Проектирование системы изоляции асинхронного двигателя АИР112М8

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Электротехнический институт

Кафедра: Электроизоляционной, кабельной и конденсаторной техники

КУРСОВАЯ РАБОТА

Проектирование системы изоляции асинхронного двигателя АИР112М8

Студент группы 7м230

Елизаров Д.В.

Руководитель Леонов А.П.

Томск-2008

Содержание

Введение

1. Обзорная часть

1.1. Факторы воздействующие на систему изоляции ЭМ

2. Изоляционные материалы и обмоточные провода применяемые для проектирования ЭМ

2.1. Эмалированные провода с температурным индексом 155

2.2. Компаунд КП-103 для пропитки обмотки электрической машины на класс нагревостойкости F - 155⁰С

2.3. Композиционный материал пленкосинтокартон марки 515 на класс нагревостойкости F-155

2.4. Эпоксидная электроизоляционная эмаль ЭП-91

2.5. Гибкие электроизоляционные трубки марки ТКСП

2.6. Выводной провод РКГМ с лавсановой оплеткой

2.7. Стекловолокнистые бандажи в якорях и роторах марки ЛСБ-В

3. Проектирование системы изоляции

4. Построение трехфазной обмотки

5. Технологическая цепочка изготовления обмотки

5.1. Изолировка пазов сердечника

5.2. Намотка катушек

5.3. Втягивание обмотки в пазы статора

5.4. Разжим лобовых частей и осадка обмотки, формование лобовых частей

5.5. Установка межфазовой изоляции в лобовых частях, пайка схемы и выводных концов статора

5.6. Бандажирование лобовых частей обмотки статора

5.7. Пропитка обмотки струйным методом

5.8. Контроль и испытания изоляции обмотки

6. Расчет показателей надежности двигателя

Заключение

Список литературы

Введение

При проектировании систем изоляции обмоток электрических машин переплетаются материаловедческие, технологические, конструктивные и эксплутационные вопросы. Наиболее важными задачами при этом являются:

1. Выбор изоляционных материалов и обмоточных проводов с учетом возможной технологии изготовления обмоток и условий эксплуатации электрических машин.

2. Проектирование системы изоляции с учетом совместимости изоляционных материалов, вида и уровней эксплуатационных нагрузок.

3. Согласование технологии обмоточно-изолировачных работ и применяемого технологического оборудования с возможностью использования проектируемых материалов и систем изоляции.

4. Оценка поведения изоляционных систем в процессе эксплуатации, определение показателей надежности систем изоляции обмоток.

Эксплуатационная надежность электрической машины определяется в первую очередь рабочей температурой машины и нагревостойкостью примененных электроизоляционных материалов, а также электрической прочностью, влагостойкостью и механической прочностью примененной изоляции.

В процессе изготовления и работы изоляция подвергается механическим, температурным и химическим воздействиям, влиянию влаги, поверхностным загрязнений и электрического поля.

Изоляция электрических машин, выбираемая с учетом указанных воздействий, должна обеспечивать их бесперебойную работу в течение установленного срока службы. Режимы, при которых надежная работа машины не гарантируется, являются аварийными.

Анализ отказов электрических машин в эксплуатации показал, что значительная часть их происходит в период приработки, в основном из-за скрытых дефектов в изоляции.

Наибольший процент отказов машин в период приработки приходится на витковую изоляцию.

1. Обзорная часть

1.1 Факторы воздействующие на систему изоляции ЭМ

1. Влияние температуры:

Общим и наиболее выраженным воздействие на изоляцию электрических машин фактором является температура. Разогрев изоляции происходит в основном за счет активных потерь в меди и дополнительных в стали сердечника.

При проектирование системы изоляции электроизоляционные материалы должны выбираться таким образом, чтобы воздействие температуры в наиболее нагретом месте не приводила к отказу в течении требуемого времени. В большинстве случаев мощность электрических машин определяется допустимой температурой нагрева, которая ограничивается в основном тепловым старением изоляции.

В следствии малой теплопроводности изоляционных материалов, изоляция обмоток является основным тепловым сопротивлением при отводе тепла от меди в окружающую среду.

Особенно малой теплопроводностью обладает газовые промежутки. Тепловое сопротивление изоляции зависит от коэффициента теплопроводности и толщины изоляции.

2. Воздействие электрического поля:

Электрический износ изоляции определяется в основном частичными разрядами образующиеся как в объеме изоляции, так и на её поверхности. Поэтому при рассмотрении электрического износа необходимо учитывать величину напряженности внешнего электрического поля, чтобы определить возможность возникновения частичных разрядов.

Такие напряженности не развивают электрического старения изоляции, поэтому принято считать, что в низковольтной изоляции отсутствует электрическое старение, а износ обусловлен главным образом тепловым старением.

3. Воздействие механических нагрузок:

Механические воздействия на изоляцию обмоток возникают как при изготовлении (растягивающие, изгибающие, смятие, надрывы и т.д), так и в процессе эксплуатации (действие центробежных сил на вращающие обмотки, электродинамические усилия пусковых токов, вибрация, термомеханические напряжения, а также внутренние механические напряжения). Значение механических нагрузок зависит от габаритов машины.

Опасными для изоляции являются часто повторяющиеся термомеханические напряжения, которые вызывают растрескивание изоляции, а также приводит к ускорению электрического износа. Термомеханические напряжения возникают из-за различия температурного коэффициента линейного расширения СИ и стали, а также в следствии различных температур их нагрева при работе электрических машин.

4. Воздействие окружающей среды:

В процессе работы электрического оборудования в полостях где находится обмотки создается свой микроклимат с влажностью отличной от влажности окружающей среды, вне рабочем состоянии когда двигатели остывают влага может проникать в полости машины и степень увлажнения зависит от влажности окружающей среды и температуры, причем большее влияние на степень увлажнение оказывает повышение температуры, чем влажности. Следовательно, при проектирование системы изоляции для работы с повышенной влажностью необходимо учитывать влагостойкость. А в условии тропика необходимо подбирать материалы устойчивые к образованию плесневых грибков.

Учет влияния агрессивных сред затруднен, т.к различные материалы по разному реагируют на агрессивные среды.

2. Изоляционные материалы и обмоточные провода применяемые для проектирования ЭМ

2.1 Эмалированные провода с температурным индексом 155

В целях повышения стойкости к тепловому удару изоляции эмалированных проводов на полиэтилентерефталатных лаках применяется их модифицирование. При решении этой задачи одновременно достигается повышение нагревостойкости, так что в настоящее время провода с изоляцией на основе модифицированных полиэфирных лаков имеют температурный индекс 155.

Наиболее распространенным способом модифицирования является введение в состав полиэтилентерефталатного полимера имидной группы. Медные эмалированные провода с полиэфиримидной изоляцией марки ПЭТ-155 выпускаются диаметром 0,06-2,44 мм.

По своим электроизоляционным параметрам провода марки ПЭТ-155 идентичны проводам ПЭТВ, однако имеют существенно лучшую нагревостойкость (температурный индекс 155) и повышенную стойкость к действию теплового удара.

2.2 Компаунд КП-103 для пропитки обмотки электрической машины на класс нагревостойкости F - 155⁰С

Состав: химическая основа - термореактивный эпоксидно-метакриловый состав; разбавитель - олигоэфир-акрилат.

Назначение: применяется для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов влагостойкого исполнения. Поставка в комплекте: инициатор - 3%, ускоритель - 2% к массе компаунда.

Таблица.1.

Основные технические характеристики

Наименование показателей	КП-103
Вязкость по вискозиметру В3-246 (O сопла 6мм) при (20±0,5)0С, с	30 - 90
Время просыхания в толстом слое, не более при 1550С, мин	15
Время высыхания в тонком слое до степени 3, не более при 1550С, ч	1,5
Удельное объемное электрическое сопротивление, не менее при 1550С, ОмМм	1М107
Срок жизни с введенным отвердителем, не менее, сут.	2

2.3 Композиционный материал пленкосинтокартон марки 515 на класс нагревостойкости F-155

Конструкция: полиэфирная бумага + пленка ПЭТ-Э + полиэфирная бумага, полиэфирное связующее П - дополнительная лакировка.

Назначение: применяется для пазовой изоляции, крышка-клин, межслойная изоляция в сухих трансформаторах.

Таблица.2.

Основные технические характеристики.

Наименование показателей	Пленкосинтокартон 515
Толщина, мм	0,25
Удельная разрушающая нагрузка при растяжении, не менее, Н/см	В машинном направлении	190
	В поперечном направлении	210
Относительное удлинение при разрыве, не менее, %	В машинном направлении	15
	В поперечном направлении	15
Пробивное напряжение при (15-35)0С 45-75%, не менее, кВ	До перегиба	11
	После перегиба	9

2.4 Эпоксидная электроизоляционная эмаль ЭП-91

Представляет собой суспензию пигментов в эпоксидном лаке с добавлением мочевиноформальдегидной смолы и растворителя (этилцеллозольва). Эмаль сохнет при повышенной температуре. Она предназначается для защитного покрытия лобовых частей обмоток тропического, усиленно влагостойкого и химически стойкого исполнений класса нагревостойкости F. Пленка эмали обладает очень высокой твердостью. После нанесения на обмотку эмаль должна сушиться 1 ч на воздухе, а затем при 190±5⁰С в течение 2 ч. Допускается сушка при 150⁰С, но более продолжительная.

2.5 Гибкие электроизоляционные трубки марки ТКСП

Гибкие электроизоляционные трубки марки ТКСП на основе кремнийорганических резин благодаря их высокой нагрево-, влаго-, химо- и тропикостойкости - для машин с нагревостойкость классов F химически стойкого исполнения. ТКСП весьма эластичны и полностью сохраняют свою электрическую прочность при изгибе и кручении.

В электрических машинах для изолирования внутри-машинных соединений м выводных кабелей применяются гибкие изоляционные трубки. Основное свойство этих трубок - гибкость - позволяет использовать их в изогнутых элементах конструкций, чем значительно снижается трудоемкость изоляционно-обмоточных работ за счет отмены операций изолирования лентами.

Таблица.3.

Свойства гибкой трубки ТКСП

Наименование показателей	ТКСП
Внутренний диаметр, мм	2,5
Толщина стенки, мм	0,92
Пробивное напряжение, кВ	В состоянии поставки	Среднее	7,6
		Минимальное	6,5
	После перегибов	Среднее	7,5
		Минимальное	6,5
	После старения и перегиба на 1800С вокруг стержня	Среднее	6,5
		Минимальное	3,5
	После пребывания 24 ч в воде или во влаге	Среднее	6,8
		Минимальное	3,0
	После 8 ч пребывания в ксилоле при 200С	Среднее	10,8
		Минимальное	9,5
	После кипячения в ксилоле при 1000С в течение 1 ч	Среднее	5,2
		Минимальное	3
	После трехкратной пропитки лаком	Среднее	7,5
		Минимальное	6
	Под грузом 50 Н при 1800С	Среднее	5,2
		Минимальное	2,8

2.6 Выводной провод РКГМ

Выводной провод РКГМ с лавсановой оплеткой на срок службы показал, что его успешно можно использовать в электрических машинах с классом нагревостойкости F, влаго- и химостойки. Пробивные напряжения такого провода высокие.

Таблица.4.

Свойства выводного провода РКГМ

Наименование показателей	РКГМ
Сечение, мм2	10
Внешний диаметр, мм	7,7
Пробивное напряжение, кВ	исходное	Среднее	24,8
		Минимальное	23,0
	После 24 ч пребывания в воде	Среднее	21,2
		Минимальное	12,2
	После 1 ч пребывания в кипящей воде	Среднее	23,6
		Минимальное	20,3

2.7 Стекловолокнистые бандажи в якорях и роторах марки ЛСБ-В

2.7 Стекловолокнистые бандажи в якорях и роторах марки ЛСБ-В с изоляцией классом нагревостойкости F выполняются из нетканых лент, пропитанная лаком ПЭ-933.

Стекловолокнистые бандажи длительно сохраняют свою механическую и электрическую прочность в процессе теплого старения, обладают высокой стойкостью к тепловым ударам и холодостойкостью.

3. Проектирование системы изоляции

Для проектирования системы изоляции построим паза рис.1. по данным:

=9,4 мм, диаметр нижнего круга;

=7,3 мм, диаметр верхнего круга;

=18,3 мм, высота паза;

=1 мм;

=3 мм;

=0,923 мм, толщина изоляции.

Рассчитаем количество проводников в пазу:

1. Рассчитаем по рис.1. площадь паза.

;

;

Где a, b - параллельные стороны или основание трапеции;

h - высота трапеции;

d₁ - диаметр нижнего круга;

d₂ - диаметр верхнего круга.

2. Найдем количество проводников в пазу из выражения:

;

Где - коэффициент заполнения паза медью, принимаем 0,7;

- площадь паза;

- толщина изоляции.

.

Рис.1. Схема паза. Масштаб 5:1.

1 - обмотка из провода ПЭТ-155; 2 - пазовая изоляция; 3 - крышка паза.

4. Построение трехфазной обмотки

Данные для построения обмотки:

Z = 48 - число пазов в обмотки;

а = 1 - число параллельных ветвей;

2р = 8 - число полюсов;

m = 3 - число фаз обмотки.



Рис.2. Схема трехфазной концентрической обмотки:

5. Технологическая цепочка изготовления обмотки:

1. Заготовительные работы.

2. Изолировка пазов сердечника.

3. Намотка катушек.

4. Втягивание катушек в пазы статора, заклинивание обмотки.

5. Разжим лобовых частей и осадка обмотки, формование лобовых частей.

6. Установка межфазной изоляции в лобовых частях. Пайка схемы и выводных концов статора.

7. Бандажирование лобовых частей обмотки статора.

8. Пропитка и сушка обмотки статора.

9. Контроль и испытания изоляции обмотки.

5.1 Изолировка пазов сердечника

Наиболее распространенный способ изолировки пазов сводится к изготовлению пазовых коробок и укладке их пазы сердечников.

При механизированной изолировке пазов и последующей машиной укладке обмотки материал изоляции должен обладать рядом определенных технологических свойств. Количество деталей в пазовом коробе должно быть минимальным, а в лучшем случае короб должен быть однослойным. Материал короба должен быть достаточно упругим, чтобы плотно прилегать к стенкам паза и не сминаться при укладке обмотки. Вместе с тем он должен быть стойким к надрыву, продавливанию, расслоению и быть достаточно скользким. Как показали исследования, наиболее приемлемыми являются полиэтилентерефталатные пленки и пленкосинтокартоны на основе нагревостойких бумаг и пленок.

Можно выделить два основных способа механизированного изготовления и укладки пазовых коробов.

При первом способе лента изоляционного материала механизмом прерывистого действия протягивается через профильные направляющие, посредством которых отбортовываются манжеты. В момент прекращения подачи ленты нож отрезает заготовку требуемой длины. Затем пуансон подает заготовку и в формующую матрицу, которая одновременно служит направляющим желобом для передачи отформованного короба толкателем в паз статора. После этого статор поворачивается специальным фиксирующим механизмом, обеспечивая соосное положение очередного неизолированного паза с матрицей и находящимся в ней коробом. Цикл изготовления и подачи пазовых коробов повторяется.

При втором способе изоляционный материал протягивается аналогичным механизмом через профильные направляющие и подается в зону ножниц. На отрезанную заготовку специальным инструментом наносятся зиговки, соответствующие линиям перегиба короба в пазу статора. Зигованная заготовка толкателем перемещается через профильную фильеру, где она сгибается и приобретает форму пазового короба. Отформованный короб подается в паз статора.

В большинстве пазоизолировочных станков используется первый способ изготовления и укладки пазовых коробов.

Пазоизолировочный станок типа ИС23А с устройством для подклейки ленты. Изоляционный материал сматывается с барабанов и, проходя устройство для подклейки ленты, заправляется в станок. Ролики липкой ленты располагаются с двух сторон изоляционного материала на небольших барабанах. Изолируемый сердечник устанавливают на стол, надвигают на центрирующую оправку и разжимают оправку винтом. От аксиальных перемещений сердечник крепят двумя зажимами. Для точной фиксации сердечника в радиальном направлении на оправке имеется одна шпонка, которая должна войти в один из шлицев лобового паза. Затем включается станок и происходит изолирование пазов.

Таблица.5.

Технические характеристики станка ИС23А:

Технические данные	ИС23А
Скорость изолирования, пазы/мин	100-140
Количество рабочих позиций	1
Привод	Электромеханический
Установленная мощность, кВт	1,5
Масса, кг	1000
Обрабатываемые изделия
Размеры сердечника, мм:
Внутренний диаметр	45-160
Максимальный внешний диаметр	240
длина	45-180
Число конфигурации пазов	1
Число пазов	24, 36, 48, 54
Форма дна паза	Плоская, полукруглая
Пазовая изоляция
Диаметр ролика, мм:
Максимальный наружный	400
Минимальный внутренний	50
Толщина изоляционного материала, мм	0,2-0,4
Пазовый короб
Длина развертки пазового короба, мм	55-200
Ширина развертки пазового короба, мм	19-60
Ширина манжета, мм	3-5

5.2 Намотка катушек

Катушки в зависимости от числа параллельных элементарных проводов наматывают двумя способами. При первом способе намотки катушки из одного или двух проводов образуются с помощью вращающегося, относительно неподвижного шаблона, мотовила; при втором способе катушки из двух и более параллельных проводов получаются за счет вращения шаблона.

Осуществление намотки катушек по первому способу производится на намоточных станках, имеющих различное конструктивное выполнение и одинаковое принципиальное решение.

Автоматический станок типа НвС2А - один из размерного ряда станков, разработанных ВНИИТэлектромаш. На нем расположены три шаблона. Каждый шаблон имеет две ступени, и на него наматываются две катушки, образующие катушечную группу. Всего за один цикл на станке в автоматическом цикле производится намотка трех катушечных групп по две катушки в каждой группе.

Шаблон имеет неподвижную и подвижную части. На неподвижной части имеются продольные пазы для приспособления, при помощи которого снимают с шаблона катушки, а на подвижной части - зажим для крепления провода. При намотке катушки витки раскладываются продольным движением мотовила в один или несколько рядов так, чтобы толщина одной стороны катушки была не более заданного технологией размера. Подвижная часть шаблона имеет коническую форму, что дает вероятность намотать катушку с витками различной длины для лучшего расположения витков в лобовых частях при втягивании. Конфигурация намоточного шаблона обусловлена требованиям сочленения катушек с втягивающей оправкой.

Тадлица.6

Технические характеристики станка НвС2А

Технические данные	НвС2А
Скорость намотки, об/мин	До 3000
Регулирование скорости	Плавное
Шаг раскладки витков, мм	0,1-1,4
Регулирование шага раскладки	Плавное
Суммарная мощность, кВт	4,04
Масса, кг	1750
Обрабатываемые изделия
Размеры сердечника, мм :
Внутренний диаметр	45-112
длина	40-130
Диагональ наматываемой катушки, мм	95-275
Диаметр обмоточного провода по меди, мм	0,5-1,3
Максимальное число последовательных витков в катушке (по счетчику)	999
Число катушек в концентрической группе	1-6
Число последовательно наматываемых катушечных групп (без разрыва)	1-4
Максимальное число параллельных проводников в катушке	1
Максимальная длина раскладки, мм	180

5.3 Втягивание обмотки в пазы статора

Известно несколько способов втягивания. Наибольшее распространение получил радиально-осевой способ. Рассмотрим станок, который имеет кольцо для крепления сердечника и рейку, расположенную в корпусе и совершающую горизонтальные движения. К рейке крепится сегмент с иглами для крепления витков.

Витки катушек располагаются между иглами, которые прикреплены к сегменту. Иглы выступают из сегмента для обеспечения их захода в шлиц паза.

Сегмент с обмоткой с торца вдвигают в сердечник, иглы нижней стороной входят в шлицы пазов, а затем рейка станка протягивает все витки в пазы. При этом к сегменту могут быть присоединены прокладки между верхним и нижним слоями обмотки и клин крышки.

Таблица.7.

Технические характеристики станка ВС3А:

Технические данные	ВС2А
Станки
Выполняемая операция	Втягивание и разжим
Продолжительность рабочего хода механизма втягивания, с	До 6
Максимальное усилие втягивания, кН	60
Продолжительность цикла формования, с	До 15
Максимальное усилие формования, кН	10
Время перемещения статора с позиции формования на позицию втягивания, с	10
Масса, кг	2500
Обрабатываемые изделия
Размеры сердечника, мм:
Внутренний диаметр	95-160
Максимальный внешний диаметр	240
длина	100-180
Число пазов	24, 36, 48, 54

5.4 Разжим лобовых частей и осадка обмотки, формование лобовых частей

При намотке однофазных обмоток (перед укладкой вспомогательной обмотки) и двухслойных обмоток обычно производят разжим лобовых частей, осадку первого слоя обмотки и установку в пазы статора межслойных изоляционных прокладок. Разжим лобовых частей и осадка обмотки необходимы для упорядочения положения витков в пазу и придания определенной формы лобовым частям.

Разжим лобовых частей осуществляют несколькими способами. В малых статорах (массой до 1,5 кг) для разжима лобовых частей обмотки применяют одну конусную оправку, так как требуются небольшие усилия. Оправка содержит заходный конус, цилиндрическое тело и коническое основание. Заходный конус служит для предварительного разведения сильно сжатой лобовой части обмотки и введения статора на оправку. Цилиндрическое тело, диаметр которого близок к диаметру отверстия статора, предназначено для направления лобовых частей относительно конического основания. Коническая часть - главная рабочая часть оправки.

Для разжима одной лобовой части статора надевают на оправку и перемещают вниз. При этом лобовые части наталкиваются на плавно расширяющееся коническое основание, скользят по его поверхности и разжимаются. Статор передвигают до тех пор, пока торец сердечника не упрется в основание. Для разжима другой лобовой части статора снимают с оправки, переворачивают и разжимают вторую сторону.

Можно произвести разжим за один прием. Для этого кроме описанной выше оправки применяют второй формующий орган, который представляет собой усеченный конус с отверстием.

Зазор между оправкой и усеченным конусом должен быть не более половины диаметра провода. В противном случае витки будут попадать в зазор и повреждаться.

Наиболее простым устройством для осадки обмотки в пазах является конусная оправка, имеющая на цилиндрической части неподвижные призматические выступы, плавно переходящие в Т-образные. При введении оправки в отверстие статора выступы входят в пазы и осаживают (прижимают к дну паза) катушки. При этом к катушкам прикладываются значительные осевые усилия, которые могут привести к выталкиванию из пазов межслойных прокладок и перемещению обмотки по ходу оправки. Чтобы избежать этого, выступы делают подвижными. При введении оправки в отверстие статора выступы уплотнены, а после ввода перемещаются в радиальном направлении и осаживают обмотку. Усилие осадки и радиальную глубину перемещения выступов выбирают такими, чтобы не повреждались витки и изоляция.

Станок типа ФС-5 для осадки обмотки. Он состоит из станины, подъемного стола и рабочего органа. Управление осуществляется с пульта. Оператор вручную устанавливает статор на стол в определенном положении относительно выступов, нажимает кнопку “Пуск”, и стол вместе со статором надвигается на устройство для осадки. При этом выступы свободно входят в пазы статора. Стол останавливается в верхнем положении, и начинается движение штока верхнего пневмоцилиндра, который посредством копира перемещает в радиальном направлении выступы, производящие осадку витков обмотки в пазах статора. После осадки шток верхнего пневмоцилиндра, а затем и выступы возвращаются в исходное положение. Стол опускается, и оператор снимает готовый статор.

Часто разжим лобовых частей совмещают с осадкой витков в пазах. Для этого в цилиндрическое тело оправки встраивают расходящиеся выступы. При таком совмещении операций сокращается трудоемкость формовочных операций при укладке обмоток.

После укладки всей обмотки производят формование лобовых частей перед пайкой выводных концов, затем припаивают выводные концы, бандажируют лобовые части и производят формование (калибрование) лобовых частей перед пропиткой. Формование перед пайкой необходимо для придания лобовым частям определенной формы и правильного расположения выводных концов. Формование перед пропиткой придают лобовым частям окончательную форму и обеспечивают размеры.

Конструкция станков для формования лобовых частей может быть различной. В большинстве станков используется принцип механического обжатия в пресс-формах. Пресс-форма состоит из формующих сегментов, которые перемещаются в радиальном направлении. Сегменты обжимают внешний и внутренний диаметры обмотки, а специальное кольцо, двигаясь в осевом направлении, обеспечивает высоту лобовой части. В процессе обжатия возможно выпучивание катушки в зазоры между сегментами. Для предотвращения этого лобовые части при формовании ориентируют так, чтобы зазоры между сегментами приходились на середину катушечных групп. Если обмотка уложена так, что внутренний диаметр лобовых частей больше требуемого, внутренние сегменты заменяют сплошным усеченным конусом. При этом наружные формующие сегменты обжимают лобовую часть вокруг конуса, который служит шаблоном. Такая конструкция пресс-формы применена на станке ФС23А.

Таблица.8.

Технические характеристики станка ФС23А для формования лобовых частей обмотки статора:

Технические данные	ФС23А
Станки
Продолжительность цикла формования, с	16
Максимальное расстояние между торцевыми шайбами, мм	600
Максимальный рабочий ход одной головки, мм	150
Максимальный ход башмака наружного формующего элемента, мм	30
Максимальный ход кулака внутреннего формующего элемента, мм	15
Число башмаков	6
Число кулаков	6
Максимальное осевое усилие формования, кН	25
Привод	Электрогидравлический
Максимальное давление в гидросистеме, кПа	6000
Масса, кг	950
Обрабатываемые изделия
Размеры сердечника, мм:
Внутренний диаметр	45-160
Максимальный внешний диаметр	240
длина	20-180
Высота лобовой части до формования, мм	20-120
Внутренний диаметр лобовой части до формования, мм	30-150
Внешний диаметр лобовой части до формования, мм	80-250
Максимальная высота лобовой части после формования, мм	85

5.5 Установка межфазовой изоляции в лобовых частях, пайка схемы и выводных концов статора

После укладки и формования лобовых частей статор поступает на операции установки междуфазовой изоляции в лобовых частях, пайки схемы и выводных концов. Эти операции производятся вручную на специально оборудованных рабочих местах.

Междуфазовая изоляция служит для изоляции в лобовых частях разных фаз в трехфазных статорах и главной обмотки от вспомогательной в однофазных.

Статор располагают вертикально или горизонтально на специальной подставке.

В лобовую часть устанавливают прокладки согласно чертежу. Прокладки представляют собой полосы определенной длины, нарезанные или вырубленные на штампе нужной формы из плотного электроизоляционного материала. Для удобства укладки витки фаз обмоток раздвигают специальным гладким инструментом.

При транспортировке и бандажировании прокладки удерживаются в лобовых частях силой трения. Для данной операции материал, имеющий гладкую, скользкую поверхность, мало пригоден. В процессе бандажирования нить утягивает витки лобовой части и прокладки могут сдвигаться или выпадать, усилие и скорость процесса бандажирования снижаются. Прокладки надежно фиксируются при их приклейке или когда материал прокладки имеет гофрированную поверхность.

Затем приступают к пайке схемы и выводных концов. Схему соединения обмоток, изоляцию мест пайки, расположение выводных концов и способ пайки указывают в чертеже статора.

В электрических машинах массового производства наибольшее распространение в последние годы получили способы контактной и газовой сварки, вытеснившие пайку мягким припоем.

Место сварки изолируют. Наиболее простой и производительный способ изоляции - надевание изоляционных трубочек. При этом трубочка может быть надета на один из проводов до сварки, если провода располагаются встык, и надвинута на сваренное место после сварки или надета после сварки, если провода располагаются внахлест. Способ изоляции указывается в чертеже.

В некоторых случаях конструкция обмоток и технология ее намотки такие, что вся фаза наматывается одним проводом без его разрыва. В этом случае операция сварки схемы отсутствует. Сварки подлежат только выводные концы.

5.6 Бандажирование лобовых частей обмотки статора

Бандажирование заключается в увязке лобовых частей обмотки статора. Бандажирование вручную - трудоемкая операция, требующая не только определенного навыка, но и больших физических усилий, так как образуемый при увязке обмотки бандаж должен быть плотно затянут.

Актуальность механизации бандажирования возрастает в связи с использованием в качестве бандажировочного материала нитей из синтетических материалов или стекловолокна, оказывающих вредное воздействие на руки рабочего.

Создано много конструкций станков для бандажирования лобовых частей обмотки статора двигателей. Эти станки позволяют механизировать наложение цепных краеобметочных стежков. В качестве рабочего инструмента в этих станках используется открытая игла-крючок или закрытая игла. Операция бандажирования может производиться одно- или двухниточным стежком. В однониточных бандажировочных станках используются радиусная игла и поворотный петлитель. При входе иглы в просвет обмотки нить натягивается по хорде между ушком иглы и обмоткой, образуя зазор около 15-20 мм, что позволяет легко захватывать ее петлителем.

Применение радиусной иглы позволило обеспечить передачу нити с иглы на петлитель, приблизить статор вплотную к траектории движения иглы, исключив влияние распушения листов сердечника, а также упростить конструкцию привода иглы и петлителя.

Однониточный станок двустороннего действия (бандажируются обе лобовые части статора) имеет двухпозиционную статорную головку, позволяющую выполнять загрузку - выгрузку статора на загрузочной позиции одновременно с бандажированием на рабочей позиции. На станке производят первоначальное закрепление и автоматическую отрезку нити. Благодаря программному устройству стежки бандажа на отдельных участках укладываются в каждом просвете или через просвет. Это позволяет не бандажировать просветы, перекрытые выводными проводниками или другими деталями обмотки, а также накладывать по несколько стежков в начале и конце бандажирования. Станки бандажируют одновременно обе лобовые части, делая до 72 стежков в минуту.

При двухниточном бандажировании получается значительный технологический эффект - отсутствие смещения межфазовой изоляции. Неподвижность изоляции объясняется двумя причинами: значительным уменьшение воздействия игольной нити, которая натянута слабее, чем при однониточном стежке; наличием на торце статора сильно натянутой петлительной нити, которая препятствует сдвигу межфазовой изоляции.

Бандажировачный станок типа БС-23Б, бандажирует двухниточным швом с помощью двух радиусных закрытых игл. Бандажирование - одностороннее.

Таблица.9.

Технические характеристики станка БС-23Б для бандажирования лобовых частей:

Технические данные	БС-23Б
Максимальная скорость бандажирования, стяжков/мин	120
Размеры сердечника, мм:
Внешний диаметр	До 225
Внутренний диаметр	65-100
длина	65-180
Число пазов	24, 36, 48, 54
Высота лобовой части, мм	32-65
Число одновременно бандажируемых сторон	1
Масса, кг	1500

5.7 Пропитка обмотки струйным методом

Сущность технологии пропитки струйным (или капельным) способом заключается в следующем. Статор или якорь подключают к источнику электрического тока низкого напряжения, который производит нагрев обмотки. Температура нагрева регулируется по заданной программе автоматически.

В нагретую обмотку через сопло тонкой струей подается пропиточный состав. При этом статор или якорь находится в наклонном положении и вращается. Пропиточный состав подается в наружную и внутреннюю поверхности передней (верхней) лобовой части обмотки и вследствие наклонного положения пропитываемого изделия, а также под действием капиллярных сил проникает через пазы между проводниками обмотки в заднюю (нижнюю) лобовую часть. При соприкосновении состава с нагретой обмоткой вязкость его резко снижается, благодаря чему он лучше проникает в обмотку. В процессе пропитки нагрев обмотки продолжается, однако температура ее почти не повышается из-за охлаждающего действия пропиточного состава. По окончании пропитки статор или якорь поворачивается в горизонтальное положение и продолжает вращаться. При этом пропиточный состав равномерно распределяется в лобовых частях. Температура обмотки начинает повышаться, происходит желатинизация, а затем полное отверждение пропиточного состава.

Пропиточная установка роторного типа УПС-4 состоит из вращающегося стола с приспособлением закрепления пропитываемых сердечников статоров, устройства для дозирования и распределения пропиточного состава, электропривода и устройства для токового нагрева обмоток. Ток через коллектор и токосъемник подается к сердечникам, установленным в приспособлениях. Все механизмы размещены в корпусе. Корпус имеет смотровые окна и патрубок для подключения к вентиляционной сети. На каждое приспособление устанавливаются по два сердечника статора. Стол приводится во вращение шаговым механизмом, который с определенным тактом перемещает сердечники каждый раз на одну позицию. Поворот стола производится поворотным устройством.

Полный цикл пропитки и термообработки происходит при перемещении пропитываемых сердечников через все 18 позиций. Такт работы установки регулируется в широких пределах. На последней, 18-й позиции выгружаются пропитанные и загружаются непропитанные сердечники. На 1-й и 2-й позициях происходит предварительный нагрев обмоток до температуры 80-100 ⁰С. На 3-5-й позициях на наружную и внутреннюю поверхности верхней лобовой части сердечника, расположенного под углом 20⁰ к горизонту и вращающегося с частотой 25±5 об/мин, подаются через два сопла дозы пропиточного состава. На 6-15-й позициях происходит отверждение пропиточного состава в обмотке. При этом сердечники находятся в горизонтальном положении и продолжают вращаться. На 16-й позиции прекращается питание обмотки током, и на позицию загрузки и выгрузки сердечник поступает несколько охлажденным.

К достоинствам струйного метода пропитки следует отнести: значительное сокращение длительности пропитки и термообработки обмоток; отсутствие необходимости в зачистке поверхностей пакетов от наплавов пропиточного состава; очень малые потери пропиточного состава; хорошее заполнение обмотки смолой; хорошую цементацию обмотки; небольшие производственные площади, занимаемые технологическим оборудованием; возможность встраивания технологического оборудования в поточно-механизированную линию, особенно при токовом нагреве обмоток.

Таблица.10.

Технические характеристики установки УПС-4 для капельной пропитки:

Технические данные	УПС-4
Внешний диаметр сердечника, мм	90-150
Производительность, статоров/ч	120-60
Количество позиций	18
Установленная мощность, кВА	23-103
Масса, кг	8000

5.8 Контроль и испытания изоляции обмотки

Обмотки без корпусной изоляции проходят первое испытание после укладки. Проверяют электрическую прочность корпусной изоляции. Так как катушки еще не запаяны, то все концы катушек соединяют вместе и на них подают высокое напряжение. После пайки схемы и выводных концов обмотку испытывают на прочность корпусной, межфазной и витковой изоляции и измеряют сопротивление обмотки. Для проверки электрической прочности корпусной изоляции на пазовую часть катушки накладывают электрод из фольги или стальную коробочку. Испытательное напряжение подают на медь обмотки, а электроды заземляют. Испытательное напряжение частотой 50 Гц повышают с напряжения, равного 1/3 максимального, до максимального значения в течение 10 с, выдерживают в течение 60 с и течение 10 с уменьшают до 1/3 максимального напряжения, а затем снимают. Межвитковую изоляцию испытывают приборами типа СМ и ЕЛ-1. Прибор представляет собой генератор импульсов с напряжением до 600 В. Импульсы подают на две фазы обмотки поочередно и электронно-лучевую трубку. При неисправности в одной из фаз на экране появляется изображение двух кривых. При определенном навыке оператор, производящий контроль, может по форме кривых определить неисправность (межвитковое замыкание, плохой контакт, обрыв, разные числа витков). При совершенно идентичных обмотках две кривые на экране сливаются и оператор видит одну кривую. Прибор универсален. Он позволяет контролировать обмотки электрических машин постоянного и переменного токов различной мощности.

6. Расчет показателей надежности двигателя:

Дефектность витковой изоляции в области обмотки, не принадлежащей к области выхода из паза, в момент времени наработки , мм^-1:

;

1	0.001064121650178
2	0.001228243300356
3	0.001392364950533
4	0.001556486600711
5	0.001720608250889
6	0.001884729901067
7	0.002048851551245
8	0.002212973201422
9	0.0023770948516
10	0.002541216501778
11	0.002705338151956
12	0.002869459802133
13	0.003033581452311
14	0.003197703102489
15	0.003361824752667
16	0.003525946402845
17	0.003690068053022
18	0.0038541897032
19	0.004018311353378
20	0.004182433003556

Дефектность витковой изоляции в области выхода катушек из паза в момент времени наработки двигателя , мм^-1:

;

1	0.002132243300356
2	0.002296364950533
3	0.002460486600711
4	0.002624608250889
5	0.002788729901067
6	0.002952851551245
7	0.003116973201422
8	0.0032810948516
9	0.003445216501778
10	0.003609338151956
11	0.003773459802133
12	0.003937581452311
13	0.004101703102489
14	0.004265824752667
15	0.004429946402845
16	0.004594068053022
17	0.0047581897032
18	0.004922311353378
19	0.005086433003556
20	0.002132243300356

Вероятность отказа одного элемента витковой изоляции в интервале времени наработки от до :

1	0.000000289443203
2	0.000000334084618
3	0.000000378726033
4	0.000000423367448
5	0.000000468008863
6	0.000000512650278
7	0.000000557291693
8	0.000000601933108
9	0.000000646574523
10	0.000000691215938
11	0.000000735857353
12	0.000000780498768
13	0.000000825140183
14	0.000000869781598
15	0.000000914423013
16	0.000000959064428
17	0.000001003705843
18	0.000001048347258
19	0.000001092988673
20	0.000001137630088

Вероятность отказа одного элемента витковой изоляции в области выхода катушек из паза в интервале времени наработки от до :

1	0.000000535333
2	0.000000579974415
3	0.00000062461583
4	0.000000669257245
5	0.00000071389866
6	0.000000758540075
7	0.00000080318149
8	0.000000847822905
9	0.00000089246432
10	0.000000937105735
11	0.000000981747149
12	0.000001026388564
13	0.000001071029979
14	0.000001115671394
15	0.000001160312809
16	0.000001204954224
17	0.000001249595639
18	0.000001294237054
19	0.000001338878469
20	0.000001383519884

Число элементов витковой изоляции в области обмотки, не принадлежащей к выходу из паза, в момент времени наработки :

1	3639.7473239651754
2	4201.1129694621395
3	4762.478614959103
4	5323.844260456067
5	5885.20990595303
6	6446.575551449993
7	7007.9411969469575
8	7569.30684244392
9	8130.672487940885
10	8692.038133437849
11	9253.403778934811
12	9814.769424431775
13	10376.135069928741
14	10937.500715425704
15	11498.866360922666
16	12060.232006419628
17	12621.597651916594
18	13182.963297413558
19	13744.32894291052
20	14305.694588407483

Число элементов витковой изоляции в области выхода катушек из паза в момент времени наработки :



1	1558.2895136069756
2	1688.2352648794206
3	1818.181016151866
4	1948.1267674243115
5	2078.0725186967566
6	2208.018269969202
7	2337.964021241647
8	2467.9097725140928
9	2597.8555237865376
10	2727.801275058983
11	2857.747026331428
12	2987.6927776038738
13	3117.6385288763186
14	3247.584280148764
15	3377.5300314212095
16	3507.4757826936548
17	3637.4215339661
18	3767.367285238545
19	3897.3130365109905
20	4027.2587877834358

Вероятность отказа витковой изоляции на интервале времени наработки от до :

1	0.001885923707342
2	0.002379824717246
3	0.002935024344458
4	0.003551419963142
5	0.004228897681037
6	0.004967332372162
7	0.005766587718681
8	0.006626516249575
9	0.007546959386245
10	0.008527747494821
11	0.009568699934009
12	0.010669625111106
13	0.011830320545344
14	0.013050572923028
15	0.014330158168413
16	0.015668841507845
17	0.017066377547752
18	0.018522510343111
19	0.020036973476824
20	0.021609490146727

Вероятность безотказной работы витковой изоляции в течение времени наработки :

1	0.998114076292658
2	0.995246014131193
3	0.991220744786953
4	0.985869816638708
5	0.979033592670426
6	0.970563679426701
7	0.960325537171042
8	0.948201209749114
9	0.934092101334617
10	0.91792171677364
11	0.899638273293212
12	0.879217084240901
13	0.856662611580316
14	0.832010083630807
15	0.805326577913618
16	0.776711477940298
17	0.746296225758056
18	0.714243311042187
19	0.680744460187123
20	0.646018016472754

изоляция обмотка электрический двигатель

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены факторы воздействующие на систему изоляции, исходя из этого были выбраны изоляционные материалы и обмоточный провод с учетом класса нагревостойкости асинхронного двигателя. А также спроектирована система изоляции, построена трехфазная обмотка и составлена технологическая цепочка изготовления обмотки. Произведен расчет вероятности безотказной работы витковой изоляции. В качестве элемента витковой изоляции принят дефект на изоляции одного из соприкасающихся витков, имеющих различные потенциалы. Дефект на изоляции второго витка существует с некоторой вероятность, величина которой определяется дефектностью витковой изоляции.

При существовании дефекта на каждом из пары соприкасающихся витков образуется неизолированный промежуток между токоведущими частями этих витков. В месте промежутка возможно возникновение виткового замыкания. Вероятность возникновения виткового замыкания зависит от технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов.

Дефектность витковой изоляции до начала эксплуатации двигателей определяется дефектностью изоляции провода в состоянии поставки, дефектностью, вносимой на технологических операциях изготовления обмоток, и скрытием дефектов в процессе пропитки. Необходимо учитывать два вида элементарных участков витковой изоляции в местах существования дефектов: участки, где соседние витки касаются, и участки , где соседние витки удалены на некоторое расстояние. В последних участках имеется между изоляцией провода воздушная прослойка, которая намного уменьшает вероятность отказа таких участков и при расчете их можно не учитывать. По результатом расчета получили, что вероятность безотказной работы витковой изоляции в течение времени наработки 20000 часов составило 0,963. Это означает что витковая изоляция выдерживает все требования.

Список литературы

1. А.П. Матялис “Изоляция электрических машин”. Учебное пособие по курсовому проектированию. Томск 1985.

2. Л.М. Бернштейн “Изоляция электрических машин общего назначения”. Москва Энергоиздат 1981.

3. М.В. Антонов “Технология производства электрических машин”. Москва Энергоатомиздат 1993.

4. И.Б. Пешков “Обмоточные провода”. Москва Энергоатомиздат 1995.

5. О.Д. Гольдберг “Испытания электрических машин”. Москва “Высшая школа” 2000.

Размещено на Allbest.ru