Вниз

Архив Июнь, 2011

Технологические и конструктивные особенности автоматизации производства статоров электродвигателей с распределенной обмоткой — Часть 2

ЧАСТЬ 2

Рекомендации по оптимизации конструкции статоров / сердечников в целях автоматизации их сборки

В прошлом конструкция сердечника рассматривалась в первую очередь с точки зрения электромеханики. Сегодня эффективность и качественное изготовление играют всё более значимую роль, однако, как это понятно, при минимально возможной себестоимости изготовления статоров электродвигателей. Два важных фактора влияют на возможность оптимальной автоматизированной сборки статора: конструкция сердечника и спецификация обмотки.
Наиболее важным фактором, который должен быть рассмотрен при автоматизации процесса сборки статора – конструкция листа и сердечника статора. Конструкцию сердечника нельзя модифицировать, не потратив немалые средства на проектирование и производство измененной оснастки и/или на приобретение нового дорогостоящего вырубного штампа. Вторым значимым фактором является спецификация обмотки (размер проводов, витков, конфигурации обмотки и полюсов). В отличие от изменения конструкции сердечника, спецификацию обмотки статора возможно изменить при минимальных затратах.

Для того чтобы достичь максимальной эффективности в конструкции листа и сердечника статора, необходимо обратить внимание на пять следующих главных составляющих.

А. КОНСТРУКЦИЯ СТАТОРА ПО ЕГО НАРУЖНОМУ ДИАМЕТРУ

Конструкция листов и сердечников статора по его наружному диаметру всегда очень важна с точки зрения экономии материалов, особенно при вырубке листов из раскраиваемого рулона электротехнической стали. При проектировании необходимо учесть размещение по наружному диаметру листа ориентирующего паза (любой формы). Ориентирующий паз часто необходим для правильной установки статора на оснастку при проведении операций формовки и бандажирования лобовых частей обмоток статора на соответствующем автоматизированном оборудовании. Кроме этого, ориентирующий паз также очень важен при сборке статора на полностью автоматизированных производственных линиях.

Форма паза для скрепляющих скоб, располагаемых по наружному диаметру статора, когда сборка сердечника статора осуществляется методом скобирования, также важна. Такой паз для скоб должен быть стандартным (одинаковым) для всех модификаций и конструкций статоров, планируемых для сборки на конкретном статороскобирующем станке (независимо от размеров статоров). В случае необходимости сборки на конкретном статороскобирующем станке статоров со значительными различиями по наружному диаметру, для скоб также должен быть использован один и тот же материал. Единственным различием для разных типов статоров в таких случаях может быть только разное количество скоб (количество устанавливаемых скоб для различных исполнений статоров на оборудовании фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. программируется). Местоположение пазов под скобы также важно. Они должны находиться по оси зубцов по наружному диаметру статора, чтобы обеспечить оптимальное сечение магнитопровода в этой части магнитной цепи статора. Желательно, чтобы эти пазы попарно находились на одинаковом расстоянии между собой по всему наружному
диаметру статора так, чтобы обеспечивалась равномерность распределения силы сжатия пакета скобами по всему статору. Это условие становится еще более важным для крупных статоров, в которых число скоб увеличивается. Рекомендации по конструкции пазов для скобирования статоров по количеству и размеру скоб см. Приложение 1.

В некоторых генераторах и серводвигателях используются статоры со скошенными пазами. При автоматизированной сборке эти статоры могут пакетироваться, изолироваться и заполняться намотанными катушками (на втягивающем оборудовании) до проведения операции скашивания пазов. Скашивание пазов выполняется после этих операций при помощи специального устройства с гидравлическим приводом, которое поворотом скашивает статор на требуемый угол скоса, используя для этого либо специальный паз либо выпуклость на внешнем диаметре статора. Рекомендаций по размеру этого паза не существует, так как его глубина и ширина определяются размером статора и зависят от угла скоса наименьшего из сердечников. После этой операции скошенные статоры можно скреплять (склеивать), этот процесс занимает немало времени. Сваривание сердечника статора является более быстрым процессом. Во время сварки статора рекомендуется, чтобы сварочный шов был параллелен скосу и проходил по оси зубцов по наружному диаметру статора, чтобы обеспечить оптимальное сечение магнитопровода в этой части магнитной цепи статора.

 

Б. КОНСТРУКЦИЯ ПАЗА СТАТОРА

1. Пазовое раскрытие
С производственной точки зрения всегда желательно иметь максимально больший размер пазового раскрытия (см. Рис.1). С точки зрения параметров электродвигателя, увеличение размера пазового раскрытия может привести к снижению кпд электродвигателя и увеличению электромагнитных шумов. Следовательно, окончательный выбор размера паза должен быть компромиссным решением между желанием получить более высокие параметры и ограничениями возможностей производства, налагаемыми технологическим процессом.

252525252525252525252525252525

Рис.1 Рекомендации по форме и размерам пазов статоров асинхронных электродвигателей

Во время автоматического втягивания катушек в статор катушки направляются в пазы сердечника статора (и ограждаются от сердечника) втягивающими направляющими (ножами). Так как эти направляющие плотно прилегают к зубцу статора, то размеры зубца статора влияют на их конструкцию. Два основных размера, которые определяют легкость проведения процесса втягивания и долговечность направляющих это – высота и толщина ребер этих направляющих.
С точки зрения конструкции втягивающей оснастки, серьёзное внимание нужно обратить на толщину ребер втягивающих направляющих и образующийся между ними зазор (см. Рис.2). Этот зазор необходимо учитывать при втягивании катушек в створах «Аккуратная намотка» или «Плоская намотка». Створ «Стопорящий провод» находится между этими двумя створами. Условия образования створа «Стопорящий провод» возникают тогда, когда проводники катушки могут выстроиться между направляющими в шахматном порядке таким образом, что один из соседних проводников не дает возможности другому установиться по образу створов «Аккуратная намотка» или «Плоская намотка». В результате этого провода в зазоре между ножами блокируют друг друга и втягивание катушек становится невозможным. Это зависит от соотношения диаметров втягиваемых проводов и величиной зазора между направляющими. Чтобы такого «заклинивания» проводов не произошло, при разработке конструкции сердечника статора и втягивающей оснастки необходимо учитывать условия, отраженные на Диаграмме зависимости диаметра провода от зазора между направляющими (см. Приложение 2).

262626262626262626

Рис. 2 Схема створов при втягивании обмоток (к расчету величин зазора между направляющими и пазового раскрытия)

Для того чтобы увеличить прочность выступов направляющих нужно, чтобы высота выступа не превышала его толщину более чем в три раза. Если охватываемый край зубца статора по высоте превышает этот размер, то размер выступов направляющей должен быть увеличен для того, чтобы во время втягивания не допустить зацепления провода за край зубца сердечника статора. Превышение упомянутого соотношения 3:1 может потребовать компромиссного решения между обеспечением целостности выступов направляющих в процессе втягивания и сроком их службы.
Так как втягивающая оснастка занимает часть пространства пазового раскрытия (как показано на Рис.2), величина пазового раскрытия должна быть больше самого толстого провода, который будет втягиваться в сердечник. Для статоров небольших размеров (до габаритов 200мм по высоте оси вращения), паз должен быть не менее чем на 0.8мм большим, чем максимальный размер провода. Для более крупных статоров размер паза должен быть не менее чем на 1.6 мм большим, чем максимальный размер провода.

2. Зона установки пазовых клиньев
Зона входа и установки пазовых клиньев играет важную роль. При конструировании формы паза надо убедиться в том, что втянутый в паз клин остается на месте после завершения процесса втягивания. Если места в зоне установки клиньев недостаточно, то клин может развернуться либо в процессе, либо при завершении втягивания. Это не только потребует дополнительного ручного вмешательства оператора по установке клина на место, но также может быть причиной попадания проводников катушки в зону между таким клином и пазовой изоляцией (гильзой).
Для обеспечения гарантированного автоматического втягивания пазового клина рекомендуется определенная форма паза, исполнение которой крайне желательно. На Рис.1 такой паз представлен (место расположения клина – в нижней части паза), а также даны некоторые базовые размеры паза, рекомендованные для достижения такой формы.

3. Соотношение глубины и ширины паза.
Согласно Рис.1, глубиной паза является размер от нижней части паза до спинки паза. Ширина паза здесь определена, как ширина нижней части паза в зоне над пазовым раскрытием. Идеальным условием для втягивания провода было бы таким, чтобы паз был предельно узким по ширине и очень большим по глубине. С практической точки зрения было определено, что наиболее оптимальным было бы отношение глубины паза к его ширине порядка 4:1. Как правило, число 4 не является предельным, оно может быть и большим в целях обеспечения беспроблемного втягивания катушек. Статоры с соотношением 3:1 (или даже меньше, в особенности близком к 1:1) могут представлять затруднения при проведении процесса втягивания. К большей части таких проблем относятся такие как попадание проводников катушек за пределы клина, смещение клина от требуемого места его расположения (вплоть до выпадения клина из паза).

4. Форма спинки паза.
Существует две общепринятых формы спинки паза: прямая и круглая. Чаще предпочтение отдается круглой форме. Во время втягивания провод проходит через зазор между направляющими в сторону к спинке паза. С круглой формой спинки паза провод обычно имеет тенденцию сначала заполнять зону спинки паза и затем «скатываться» по сторонам (оставляя зазор между ножами свободным для входа последующих проводников и втягивания клина). С прямой формой спинки паза провод имееттенденцию заполнить преимущественно зону у спинки паза и оставаться там. Это не только препятствует вхождению проводников в зазор между направляющими, но обычно проводники и не стремятся «скатываться» по сторонам паза, заполняя паз должным образом, что минимизирует потенциальное максимально возможное заполнение паза.
Современная практика конструирования сердечника направлена на выбор подходящей конструкции статора для достижения желаемых электромагнитных характеристик и рабочих параметров электродвигателя. С точки зрения электромеханики, определенные области магнитопровода электродвигателя могут быть отличными друг от друга. Например, в сердечниках с 24 пазами для 2-х полюсного исполнения электродвигателя и в сердечниках с 36 пазами для 4-х или 6-ти полюсного исполнения этого же электродвигателя.
Несмотря на то, что количество пазов может быть различным, такие размеры и области сердечника статора как внутренний диаметр, пазовое раскрытие, место под клинья, размеры лобовых частей обмоток должны быть стандартизированы. При такой стандартизации размеров производители могут иметь возможность использования идентичной оснастки, даже если сердечники не идентичны в других отношениях.

 

В. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБМОТКИ.

Характеристики обмотки (размер провода, конфигурация обмотки, конфигурация полюсов) являются вторым важным критерием для автоматизации процессов изготовления статора. Совместимость выбранного зазора между направляющими (зависящего от пазового раскрытия) и размера провода играет значительную роль. Тем не менее, (в отличие от изменений в сердечнике) размеры провода и количество витков обмотки могут быть изменены в определенной степени без влияния на рабочие характеристики электродвигателя. Как было упомянуто в предыдущей главе, чем больше пазовое раскрытие, тем шире возможность применения намоточных проводов различных размеров.
При расчете обмоток электрических машин, необходимо обратить серьёзное внимание на три главных момента.

1. Размер провода и параллельная намотка проводов
Во времена ручной намотки статора максимальный диаметр провода ограничивался до 1,00 мм. Так было потому, что провод такого и меньших размеров было легче формовать и втягивать в статор вручную. При использовании ряда намоточных приспособлений максимальный диаметр провода стало возможным увеличить до 1,25 мм. Появление намоточных станков первых поколений позволило увеличить максимальный диаметр применяемого провода до 1,4 мм. Однако универсальность этих станков была ограничена их возможностью в осуществлении намотки различных типов катушек, а также намотки катушек одновременно несколькими проводниками (в параллель).
С появлением современного намоточного оборудования, например, разработки фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. с технологией намоток «всыпного» типа, стало возможным использовать при намотке катушек провода с размером до 1,8 мм (и даже выше). Кроме этого такое намоточное оборудование способно наматывать катушки в параллель до двенадцати проводов диаметром 1,00 мм (и более).

2. Конфигурация обмотки
Несмотря на то, что при современном процессе втягивания практически на 100% используются катушки с обмоткой концентрического типа, многие производители электродвигателей предпочитали петлевую обмотку с ручным втягиванием (так как применение петлевой обмотки обычно несколько менее затратно с экономической точки зрения чем обмотки концентрического типа). Кроме этого, при петлевой обмотке лобовые части можно сделать более короткими, так как катушки устанавливаются вручную, и лобовые их части могут вручную дополнительно подгоняться под размер, заданный конструктором.
Основной проблемой обычной петлевой обмотки является тот, факт, что без модификации ее невозможно втянуть автоматическим способом. При ручном втягивании, начало первой катушки свисает немного левее места расположения последней катушки, находящейся под ней. При автоматическом втягивании, когда все катушки втягиваются одновременно, это затруднительно осуществить. При модификации петлевой обмотки последняя катушка должна идти от верхней части начального паза к верхней части последнего паза (т.е. не сверху вниз, как происходит с катушкой при установке ее в паз вручную).
Несмотря на то, что модифицированные петлевые обмотки можно втягивать автоматизированным оборудованием, здесь практически невозможно достичь заполнения паза и равномерности обмотки подобно тому, как это получается с обмоткой концентрического типа. Это происходит потому, что большая часть катушек концентрического типа обмоток размещена непосредственно в пазах полюсов. Такая конструкция позволяет проводить процесс намотки гораздо быстрее, т.к. исключаются ненужные ручные операции с проводами. Также катушки с концентрической обмоткой исключают необходимость проведения междуполюсных соединений после втягивания катушек, так как большая часть междуполюсных соединений здесь осуществляется автоматически.

Подавляющее большинство современных однофазных двигателей имеют стандартную 2-х, 4-х, 6-х или 8-полюсную конструкцию, отличающуюся только количеством катушек с обмоткой концентрического типа на каждый полюс (что ограничено) и заполнением паза. Трехфазные электродвигатели представляют большие возможности для вариаций конфигурации полюсов. Наиболее распространенной является трехслойная конструкция катушек с обмоткой концентрического типа. При такой конструкции пазы могут быть перераспределены или не перераспределены между фазами (это зависит от конфигурации полюсов и количества пазов статора).

3. Заполнение паза
Величина «Заполнение паза» обычно дается как численная величина в процентах, отражающая соотношение между количеством меди (общее сечение проводников) в пазу и полезной площадью паза. Хотя существует несколько методов расчета величины заполнения паза, многие не берут в расчет размер или толщину изоляционных материалов (пазовой и межфазной изоляции, пазового клина), а также воздушные зазоры между проводами.
Здесь величина “Заполнение паза” (ЗП) будет подсчитываться следующим образом:

(Диаметр провода) ² х (Количество проводников в пазу)
ЗП = ———————————————————————————
Полезная площадь паза

Здесь диаметр провода берется с учетом толщины его изоляции.
Полезная площадь паза (см. Рис.3) – это площадь, рассчитанная как разность между фактической площадью паза вырубки в листах сердечника и площадью, занимаемой изоляцией внутри паза плюс расчетной площадью отверстия, предназначенной для установки в пазу клина. Эта величина и является реальной полезной площадью паза, в которую можно размещать провод.

272727272727272727272727

Рис.3 Иллюстрация к расчету величины «Заполнение паза»

Сегодняшние тенденции и желания производителя – это максимально увеличить заполнение паза. За счет максимального увеличения заполнения паза электродвигатель становится более компактным, его технические параметры улучшаются и одновременно снижается стоимость применяемых для производства материалов. Для производителей это становится необходимостью и не только для того чтобы конкурировать на рынке, но и для того, чтобы отвечать требованиям государственных стандартов.

Пару десятков лет тому назад заполнение паза на 50-65% было вполне приемлемым и усилия производителей были сконцентрированы в основном на уменьшении затрат труда. Сегодня заполнение паза на 75-80% – это общепринятая в мире практика и достижение этой величины при применении автоматизированного оборудования осуществляется без каких-либо серьезных проблемпри производстве. В некоторых случаях заполнение паза доходит даже до 84%. Конечно же, этого можно достичь при использовании в производстве только современного технологического оборудования и при наиболее оптимальной для производства конструкции сердечника статора.
Обычно на статорах, у которых все их катушки втягиваются одновременно, затруднительно достичь заполнения паза более чем 75%. Если требуется более полное заполнение пазов, то производителю надо будет осуществлять втягивание обмоток в несколько приемов (слоев). Как только первый слой втянут, необходимо будет провести предварительную формовку и «прошивку» втянутой катушки. Операцией «прошивка» обеспечивается прижатие витков втянутой катушки к спинке паза, что позволяет освободить остальную часть паза для облегчения осуществления операции втягивания следующего слоя. Обычно применение такой технологии позволяет достичь заполнения паза до 80%.
Если необходимо достичь заполнения паза свыше 80%, то кроме операции прошивки дополнительно требуется провести предварительную формовку лобовых частей обмотки статора. При проведении этой операции при помощи специальной оснастки осуществляется обжатие лобовых частей обмоток как в направлении от центра к периферии статора, так и от периферии к центру, и вдоль оси статора. За счет отработки конструкции оснастки в целях достижения оптимальности размещения катушки в пазу, на соответствующее втягивание потребуется меньшее усилие. Это позволит достичь заполнения паза даже до 85%.

Г. ЛОБОВЫЕ ЧАСТИ ОБМОТКИ СТАТОРА

Так как лобовые части обмотки не влияют на механические характеристики электродвигателя, то часто бывает желательным сделать их минимальными. Это не просто позволит уменьшить в принципе размер лобовых частей обмотки статора и, соответственно, электродвигателя, но и минимизировать количество используемого провода (за счет чего уменьшается себестоимость производства электродвигателя). Длина лобовых частей обмоток может быть минимизирована различными способами.

Основным фактором, влияющим на размер лобовых частей обмоток статора, является конфигурация полюсов. 2-х или 4-х полюсные статора наиболее часто применяемые в электромашиностроительной промышленности обычно имеют более длинные лобовые части чем, к примеру, 10-ти или 12-ти полюсные, применяющиеся, например, в электродвигателях транспорта с гибридным приводом. Это потому что чем меньше количество полюсов, тем более длинными должны быть лобовые части обмотки. В 2-х полюсных обмотках лобовые части проходят от паза к пазу, расположенных на 180 градусов друг от друга, тогда как в 4-х полюсных обмотках – только на 90 градусов. Для того чтобы втянуть катушки статоров 2-х полюсного исполнения длина лобовых частей должна быть такого размера, чтобы этого хватило для их прохода по торцевой части статора между двумя диаметрально противоположно расположенными пазами. В результате требуется производить катушки с большей длиной витка.

Одним из самых простых способов уменьшения размеров лобовых частей статоров – это осуществление многослойного втягивания т.н. «распределенных катушек». При помощи метода «распределенных катушек» сначала втягивается и затем отжимается к спинке паза и прошивается первый слой катушек, затем – один за другим последующие слои. В процессе намотки таких «распределенных катушек», катушки второго слоя изготавливаются несколько короче, чем катушки первого слоя. Процедура осуществляется автоматически подводом намоточных шаблонов на намотчике ближе друг к другу. После втягивания второго слоя, аналогично наматывается и втягивается третий слой катушек с обмотками короче, чем второй слой. При использовании такого метода за счет укорачивания обмоток катушек между соответствующими слоями общее количество провода, втянутого в статор, минимизируется и, соответственно, таким образом минимизируются и длины лобовых частей обмоток статора.

Д. ФАЗНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Установка фазной изоляции – это, пожалуй, одна из самых дорогостоящих операций (с точки зрения затрат труда и материалов) при производстве статора. Некоторые производители двигателей исключили необходимость установки фазной изоляции за счет использования специальной эмали для проводов, обладающей свойствами противостоять коронным разрядам. Эта эмаль разработана для того, чтобы минимизировать воздействие коронного разряда при различных частотах в двигателях частотного управления и серво двигателях. Применение провода с такими эмалями очень эффективно при производстве однофазных или низковольтных трехфазных электродвигателей (когда фазную изоляцию не требуется устанавливать).

Однако, в соответствии с требуемым напряжением, условиями эксплуатации по температурным режимам или по климатическим условиям, некоторые конструкции статоров не могут обойтись без установки фазной изоляции. Для таких случаев фазная изоляция может быть установлена следующими различными методами.
Один из самых распространенных методов – это установка изоляции H-образной формы между слоями обмотки или фазами обмоток в процессе намоточных операций. Последовательность этой процедуры следующая: намотка и втягивание первого слоя обмотки статора; ручная установка и закрепление изоляции H-образной формы над втянутым первым слоем обмотки; намотка и втягивание следующего слоя обмотки над первым слоем обмотки и установленной на нем изоляцией H-образной формы. При использовании современного технологического оборудования фирмы Alliance Winding Equipment, Inc., изоляция H-образной формы может быть автоматически втянута в статор. Но здесь следует отметить, что для оптимизации такого процесса необходимо проведение множества экспериментов по отработке конструкции оснастки (шаблона) производства и установки изоляции H-образной формы.
Второй метод – это втянуть первый катушечный слой и затем вручную подклеить к лобовым частям липкую изоляционную ленту, которая будет выполнять функцию фазной изоляции. Это тоже трудоемкая операция, требующая специальных материалов (соответствующая техническим требованиям липкая изоляционная лента), которые иногда по цене достаточно дороги и ощутимо повышают себестоимость производимых статоров.
Третий метод – это операция, в которой все три слоя (трехфазного) или два слоя (однофазного) двигателя втягиваются без прерывания процесса для установки фазной изоляции. В состав оборудования включен узел для вырубки клиньев увеличенной длины, в которых удлиненная часть клина в результате представляет собой часть фазной изоляции. Затем, по окончании намотки статора, фазная изоляция при необходимости может быть добавочно вставлена вовнутрь между слоями лобовых частей обмотки, как это предусмотрено в чертежах. Марка такого материала может быть той же самой, что применяется в изоляции H-образной формы (сложный полиэфир); однако он будетпредставлять собой только полоску изоляции, в которой нет необходимости делать каких-либо подрезок (за исключением закруглений по углам изоляции).

Применение этого метода имеет несколько преимуществ:
1. Процесс намотки-втягивания катушек осуществляется непрерывно.
2. Оборудование не простаивает во время фазного изолирования обмоток; манипуляции со статором в этой части минимальны.
3. Исключение подрезки изоляции (из сложного полиэфира) – это явная экономия материальных затрат.
4. Время, необходимое на втягивание фазной изоляции, значительно меньше, чем в любом другом из вышеупомянутых методов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Компромисс между техническими характеристиками электродвигателя и технологией его производства может быть достигнут при условии учета этого с начала замысла конструкции электродвигателя. Многие элементы конструкции влияют на простоту изготовления и технические характеристики. В первую очередь это – конструкция паза сердечника. Можно изготовить статор с неоптимальной конструкцией паза. Однако в этом случае заполнение паза будет также неоптимальным и потенциальные расходы на производство электродвигателя и его эксплуатацию будут неприемлемо больше. Второе – это конфигурация обмотки, размер провода, число витков, размеры лобовых частей обмотки и изоляционные материалы. Иногда эти составляющие можно изменить с минимальным влиянием на процесс изготовления; однако чтобы обеспечить это необходимо подходить к данному вопросу очень осторожно.

Тищенко Олег Александрович
Генеральный директор СП ЗАО «Альянс-ПМФ», к.т.н.

Технологические и конструктивные особенности автоматизации производства статоров электродвигателей с распределенной обмоткой — Часть 1

Технологические процессы и оборудование автоматизированной
сборки статоров электродвигателей

А. ВЫРУБКА (ШТАМПОВКА) СТАТОРНЫХ ЛИСТОВ И СБОРКА СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА

1. Вырубка (штамповка) статорных листов

Статорные листы из специальной листовой электротехнической стали изготавливаются на прессовом оборудовании методом штамповки. Для этой операции применяются высокопроизводительные пресса прямого действия с автоматизированной подачей электротехнической стали из рулона (бухты). В связи с большой потребностью в штампованных статорных листах при серийном производства электродвигателей, к прессовому оборудованию и штампам предъявляются особые требования по обеспечению высокой производительности вырубки, жесткости конструкции прессов и штампов, большого усилия вырубки, высокой стойкости и точности штампов и оснастки для получения идентичных и высокоточных статорных листов.

Автоматизированный штамповочный комплекс для вырубки статорных и роторных листов электродвигателей. Производство фирмы MINSTER (США)

Автоматизированный штамповочный комплекс для вырубки статорных и роторных листов электродвигателей. Производство фирмы MINSTER (США)

Американская фирма MINSTER MACHINE COMPANY, являющаяся мировым лидером по разработке и производству прессового оборудования, имеет лучшие на настоящее время технологию, оборудование и опыт изготовления высокопроизводительных автоматизированных штамповочных комплексов, в том числе и для производства статорных листов. В состав комплекта такого оборудования как правило входят:

а). Пресс прямого действия с жесткой литой четырехстоечной рамой, с маховиком, гидравлической муфтой (тормоз-сцепление) и балансирным устройством, литым ползуном, перемещающимся в гидростатических и гидродинамических направляющих, а также и другими современными устройствами, позволяющими прессу производить до 1000 двойных ходов ползуна в минуту при усилии прессов до 1200 тонн;

Пресс фирмы Minster (усилие 600т).                 Гидростатические направляющие ползуна фирмы Minster

Пресс фирмы Minster (усилие 600т). Гидростатические направляющие ползуна фирмы Minster

б). Устройство прецизионной подачи листовой рулонной электротехнической стали, обеспечивающее высокую точность и согласованность подачи материала в штамп. Такая точность и согласованность определяется применением управляемым компьютером пресса шаговых сервомоторов и уникальной конструкции механических узлов. В зависимости от физических характеристик материала и производительности применяются различные типы подающих устройств;
в). Устройство для правки листовой рулонной электротехнической стали, которое применяется для подготовки материала к штамповке (в целях исключения возможного образования неровностей и гофр);
д). Управляемое компьютером пресса Устройство для размотки рулонов материала с различными приспособлениями и опциями – для удобства работы всего комплекса;
е). Штампы для вырубки статорных листов. Современное производство статоров в мире в основном применяет штампы последовательного действия с твердосплавными рабочими частями (пуансонами, матрицами, ловителями) стойкостью до 250 млн. вырубок. Для обеспечения безопасной и безаварийной работы штампов применяются различные электронные датчики контроля, непосредственно связанные с компьютером управления пресса. Для компенсации дефектов проката в современном штампе применяются специальные устройства с сервоприводами, обеспечивающие поворот статорного листа на 180 градусов (или на требуемый угол при производстве статорных пакетов со скошенным пазом). Такие высокопроизводительные технологические штампы для прессов фирмы MINSTER производит фирма LH Carbide (США) – мировой лидер по производству специализированной высокоточной оснастки. С 2007 года СП ЗАО «Альянс-ПМФ» представляет фирму LH Carbide (США) в России и СНГ.

Современный высокопроизводительный штамп последовательного действия фирмы LH Carbide (США) для производства статорных и роторных листов.

Современный высокопроизводительный штамп последовательного действия фирмы LH Carbide (США) для производства статорных и роторных листов.

Наряду с многими другими производителями прессового оборудования, такие как Schuler (Германия), Aida (Япония) и другие, пресса фирмы MINSTER являются самыми популярными, технически совершенными и сравнительно более дешевые. СП ЗАО «Альянс-ПМФ» с 2007 года является официальным представительством фирмы MINSTER MACHINE COMPANY (США) по России и СНГ и готово помочь заказчикам в правильном подборе прессового оборудования этой фирмы.
2. Отбор статорных листов
Пластины для сборки пакета отбираются либо вручную (по весу, либо по высоте) либо автоматическим способом. Автоматический отбор пластин сводит на минимум вмешательство оператора в процесс сборки сердечника, но также требует высококачественной штамповки статорных листов. Если статорные листы не отштампованы с должным уровнем качества или если они склеились после штамповки, эффект снижения трудозатрат при автоматизированной сборке пакета статора может быть сведен к минимуму.
3. Сварка

Сварка является одним из распространенных способов скрепления сердечника статора. Современное сварочное оборудование отличается высокой степенью надёжности и эксплутационной гибкости и исключают потребность использования гидравлики. Несмотря на эти преимущества, процесс сварки имеет ряд недостатков: сварочное оборудование достаточно энергоемко; сварочное оборудование требует высокого уровня обслуживания и, соответственно, использования для этих целей высококвалифицированных специалистов; потеря электротехнических свойств статорного железа в зоне сварочного шва может стать причиной ухудшения технических параметров электрической машины.

Оборудования для сварки пакетов статоров.  Производство предприятий группы АЛЬЯНС

Оборудования для сварки пакетов статоров. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

4. Скобирование
Во время этого процесса лента из мягкой стали для скрепляющих скоб изначально прокатывается в V-образную форму, затем раскатывается по плоскости основания пазов, вырубленных в форме ласточкиного хвоста и расположенных по наружному диаметру сердечника статора. Процесс скрепления пакета статора скобами (скобирование) является очень экономичным и значительно снижает трудозатраты при сборке пакета. Статороскобирующие станки фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. легко переналаживаются на производство статоров других модификаций и конструкций и не требуют для этого длительной настройки. В отличие от сварки, во время процесса скобирования электромагнитные свойства статора не ухудшаются. При случайном браке скобы легко вынимаются и пакет статора может быть использован для сборки повторно, при этом риск появления царапин на пакете минимален. Важной стороной процесса скобирования является то, что для качественного скобирования пакетов статоров даже малых размеров все равно требуется соответствующий станок, специальный материал (стальная лента определенных размеров из мягкой стали) и относительно опытный оператор.

Пример сборки пакета статора методом скобирования

Пример сборки пакета статора методом скобирования

Статороскобирующие станки. Производство предприятий группы

Статороскобирующие станки. Производство предприятий группы

5. Скрепление пакета методом прессования (чеканки)
Для производства статоров небольших размеров возможно применение автоматической сборки пакета статора непосредственно в штампе. В процессе вырубки статорных листов, автоматически выдавливаются специальные лунки (пукли) на каждом из листов в тех же самых точках, как они штампуются, и далее накапливаются в конечной части матрицы. На этом месте статорные листы
отсчитываются (отсекаются) по заранее заданному их количеству или высоте пакета и сердечник статора с помощью специальных механизмов собирается при прессовании.. Удержание пакета в сборе осуществляется за счет проникновения части материала одного листа статора в другой в месте пуклевки по всей длине пакета.
Такой метод скрепления пакета статора позволяет производителям двигателей снизить трудозатраты, так как исключается потребность в специальном станке и соответствующем операторе. Однако недостатками такого процесса является то, что необходимо изготавливать очень сложные штампы для каждого типа статора. Надежность сборки пакетов таким способом обеспечивается только для статоров, ограниченных по высоте. Кроме этого, в данном случае при необходимости осуществить отжиг статоров коробления пакета практически не избежать. Чтобы устранить эти проблемы, в качестве материала статорных листов можно использовать стали с высоким содержанием кремния. Но тогда стоимость статора увеличится и высокого экономического эффекта от применения такого метода скрепления пакета статора уже будет не получить.
6. Сборка пакета статора методом навивки «на ребро».

Вместо того чтобы штамповать статорные листы из стальной полосы, нарезанной из ленты по ширине, соответствующей наружному диаметру статора, можно вырубать заготовку статорного железа (с зубцами) вдоль стальной полосы, имеющей ширину, равную сумме высоты зубца и ширины спинки паза. Затем такая штампованная лента навивается «на ребро» в специальной оправке, по размерам соответствующим размерам пакета статора, и сваривается.
Этот процесс имеет преимущество в том, что расходуется значительно меньшее количество электротехнической стали, чем при традиционных методах штамповки. Главным недостатком этого процесса является невозможность выдержать жесткие допуски по размерам внутреннего диаметра статора и пазового раскрытия. При этом для статоров с большим внутренним диаметром, которые имеют небольшие размеры пазового раскрытия, обеспечение линейности паза при операциях втягивания может быть чрезвычайно затруднительным.
7. Метод «свободного пакета статора»
Этот метод можно применить при производстве статоров с высотой пакета менее 150 мм. Оператор отделяет свободно сложенный пакет пластин нужной высоты и устанавливает его прямо на оснастку пазоизолирующего станка. Затем, в процессе пазоизолирования, пока изоляционные гильзы удерживают пластины пакета вместе, на него вручную либо автоматически устанавливается прижимное кольцо. В дальнейшем после испытания статора, когда статор зажат в специальном отверстии при проведении испытаний, в некоторых случаях скрепленный статор отправляют на пропитку. Во время этого процесса осуществляется не только пропитка обмотки с целью скрепления проводников вместе, но и проникновение лака между пластин пакета, что скрепляет пакет статора.
Метод «свободного пакета статора» имеет ряд преимуществ над другими методами. Очевидным преимуществом является отсутствие потребности в специальном сборочном станке и соответствующем операторе. Этот процесс отличается универсальностью, так как оператор пазоизолирующего станка отделяет пакет и замеряет его высоту до начала изолирования. Также установлено на практике, что пакеты, собираемые таким методом, меньше подвержены каким-либомеханическим воздействиям в процессе изготовления статора, так как они имеют свободу «самоустановки».
Но этот метод имеет по крайней мере два недостатка. Первый – для статоров с большим внешним диаметром и большей высотой пакета требуются зажимные приспособления, необходимые для обеспечения возможности вращения статора в технологических установках капельной пропитки или пропитки методом окунания с вращением. Второй – ряд конструкций двигателей нуждается в очистке лишнего пропиточного лака с наружной поверхности статора в процессе операций пропитки методом окунания с вращением, что также требует применения специальных зажимных устройств пакета во избежание проворота отдельных листов пакета статора, в то время как пропиточный лак счищается с наружной поверхности статора.

Б. ИЗОЛИРОВАНИЕ ПАЗОВ СТАТОРА

Большая часть производителей электродвигателей используют автоматические пазоизолировочные станки, которые либо покрывают пазы специальным изолирующим слоем либо вставляют в каждый паз статора изолирующие гильзы различных конструкций. Такие станки проектируются либо с вертикальной либо с горизонтальной загрузкой статоров. Автоматическая пазоизолировка статоров является чрезвычайно рентабельным способом производства, при котором значительно повышается производительность труда и сокращаются трудозатраты производства. В зависимости от размеров статора и технических требований потребителей существует два способа изоляции:

1. Эпоксидное покрытие
Процесс эпоксидного покрытия требует предварительного обезжиривания покрываемой поверхности, а также либо ее предварительного нагрева либо создания электростатического потенциала – для обеспечения лучшей адгезии изоляционного материала с поверхностью статора. Современные эпоксидные материалы в отличие от ранее применяемых могут теперь работать и при температурах более чем 150°С. Но из-за необходимости достаточно высоких финансовых вложений, а также из-за проблем, связанных с необходимостью контроля процесса (по загрязнению, изменению влажности и температуры) этот процесс применяется крайне редко.
2. Пазовые гильзы
Укладка гильз из изоляционных плёнок либо слоистых изоляционных материалов в пазы статора является наиболее распространенным способом изоляции статоров. Полиэфирная плёнка считается самым приемлемым изоляционным материалом по цене, сроку службы и температурным свойствам. Другим преимуществом использования пазовых гильз является тот факт, что замена изоляционного материала на иной (к примеру, на более нагревостойкий) требует всего лишь замены ролика изоляционного материала, но при этом сразу же улучшаются температурные характеристики изделий. Процесс переналадки легко управляется с помощью кулачка или зубчатого привода пуансона и матрицы вырубного механизма оборудования.

Пример статора, пазы которого изолированы пазовыми гильзами.

Пример статора, пазы которого изолированы пазовыми гильзами.

Дальнейшие улучшения в области пазоизолирования могут быть направлены на разработку оборудования, приводящую к упрощению технологической оснастки. Комплексное решение вопросов применения сервоприводов в механизмах подачи материала и индексного поворота статора сможет обеспечить переналадку пазоизолирующего оборудования на другие модификации и исполнения статоров в считанные минуты.

Станок для автоматической пазоизолировки статоров. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

Станок для автоматической пазоизолировки статоров. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

В. НАМОТКА / ВТЯГИВАНИЕ СТАТОРНЫХ КАТУШЕК

Наиболее распространенным методом укладки проводников в статор является следующий – сначала намотка концентрических катушек и затем их автоматическое втягивание в изолированные пазы статора. За последние 40 лет такой процесс намотки/втягивания катушек является доминирующим при производстве электродвигателей благодаря высокому уровню качества производимых статоров и высокой производительности.

1. Намотка концентрических катушек (метод «всыпной» намотки)
В паре с технологическим процессом втягивания катушек в изолированные пазы статора, большая часть производителей электрических машин для намотки статорных катушек используют намоточное оборудование «всыпного» типа.
Принцип всыпной обмотки на оборудовании такого типа следующий: провод наматывается на ступенчатую намоточную форму с конусовидной наружной поверхностью, и в процессе намотки с каждой заполненной проводниками ступени формы последовательно шаг за шагом намотанная катушка сталкивается вниз в соответствующие пазы между штырей переносной оснастки, а намоточная форма опускается на шаг вниз для обеспечения намотки очередной катушки на следующей ступени этой формы. По завершении процесса «всыпной» намотки оператор вручную переносит заполненную обмоткой переносную оснастку с намоточного станка на втягивающую машину.
В таких намоточных станках «всыпного» типа используются короткие, многоступенчатые формы для намотки катушек, что дает возможность применить меньший по размеру флайер (вращающийся элемент намоточного станка всыпного типа, непосредственно наматывающий катушки обмоток). Это позволяет увеличить скорость намотки и обеспечить более точное управление процессом намотки.

Намоточный станок и станок для втягивания намотанных на переносную оснастку обмоток. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

Намоточный станок и станок для втягивания намотанных на переносную оснастку обмоток. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

Намоточные станки «всыпного» типа пользуются большой популярностью у производителей с большой номенклатурой электродвигателей. Переход на намотку катушек других типов электродвигателей на таком намоточном станке можно осуществить в течение минут. Перенастройка станка по высоте пакета статора и конфигурации обмотки полюсов осуществляется автоматически.

Схема «всыпной» намотки катушек на шаблон с опусканием в пазы переносной оснастки

Схема «всыпной» намотки катушек на шаблон с опусканием в пазы переносной оснастки

2. Намотка катушек волновой обмотки
Вместо вращения флайера вокруг зафиксированной формы, во время процесса намотки волновой обмотки вращается круглая намоточная форма, а провод вытягивается из зафиксированного подающего устройства. После обмотки катушек во вращающуюся форму с правильно отсчитанным количеством витков, катушки формуются в подобие «коробки» «звездообразной» формы при помощи специальной вытягивающей оснастки. После того как обмотка обрела форму «змеевика» (волны) прямоугольного сечения, катушки могут быть перенесены на втягивающую оснастку.
Главным преимуществом этой технологии является высокая скорость процесса намотки, так как все статорные катушки наматываются одновременно (а не по отдельности, как во время процесса «всыпной» намотки). Основным недостатком этой технологии является отсутствие гибкости перенастройки (универсальности).
Намоточные станки «всыпного» типа фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. легко могут быть перенастроены на различные виды и конфигурации обмоток (т.е., например, перестроиться с намотки катушек в направлении «по часовой стрелке» на намотку катушек в направлении «против часовой стрелки»), а также под различные конфигурации полюсов и размеры пакетов статора.

Намоточная головка станка для волновой намотки. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

Намоточная головка станка для волновой намотки. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

3. Втягивание катушек
До настоящего времени этот процесс остается самым экономичным для быстрого и качественного втягивания катушечных групп в пазы статора. Для технологического обеспечения этого процесса необходимо применение деталей и узлов из хорошо отполированной инструментальной стали для того, чтобы закрывать пилообразные кромки пазов в зоне пазового раскрытия от прямого их воздействия на провода при втягивании обмотки в паз. Как только провода продавливаются в паз, одновременно за ними по всей длине оснастки в паз следует клин, необходимый для удержания втянутых обмоток в пазах статора. (Дополнительная информация по данному процессу находится на сайте: www.alliance-winding.com).

Изображение втянутых в пазы статора катушек

Изображение втянутых в пазы статора катушек

Так как большинство асинхронных электродвигателей используется в режимах работы однофазного питания, все статорные катушки могут втягиваться за один ход втягивающей оснастки станка
(«одновременное втягивание»). Несмотря на то, что благодаря одновременному втягиванию время цикла втягивания наименьшее, этот метод не может быть применен для втягивания трехслойных обмоток статоров, так как при этом можно достичь заполнения паза не более чем на 75%.
Для втягивания многофазных и многослойных обмоток с обеспечением требований высокой заполняемости паза используется метод «многократного втягивания». При таком методе сначала в сердечник статора втягивается один слой катушек. Эти втянутые катушки предварительно формуются, прошиваются в пазах и затем в статор втягивается следующий слой катушек. При использовании этого метода можно достичь заполнения паза до 84%.

Тенденции в производстве электрических машин рассмотренных габаритов направлены на совершенствование технологии формирования выводных концов и на отработку оснастки прижима манжет пазоизолирующих гильз в целях обеспечения защиты втягиваемых катушек от механических воздействий в процессе их втягивания. Устройства прижима манжет используются в целях обеспечения увеличения заполнения паза и уменьшения размеров лобовых частей обмоток статоров (повышение эффективности производства электродвигателей за счет снижения материальных затрат на их производство).
Хотя процесс переналадки оборудования для втягивания обмоток для различных по высоте статоров может быть полностью автоматизирован, конкретная оснастка для втягивания не приспособлена ко втягиванию обмоток в статора с иными наружными размерами. Для решения этого вопроса фирма Alliance Winding Equipment, Inc., предлагает втягивающее оборудование, обеспечивающее быструю смену оснастки с одной на другую в течение 10-15 минут.

Процесс втягивания намотанных катушек в пазы статора. Производство группы предприятий АЛЬЯНС

Процесс втягивания намотанных катушек в пазы статора. Производство группы предприятий АЛЬЯНС

В последнее время широкое применение находят робототехнические комплексы типа BWS фирмы Alliance Winding Equipment Inc., осуществляющие «всыпную» намотку, втягивание с одновременной
пазозаклиновкой, предварительную формовку втянутой обмотки (с одновременной «прошивкой» втянутых в пазы частей обмоток), с опцией установки межфазной изоляции. Все переносы статоров с позиции на позицию осуществляются здесь в автоматическом режиме.

Автоматизированный робототехнический комплекс типа BWS-10 для намотки, втягивания и пазозаклиновки, предформовки и прошивки обмоток статора, с опцией автоматизированной установки фазной изоляции Н-образной формы. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

Автоматизированный робототехнический комплекс типа BWS-10 для намотки, втягивания и пазозаклиновки, предформовки и прошивки обмоток статора, с опцией автоматизированной установки фазной изоляции Н-образной формы. Производство предприятий группы АЛЬЯНС

 

Г. ПОДСОЕДИНЕНИЕ ВЫВОДНЫХ КОНЦОВ И КОНТАКТНЫХ НАКОНЕЧНИКОВ

1.Технология коммутации выводных концов обмоток статоров и контактных наконечников
Существующая на большинстве постсоветских предприятий технология присоединения выводных концов в процессе производства статоров является и трудоемкой и не всегда отвечает требованиям по качеству и производительности. Эта технология включает в себя зачистку концов эмалированных проводов от лаковой пленки, лужение и пайка вручную, и пр. Наряду с пайкой в производстве статоров применяют также способ соединения проводов, предварительно вставленных в медные луженые втулки, методом обжима этих втулок. Но при этом тоже требуется трудоемкая операция
предварительной зачистки эмалированных проводов от изоляции. Такого типа соединение также не будет иметь должного качества, т.к. сопротивление в месте соединения будет достаточно высоким.

Фирма JOYAL (США), дочернее предприятие фирмы Alliance Winding Equipment, Inc., (входящая в группу компаний АЛЬЯНС), на сегодняшний день успешно решила вопросы, связанные с соединением выводных концов статоров.

Вышеупомянутые технологии соединения проводников по мнению специалистов фирмы “Joyal” не являются надёжными ввиду того, что при таких технологиях не обеспечивается гарантированное соединение и прочная электрическая связь обмоточных проводов с выводными проводами, так как нередко при некачественной ручной зачистке изоляции проводов, после их лужения и пайки в месте контакта остается трудноудаляемый химический остаток, влияющий на качество соединения.

По запатентованной технологии фирмы Joyal, соединение проводов возможно производить без предварительной зачистки проводов, но также с использованием луженой медной втулки. При этом обжим проводов, помещенных во втулку, происходит на установке фирмы “Joyal” с интенсивным нагревом зоны соединения проводов, управляемым компьютером по определенной программе. Этот метод позволил полностью отказаться от предварительной зачистки эмалированных проводов от изоляции, т.к. в соответствии с данной технологией при подаче расчетных импульсов тока последовательно осуществляется разогрев группы проводов со втулкой, выпаривание лаковой пленки и вплавление проводников друг в друга, а также вытеснение остатков лака путем растекания луженого покрытия втулки по поверхности оплавленных проводников – все это осуществляется при постепенном механическом опрессовывании медной луженой втулки, проводимым установкой. В результате после остывания контакта появляется прочное механическое соединение и электрическая связь обмоточных проводов с выводными концами, что одинаково надежно как при соединении малых, так и сравнительно больших групп обмоточных проводов.

Продукция Установок фирмы Joyal. 2. Процесс соединения проводников на Установке фирмы Joyal.

1. Продукция Установок фирмы Joyal. 2. Процесс соединения проводников на Установке фирмы Joyal.

Практически данная технология соединения выводных проводов статора на установках фирмы “Joyal” осуществляется следующим образом: стандартная луженая медная втулка (со швом встык либо без шва) вставляется в оснастку Установки; незачищенные концы эмалированных проводников обмоток статора и зачищенный от дополнительной изоляции (не лаковой) конец выводного провода вводят во втулку и Установка запускается в работу. При подаче импульсов тока, втулка с группой вставленных проводников разогревается до требуемой температуры. При этом лаковая пленка разжижается и испаряется, а разогретое олово на втулке выступает в роли вытесняющего средства изолирующего лака. Одновременно зажимное устройство Установки постепенно сжимает втулку, обеспечивая необходимое давление на контактное соединение. Олово (золото или серебро), которым покрыта трубка, является растворителем меди, оно обволакивает оголенные проводники, одновременно
очищая их от расплавленного лака, замещая его. При дальнейшем дополнительном импульсе нагрева часть олова может также уйти из зоны соединения. После этого установка, настроенная на определенный режим нагрева, зависящий от количества и размеров соединяемых проводников, прекращает нагрев, но проводники во втулке еще некоторое время находятся под давлением. Нагретая и удерживаемая под давлением чистая медь с оловом образует диффузионное соединение проводников и втулки и после принудительного охлаждения расплав застывает, создавая между обмоточными проводами стойкое механическое и электрическое соединение. Весь цикл производства одного такого типа соединения занимает в среднем от 2 до 5 секунд.

1. Схема соединения проводников по технологии фирмы Joyal. 2. Продукция Установок фирмы Joyal.

1. Схема соединения проводников по технологии фирмы Joyal. 2. Продукция Установок фирмы Joyal.

Установки для соединения выводных концов и наконечников статоров и трансформаторов методом вплавления. Производство фирмы Joyal (США) группы компаний АЛЬЯНС.
Установки для соединения выводных концов и наконечников статоров и трансформаторов методом вплавления. Производство фирмы Joyal (США) группы компаний АЛЬЯНС.

Такая технология соединения выводных проводников, а также наконечников требует от установки четкого контроля параметров нагрева, усилия сжатия (обжима) соединительных втулок, обеспечения охлаждения контакта и отвода отработанных газов.

Для получения качественного соединения проводов требуется придерживаться рекомендаций фирмы Joyal в подборе типов установок, а также размеров и типов соединительных втулок и наконечников, зависящих от количества и размеров соединяемых проводников. Необходимые рекомендации можно будет в дальнейшем получить у специалистов СП ЗАО Альянс-ПМФ при заказе таких Установок.

 

Д. ФОРМОВКА И БАНДАЖИРОВАНИЕ ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ ОБМОТКИ СТАТОРОВ

1. Формовка лобовых частей обмотки статора
Станок финишной формовки обжимает лобовые части обмоток статора до требуемых размеров, тем самым подготавливая более сжатую массу проводов для последующей пропитки. Стандартная формующая оснастка фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. обеспечивает обжатие лобовых частей обмотки статора одновременно с двух сторон статора по 3-м направлениям: наружные башмаки оснастки обжимают обмотку в направлении к центральной оси статора, внутренние башмаки оснастки отжимают обмотку в направлении от центральной оси статора, а компрессорные кольца – формуют (поджимают) лобовые части обмотки в направлении вдоль оси статора к центру. Одновременно с этим, специальными «гребенками» оснастки проводится прошивка отверстий между пазами в лобовых частях обмотки в целях обеспечения свободного прохода бандажирующих игл при последующей операции бандажирования обмоток на специальном бандажирующем оборудовании. Также в ряде случаев операцией формовки компрессорными кольцами специально уменьшают габаритную длину обмотанных статоров электродвигателей с целью сокращения затрат на их производство. В оснастке для формовки обмоток большую роль играют также устройства прижима манжет изоляционных гильз в целях предохранения их от повреждений при прошивке отверстий между пазами для обеспечения свободного прохода бандажирующих игл. Эти устройства крепятся либо к наружным башмакам оснастки либо работают от индивидуального привода.
Оборудование фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. оснащено стандартной оснасткой, имеющей тормозное устройство для предотвращения возможного отрыва оснастки при формовке обмоток, а также для приложения большего усилия формовки на цели получения большего пазового заполнения и меньших по высоте лобовых частей обмотки статоров современных электродвигателей. Предотвращение отрыва оснастки в процессе формовки не только понижает риск возникновения царапин на статорах, но и сводит до минимума время, необходимое на исправление брака, причиненного формующей оснасткой.
В прошлом станки финишной формовки были предназначены только для формовки обмоток статора конкретного размера. В случаях, когда необходимо осуществлять формовку обмоток с высокой номенклатурой статоров, современные методы формовки требуют быстрой переналадки оборудования, что значительно сокращает занимаемые производственные площади (особенно при необходимости формовки обмоток статоров с различными полюсными конфигурациями). Фирма Alliance Winding Equipment, Inc. разработала ряд быстропереналаживаемого формующего оборудования. В оснастке такого оборудования используются наружные башмаки с направляющими вформе «ласточкиного хвоста», поворотные компрессионные кольца с защелками и модулированные внутренние башмаки. Кроме этого в предложениях фирмы имеется также формующее оборудование с поворотными столами с автоматической выгрузкой готовых статоров, которое позволяет произвести полную замену оснастки менее чем за 10 минут.

Станок финишной формовки лобовых частей обмоток статоров. Производство предприятий группы АЛЬЯНС
Станок финишной формовки лобовых частей обмоток статоров. Производство предприятий группы АЛЬЯНС
2. Бандажирование лобовых частей обмотки статора
Бандажирование обмоток очень важно для обеспечения плотного сжатия обмоточного провода в лобовых частях обмотки статоров, а также для закрепления выводных концов статорных катушек.

1919191919191919191919
Изображение бандажирования лобовых частей обмотки методом «ромбовидно-цепочной обвязки».

Станки для бандажирования обмоток обвязывают лобовые части и группы выводов обмотки статора полиэфирным кордом (нитью) методом «ромбовидно-цепочной обвязки». Такой метод обвязки надежно охватывает все проводники лобовых частей обмотки и обеспечивает постоянное натяжение корда, равномерность бандажирования, чего нельзя достичь путем ручной обвязки.
Бандажировочное оборудование американской фирмы Alliance Winding Equipment, Inc., является быстропереналаживаемым. За счет смены специальной оснастки процесс переналадки оборудования осуществляется в течение менее чем десяти минут.
На сегодняшний день автоматизированное бандажирование считается наиболее предпочтительным, так как этот процесс позволяет значительно сократить трудозатраты и делает работу оператора более безопасной, так как он не находится за пределами рабочей зоны станка. Фирма Alliance Winding Equipment, Inc. разработала системы автоматической загрузки/выгрузки статоров, которые могут также быть дополнительно установленными на действующих предприятиях на действующее бандажировочное оборудование.

20202020202020202020

Станки для бандажирования лобовых частей обмоток статоров. Производство группы компаний АЛЬЯНС

Е. ПРОПИТКА СТАТОРНЫХ ОБМОТОК

Традиционным способом пропитки обмоток статора является его погружение в емкость с пропиточным лаком (компаундом) и затем – сушка в специальной печи. Однако, в последнее время активно используется ряд новых технологий, таких, как пропитка с погружением и вращением статора, капельная пропитка. Применение таких технологий в воплощении оборудования разработки фирмы AWE-Newtech Ltd., Великобритания (дочернее предприятие фирмы Alliance Winding Equipment, Inc.)

позволяет исключить выброс вредных веществ в атмосферу, обеспечить практически 100% использование пропиточных лаков (компаундов), а также значительно снизить затраты электроэнергии в процессе пропитки (более чем в 5 раз в сравнении с традиционными методами пропитки).
1. Пропитка методом погружения и вращения статора
На Установке для пропитки методом погружения и вращения статора статоры закрепляются на поворотных загрузочных устройствах, предварительно подогреваются и далее, вращаясь, опускаются до определенного уровня в поддон, куда подается также подогретый до необходимой температуры пропиточный лак. После того, как лак заполнил поддон и обмотка статора пропиталась, оставшийся в ванне лак выводится из него, статоры вращаются и лишний лак стекает с них в поддон. С наружной поверхности статоров при их вращении излишки лака снимаются специальными «дворниками» и они также стекают в поддон. Остатки лака выводятся из поддона и, в дальнейшем, его можно использовать вновь. Затем статоры помещаются в специальную печь для сушки, где лак затвердевает. Сушку можно также осуществлять и на самой Установке, предусмотрев в ее конструкции специальный конвейер замкнутого типа для переноса статоров с позиций пропитки на позиции сушки (Установки линейного типа), и, используя либо метод нагрева обмоток статора пропусканием через них электрического тока, либо метод инфра-красной сушки обмоток, либо сочетание этих двух методов, осуществлять на Установке полный цикл пропитки и сушки статоров.

21212121212121

Автоматизированная линейная Установка пропитки статоров габаритов от 132-200 ВОВ методом погружения с вращением, с инфра-красной сушкой. Разработка фирмы Alliance Winding Equipment NEWTECH Ltd. Производство группы компаний АЛЬЯНС

2. Капельная пропитка.
Автоматизированные Установки капельной пропитки позволяют проникнуть в обмотки большему количеству пропиточного лака (компаунда), при этом вредные выделения и отходы лака практически отсутствует. В Установке капельной пропитки предусмотрено последовательное осуществление следующих операции — предварительный нагрев статора, пропитка статоров лаком (компаундом), нагрев обмоток статора для затвердевания (полимеризации) лака. Эти установки относительно дорогие, но они обеспечивают проникновение пропиточного лака непосредственно вовнутрь обмотки в количествах, достаточных для скрепления витков катушек. Обычно в статорах, пропитанных методом капельной пропитки, пазы заполняются лаком практически полностью в отличие от статоров, пропитанных другими методами (включая вакуумную пропитку).

22222222222222222222

Процесс капельной пропитки является более предпочтительным по сравнению с другими процессами пропитки. Он обладает такими преимуществами как наряду с обеспечением компьютерного управления процессом пропитки, имеется возможность применения лаков, предварительно обработанных катализатором, ускоряющим процесс затвердевания. Кроме этого, в Установках имеется возможность применения нагрева катушек подачей напряжения на обмотки пропитанных статоров, что в настоящее время повсеместно занимает лидирующие позиции. Несмотря на то, что в таких Установках за одну загрузку обрабатывается меньшее количество статоров, чем в Установках пропитки методом погружения с вращением статора, процесс отверждения лака происходит со значительно меньшими вредными выделениями, а на выходе статора достаточно охлаждены, что позволяет использовать их для последующей сборки электрических двигателей практически сразу же по завершении процесса их пропитки. Фирма Alliance Winding Equipment Newtech Ltd. разработала целую гамму такого высокоэффективного оборудования капельной пропитки обмоток статоров (и якорей) широкой номенклатуры производства.

232323232323232323
Автоматизированная Установка капельной пропитки статоров габаритов 200-355 ВОВ с токовой сушкой. Разработка фирмы Alliance Winding Equipment NEWTECH Ltd. Производство группы компаний АЛЬЯНС.

3. Намотка с использованием спекающихся проводов.
Некоторые производители проводов предварительно покрывают провода с полиэфирным покрытием специальным слоем из термореактивной или термопластичной эпоксидной смолы. Такие провода могут быть использованы для намотки катушек на намоточных станках «всыпного» типа. На этапе перед тестированием статора после финишной формовки лобовых частей обмотки, с помощью нагрева обмоток статора пропусканием через них электрического тока термореактивное или термопластичное эпоксидное покрытие моментально затвердевает и обмотка статора спекается.
Большее развитие такая технология получила при производстве недорогих низкомоментных электродвигателей и электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы, в которых отсутствуют специальные требования по влажности и коррозии. Процесс спекания таких проводов
нередко совершается в сочетании с процессом финишной формовки лобовых частей обмоток статора на автоматических поворотных столах или на специальных рабочих местах автоматических линий производства статоров. Фирма Alliance Winding Equipment, Inc. имеет такое оборудование для его использования в процессах автоматизированного производства статоров.

Ж. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗОЛЯЦИИ СТАТОРОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

В процессе производства статоров электродвигателей необходим контроль качества изоляции намотанных статоров на различных этапах технологической цепочки, описанной выше. В современном производстве контроль качества намотанных статоров как правило проводят после операций окончательной формовки (чтобы исключить попадание бракованного статора на операцию пропитки и, в случае брака, есть возможность с меньшими затратами произвести ремонт статора),а также после операции пропитки статоров.

Как известно качественная изоляция – ключ к обеспечению надежности электрических машин, а лучший способ проверить качество изоляции обмоток – испытание обмоток высоким напряжением. В тестерах параметров изоляции американской фирмы BAKER INSTRUMENT COMPANY (an SKF Group) используется множество патентованных методов контроля для определения качества изоляции. Все перечисленные ниже методы соответствуют международным стандартам в части оценки качества изоляции вращающихся электрических машин:

А). Испытание Сопротивления Изоляции – испытание сопротивления изоляции постоянным током проводится при очень малых энергетических затратах. Иногда этот метод называется испытанием сопротивления изоляции в мегаомах (МОм);

Б). Испытание Высоким Напряжением
— переменного тока – используется всеми изготовителями электрических машин;
— постоянного тока – часто используется при обслуживании электрических машин. Здесь возможно оценить качество изоляции по уровню потерь тока при замыкании «на землю»;

В). Испытание Импульсом Тока – такое испытание проводится при определении качества межвитковой изоляции. Только таким методом можно оценить качество межвитковой изоляции.

С помощью цифровых приборов производства компании BAKER INSTRUMENT COMPANY (Группа компаний SKF) на электрических машинах возможно выполнять измерение сопротивления, испытания высоким напряжением постоянного тока и испытания импульсным перенапряжением, а также преобразовывать данные в цифровой вид и сохранять их для будущего использования, что даёт возможность иметь полную картину состояния изоляции обмоток электрической машины и прогнозировать старение изоляции при ее эксплуатации в дальнейшем.

Возможности этих приборов позволяют обнаружить неисправности и повреждения также и в роторах типа беличьей клетки машин переменного тока, наличие мест короткого замыкания между витками обмоток, любое нарушение баланса между фазами вследствие отличий в числе витков, а также определять местоположение недоброкачественных соединений проводов или контактов.

Испытания высоким напряжением постоянного тока позволяют обнаруживать дефекты в системе корпусной изоляции и изоляции заземления, а также обеспечивают полное испытание на показатель поляризации. Система корпусной изоляции и изоляции заземления включает в себя изоляцию проводов, изоляцию пазовых гильз, клиньев, лаковое покрытие и иногда фазную изоляцию.

Испытания импульсным перенапряжением способны обнаруживать на ранних стадиях производства дефекты как в системах межвитковой, так и межфазной изоляции.

Используя усовершенствованные аппаратные средства аналого-цифрового преобразования, специалисты имеют возможность собирать и сохранять данные, вести необходимую обработку этих данных, а результаты анализа с прибора выводить в печать.

242424242424242424

Современные приборы AWA IV и DT-05-3 фирмы BAKER INSTRUMENT COMPANY для контроля качества изоляции электрических машин

Многофункциональный комплекс EXPLORER II для диагностики электродвигателей в процессе работы (без отключения – мониторинг в режиме on-line) фирмы BAKER INSTRUMENT COMPANY.

СП ЗАО Альянс-ПМФ, являясь официальным представителем и техническим центром фирмы BAKER INSTRUMENT COMPANY (Группа компаний SKF) по России и СНГ, готово оказать помощь в подборе приборов контроля качества изоляции и комплексов диагностики электродвигателей, а также осуществит поставку приборов и их гарантийное и послегарантийное обслуживание, в том числе калибрование.