A 1 B 13 VVZ AD 1 B

A 1 B 13 VVZ, AD 1 B 13 VVZ – ZS 2018 Výroba výkonových zařízení Blok 1 – výroba el. strojů Ing. Petr Gric, Ph. D. , MBA, PEG s. r. o. p. gric@peg. cz Přednáška č. 5 Výroba komutátorových strojů točivých strojů

Doplnění přednášky č. 4 Ukázka výrobní dokumentace • SM 4 MW, 2 p = 20, pohánějící boxerkompresor v PZP Tvrdonice

Doplnění přednášky č. 4 Výrobní schéma cívky buzení SM

Doplnění přednášky č. 4 Cívky statoru

Doplnění přednášky č. 4 Výrobní schéma cívky statoru

Doplnění přednášky č. 4 Výrobní schéma montáže vinutí statoru

Doplnění přednášky č. 4 Výrobní schéma AC vinutí 3 f. statoru

Obsah přednášky č. 5 • Komutátorové stroje – rozdělení • DC stejnosměrné stroje – Rotory stejnosměrných strojů • Vinutí stejnosměrných strojů • Výroba komutátorů

Komutátorové stroje • Komutátorové stroje – DC motory a) Cize buzené b) Derivační c) Sériové d) Kompaundní Pozn. : obrázek je pouze orientační a zjednodušený

Komutátorové stroje • AC motory • Speciální motory, kombinované • Sestavy DC strojů – - Ward-Leonardovo soustrojí

W-L soustrojí pro regulaci otáček těžního stroje

Sestava DC stroje

Rotor (kotva) DC stroje • Kotva DC stroje se skládá z: – Rotorového paketu na hřídeli – Vinutí – Komutátoru

Rotorový paket • Rotorový paket nese vinutí a vede magnetický tok • Ukládání paketu na hřídel: - Pero/drážka - Na rotorovou hvězdici (velké průměry) - Na uložení působí velký moment (DC stroje umožňují velké momentové přetížení (reverzace) - Na paket působí velké odstředivé síly - Některé stroje se zkouší až na 180% nn

Vinutí kotvy • Požadavky na vinutí kotvy – Kvalitní izolace, odolná mechanickému a elektrickému namáhání – Pevné uložení vinutí • Odstředivé síly • Setrvačné síly • Síly způsobené točivým momentem – Chlazení vinutí

Rotorový paket • Je složen z dynamoplechů – Lisování segmentů – Lisování rotorového plechu v celku Do d= 1 m Skládání segmentů rotorového paketu

Druhy vinutí kotev DC strojů • Bubnové vinutí – Jednotlivé tyče (nebo cívky) uložené v drážkách rovnoměrně rozložených po obvodu rotoru a spojovaných tak, že vznikne uzavřené vinutí – Dvě možnosti spojování cívek: • Cívkové strany dvou cívek mohou ležet buď: – Pod stejnou dvojicí pólů (smyčkové vinutí) – Pod sousední dvojicí pólů (vlnové vinutí) – Kombinované (Latourovo)

Druhy vinutí Smyčkové vinutí Vlnové vinutí

Tvary cívek záleží na typu vinutí typu stroje (počet pólů, otáčky, moment), konstrukci a výpočtu.

Nákres cívky kotvy DC stroje

Uložení vinutí v drážkách a) Vsypávané vinutí b) Tyčové vinutí s vodičem kruhového průřezu c) Tyčové vinutí z plochých vodičů d) e) f) – různé provedení klínů drážek

Výroba cívek • • Navíjení na šablonu Roztahování a tvarování dle drážkové šablony Izolování, vypékání a ztužení „rovin“ Čištění a odizolování vývodů cívek • Mezioperační zkoušky – Kontrola rozměrů – Měření mezizávitové izolace (rázovou vlnou) – Izolační zkoušky • Izolační stav • Zkouška přiloženým napětím

Vkládání vinutí do paketu • Malé stroje (do cca 20 k. W) plně automatické navíjení, na lamely komutátoru jsou vývody cívek lisovány • Střední stroje – (do cca 100 k. W) poloautomatické, cívky jsou navíjeny automaticky a ručně vkládány do drážek • Velké stroje – ruční výroba cívek

Konstrukce kotev DC strojů Tvary čel vinutí – rozhoduje konstrukce stroje, namáhání, proudové zatížení, dynamické síly Transponované vinutí – u strojů velkých výkonu, cca nad 1, 5 MW

Předpisy vinutí kotev DC strojů

Vývody vinutí na komutátor • Malé stroje – pájené, nebo lisované přímo na vývody lamel

Vývody vinutí na komutátor • Velké stroje – pájení na praporky (lamely jsou vyvedené na praporky a do těch je pájené vinutí

Vyrovnávací spojky • Vyrovnávací (ekvipotenciální) spojky kompenzují vliv přechodových kontaktů, magnetických nesouměrností a komutačních poruch • Spojují místa se stejným potenciálem • Jejich počet a uspořádání odpovídá počtu pólů stroje • Ekvi. spojky zamezují vyrovnávacím proudům mezi „stejnojmennými“ sběradly

Bandáže vinutí • Pro zajištění mechanické pevnosti vinutí jsou vývody vinutí opatřeny bandážemi – Pryskyřičné kruhy – Omoty zpevňovací páskou a vytvrzenou izolačním lakem – Bandáže z nemagnetických předepjatých drátů • Jsou vyztuženy – vývody z komutátoru • Čela vinutí • Vývody vinutí z drážek

Komutátor • Komutátor je mechanický rotační usměrňovač (respektive mechanický rotační přepínač). Zajišťuje přepínání směru proudu vedeného do rotorových cívek tak, aby byla napájena vždy cívka pod aktivním pólem • Komutátor je výrobně nejnáročnější a nejkomplikovanější část stejnosměrného stroje

Složení komutátoru • Aktivní část – Lamely • Elektrolytická měď tažená, nebo válcovaná za studena • Pro lepší tepelné a mechanické vlastnosti – je Cu legována stříbrem (0, 1% Ag) a Zirkonem (0, 06% Zr) – (Zirkonium je prvek mimořádně odolný vůči korozi, vodivý, zvyšuje pevnost a otěruodolnost) – Mezilamelová izolace • Většinou Mikanit, nebo izolace na bázi slídy – Mechanická odolnost – Tepelná odolnost

Složení komutátoru • Nosná konstrukce – Zajišťuje uchycení komutátoru a definování jeho polohy – Mezi nosnou částí a aktivní částí musí být izolace – (tzv. „límec“) • Mechanicky odolná • Tepelně odolná • Elektricky odolná

Konstrukce komutátoru • Lamely jsou upevněny přes rybiny • Dle stažení rybin rozdělujeme komutátory – Maticové (stroje středních výkonů a nízkých otáček) – Šroubené (stroje velkých výkonů) – Lisované (seriově vyráběné malé stroje)

Maticový komutátor – typ 1

Šroubený komutátor typ 2

Šroubený komutátor typ 3

Lisované komutátory • • • • Koncepce řešení Zakotvení lamel do nosného pouzdra pomocí rybin s pevně definovaným tvarem a polohou lamely vzniká konstrukce, která vyniká vysokou radiální tuhostí a zajišťuje vysokou mechanickou stabilitu lamelového věnce komutátoru. Relativně tenká vrstva lisovací hmoty umožňuje velmi dobrý převod tepla mezi lamelovým věncem a pouzdrem komutátoru. Výhody řešení Vysoká tvarová stálost při extrémně vysokých obvodových rychlostech a zvýšené teplotě Velký průřez pro chladicí kanály v pouzdru komutátoru nezávislý na délce komutátoru Vysoká účinnost chlazení motoru Vysoká rozměrová a tvarová přesnost Izolační třída F, na zvláštní požadavek třída H Technická data Lamelová měď: Cu. Ag 0, 03 %, příp. 0, 1 %, event. dle požadavku Lamelová izolace: mikanit, remikanit, samikanit, příp. dle požadavku Pouzdro komutátoru: ocel, provedení s ventilačními otvory různého provedení nebo bez ventilačních otvorů Rozsah průměrů: 60 – 400 mm Axiální délka lamely: 25 – 250 mm Komutátor v provedení bez nebo s praporkovou částí, s prořezanými drážkami pro vodiče, pocínovanými nebo bez pocínování, případně bez drážek

Lisované komutátory, typ 1

Lisované komutátory, typ 2

Lisované komutátory

Technologický postup výroby komutátoru • • • • Kontrola měděných lamel (tvrdost, rozměry) Kontrola mezilamelové izolace (rozměry), zabroušení Sestavení lamelového věnce Slisování komutátoru v přípravku Tepelné tvarování a stárnutí Nasazení na nosnou konstrukci Kontrola izolace věnce, napěťové zkoušky Stárnutí v cyklech (ohřívání a chladnutí při otáčkách) Odstředění Stružení, broušení (pemza) Stržení hran, frézování izolace drážek Kontrola ovality Konečné napěťové zkoušky Montáž vinutí

Provozní opotřebení kumutátorů • Kartáče i komutátor se vlivem tření, komutace a jiných vlivů obrušují a opotřebovávají, proto mají komutátorové motory vyžadují pravidelné kontroly a servis.

Provozní opotřebení komutátorů LEHKÝ FILM přes celý povrch komutátoru je jeden z mnoha normálních stavů, které obvykle vidíte na dobře pracujícím stroji. Odstín filmu závisí na kvalitě kartáče, proudové hustotě, způsobu provozu a stáří stroje TMAVÁ PATINA Dobrý stav. Film může být světlý nebo tmavý, ale důležité je, že je jednotný a stejnoměrný. Obvykle má dobrý film nepatrně lesklý vzhled. SKVRNITÝ FILM Toto je již stav, který není normální, nicméně poměrně častý. Nahromaděné tolerance u stroje jako je ovalita komutátoru, přítlak kartáčů, rozdílná magnetická pole a chemické výpary přispívají k tvorbě tohoto typu filmu.

Provozní opotřebení komutátorů FILM NA DRÁŽKÁCH A LAMELÁCH Opakující se světlý a tmavý vzorec související s počtem cívek kotvy na drážku. Tento vzorec závisí na provedení stroje a většinou ne na funkci kvality kartáče. PRUHY pouze na filmu nejsou pro komutátor škodlivé. Tento stav neohrožuje životnost kartáčů a komutátoru. Pokud dojde k přenosu kovu, tento stav může vyústit v drobné poškrábání. Tento typ filmu může záviset na hustotě proudu nebo kvalitě kartáče. JASNÉ SKVRNY Jasné skvrny na filmu jsou příznakem špatného kontaktu nebo přetížení. Výsledné jiskření pod kartáčem má tendenci zničit patinu a následně narušit komutátor.

Provozní opotřebení komutátorů PÁLENÍ LAMEL je narušení zadní hrany lamely komutátoru. Selhání komponent stroje, špatně nastavená elektrická symetrie stroje nebo špatně komutující kartáč může vést k pálení lamely. Pokud se neopraví, tento stav může způsobit vážné poškození komutátoru nebo přeskok. PÁLENÍ DRÁŽEK MEZI LAMELAMI může vést k narušení každé druhé, třetí nebo čtvrté lamely komutátoru v závislosti na provedení vinutí kotvy. Nesprávný materiál kartáče, provedení kartáče nebo elektrické nastavení stroje může způsobit tento stav. Tento stav vážně poškozuje komutátor a snižuje životnost kartáčů PATINA S PRUHY OD SBĚRU NEBO OPOTŘEBENÍ Pruhovaný film bez opotřebení komutátoru, stopy se mohou lišit šířkou a barvou. Způsobeno atmosférickými podmínkami (vlhkostí, olejovými výpary nebo jinými plyny) nebo nedostatečným zatížením.

Provozní opotřebení komutátorů INTENZIVNÍ PÁLENÍ LAMEL má za následek narušení lamel. Tento stav je způsoben cyklickým mechanickým nebo elektrickým narušením jako je nevyvážená kotva, hřídel se špatnou souosostí, nebo další mechanické problémy. Pokud se tento stav neopraví, vede k přeskoku. RÝHOVÁNÍ je uniformní obvodové opotřebení o šířce kartáče, které je patrné na komutátoru. Přílišné množství brusného prachu v atmosféře nebo brusný kartáč mohou způsobit tento stav. Extrémně nízký přítlak pružiny (do 1. 5 psi) může též způsobit tento stav. Správná aplikace kartáče a filtrování vzduchu u nuceně větraných motorů může snížit opotřebení komutátorů SBÍRÁNÍ MĚDI Dochází k němu, když vysoká energie přenáší měď v roztaveném stavu. Tyto částice se pokryjí kontaminujícími látkami z okolního prostředí nebo impregnace kartáče a náležitě neoxidují tak, aby vytvořily film na povrchu komutátoru. Tyto částice se shromáždí na okraji lamely a postupem času překryjí izolační slídu. Tento stav je nutné řešit, jakmile se objeví, jelikož může dojít k vážnému poškození. Pro zastavení vývoje tohoto stavu je nutné zkosit hrany lamel.

Provozní opotřebení komutátorů

Příští přednáška • Sběradla AC a DC strojů • Uhlíky • Řízení jakosti výroby el. strojů točivých

Dotazy