2 Материалы, применяемые в электромашиностроении

2.1. Общие сведения

В электромашиностроении наблюдается неуклонная тенденция к повы­шению удельной мощности электрических машин (мощности на единицу массы). Это достигается не только путем совершенствования конструкции, но и путем применения наиболее прогрессивных современных материалов с более высокими эксплуатационными характеристиками. Ведь стоимость, экономичность и эксплуатационная надежность электрической машины зави­сят не только от правильного и оптимального выбора размеров, конструкции, технологии производства и точности расчетов, но также от свойств материа­лов, из которых она изготовлена.

В процессе работы, транспортирования и хранения электрическая машина испытывает целый комплекс механических, электрических, тепловых и атмо­сферных воздействий.

Механические воздействия обусловлены вибрациями, центробежными и электромагнитными силами, характером и условиями работы приводного механизма.

Электрические воздействия обусловлены условиями пуска электрической машины, непостоянством питающего напряжения и возможными перенапря­жениями в сети.

Тепловые воздействия связаны как с различными видами потерь в самой электрической машине, так и с внешними тепловыми воздействиями. Тепло­вые воздействия являются наиболее опасными для электрической изоляции, т. к. при температурах, превышающих допустимую, "интенсивно развивается процесс теплового старения изоляции.

Атмосферные воздействия обусловлены влиянием на электрическую ма­шину коррозионно-активных материалов, солнечной радиации, пыли, влаги и т. п.

Стоимость электрической машины существенно влияет на ее экономич­ность, т. к. физические свойства выбранных материалов (механическая и электрическая прочность, электрическая проводимость, нагревостойкость и т. п.) определяют энергетические показатели машины, ее эксплуатационную надежность и технологичность.

Материалы, применяемые в производстве электрических машин, разде­ляются на активные, электроизоляционные и конструкционные.

Активные материалы служат для создания в электрической машине необ­ходимых условий для протекания электромагнитных процессов. Активные материалы подразделяются на магнитные и проводниковые (токопроводящие).

Электроизоляционные материалы предназначены для электрической изо­ляции токопроводящих частей машины друг от друга и от других частей ма­шины.

Некоторые детали и сборочные единицы электрической машины работа­ют в сложных физических условиях и выполняют функции как конструкци­онных, так и активных. Так, например, станина машины постоянного тока выполняет роль как конструкционной, так и магнитопроводящей детали. По­этому к материалам таких деталей предъявляются смешанные требования. Например, хорошие магнитные свойства материала должны сочетаться с его механической прочностью.

2.2. Магнитные материалы

2.2.1. Основные параметры магнитных мматериалов

К магнитным материалам относят вещества, существенно изменяющие магнитное поле, в которое они помещены.

Магнитное поле в любой его точке характеризуется магнитной индукцией В, напряженностью магнитного поля Нμ магнитным потоком Ф.

Магнитная индукция зависит от магнитных свойств среды, в которой воз­никло магнитное поле. Значение магнитной индукции зависит от строения и магнитного состояния вещества.

Магнитные свойства материалов оцениваются следующими основными магнитными параметрами.

Абсолютная магнитная проницаемость μ_а (Гн/м) равна отношению ве­личины магнитной индукции В к величине напряженности магнитного поля Н в данном материале:

μ_а = В/Н

Для оценки свойств магнитных материалов обычно пользуются относительной магнитной проницаемостью μ. При этом различают (рис. 2.1) на­чальную магнитную проницаемость р_н, измеряемую в очень слабых магнит­ных полях - при значениях напряженности магнитного поля Н, близких ну­лю, и максимальную магнитную проницаемость μ _а.

Рисунок 2.1 – Зависимость магнитной проницаемости от напряженности

Температурный ко­эффициент магнитной проницаемости ТКμ (1/град), который харак­теризует изменение маг­нитной проницаемости при изменении темпера­туры магнитного мате­риала.

При линейном изме­нении ц температурный коэффициент магнитной проницаемости определяется

ТКμ = (μ2- μ1)/ μ1*(1/(t2-t1))

где μ2 - начальная магнитная проницаемость материала при температуре t2; μ1- начальная магнитная проницаемость материала при температуре t1.

Коэрцитивная сила Н_с (рис. 2.2) - это напряженность магнитного поля на петле магнитного гистерезиса (статической предельной петле гистерези­са), при которой индукция в материале равна нулю (В = 0). Магнитным гис­терезисом называется явление отставания изменения магнитной индукции от вызывающей эти изменения напряженности магнитного поля. Напряжен­ность магнитного поля Н и коэрцитивная сила Н_с измеряются в амперах на метр (А/м).

Остаточная магнитная индукция В, (рис. 2.2) - индукция в намагни­ченном до насыщения материале, при которой напряженность магнитного поля равна нулю (Н = 0).

Индукция насыщения Вr, (рис. 2.2) - индукция, по достижении которой материал практически достигает полного намагничивания.

Рисунок 2.2 – Основная кривая намагничивания (1) и статическая петля гистерезиса