Сердечник статора электротехническая сталь

Обновлено: 26.04.2024

Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 0 35 или 0 5 мм. Пластины штампуют, делая в них впадины ( пазы), и изолируют друг от друга лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станина устанавливается на фундаменте. [17]

Сердечник статора ( рис. 74) изготовляют шихтовкой колец или сегментов, штампованных из электротехнической стали толщиной 0 5 мм. Внешняя окружность колец и сегментов имеет выступы или впадины для фиксации их в ребрах станины при сборке. По внутренней окружности заготовок сердечников равномерно распределены пазы, в которых после сборки сердечника располагают активные проводники обмотки статора. [19]

Сердечники статора и ротора выполнены из штампованных листов электротехнической стали. Беличья клетка ротора - литая из алюминиевого сплава. Ротор динамически балансируют без шпонки на свободном конце вала. Ротор двигателя выполняемого по нормам DIN, балансируют со шпонкой. [20]

Сердечник статора также крепится в станине, которая воспринимает механическую нагрузку статора и обеспечивает механическую устойчивость всей конструкции машины. На станине обычно имеются лапы для крепления к фундаментной плите. В мощных машинах, диаметр щита которых превышает 1 м, подшипники часто крепят в специальных подшипниковых стояках, устанавливаемых на плите отдельно от станины. [21]

Сердечник статора с обмоткой защищен от воздействия среды гильзой из немагнитной стали толщиной 0 5 мм. [22]

Сердечник статора 2 - электротехническая сталь, чугун, алюминий. [23]

Сердечник статора собран из стали толщиной 0 5 мм. Листы сердечника набирают на оправку, спрессовывают и скрепляют скобами, привариваемыми электросваркой к спинке статора. Сердечник статора электродвигателей АОЛ после опрессовки на оправке обливают алюминиевым сплавом под давлением без применения скоб. Для предотвращения распушения зубцов на торцах сердечника установлены нажимные шайбы ( кольца), которые скрепляют теми же скобами. В сердечниках электродвигателей 6 - 9-го габаритов крайние листы изготовлены так же, как и основные, но с несколько большими размерами паза и с зубцами без коронок. [25]

Сердечник статора является частью магнитной цепи, по которой замыкается магнитный поток полюсов. [26]

Сердечник статора и ротора изготовляют из тонких листов электротехнической стали. Обмотка статора выполнена трехфазной. Крепят концы обмоток в выводной коробке на корпусе. Роторная обмотка представляет собой медные, латунные или алюминиевые стержни, расположенные в пазах сердечника ротора и соединенные между собой ( закороченные) в торцовых частях ротора. Для охлаждения двигателя служит крыльчатка, укрепленная на валу ротора. [27]

Сердечники статоров , роторов и полюсов собирают из стальных листов. Листы изготавливают из электротехнической стали путем штамповки. С целью уменьшения потерь энергии на вихревые токи поверхность листов покрывают лаком. Для этого листы погружают в ванну с лаком и пропускают между вращающимися валками. В других случаях поверхность лис - - тов покрывают тонкой пленкой оксида железа, обладающего электроизоляционными свойствами. Для этого листы нагревают до температуры 560 - 700 С в окислительной среде. [28]

Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, собранных из лакированных листов электротехнической стали. Пакеты разделены радиальными вентиляционными каналами шириной 10 мм. Обмотка статора класса В, катушечная, двухслойная, с укороченным шагом, уложена в открытые пазы сердечника. Витковая и корпусная изоляция - непрерывная, из миканитовой ленты, компаундированная. Лобовые части обмотки закреплены с помощью бандажных колец и шнуровых бандажей. Концы статорной обмотки выведены вниз. Начала фаз маркируются ( Ci, Cz, Сз); соединение фаз - в треугольник. [29]

Сердечники статора и ротора набираются из листов электротехнической стали. Стержни обмотки ротора замыкаются накоротко, образуя так называемую беличью клетку. В соответствии с ГОСТ 183 - 55 приняты следующие обозначения выводов обмоток отдельных фаз: начало и конец первой фазы С - С4, второй С2 - С5 и третьей С3 - Се. Оно должно удовлетворять требованию простоты соединения обмоток по любой схеме. [30]

Сердечники электрических машин

Сердечники электрических машин, по которым проходит переменный магнитный поток, собирают (шихтуют) из изолированных друг от друга листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Этим достигается значительное снижение потерь от вихревых токов.
Сердечники статоров и роторов машин переменного тока и якорей машин постоянного тока при наружном диаметре до 990 мм выполняют из листов в виде колец (рис. 1, а), а при большем диаметре— из сегментов (рис. 1, б), которые при сборке образуют магнитную систему кольцевой формы. В кольцах и сегментах выштампованы пазы под обмотку. В сегментах, кроме того, имеются пазы для крепления их к станине или на ободе ротора.

Рис. 1. Лист сердечника в виде кольца (а) и сегмента (б)

Тонколистовую электротехническую сталь изготовляют в виде рулонов, листов и ленты. Обозначения марок стали в соответствии с ГОСТ 214270—75 состоят из четырех цифр.
Первая цифра обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки: 1—горячекатаная изотропная; 2 — холоднокатаная изотропная; 3—холоднокатаная анизотропная. В анизотропных сталях магнитные свойства вдоль прокатки и в направлении, перпендикулярном прокатке, различные.

Вторая цифра обозначает содержание кремния в данной марке стали. Добавка этого элемента увеличивает электрическое сопротивление стали и улучшает ее магнитные свойства. По содержанию кремния стали подразделяют на шесть групп: 0 — с содержанием кремния до 0,4% (нелегированная); 1 — от 0,4 до 0,8; 2— от 0,8 до 1,8; 3— от 1,8 до 2,8; 4 — от 2,8 до 3,8; 5 — от 3,8 до 4,8%.
Третья цифра в обозначении марки характеризует удельные потери и магнитные индукции, четвертая — порядковый номер типа стали.

Рис. 2. Статорный сердечник, скрепленный скобами (а) и набранный в станину (б)
В асинхронных двигателях единых серий А-АО и А2—А02 была применена горячекатаная листовая сталь марки 1211, в двигателях серии 4А при высотах до 160 мм применяется холоднокатаная рулонная сталь 2013, а при высотах выше 160 мм — 2212. Стали, примененные в новой серии, имеют индукции на 4—8% большие при том же намагничивающем токе и на 20—30 % меньшие удельные потери.
Изоляцию листов выполняют в виде лаковой или оксидной пленки. Лаковая пленка наносится на листы специальными машинами. Оксидная пленка имеет незначительную толщину и образуется на листах путем выдержки их в камере при температуре 560°С с подачей водяного пара.
Сердечники статоров машин переменного тока мощностью до 100 кВт опрессовывают между нажимными шайбами 1 (рис. 2, а) и скрепляют скобами 2 по спинке. Зубцы, не имея опоры, могут на торцах отгибаться. Размер 1Х по ним может быть больше размера I по спинке на 1—2 мм и более в зависимости от высоты зубца. Это явление называется распушением или веером зубцов. Изоляция обмоток может быть нарушена из-за перемещения листов при недостаточной прессовке или распушении сердечника.
Распушение уменьшают установкой с торцов сердечника крайних утолщенных или сваренных друг с другом точечной сваркой или склеенных листов. Монолитный сердечник получают склейкой всех его листов.
Сердечники статоров микромашин и малых машин в спрессованном состоянии заливают алюминиевым сплавом. Заливка частично захватывает торцы сердечника, благодаря чему он оказывается закрепленным в алюминиевой оболочке, которая является одновременно и корпусом машины.

Сердечники статоров с наружным диаметром более 400—500 мм шихтуют непосредственно в станину. Посадку обычно осуществляют на ребра 7 (рис. 2, б) станины 6. Сердечник спрессовывают между двумя массивными нажимными шайбами 1, которые закрепляют в корпусе в осевом направлении шпонками 3. Шпонки приваривают, чтобы предохранить их от выпадания, к станине или шайбам. Давление при спрессовке сердечника передается через нажимные пальцы 4, которые крепят к крайним листам точечной сваркой или расклепкой специальных выступов на них. входящих в отверстия зубцов крайних листов. Нажимные пальцы ликвидируют веер зубцов.
Сердечники статоров крупных машин для лучшего охлаждения изготовляют из нескольких пакетов 8, разделенных вентиляционными каналами. Каналы образуются установкой дистанционных распорок 5 — ветрениц, которые по конструкции аналогичны нажимным пальцам. Распорки крепят к крайним листам пакетов сваркой или расклепкой.
Сердечники роторов 4 (рис. 3, а) при наружном диаметре до 300—400 мм насаживают непосредственно на вал 1. Для передачи вращающего момента на валу в месте посадки сердечника устанавливают шпонку 5. В машинах малой мощности вместо шпонки применяют накатку. Сердечники спрессовывают между нажимными шайбами 3. С одной стороны ротора шайба упирается в буртик вала, с другой — фиксируется в осевом направлении втулкой 2, насаженной по прессовой посадке, или пружинным стопорным кольцом 6 (рис. 3, б), устанавливаемым в канавку на валу.

Рис. 3. Крепление сердечника на валу втулкой (а) и пружинным кольцом (б)
Нажимная шайба имеет выточку на глубину 3—4 мм, которая предохраняет кольцо от разгибания под действием центробежных сил. Пружинные кольца могут быть установлены с обеих сторон сердечника.
В якорях машин постоянного тока и фазных роторах асинхронных двигателей нажимные шайбы совмещаются с обмоткодержателями, которые выполняются в виде кольцевых приливов на шайбе и служат для опоры лобовых частей. При коротких и жестких лобовых частях в тихоходных машинах обмоткодержатели не предусматривают.
Сердечники роторов при наружном диаметре от 300—400 мм до 900 мм насаживают обычно на промежуточную втулку с отверстиями или ребрами для уменьшения массы. Втулку напрессовывают на вал.
Главные полюса машин постоянного тока пронизываются постоянным магнитным потоком. Потерн у них возникают только на внутренней поверхности наконечников, обращенной к воздушному зазору, вследствие пульсаций магнитного потока при поочередном прохождении под участком наконечника зубцов и пазов. Полюса для уменьшений потерь набирают из листов толщиной 1—2 мм. При больших толщинах затрудняется штамповка листов и увеличиваются поверхностные потери, при меньших толщинах увеличиваются затраты труда вследствие увеличения количества листов, а также уменьшается коэффициент заполнения сердечника сталью.

Рис. 4. Крепление листов сердечника полюса заклепками (а) и стержнем (б)
Листы полюсов 2 скрепляют заклепками 3 (рис. 4, а). Для получения монолитного полюса крайние листы 1 делают из более толстой стали. Полюса к корпусу крепят болтами, которые ввертывают в резьбовые отверстия, нарезанные в теле сердечника.
Заклепки, стягивающие полюса, имеют отверстия на концах и развальцовываются в конические зенковки в крайних листах, выполняемые обычно с углом 60°.
В крупных тяжелых полюсах скрепление листов с помощью одних только заклепок оказывается недостаточным: полюс деформируется при подтягивании его к станине. В этом случае в сердечник 4 запрессовывают стальной стержень 5 (рис. 4, б) с резьбовыми отверстиями для крепления полюса к корпусу 6 болтами 7.
У одного и того же листа статора или ротора угол между осями пазов и сами размеры пазов получаются неодинаковыми. Это происходит потому, что при изготовлении штампов всегда неизбежны погрешности. Стенки пазов получаются неровными. Чтобы уменьшить эти неровности, сердечники собирают из листов, вырубленных одним и тем же штампом и расположенных в таком же положении, в каком они штамповались.
Для выполнения этого условия листы изготовляют с шихтовочными знаками в виде скругленных выемок (см. рис. 1, а). У статорных листов знаки располагаются на наружной поверхности, у роторных — на внутренней. Обычно на листе выполняют два знака с таким расчетом, чтобы при смещении или перевертывании листов они не совпадали. Полюсные листы для обеспечения гладкой поверхности и плотного прилегания к станине также выполняют с шихтовочным знаком (см. рис. 4, б).

Электротехническая сталь (трансформаторная) – свойства и применение

Электротехническая сталь – это разновидность черного металла с улучшенными электромагнитными свойствами. Добиться этого удается внедрением кремния. Таким образом, как металл, электротехническая сталь представляет собой сплав железа с кремнием, содержание которого составляет 0.8 – 4.8%. Наименование, этот специфический состав получил вследствие области своего непосредственно применения.

Электротехническая сталь, также имеет названия динамная сталь, трансформаторная сталь и кремнистая электротехническая сталь.

Зачем кремний в стали?

Легирование производится не чистым элементом кремнием, а ферросилицием. Это вещество представляет собой сплав FeSi с железом. Легирование стали Si позволяет вывести из металла кислород, элемент – оказывающий наибольшее негативное воздействие на магнитные свойства Fe. Происходит реакция восстановления железа из его окислов, с результирующим образованием оксида кремния, частичного переходящего в шлак.

Так выглядит ферросилициий – марка ФС45

Второй положительный эффект от внедрения кремния в сталь связан с выделением цеменита (Fе3С) из металла, который замещается образующимся графитом. Оба соединения, оксид железа и цеменит увеличивают коэрцитивной силы в металле, что приводит к росту потерь на гистерезис. Более того, легирование кремнием железа с концентрацией Si выше 4% способствует также снижению потерь на вихревые токи, что обусловлено повышением удельного электрического сопротивления электротехнической стали относительно ее марок, нелегированных кремнием.

Химический состав стали с улучшенными магнитными характеристиками

Исходя из вышесказанного, повышение содержания кремния в металле снижает удельный вес оксидов железа. Как показывает практика, одновременно с этим происходит рост индукции насыщения Вs железа. Ее максимальная величина достигается при содержании Si на уровне 6.4%.

Однако по химическому составу электротехническая сталь остается легированным металлом с содержанием кремния не более 4.8%. Это связано с ухудшением механических свойств металла, хрупкости в частности, при росте концентрации Si. Наряду с кремнием в электротехническую сталь может добавляться алюминий на уровне 0.5%.

Сердечник трансформатора из электротехнической стали

Исходя из химического состава (содержания легирующих примесей), металл разделяют на две категории динамная и трансформаторная сталь. В первой разновидности процент вхождения кремния составляет 0.8 – 2.5%, тогда как трансформаторное железо характеризуется уровнем легирования 3.0 – 4.5%.

Изотропная и анизотропная сталь – отличия производства

Как можно понять из вышесказанного, характеристики легированного соединения сильно зависят от содержания кремния. Вторым фактором, определяющим свойства металла, выступает его внутренняя структура, которая формируется в процессе производства. В частности горячекатаная и холоднокатаная стали обладают различными по размеру ячейками. Для крупнокристаллических материалов характерны большие величины магнитной проницаемостью, но коэрцитивная сила существенно ниже, чем у металлов с мелкокристаллической структурой. Варьировать размер зерна позволяют два вида обработки: механическая и термическая.

Так отжиг стали способствует понижению внутренних напряжений в металле, одновременно приводя к увеличению кристаллов, образующих его структуру. Горячая прокатка электротехнической стали не способна создать устойчивую ориентацию зерен внутри металла, оставляя ее хаотичной. Подобная изотропная сталь, как результат, характеризуется независимостью магнитных свойств от направления.

Добиться текстурованной структуры с определенной пространственной ориентацией кристаллов в металле позволяет повторной холодной прокатки стали, сопровождающаяся отжигом при особых условиях. Как результат получается анизотропная сталь, где ребра кубической решетки кристаллов установлены в направлении прокатки. Расположив анизотропную сталь в правильном направлении, можно добиться повышения магнитной проницаемости, одновременно понизив коэрцитивную силу.

Производство электротехнической стали налажено в виде листового проката с шириной полосы 240 – 1000 мм. Металл выпускается рулонами или отдельными листами, длина которых варьируется от 720 до 2000 мм. Толщина электротехнического стального профиля начинается с 0.05 мм и может иметь следующие показатели: 0.1, 0.2, 0.35, 0.5 и 1,0 мм. Кроме того, классификация электротехнических сталей по разновидности продукции допускает следующие виды проката: сортовой и лента резанная.

Марки изотропной тонколистовой стали х/к: 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421.

Марки анизотропной тонколистовой стали х/к: 3311 (3411), 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409.

Металлическая буква “Е” – что это?

Всех мучил вопрос в детстве – что эта за металлическая буква Е или Ш такая?

Эта металлическая пластина в виде буквы Ш или Е (кто как видит) и есть та самая трансформаторная сталь, точнее сердечник трансформатора, изготовленный из электротехнической стали. Такие пластины часто попадались в детстве – ржавые, гнутые, склеенные, кто-то затачивал их и бросался, словно, самурайскими сюрикэнами.

Буква Е или Ш – та, что мы видели в детстве

Этих металлических букв Ш (Е), казалось, валяется целая куча – они были в каждом дворе иногда валялись целыми россыпями, а появлялись они после разбора вот таких трансформаторов, см. фото:

Внутри этого трансформатора находится сердечник из трансформаторной стали и склеенных букв “Е”

Электротехническая сталь – марки

Маркировка данного вида металла представляет число, где его цифры указывают:

Первая – структурное состояние металла и класс его прокатки. Это может быть горячекатаная (1) или холоднокатаная (2) изотропная, а также холоднокатаная анизотропная разновидность стали.
Вторая – отображает процент вхождения кремния. Она принимает следующие допустимые значения от 0 до 5. Стартовая величина – менее 0.4% обозначается как 0. Вторая цифра 1 соответствуют содержанию Si 4 – 0.8 %. Последующие четыре значения отображают увеличение концентрации кремния на 1, вплоть до величины 4.8%.
Третья цифра характеризует электромагнитные характеристики: коэрцитивная сила, магнитна индукция и прочие.
Последние две цифры отображают количественное значение характеристики из третьего пункта.

Марки электротехнической стали:

Сталь электротехническая сернистая: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572, 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2213, 2214, 2215, 2216, 2311, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421, 3311, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409, 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3421, 3422, 3423, 3424, 3425

Сталь электротехническая нелегированная: 10832, 10848, 10850, 10860, 10864, 10880, 10895, 11832, 11848, 11850, 11860, 11864, 11880, 11895, 20832, 20848, 20850, 20860, 20864, 20880, 20895, 21832, 21848, 21850, 21860, 21864, 21880, 21895

Свойства электротехнической стали

Ценность легированного кремнием железа обусловлена его улучшенными электромагнитными характеристиками: высокий уровень индукции насыщения, минимизация потерь на гистерезис, а также пониженная коэрцитивной сила. Поскольку анизотропная структура позволяет еще больше улучшить эти свойства, то спрос не текстурованные стали изначально выше.

Вопрос, для каких целей применяют электротехнические стали, находит ответ в наименовании металла. Одно из предназначений сплава – это сердечники в таких устройствах:

трансформаторов тока;

статоры и роторы электрооборудования;

силовых трансформаторов.

Кроме того, электротехническая сталь – отличный материал для магнитопроводов в составе электрических аппаратов. Понять, почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали несложно. Это следует из свойств металла, в частности повышению удельного электрического сопротивления. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь мощности от вихревых токов, характерных для сердечника трансформатора. Как результат, повышается общая эффективность устройства, а сам сердечник меньше нагревается.

Еще больше нивелировать потери от вихревых токов, можно уменьшив толщину пластин. Поэтому электротехническая сталь для электродвигателей, в частности сердечников трансформаторов, должна иметь толщину 0.5 мм при частоте 50 Гц. Если источник тока работает на больших частотах, под сердечник используют более толстые листы электротехнической стали: 0.1 или 0.2 мм.

Дополнительные потери энергии в сердечнике трансформатора происходят вследствие гистерезиса – процесса циклического перемагничивания. Сузить петлю гистерезиса, соответственно уменьшить ее площадь приведут к понижению потерь на перемагничивание. Это вторая причина использования электротехнической стали в сердечнике трансформатора.

Поскольку снижение потерь на вихревые токи и гистерезис достигается повышением содержания кремния в металле, сплав с высокой концентрацией Si получил название трансформаторная сталь, характеристики которой лучше подстроены именно под трансформаторы. Выражаясь языком цифр, в производстве мощных трансформаторов использование текстурованной стали позволяет уменьшить уровень потерь на треть. Кроме того, это способствует снижению массы трансформатора на 10% и расхода самого металла на 20%.

Сбор сердечника трансформатора

Кроме трансформаторов, электротехническая сталь, в зависимости от марки применяется для:

магнитных цепей при изготовлении электрического оборудования – марки 2212, сернистая изотропная, 20895/20880 АРМКО;

электродвигателей и подобных изделий – марка 10895/Э12/АРМКО;

прочая электротехническая продукция – марка10880/Э10/АРМКО.

Назначение некоторых марок стали электротехнической:

Основные производители электротехнической стали

Если рассматривать выпуск данного вида металла в мировом масштабе, то основными игроками выступаю восточные страны: Китай и Япония. Их долевой вклад в производстве и потребление электротехнической стали составляет до 50%. Дисбаланс между странами состоит в том, что Китай – основной производитель, тогда как Япония преимущественно экспортирует этот сортамент стали.

Готовая продукция – рулоны электротехнической стали

Россия относится к числу тех государств, где объемы производства металла превышают внутреннее потребление сортамента электротехническая сталь. Цена этого вида продукции на отечественном рынке составляет от 80 до 180 рублей за килограмм. На сегодня РФ сумела выйти на объемы производства данного сортамента металла, которые составляют 10% от общего мирового импорта электротехнической стали. Основными производителями металла на российском рынке выступают:

Северсталь;

ВИЗ-Сталь;

Новолипецкий металлургический комбинат.

Объемы, производимой ими продукции троекратно превосходят потребности внутреннего рынка, что позволять импортировать электротехническую сталь как на Запад: Италия, Швейцария, так и в сторону Востока – Индия. Что касается долю конкретного вида стали в общем объеме, то две трети производственных мощностей ориентированы на выпуск динамного сортамента металла. И только 30% производства – это трансформаторная сталь, цена которой составляет 120 – 180 руб/кг.

Все, что нужно знать об электротехнической стали

Для сердечников трансформаторов, реле, звонков и электродвигателей применяют электротехническую сталь. К примеру, «проволочная» калёная им не подойдёт. Причина особых требований – заметные потери на перемагничивание у многих стандартных сортов стали.

Общее описание

Электротехническая сталь (ЭТС) – сплав, отличающийся по примесям, к примеру, дозировкой кремнийсодержащих соединений. Таким соединением выступают молекулы ферросилиция – именно им легируют сталь для электрических магнитопроводов.

Применение феррита – ломкого материала, представляющего собой сплошную беспластинчатую структуру, не дало каких-либо улучшений по сравнению с раздельно-склеенными пластинами.

Железо с низким содержанием угля – до 0,2 промилле – ценится благодаря низким потерям на перемагничивание в циклах переменного тока (его частота может колебаться от единиц герц до сотен мегагерц). Чтобы добиться данного эффекта, выпускают кремнистую мягкую сталью. Содержание кремния в ней приближается к отметке в несколько процентов – по массе, от общего состава продукции.

Спрос на текстурированные таким образом стали заметно высокий: стоимость килограмма трансформаторной стали превышает цену на этот же килограмм нержавейки. ЭТС с ферросилицием – исходный материал для токовых и силовых (по электрическому напряжению, получаемому с выхода) трансформаторов, роторных и статорных сборок (сердечников). Силовой трансформатор на подстанции, а также электрогенератор (турбогенератор) на электростанции – типичное применение данного сплава, но ещё больший спрос трансформаторной стали наблюдается при производстве двигателей, например, вентиляторов и стиральных машин.

Удельное электрическое сопротивление ЭТС повышено – по сравнению с сопротивлением той же калёной проволоки (в пересчёте на эквивалентную площадь сечения). Сравнив, к примеру, сечение броневого сердечника трансформатора с тросом подъёмного крана такой же толщины (по площади в разрезе), отметим, что реальное электрическое сопротивление куска троса, равного по длине сердечнику, заметно ниже. Повышение сопротивления сердечника приводит к заметному снижению потерь на вихревые токи. КПД трансформатора возрастает, а перегрев в нагруженном режиме – уменьшается.

Свойства

Кривая намагничивания, согласно ГОСТ, должна быть таковой, чтобы петля гистерезиса (характеристика, отвечающая за затраты на вихреток) не была выраженной. Существует ещё одна характеристика – коэрцитивная сила (КС), благодаря чему гистерезисный эффект на графике растягивается ещё больше. В идеальном магнитопроводе и тот, и иной эффект отсутствовали бы, при этом сердечник трансформатора считался бы отличным магнитопроводом благодаря нулевому, как у сверхпроводника, сопротивлению.

Даже если ввести сталь в это состояние, заморозив её до -270 градусов (температура, близкая к абсолютному нулю), то потери на вихревое перемагничивание всё равно останутся, пусть и в минимальном количестве. С вихревыми потерями борются также уменьшением толщины пластин. Так, для 50-60 Гц в питающей сети толщина пластин трансформатора – не более полумиллиметра.

Для 400-герцовых трансформаторов, а также для микротрансформаторов в зарядных устройствах для смартфонов и планшетов, которые зачастую меньше напёрстка из-за быстропеременного тока в 10 кГц и более, полученного путём «выпрямления» на сетевом диодном мосте и превращённого в ВЧ-напряжение с помощью простейшего преобразователя частоты, толщина пластины не превышает 1 мм. Для радиочастот и вовсе применяется цельный ферритовый тороид (кольцо), а не пластины.

Понижение потерь на гистерезисный эффект можно достичь, повысив процент кремния в стали. Однако существует предел, выше которого содержание кремния лучше не повышать: полезный эффект незначителен, зато ломкость пластин существенно возрастает. Параметры высококремнистой стали идеально подходят для использования в качестве магнитопровода – настолько, насколько позволяет это сделать реальная ситуация.

Кремнийсодержащая сталь уменьшает потери на 30% – по сравнению с потерями в той же калёной легированной стали. Масса трансформатора, электродвигателя, реле или электромагнита даёт возможность снизить и расход железа – до пятой части в пересчёте на состав обычной низкоуглеродистой стали, в которой кремния нет. Плотность трансформаторной стали – 7650 кг/м3 (у большинства легированных, не содержащих кремний в значительных количествах – 7,7… 7,8 г/см3, что на несколько процентов больше).

Относительная магнитопроницаемость ЭТС достаточна, чтобы обеспечить минимальный уровень потерь на преобразование переменного тока из одного напряжения в другое.

Производство трансформаторной стали основывается на горячекатаной и холоднокатаной технологии. Горячая прокатка – вторичная обработка с повышением температуры при раскатывании до нескольких сот градусов, холодная – при незначительном подогреве (не более 200). Общее начало – литьё и выпекание слитков-заготовок – имеется у обоих способов производства, вне зависимости от количества и процентной пропорции примесей, входящих в общий состав производимых первичных заготовок.

Горячекатаная

Горячепрокатная сталь не выделяется особыми свойствами. Трансформаторной она называется лишь из-за повышенного содержания кремния. Оно здесь достигает 4,5% по массе сплава. Дополнительно состав легируется алюминием – его содержание здесь равно примерно половине процента.

Горячепрокатный состав считается изотропным (динамная сталь). Нелегированная (без алюминия) – релейная сталь, она служит исходным материалом для изготовления пластин двигателей-генераторов, являющихся обратимыми в плане потребления/выработки электрического тока.

Холоднокатаная

Горячий прокат, в связи с необходимостью прерывания технологического процесса, в настоящее время полностью вытесняется холоднопрокатным способом. Магнитные свойства горячекатаной стали в современных условиях считаются едва удовлетворительными или неудовлетворительными, так как из-за характеристик, присущих ей, наблюдается заметно меньшая эффективность деталей и узлов, одной из функций которых является преобразование механической энергии в электрическую и наоборот.

Параметры легированного стального сплава в значительной мере определяются процентным содержанием кремния. Внутреннее структурирование сплава также образуется при отливании и выпекании слитков, которые затем поступают в прокат.

Горяче- и холоднопрокатный составы характеризуются разницей в размере и взаиморасположении ячеек кристаллической решётки.

Магнитная проницаемость свойственна в больших значениях лишь для сплавных материалов, содержащих значительный размер каждой из ячеек. Мелкие кристаллы, образующие основу других, схожих по химсоставу сплавов, обладают, наоборот, большей коэрцитивной составляющей. Управление размером кристалла (ячейки) – задача определённого типа и вида обработки стальных сплавов.

Например, отжигание заготовок даёт преодолеть избыточные внутренние напряжения в сплаве, при этом увеличивается размер его элементарной ячейки. Горячепрокатный способ обработки заготовок, полученных только что в печи, не способен существенно переупорядочить гранулы (кристаллы) в структуре сплава, отчего они остаются хаотично расположенными. Изотропная сталь в результате характеризуется независимостью магнитных параметров от направленности расположения кристаллов.

Чтобы эти гранулы заняли чёткую упорядоченную позицию, покончив при этом с присущей им хаотичностью окончательно, холодный прокат производится повторно, при этом используется отжигание в определённых условиях, отличающихся от стандартных. В результате образуется анизотропный сплав, где направляющие жёсткости кристаллической решётки состава совпадают с направлением проката. Разместив заготовку из анизотропного состава в верном направлении, мастер-прокатчик добьётся увеличения значения магнитной проницаемости, снизив в значительной мере КС.

Маркировка

Марки изотропной заготовки в тонких листах: 2011, 2012, 2013 и десятки иных. Неизотропная же представлена следующими кодами из каталога: 3311, 3411 и десятки других.

Маркировка ЭТС разграничивает её область применения. Так, сплавы 1211, 1212, 1213, 2211 применяют как подвижные вращатели (роторы) и полюсные пластины статорных сборок в моторах, работающих от незнакопеременного напряжения.

Подвижные и неподвижные составляющие для электромоторов, работающих на переменном токе, также изготавливаются из данного сорта стали.

Мощность заводских установок, например, конвейерной ленты, может составлять до 100 киловатт. Магнитопроводы технических и медицинских приборов также обращаются к вышеуказанным «числовым» сортам. Пример – вибрационные сетевые бритвенные и машинки для стрижки волос, медицинские МРТ-сканеры, содержащие мощный электромагнитный контур – все они применяют эти высокопластичные сплавы.

1311, 1312 – эти сорта идут на изготовление пластин для асинхронных моторов, которым требуется три фазы переменного напряжения. Промышленная мощность этих двигателей – от 100 до 400 кВт. Обладают чуть худшей, чем предыдущие варианты из данного перечня, пластичностью.

Сорта 1411, 1412, 2411 – для тех же «асинхронников», однако их мощность доходит до мегаватта. Моторы повышенной частоты, например, 400-герцовые движки, а также бытовые трансформаторы – основа блоков питания – также используют эти три сорта в качестве материала для пластин сердечников. Пластичность – минимально удовлетворяющая основным запросам: при разборке пластины не ломаются, но малейшая попытка согнуть их приведёт к растрескиванию материала.

Маркировка, не имеющая букв, также поделена на составляющие:

1 или 2 (первая цифра) – горячая или холодная прокатка;
0… 5 (вторая) – ферросилиций, менее 1% кремния – «0»;
0… 9 (третья) коэрцсила и магнитоиндукция;
00… 99 (4-я и 5-я) – значения КС и МИ.

Полный список марок ЭТС для серосодержащих сплавов: 1211, 1212, 1213 и несколько десятков других.

ЭТС без легирования представлена следующими марками: 10832, 10848, 10850 и десятки иных.

Производители ЭТС, занимающие ведущие позиции – Россия, Китай и Япония. Отечественные компании, выпускающие ЭТС – «Северная Сталь», «ВИЗ» и Новолипецкий комбинат.

Сортамент

ЭТС поставляется на другие фабрики как листовая продукция. Найти в продаже этот же сорт ЭТС в виде прута или уголка весьма затруднительно – эти элементы можно получить лишь склейкой пластин. Готовые листы обладают шириной от 24 см до 1 м. Сплав производится в виде рулонной или отдельной листовой продукции, длина листа – от 72 см до 1 м. Толщина стали (листа, рулонной скрутки в один слой) – от 50 мкм до 1 мм. Типовые и несколько десятков иных марок толщиной – 100, 200, 350 мкм и 0,5 мм. ЭТС производится как сортовой материал и как разрезная лента.

Применение

Электромагнитные системы и электроника, работающая с высокими (от единиц килогерц) частотами, позволяют использовать эту сталь в виде сердечников трансформаторов и электромагнитов, дросселей, электрогенераторных двигателей и моторов.

Основным материалом для этих целей служит текстурированная сталь – использование её в этом случае наиболее целесообразно. Сила воздействия электромагнитного поля – низкий или высокий уровень – значения не имеет: ЭТС отлично проявит себя во всех подобных случаях. Поля большой интенсивности используются на частотах до 60 Гц, средней – до 400, малой – до десятков килогерц.

Обработка

ЭТС хорошо поддаётся обработке – особенно низкоуглеродистая. Благодаря более чем хорошей (по количественному показателю) пластичности она легко разрезается при помощи аппаратов лазерной резки. Достоинство лазерной резки – непричинение повреждений из-за отсутствия прямого механического контакта резака с поверхностью и толщей листа-заготовки.

Точность и ровность реза достигается благодаря ЧПУ и сведениям из файла-заготовки, по которым лист раскраивается строго по отмеченным на чертеже линиям почти без какой-либо погрешности.

Термическая резка осуществляется при помощи газосварочной горелки, которая выдаёт реактивное (смесь ацетилена с кислородом) пламя. Его температура превышает 3000 по Цельсию. Плазменную резку выполняют путём лазерного раскраивания листа под действием луча запредельной мощности (насколько это возможно), благодаря чему металл превращается в плазму и образует ровную линию реза.

Неисправности и ремонт сердечников - Конструкция сердечников статоров

Листы, из которых шихтуют (собирают) сердечники статоров асинхронных и синхронных машин при наружном диаметре сердечников до 990 мм, штампуют (вырубают) из листов электротехнической стали в виде колец (рис. 1).

Рис. 1. Крепление кольцевой штамповки листа к ребру станины.
1 — лист (кольцо) активной стали; 2 — пазы для укладки обмотки; 3 — полукруглые выступы шпонки; 4 — ребро станины.

Сердечники диаметром свыше 990 мм шихтуют из листов, отштампованных по форме сегмента, наружный диаметр которого равен наружному диаметру сердечника, а внутренний—диаметру центрального отверстия сердечника, условно называемого расточкой статора (рис. 2). Это объясняется тем, что стандартные листы электротехнической стали имеют максимальную ширину 1 000 мм, что не позволяет вырубать из них кольца диаметром более 090 мм.

Рис. 2. Лист (сегмент) активной стали сердечника статора диаметром свыше 990 мм при шихтовке со сдвигом стыков на 72 сегмента. а — при сборке на клинья; б — при сборке на шпильки.
Но в электрических машинах, изготовленных иностранными фирмами, иногда встречаются собранные из колец сердечники с наружным диаметром несколько больше 1 м.
По внутреннему диаметру колец или сегментов штампуют пазы требуемой формы для размещения в них обмотки статора. При открытом пазе в его верхней части предусматривают треугольные канавки для клиньев, удерживающих обмотку в пазу.
В зависимости от способа крепления листов стали в станине по их наружному диаметру отштамповывают пазы, имеющие форму ласточкина хвоста, полуоткрытых отверстий или иную /(рис. 2 и 3).
В сердечнике различают часть, занятую зубцами,— зубцовую зону и остальную часть — спинку сердечника.
При наружном диаметре сердечника до 493 мм (машины относятся к категории малой мощности) сердечники набирают из кольцевых вырубок, насаживая их на внутреннюю цилиндрическую оправку диаметром, равным диаметру расточки статора.
Для предотвращения деформации (распушовки) относительно тонких и невысоких зубцов крайние торцевые листы сердечника штампуют из утолщенных листов стали или попарно сваривают точечной сваркой. Применяют также выдавливание канавок при штамповке торцевых листов, что увеличивает жесткость зубцов.
Сердечники машин малой мощности затем прессуют и заливают в форме алюминием или алюминиевым сплавом. Заливка захватывает частично торцы сердечника, и после остывания, удаления формы и оправки, сердечник оказывается закрепленным в алюминиевой оболочке.

Рис. 3. Лист (сегмент) активной стали с четырьмя фиксирующими пазами и иечетиььм числом пазов. а — вид сегмента; б — шихтовка листов со сдвигом стыков на 1/3 сегмента.
Эта оболочка не только скрепляет сердечник, ,но и является корпусом электрической машины. Перешихтовка сердечников таких машин практически невозможна и экономически нецелесообразна.
Другой способ сборки сердечников машин малой мощности заключается в том, что ;кольцевые вырубки набирают на внутреннюю оправку, прессуют и после этого скрепляют по наружному диаметру скобами, приваренными к торцам сердечника, а в некоторых случаях также в нескольких местах к наружной (боковой) поверхности сердечника.
После укладки обмотки и пропитки ее лаком сердечник запрессовывают в стальную или чугунную станину — корпус.
Перешихтовка таких сердечников технически затруднена из-за сложности выемки сердечника из корпуса, необходимости удаления всех сварных швов, остатков сварки с листов и выполняется только при крайней производственной необходимости (электродвигатели специальные, встроенные и т. п.). Местный ремонт сердечника возможен.
При указанном способе шихтовки сердечника «а внутреннюю оправку поверхность расточки получается ровной, без выступания отдельных листов стали и не нуждается в последующей механической обработке.

Рис. 4. Крепление сердечника статора нажимными шайбами и запорными шпонками.
1 — нажимной палец; 2 — ребро станины; 3 — нажимная шайба; 4 — запорная шпонка.
Сердечники диаметром от 493 до 990 мм набирают из колец, укладывая их плотной посадкой в расточенный по второму классу точности корпус или обработанные ребра корпуса, и запрессовывают между двумя нажимными шайбами или, как их называют у более крупных машин, нажимными кольцами (рис. 4). Эти шайбы закрепляются в станине сваркой или запорными шпонками, которые приваривают к корпусу.
Нажимная шайба передает усилие сжатия на сердечник через нажимные пальцы — дистанционные стальные пластинки, приваренные точечной сваркой или расклепанные благодаря особым в них выступам к крайним листам сердечника. Нажимные пальцы могут быть различной формы; они сохраняют прессовку в зубцовой зоне сердечника.
Для более эффективного отвода тепла от сердечника и обмотки статора при так называемой радиальной системе вентиляции, сердечник разделяют по длине на отдельные пакеты, между которыми образуются вентиляционные радиальные каналы. Ширина пакета обычно не превосходит 50—60 мм. Крайние торцевые пакеты, находящиеся в лучших условиях охлаждения, могут выполняться более широкими (рис. 4).
Радиальный канал образуется путем установки между пакетами листов стали с дистанционными распорками — ветреницами, которые по конструкции и способу приварки аналогичны нажимным пальцам (рис. 5).
Ширина радиального канала равна высоте ветрениц и составляет обычно 10 мм. Виды сечений ветрениц приведены на рис. 6.
При аксиальной системе вентиляции в листах активной стали выштамповывают симметрично расположенные по окружности отверстия; сердечник не подразделяется на пакеты (си. рис. 10, поз. 1).

Предохранение сердечника от проворачивания обеспечивают с помощью полукруглых (см. рис. 1) или плоских шпонок, образуемых выступами по наружному диаметру каждого листа активной стали. Они воспринимают полный вращающий момент, который при коротком замыкании может превышать номинальный в 12—16 раз.

Рис. 5. Нажимные пальцы и ветреницы сердечника. а — нажимные пальцы, приваренные к крайнему листу стали; б — ветреницы.
В некоторых конструкциях сердечник может быть приварен по наружному диаметру к продольным ребрам станины. В этом случае его перешихтовка значительно усложняется из-за необходимости удаления всех сварных швов, остатков сварки с листов и проверки продольных ребер станины.

Рис. 6. Виды сечений ветрениц.
Перешихтовывают сердечники, относящиеся к категории средних машин, редко и только в случае очевидной экономической целесообразности; местные же ремонты выполняются сравнительно часто.
Сердечники статоров с наружным диаметром более 990 мм шихтуют из сегментов и относят к крупным электрическим машинам.
Следует отметить, что деление электрических машин на малые, средние и крупные является условным. Два предприятия могут относить машины одних и тех же габаритов к различным категориям. В практике ремонта электрических машин такое деление в зависимости от способа сборни и крепления сердечника в станине по- своему оправдано.
В связи с тем, что для крупных электрических машин ремонт сердечников статоров с перешихтовкой — операция, встречаемая часто, и, как правило, экономически оправданная, остановимся несколько (подробнее на конструктивных особенностях крепления таких сердечников.

Рис. 7. Крепление листов сердечника клиньями-рёбрами и стяжными шпильками.
1 — сердечник; 2 — стяжная шпилька; 3 — клин-ребро; 4 — угольник;
5 — нажимной палец, приваренный к нажимному кольцу; 6 — нажимное кольцо.
При шихтовке сердечников статоров сегментами различают три основных способа крепления листов активной стали в станине:
посредством клиньев-ребер и стяжных шпилек;
с помощью клиньев «ласточкин хвост» и запорных шпонок;
на сборочных шпильках, которые одновременно являются и стяжными.

Читайте также: