Алюминий в электротехнике

Алюминиевые сплавы, в электротехнике, с электрическим сопротивлением

В электротехнических изделиях часто используются алюминиевые сплавы, обладающие повышенным удельным электрическим сопротивлением. Так, короткозамкнутые роторы (беличьи клетки асинхронных двигателей) обычно заливают алюминием, имеющим в литом виде удельное электрическое сопротивление около 0,03 омх Хмм 2 /м.

Литейные сплавы на основе алюминия имеют удельное электрическое сопротивление не выше 0,06— 0,085 ом мм 2 /м и поэтому не всегда пригодны для рассматриваемых целей.

Известны алюминиево-марганцовистые сплавы, в которых марганец, входя в твердый раствор алюминия, очень резко повышает удельное электрическое сопротивление.

На рис. 5-1 показано, что при добавке 9% марганца в алюминий удельное электрическое сопротивление равно 0,2 ом-мм2/м; зависимость электрического сопротивления от концентрации марганца в алюминии близка к прямолинейной. По данным рис. 5-1 можно рассчитать состав сплава для получения нужной величины удельного электрического сопротивления.

Продолжительные нагревы до 200° С не оказывают влияния на удельное электрическое сопротивление сплавов и это обеспечивает стабильность электрических свойств обмотки ротора.

Алюминисво - марганцовистые сплавы следует выплавлять из чистых металлов, ибо наличие таких примесей, как железо или медь, понижает удельное электрическое сопротивление, а примеси железа придают сплавам чрезвычайно большую хрупкость.

Опыт отечественных заводов по использованию алюминиево-марганцстистых сплавов для заливки роторов показал, что сплавы алюминия с 3—10% марганца, а также многокомпонентные высоколегированные сплавы имеют удельное электрическое сопротивление на нужном уровне, но обладают повышенной хрупкостью. Последнее обстоятельство в значительной степени затрудняет промышленное использование рассматриваемых сплавов.

В асинхронных двигателях общего назначения обмотки роторов выполняются, чистым алюминием. При проектировании обмоток роторов двигателей проводимость алюминия принимается равной 32 м/ом-мм2 и при этом возможны отклонения не больше ±8%. Такие значения проводимости имеет алюминий марки А5 по ГОСТ 11069-64. Однако в процессе расплавления алюминия и заливки им роторов происходит обогащение его железом, не металлическими включениями и насыщение газами, в результате чего проводимость алюминия значительно уменьшается и в ряде случаев может быть ниже установленного предела.

Для заливки роторов специальных двигателей (с повышенным скольжением, повышенным моментом и т. п.) требуются сплавы с более низкой, чем у алюминия проводимостью. Так, в практике некоторых заводов используются литейные сплавы с проводимостью 25 и 15 м/ом-мм2, не имеющие строго определенного химического состава.

Отечественные электромеханические заводы предъявляют следующие основные технические требования к алюминиевым сплавам для заливки роторов асинхронных электродвигателей: 1) высокие технологические свойства (при заполнении пазов ротора не должно быть горячих трещин и концентрированных усадочных раковин и т. п.); 2) технология приготовления сплавов должна быть проста и доступна для выполнения; 3) сплавы должны иметь проводимость, равную 32, 25, 19, 15, 12 и 8 м/ом-мм2, при этом отклонение от заданных норм должно быть не более ±8% в готовых обмотках роторов; 4) сплавы должны быть без дефицитных компонентов.

В табл. 5-1 приведены химические составы алюминия и алюминиевых сплавов, предназначенных для заливки роторов асинхронных электродвигателей с 1-го по 9-й габариты.

Заливка роторов двигателей общего назначения обычно производится алюминием. Проводимость алюминия в залитом роторе должна быть 32 м/ом мм 2 ±8%. Такую проводимость имеет алюминий при наличии следующих примесей: железа не более 0,5%; кремния не более 0,3%; общая сумма их должна быть не более 0,7%.

Шихтовыми материалами должны быть чушковый первичный алюминий и возвраты собственного производства. Состав шихты подбирается так, чтобы во всех случаях в залитом роторе содержание примесей в алюминии не превышало указанных пределов. Это даст возможность заводам широко использовать свои сырьевые ресурсы. Загрязнение алюминия окислами, газами и другими включениями может значительно ухудшить его электрические свойства, поэтому рафинирование алюминия как средство его очистки от неметаллических включений должно быть обязательным.

Наиболее простым и достаточно эффективным способом рафинирования является обработка жидкого алюминия обезвоженным хлористым цинком. Хлористый цинк берется в количестве 0,05—0,03% массы металла и вводится в глубь металла с помощью специального колокольчика. Хлористый цинк при погружении в металл переходит в парообразное состояние и затем в виде газовых пузырей выделяется из металла, оказывая на него рафинирующее действие. Процесс рафинирования длится 2—3 мин и заканчивается после прекращения выделения пузырей из металла. Затем с поверхности жидкого металла удаляются окислы.

Рафинирование жидкого металла не следует производить многократно, так как это может привести к увеличению хрупкости металла в горячем состоянии и к образованию трещин на отливках.

Для заливки роторов электродвигателей специального назначения (с повышенным скольжением, повышенным моментом и т. п.) должны применяться алюминиевые сплавы. В табл. 5-1 приведены составы этих сплавов и их проводимость. Как следует из табл. 5-1, каждому из значений проводимости удовлетворяют два сплава различного химического состава и различные по литейно-технологическим свойствам.

Указанное обстоятельство позволяет лучше использовать возможности Производства, а также учитывать конструктивные особенности роторов и методы их заливки.

Так, для роторов с узкими пазами рекомендуется применять сплавы с повышенной жидкотекучестью. Для роторов с широкими пазами и особенно с толстыми кольцами следует применять сплавы, не дающие концентрированной усадки.

В этом случае, если для роторов с толстыми литыми кольцами окажется вынужденным применение сплава, имеющего концентрированную усадку, конструкция ротора и литейной формы должна обеспечивать возможность хорошего заполнения колец в процессе литья.

Для уменьшения влияния на проводимость неметаллических включений и газонасыщенности сплавы после приготовления следует рафинировать. Номинальное значение проводимости соответствует среднему химическому составу сплавов в литом состоянии.

В табл. 5-2 приведены электрические свойства алюминия и сплавов в литом состоянии.

Данными, приведенными в табл. 5-й, следует пользоваться при расчете сопротивления обмотки ротора в работающем двигателе. Указанные в таблице температуры охватывают возможные режимы работы двигателей.

В табл. 5-3 представлены физико-механические свойства алюминия и алюминиевых сплавов в литом состоянии.

В табл. 5-4 даны качественные характеристики алюминия и сплавов для заливки роторов по литейно-технологическим свойствам, а также приведены наиболее приемлемые методы заливки.