МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по курсу “Технология электромашиностроения”

для студентов специальности

180100 – «Электромеханика»

дневной и заочной форм обучения

Воронкж 2012

Составители канд. техн. наук, профессор Пархоменко Г.А., канд. техн. наук, доцент Титова Л.Н.

УКД 621.313

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Технология электромашиностроения”для студентов специальности 180100 – «электромеханика»дневной и заочной форм обучения / Воронеж. гос. техн. ун-т; сост. Г.А. Пархоменко, Л.Н.Титова, Воронеж, 2004. с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Технология электромашиностроения”для студентов специальности 180100 – «электромеханика» включают в себя описание пяти лабораторных работ по проблемам производства электрических мащин, поставленных на специальных стендах, содержат методические указания по их выполнению и обработке экспериментальных данных.

Ил. . Табл. . Библ. назв.

Рецензент канд. техн. наук, доцент Писаревский Ю.В.

Ответственный за выпуск

зав. кафедрой канд. техн. наук В.П. Шелякин

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© Издательство Воронежского государственного технического университета, 2004

Прохождение курса “Технология производства и испытания электрических машин” сопровождается проведением лабораторных работ, способствующих закреплению теоретических знаний и получение практических навыков.

В методическом руководстве приведены шесть работ по основным разделам курса. Порядок проведения лабораторных работ определяется их содержанием и для каждой работы устанавливается отдельно. Для качественного проведения лабораторных работ необходимо проработать теорию в соответствии со списком источников, указанных в конце пособия.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТУ

Отчёт по лабораторной работе составляется на листах формата А4 и содержит: титульный лист с наименованием работы, цель работы, перечень используемых приборов и инструментов, таблицы данных, схемы установок, графики, расположенные в последовательности, соответствующей порядку выполнения работы, выводы по проделанной работе, ответы на контрольные вопросы.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Перед началом работы необходимо внимательно ознакомиться с правилами поведения и техники безопасности в лаборатории.

Не загромождайте рабочее место оборудованием, приборами и другими предметами, не относящимися к выполняемой работе.

При работе в лаборатории выполняйте только задание, которое вам поручено.

Запрещается находиться в лаборатории в головном уборе и пальто или иной подобной верхней одежде. Она должна быть размещена в специально отведенном месте.

Запрещается начинать работу без разрешения преподавателя.

При работе на намоточном станке следует чётко выполнять правила ТБ и не оставлять включённым станок без присмотра.

При работе на испытательной установке весь монтаж схемы требуется производить при отключенном стенде.

Лабораторная работа № 1 исследование способов намотки открытых катушек

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление со способами намотки катушек изолированным проводом, исследование влияния режимов намотки на точность геометрических и электрических параметров.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Намотка каркасных открытых катушек несколькими способами на намоточном станке. Определение зависимости геометрических и электрических параметров катушки от способов и режимов намотки.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Обмотки образуют электрические цепи, обеспечивающие направленное преобразование энергии в электрической машине. Они имеют различные конструктивные исполнения, среди которых наиболее часто встречаются: полюсные, пазовые, гладкие, короткозамкнутые, кольцевые (граммовские) и др. Любая обмотка состоит из одной или нескольких катушек, представляющих собой комплект витков (проводов), конструктивно объединённых в один функциональный блок. Катушка имеет два вывода (начало и конец) и может содержать отводы от внутренних витков. Виток представляет собой отдельную петлю обмоточного провода.

Кроме обмоточного провода катушки содержат электрическую изоляцию, разделяющую между собой отдельные вики (витковая изоляция), слои (межслоевая изоляция). Корпусная изоляция отделяет катушку от магнитопровода или корпусных элементов машины.

Большинство обмоток электрических машин изготовляется путём наматывания обмоточного провода на внешнюю поверхность магнитопровода, штатного или технологического каркаса (шаблона). В последнем случае после намотки катушку снимают с технологического шаблона, при необходимости дополнительно изолируют и укладывают на магнитопровод электрической машины в соответствии с требованиями конструкции.

Н а рис. 1 показан в разрезе пример открытой катушки на пластмассовом штатном каркасе (1). Витки обмоточного провода образуют тело катушки (2). Начало и конец оформлены в виде выводов (3).

Различают несколько способов намотки открытых катушек:

рядовая, когда витки укладываются рядом друг с другом вдоль оси катушки, образуя ровные слои;

спиральная, когда последующий виток укладывается на предыдущий, смещаясь в радиальном направлении с образованием спирали;

внавал, когда витки укладываются без строгого соблюдения намотки и числа витков в слое;

винтовая, когда витки укладываются с шагом, значительно превышающим внешний диаметр провода.

В электрических машинах чаще применяют катушки, намотанные “внавал” или с рядовой укладкой витков.

Намотка открытых катушек производится на намоточных станках, среди которых можно выделить две главные разновидности:

а) с вращением каркаса (шаблона) вокруг своей оси, при этом положение тарной катушки в пространстве остаётся неизменным;

б) с вращением манипулятора проводоукладчика вокруг оси неподвижного каркаса (шаблона).

Станки первой разновидности имеют более простую кинематику, повышенную производительность. Их применение предпочтительно для намотки открытых катушек. Достоинством станков второй разновидности является доступность контроля качества укладки каждого витка, их применение может быть оправдано при намотке более сложных катушек.

П роизводительность станка возрастает при увеличении частоты вращения шпинделя. Однако возможности этого пути ограничивается динамическими характеристиками системы КПК (катушка – провод - каркас).

Структурная схема системы КПК показана на рис.2, где каждый прямоугольник условно представляет отдельный механизм станка: 1 – механизм смотки провода с тарной катушки; 2 – механизм регулировки натяжения провода; 3 – направляющий механизм; 4 – механизм укладки витков; 5 – каркас (шаблон). Все эти механизмы последовательно соединены между собой обмоточным проводом, воспринимающим все механические усилия, возникающие в системе в процессе намотки.

Поведение системы КПК зависит от формы каркаса (шаблона). На каркасе круглого сечения формируются витки кольцевой формы. При постоянстве частоты вращения каркаса провод в процессе намотки будет иметь стабильную скорость движения вдоль своей оси, постоянство натяжного усилия. В этих условиях станок обеспечивает наибольшую частоту наматывания.

В общем случае каркас, или технологический шаблон, имеет более сложную форму, например, прямоугольную. При постоянной частоте вращения такого каркаса линейная скорость обмоточного провода будет изменяться. Натяжение провода будет пульсирующим, что может привести к раскачиванию системы КПК и обрыву провода. Пульсация натяжения провода приводит к неравномерной плотности укладки провода в тело катушки. На гранях каркаса провод укладывается менее плотно, чем на рёбрах. Это приводит к тому, что наружная поверхность катушки все больше скругляется по мере увеличения числа слоёв, что характеризуется коэффициентом распушения:

, (1)

где в_гр и в_реб – радиальная толщина катушки на грани и ребре каркаса

соответственно. Распушение приводит к чрезмерной спрессовке проводников на ребрах каркаса и свободному их размещению на гранях, что снижает надёжность витковой и межслойной изоляции.

Важным параметром, определяющим технико-экономические и технологические характеристики катушки, является коэффициент заполнения её сечения обмоточным проводом.

Различают коэффициент заполнения катушки изолированным проводом

(2)

и коэффициент заполнения катушки голым проводом

, (3)

где W – число витков; q_n, q_м – сечение изолированного и голого провода; S_к – сечение катушки. Коэффициент заполнения изолированным проводом в большей степени характеризует технологические возможности обеспечения требуемых размеров катушки.

Электрическое сопротивление нескольких одинаковых катушек, намотанных на одном станке, может отличаться. Изменение электрического сопротивления катушки удобно представить в “относительном” виде:

(4)

где R и ΔR – номинальное значение и отклонение значения активного сопротивления катушки.

Можно выделить несколько главных причин, определяющих величину R: изменение удельного сопротивления материала жилы провода, колебания длины проводника в катушке (связаны с плотностью укладки); погрешности диаметра провода, размеров каркаса (шаблона), отсчёта числа витков и др. Под действием натяжного усилия возможно упругое удлинение провода, что также приведёт к изменению сопротивления катушки:

, (5)

где Т – натяжение провода при намотке; Е – модуль нормальной упругости проволоки; d_м – диаметр проволоки.

Приведенные соображения учитываются при определении оптимальных режимов намотки.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

В процессе выполнения работы необходимо намотать несколько образцов каркасных катушек. Для этого используют намоточный станок для открытого наматывания с вращающимся каркасом. Половину образцов наматывают “внавал”, а вторую половину – с рядовой укладкой. В каждом варианте намотки предусматривают не менее трёх уровней натяжения провода, устанавливаемого натяжным механизмом станка. Число витков и марка провода во всех образцах должны быть одинаковыми.

Перед началом намотки измеряют с помощью штангенциркуля размеры сечения основания каркаса по граням (С₁) и рёбрам (d₁), с помощью микрометра - диаметр изолированного (q_n) и голого (q_m) провода. Число витков катушки (W) определяют по счётчику станка. После намотки катушки измеряют размеры её сечения на гранях (С₂) и рёбрах (d₂) каркаса. С помощью моста постоянного тока измеряют активное сопротивление катушки (R). Для определения средней длины витка катушки последнюю следует разрезать и измерить максимальную ( ₁) и минимальную длину ( ₂) витка. Средняя длина витка определяется по выражению

(6)

Расчётное активное сопротивление катушки определяют по формуле

(7)

Определяют толщину катушки:

на гранях ; (8) на рёбрах , (9)

сечение тела катушки:

на гранях (10)

на рёбрах (11)

где - осевая длина катушки.

Коэффициент распушения катушки рассчитывают по формуле (1) Коэффициенты заполнения катушки на гранях и рёбрах рассчитывают по формулам (2) и (3) с учётом формул (10) и (11).

ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ, МАТЕРИАЛЫ, ПРИБОРЫ

Станок намоточный открытого наматывания, содержащий все механизмы системы КПК; штангенциркуль; микрометр; линейка; каркасы однотипные (6шт); провод обмоточный на тарной катушке; спиртовка; шкурка наждачная мелкая; лента липкая; мост постоянного тока; ножницы.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

По описанию намоточного станка изучить его кинематику и правила управления, обратив особое внимание на соблюдение требований безопасной эксплуатации станка.

С помощью штангенциркуля измерить основание каркасов, определить средние значения размеров по граням (С₁), по рёбрам (d₁) и по оси ( ) каркаса.

С помощью микрометра измерить диаметр намоточного провода по изоляции и по меди (изоляцию обжечь в пламени спиртовки и снять тонкой наждачной шкуркой).

Установить каркас на шпиндель намоточного станка.

Закрепить на каркас начало провода, оформив его в виде вывода.

Установить натяжным устройством требуемое натяжение провода. Для каждого способа намотки предусмотреть изготовление

Таблица 7

Вид намотки

Номер катушки

Размер каркаса

Размр катушки

Активное сопр.

Натяжение провода

Коэффициент заполнения

Коэффициент распушения

Вес меди

на гранях

на ребрах

по оси

на гранях

на ребрах

измеренное

расчетное

на гранях

на ребрах

в н а в а л

1 2 3

р я д о н а я

1 2 3

Примечание: Количество катушек для каждого вида намотки может быть увеличено. Для каждой катушки устанавливается различное натяжение провода.

катушек тремя значениями натяжения провода. Значения натяжения провода дается преподавателем.

Установить на счётчике требуемое число витков.

Установить по шкале станка шаг укладки витков: при рядовой укладке он должен быть равен диаметру провода по изоляции; при укладке “внавал” шаг укладки должен быть в 2-3 раза меньше диаметра провода.

Включить станок и намотать катушку.

Закрепить крайний виток липкой лентой, оформив вывод, после чего обрезать провод.

Зачистить выводы катушки от изоляции.

С помощью штангенциркуля измерить размеры катушки на гранях (С₂) и рёбрах (d₂) в 3-4 сечениях. Определить среднее значение каждого размера.

С помощью моста постоянного тока измерить активное сопротивление катушки.

Разрезать катушку, с помощью линейки измерить длину наименьшего и наибольшего витков, определить среднюю длину витка ( _ср).

По результатам измерений рассчитать для каждой катушки коэффициент распушения (К_р), коэффициенты заполнения (К_з1), (К_з2) на гранях и рёбрах каркаса, активное сопротивление катушки (R). Результаты измерений и расчётов свести в табл.7 . Сделать выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие типы обмоток применяются в электрических машинах?

2. Какие требования предъявляются к обмоточным проводам в зависимости от типа обмотки, условий её изготовления и эксплуатации?

3. Какие изоляционные материалы применяются в обмотках электрических машин?

4. Как влияет усилие натяжения провода на электрические параметры обмоток?

5. Как зависит коэффициент заполнения катушки проводом от способа укладки витков?

6. Из каких основных элементов состоят обмотки электрических машин?

7. Какие основные типы станков применяются в обмоточном производстве?

8. В чём основное различие совмещённого и раздельного способа укладки обмоток электрических машин?

9. Из каких основных элементов состоит обмоточный станок, применяемый в лабораторной работе?