Улучшение качества изготовления литых медных Короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных Двигателей

УДК 621.313.333

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ МЕДНЫХ

КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ОБМОТОК РОТОРОВ АСИНХРОННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

Железняков Андрей Владимирович

Кандидат технических наук

Преподаватель специальных дисциплин

ГПОУ «Донецкий электрометаллургический техникум»

Аннотация

В статье рассмотрен способ повышения качества изготовления литых медных короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей.

Исследования, проведённые в США, Франции, Италии, Германии, Польше, Бразилии, Индии и Корее показали, что применение в асинхронных двигателях (АД) литой медной короткозамкнутой обмоткой (ЛМКО) ротора вместо литой алюминиевой короткозамкнутой обмотки (ЛАКО) в значительной степени решает проблемы энергоресурсосбережения [1].

Литая медная короткозамкнутая обмотка ротора, пакет листов ротора, литниковая система, инертные газы.

Проблемы заливки медью обмоток сердечников роторов обусловлены, главным образом, её низкой жидкотекучестью, весьма активным взаимодействием с воздушной средой и литейной формой. Роторы имеют, как правило, большую длину, что при заливке может сопровождаться снижением электропроводности меди при введении компонентов для повышения её жидкотекучести, а также чревато образованием литейных дефектов. В силу этих причин долгое время попытки организовать производство АД с ЛМКО ротора были неудачными.

Таким образом, предпринимались попытки освоения ЛМКО, как правило, на АД малых габаритов и с массой заливаемой меди до 3 кг. Вместе с тем, в связи с необходимостью внедрения энергосберегающих технологий добычи полезных ископаемых, интерес к ЛМКО ротора мощных АД возрастает. Поэтому в последние годы подобные исследования активизировались: создаются новые сплавы, в том числе с высокой электропроводностью, совершенствуется технология плавки и заливки обмоток роторов медью [2].

Известны различные способы изготовления литых короткозамкнутых обмоток роторов: под давлением и статический, когда расплав заполняет форму и формирует стержни и короткозамыкающие кольца под действием силы тяжести [3].

Указанные способы имеют ряд недостатков:

− из-за наличия литниковой системы − сложность, а следовательно, высокая стоимость литейной оснастки;

− турбулентное движение расплава при заполнении литейной формы;

− невозможность предотвращения попадания в расплав шлаков из разливочного ковша;

−частое появление литьевого брака − рыхлость, пористость, недоливы, утяжки;

− для литых из меди обмоток роторов контакт расплава с атмосферой ведёт к появлению «водородной болезни»;

− наличие термического оборудования отдельно для нагрева оснастки и для приготовления расплава.

Указанные недостатки приводят к неудовлетворительному качеству (наличие литейных дефектов и высокому удельному сопротивлению материала отливки) литых короткозамкнутых обмоток роторов и к повышению стоимости их изготовления.

Для улучшения качества изготовления литых короткозамкнутых обмоток роторов предложен способ изготовления в среде инертных газов (рис.1).

Пакет листов ротора 1 на оправке 4, зажатый с двух сторон литейными формами 6 и 7 и зафиксированный штифтом 5 помещён в нагревательную печь 8, имеющую крышку 9, нагревательный элемент 11, подвижную плиту 13 и основание 14.

Процесс изготовления литой короткозамкнутой обмотки ротора происходит следующим образом.

Пакет листов ротора 1 собирают на оправке 4, зажимают с обеих сторон формами 6 и 7 и закрепляют всю сборку штифтом 5. Опилки или измельченную стружку материала обмотки ротора через отверстия 10 засыпают в полость 15 формы 7, и далее через пазы 2 пакета листов ротора, в полость 3 формы 6. Полость3 имеет форму и размеры короткозамыкающего кольца. Полость 15 имеет увеличенные размеры для компенсации усадки материала обмотки при расплавлении.

Затем всю конструкцию, с засыпанным материалом обмотки, устанавливают на подвижную плиту 13 в нагревательной печи. После этого печь закрывается крышкой 9 и в пространство 12 подаётся инертный газ (углекислый, аргон и т.д.). Защитная атмосфера предотвращает контакт разогретых элементов конструкции ротора (листов ротора, листового покрытия) с кислородом атмосферы, что предотвращает их окисление. При использовании в качестве материала короткозамкнутой обмотки ротора меди, защитная атмосфера исключает контакт расплава меди с водородом атмосферы, что предотвращает появление «водородной болезни».

Затем с помощью нагревательного элемента 11 печи (индуктор, спираль сопротивления) сборка нагревается до температуры плавления материала обмотки ротора (медь, алюминий) и выдерживается при этой температуре необходимое время, достаточное для расплавления и осадки всей засыпки.

В течение этого времени производится периодическое встряхивание, например, с помощью кулачкового механизма 1 (рис. 2). Благодаря этому происходит медленное плотное заполнение форм расплавом, что благоприятно

сказывается на качестве литой короткозамкнутой обмотки ротора. При этом отсутствуют такие дефекты литья, как рыхлости и раковины, которые присущи литью под давлением и статическому литью. После расплавления всей засыпки получается отливка короткозамкнутой обмотки ротора с короткозамыкающими кольцами 2 и стержнями 3.

После этого печь отключают и сборке дают остыть вместе с печью. Затем производится открытие печи, извлечение сборки. Благодаря отсутствию литников и выпоров значительно уменьшается трудоёмкость разборки, уменьшается материалоёмкость процесса изготовления обмотки, удешевляется дальнейшая обработка.

Данный способ позволяет легко автоматизировать процесс изготовления роторов с литой короткозамкнутой обмоткой, особенно при серийном и массовом производстве [4].

Способ изготовления короткозамкнутых обмоток роторов отличается тем, что с целью повышения качества отливки и уменьшения себестоимости изготовления:

− применена защитная атмосфера из инертных газов;

− ликвидирована литниковая система (литник, выпор, питатели, стояк, коллектор);

− применено периодическое встряхивание расплава.

Список используемых источников:

1. Чувашев В.А. Технологические аспекты изготовления литой медной короткозамкнутой обмотки ротора взрывозащищённых электродвигателей / В.А. Чувашев, В.Ю. Чуванков, А.В. Железняков, Ю.Н. Папазов // Сб. науч. тр. Украинского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института взрывозащищённого и рудничного электрооборудования с опытно-экспериментальным производством. Сер., Взрывозащищённое электрооборудование / УкрНИИВЭ. − 2007. − С. 225-241.

2. Чувашев В.А. Энергоэффективные асинхронные двигатели для угольной промышленности Украины / А.В. Чувашев, Ю.Н. Папазов, В.Ю. Чуванков, А.М. Паршиков, А.А. Велков // Науково-практичний журнал Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №6. – С. 46-53.

3. Виноградов Н.В. Производство электрических машин: Учеб. пособие для вузов / Н.В. Виноградов. М.: Энергия, 1970. – 288 с.

4. Патент України на корисну модель № 50706. Спосіб виготовлення литих короткозамкнених обмоток роторів двигунів / автори: Чуванков В.Ю., Железняков А.В., Папазов Ю.М.; патентовласники: Чуванков В.Ю., Железняков А.В., Папазов Ю.М. зареєстровано в Державному реєстрі патентів України на корисні моделі 25.06.2010.