прокат и поковки для электрических машин 4 — листовая сталь толщиной I —2 мм для полюсов; 5 — сталь 10; 6 — сталь 30; 7 — холоднокатаная электротехническая сталь ЭЗЗО; 8 — серый чугун с содержанием: С — 3,2%, Si — 3,27%, Мп — 0,56%, Р — 1,05%; / X А — масштабы по осям / и А; II X Б — масштабы по осям II и Б

нее время расширяется выпуск электротехнической стали в виде ленты, наматываемой в рулоны.

На рис. В-1 представлены кривые намагничивания различных марок стали и чугуна, а в табл. В-5, согласно ГОСТ 802—58, —

величины удельных потерь р в наиболее распространенных марках электротехнической стали. Индекс у буквы р указывает на индукцию В в килогауссах (числитель) и на частоту / перемагничивания в герцах (знаменатель), при которых гарантируются приведенные в табл. В-5 значения потерь. Для марок Э310, Э320 и ЭЗЗО потери даны для случая намагничивания вдоль направления прокатки.

Таблица В-5

		Удельные потери в электротехнической	стали
Марка стали	Толщина листа, мм	Удельные потери, вт/кг	Марка стали	Толщина листа, мм	Удельные потери, вт/кг
Р10/50	Р15/50	Pi 7/50	РЮ/50	Р15/50	Pi 7/50
эп Э12 Э13 Э21 Э22 Э31 Э32 Э41	0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,35	3,3 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,8 1,55 1,35	7,7 7,5 6,5 6,1 5,3 4,4 3,9 3,5 3,0	—	Э42 Э43 Э310 Э320 ЭЗЗО	0,50 0,35 0,50 0,35 0,50 0,35 0,50 0,35 0,50 0,35	1,40 1,20 1,25 1,05 1,10 0,8 0,95 0,7 0,8 0,6	3,1 2,8 - 2,9 2,5 2,45 1,75 2,10 1,5 1,75 1,3	3,2 2,5 2,8 2,2 2.5 1,9

Потери на вихревые токи зависят от квадрата индукции, а потери на гистерезис — от индукции в степени, близкой к двум. Поэтому и общие потери в стали с достаточной для практических целей точностью можно считать зависящими от квадрата индукции. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, а на гистерезис — первой степени частоты. При частоте 50 гц и толщине листов 0,35—0,5 мм потери на гистерезис превышают потери на вихревые токи в несколько раз. Зависимость общих потерь в стали от частоты вследствие этого ближе к первой степени частоты. Поэтому удельные потери для значений В и /, отличных от указанных в табл. В-5, можно вычислять по формулам:

>.д-Р15/50^5У [_Wj,

где значение В подставляется в теслах (тл).

Приведенные в табл. В-5 значения удельных потерь соответствуют случаю, когда листы стали изолированы друг от друга. Для изоляции применяется специальный лак или весьма редко тонкая бумага.

При штамповке возникает наклеп листов электротехнической стали. Кроме того, при сборке пакетов сердечников происходит частичное замыкание листов по их кромкам вследствие появления при штамповке грата или заусенцев. Это увеличивает потери в стали до 1,5—4,0 раз.

Из-за наличия между листами стали изоляции, их волнистости и неоднородности по толщине не весь объем спрессованного сердечника заполнен сталью. Коэффициент заполнения пакета сталью при изоляции лаком в среднем составляет k_c = 0,93 при толщине листов 0,5 мм и k_c = 0,90 при 0,35 мм.

Изоляционные материалы. К электроизоляционным материалам, применяемым в электрических машинах, предъявляются следующие требования: по возможности высокие электрическая прочность, механическая прочность, нагревостойкость и теплопроводность, а также малая гигроскопичность. Важно, чтобы изоляция была по возможности тонкой, так как увеличение толщины изоляции ухуд¹ шает теплоотдачу и приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза проводниковым материалом, что в свою очередь вызывает уменьшение номинальной мощности машины. В ряде случаев возникают также и другие требования, например устойчивость против различных микроорганизмов в условиях влажного тропического климата и т. д. На практике все эти требования могут быть удовлетворены в разной степени.

Изоляционные материалы могут быть твердые, жидкие и газообразные. Газообразными обычно являются воздух и водород, которые представляют собой по отношению к машине окружающую или охлаждающую среду и одновременно в ряде случаев играют роль электрической изоляции. Жидкие диэлектрики находят применение главным образом в трансформаторостроении в виде специального сорта минерального масла, называемого трансформаторным.

Наибольшее значение в электромашиностроении имеют твердые изоляционные материалы. Их можно разбить на следующие группы: 1) естественные органические волокнистые материалы — хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целлюлозы и шелк; 2) неорганические материалы — слюда, стекловолокно, асбест; 3) различные синтетические материалы в виде смол, пленок из листового материала и т. д.; 4) различные эмали, лаки и компаунды на основе природных и синтетических материалов.

В последние годы органические волокнистые изоляционные материалы все больше вытесняются синтетическими материалами.

Эмали применяются для изоляции проводов и в качестве покровной изоляции обмоток. Лаки используются для склейки слоистой изоляции и для пропитки обмоток, а также для нанесения покровного защитное© слоя на извдяадю. Дву- или трехкратной пропиткой

обмоток лаками, чередуемой с просушками, достигается заполнение пор в изоляции, что повышает теплопроводность и электрическую прочность изоляции, уменьшает ее гигроскопичность и скрепляет элементы изоляции в механическом отношении.

Пропитка компаундами служит такой же цели, как и пропитка лаками. Разница заключается только в том, что компаунды не имеют летучих растворителей, а представляют собой весьма консистентную массу, которая при нагревании размягчается, сжижается и способна под давлением проникать в поры изоляции. Ввиду отсутствия растворителей заполнение пор при компаундировании получается более плотным.

Важнейшей характеристикой изоляционных материалов является их нагревостойкость, которая решающим образом влияет на надежность работы и срок службы электрических машин. По нагрево-стойкости электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах-, подразделяются, согласно ГОСТ 8865—70, на семь классов со следующими предельно допустимыми температурами ■0_макс:

Класс изоляции	Y	А	Е	В	F	Н	С
А "С "мако *■"							>180

В стандартах прежних лет содержатся старые обозначения некоторых классов изоляции: вместо Y, E, F, Н соответственно О, АВ, ВС, СВ.

К классу Y относятся не пропитанные жидкими диэлектриками и не погруженные в них волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, а также ряд синтетических полимеров (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.). Этот класс изоляции в электрических машинах применяется редко.

Класс А включает в себя волокнистые материалы из хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка, пропитанные жидкими электроизоляционными материалами или погруженные в них, изоляцию эмаль-проводов на основе масляных и полиамиднорезольных лаков (капрон), полиамидные пленки, бутилкаучуковые и другие материалы, а также пропитанное дерево и древесные слоистые пластики. Пропитывающими веществами для данного -класса изоляции являются трансформаторное масло, масляные и асфальтовые лаки и другие вещества с соответствующей нагревостойкостью. К данному классу относятся различные лакоткани, ленты, электротехнический, картон, гетинакс, текстолит и другие изоляционные изделия. Изоляция класса А широко применяется для вращающихся электрических

машин мощностью до 100 кет и выше, а также в трансформаторо-строении.

К классу Е относится изоляция эмальпроводов и электрическая изоляция на основе поливинилацеталевых (винифлекс, металвин), полиуретановых, эпоксидных, полиэфирных (лавсан) смол и других синтетических материалов с аналогичной нагревостойкостью. Класс изоляции Е включает в себя новые синтетические материалы, применение которых быстро расширяется в машинах малой и средней мощности (до 100 кет и выше).

Класс В объединяет изоляционные материалы на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих, пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагревостой-кости органического происхождения, причем содержание органических веществ по весу не должно превышать 50%. Сюда относятся прежде всего материалы на основе тонкой щипаной слюды (мика-лента, микафолий, миканит), широко применяемые в электромашиностроении.

В последнее время используются также слюдинитовые материалы, в основе которых лежит непрерывная слюдяная лента из пластинок слюды размерами до нескольких миллиметров и толщиной в несколько микрон.

К классу В принадлежат также различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, поли-хло.ртрифторэтилен. (фторопласт-3), некоторые полиуретановые смолы, пластмассы с неорганическим заполнителем и др.

Изоляция класса В широко используется в электрических машинах средней и большой мощности.

Класс F включает в себя материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с применением органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими (полиорганосилоксано-выми) и другими смолами с высокой нагревостойкостью, или же с применением других синтетических смол соответствующей нагре-востойкости (полиэфирные смолы на основе изо- и терефталевой кислот и др.). Изоляция этого класса не должна содержать хлопчатой бумаги, целлюлозы и шелка.

К классу Н относится изоляция на основе слюды,, стекловолокна и асбеста в сочетании с кремнийорганическими (полиорганосилок-сановыми), полиорганометаллосилоксановыми и другими нагре-востойкими смолами. С применением таких смол изготовляются миканиты и слюдиниты, а также стекломиканиты, стекломикафолий, стекломикаленты, стеклослюдиниты, стеклолакоткани и стеклотек-столиты.

К классу Н относится и изоляция на основе политетрафторэтилена (фторопласт-4). Материалы класса Н применяются в электрических машинах, работающих в весьма- тяжелых условиях

(горная и металлургическая промышленность, транспортные установки и пр.).

К классу изоляции С принадлежат слюда, кварц, стекловолокно, стекло, фарфор и другие керамические материалы, применяемые без органических связующих или с неорганическими связующими.

Под воздействием тепла, вибраций и других физико-химических факторов происходит старение изоляции, т. е. постепенная потеря ею механической прочности и изолирующих свойств. Опытным путем установлено, что срок службы изоляции классов А и В снижается в два раза при повышении температуры на каждые 8—10° С сверх 100° С. Аналогичным образом снижается при повышении температуры также срок службы изоляции других классов.

Электрические щетки подразделяются на две группы: 1) угольно-графитные, графитные и электрографитированные; 2) металлогра-фитные. Для изготовления щеток первой группы используется сажа, измельченные природный графит и антрацит с каменноугольной смолой в качестве связующего. Заготовки щеток подвергаются обжигу, режим которого определяет структурную форму графита в изделии. При высоких температурах обжига достигается перевод углерода, находящегося в саже и антраците, в форму графита, вследствие чего такой процесс обжига называется графитирова-нием. Щетки второй группы содержат также металлы (медь, бронза, серебро). Наиболее распространены щетки первой группы.

В табл. В-6 приводятся характеристики ряда марок щеток. Влияние разных факторов на условия работы щеток выясняется в гл. 6.

Таблица В-6

Дата добавления: 2015-07-18