2.2. Проводниковые материалы

К проводниковым материалам, применяемым в электромашиностроении, относятся медь и алюминий. Серебро, имеющее удельное сопротивление, на 4 % меньшее по сравнению с медью, относится к дефицитным материалам и почти не применяется при изготовлении электрических машин.

Почти все изделия из меди для электротехнической промышленности изготовляются путем проката, прессования и волочения. Волочение применяют для производства проводов диаметром до 0,005 мм, ленты толщиной до 0,1 мм и фольги толщиной до 0,008 мм. При механических деформациях медь подвергается наклепу, который может быть устранен термообработкой [12].

В соответствии с ГОСТ 859 медь по химическому составу делится на девять марок: М1, М00к, М0ку, М0к, М00б, М0б, М1б, М1к, М1у. Цифры 0, 00, 1 определяют содержание меди, наибольшее содержание меди имеют марки М00к и М00б.

Индексы при марках имеют следующие значения: к, ку – катодная медь, б – бескислородная, у – катодная переплавленная. Примеси оказывают неблагоприятное влияние на механические и электрические свойства меди, поэтому медь с содержанием примесей выше 0,1 % для изготовления проводов не используется.

Для производства коллекторов машин постоянного тока применяется твердотянутая медь с присадкой кадмия. Кадмий увеличивает механическую прочность меди и благоприятно сказывается на качестве пленки на поверхности пластин, улучшая коммутацию.

Высокая электрическая проводимость обеспечивает широкое применение алюминия в электротехнической промышленности. Важными свойствами алюминия являются его малая плотность, низкая температура плавления, высокая пластичность, прочная и очень тонкая оксидная пленка, защищающая алюминий от коррозии. Алюминий хорошо обрабатывается давлением, и из него получаются листы, проволока, тончайшая фольга и штампованные детали. Плотность алюминия в 3,3 раза ниже, а удельное сопротивление лишь в 1,7 раза выше, чем у меди. Поэтому на единицу массы алюминий имеет вдвое более высокую проводимость, чем медь.

Алюминиевые провода с буквой А в обозначении изготовляют из алюминия марки АЕ, имеющего в своем составе 99,5 % чистого алюминия и 0,5 % примесей железа и кремния [12].

Для литейных сплавов наиболее употребительны сплавы АЛ2 и АЛ9.

Для заливки роторов асинхронных двигателей применяются сплавы, технические данные которых приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 Алюминиевые сплавы для заливки роторов асинхронных двигателей

Марка сплава	Удельная проводимость при 20^0С, МОм/м	Средняя линейная усадка, %	Характеристика литейно-технологических свойств
Алюминий чистый	32	1,8	Ограниченные литейные свойства и жидкотекучесть
АК3	25
АКМ-2-1	25	—	Чувствительны к образованию горячих трещин. Рекомендуются для заливки роторов с тонкими стержнями
АКМ4-4	19	—
АК10	19		Высокие литейные свойства и жидкотекучесть до 800^0С. Пригодны для любых роторов, особенно с тонкими стержнями
АКМц0-2	15	1,3
АКМ12-4	15	1,3	Равноценен АК10. Из-за концентрированной усадки нежелательно применять для роторов с толстыми стержнями
АМ-7	19	1,3	Невысокие литейные свойства, подвержен окислению при заливки. Применяется для специальных роторов
АКЦ11-12	12	1,3	Высокие литейные свойства. Пригоден для заливки любых роторов

Сплавы, указанные в табл. 2.2, применяются при литье под давлением и центробежной заливке, сплавы АК3, АКМ4-4 и АМг7 – только при литье под давлением. Температура плавления составляет 640…740⁰ С.

Латунь (сплав меди с цинком) и бронзой (сплав меди с кадмием, бериллием и фосфором) применяются для изготовления короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей и демпферных обмоток синхронных машин. Они хорошо обрабатываются, имеют малую усадку и используются также для изготовления токоведущих деталей сложной формы.

В целях экономии меди контактные кольца асинхронных машин с фазным ротором выполняются из стали или чугуна. Из стали выполняются и роторы специальных асинхронных двигателей, но двигатели с массивным ротором применяются редко. В этом случае имеет место совмещение магнитных и проводниковых функций материалов.

В настоящее время обосновывается применение стальных проводов вместо медных в пусковых обмотках однофазных двигателей и измерительных цепях других электротехнических устройств.

При низких температурах, близких к абсолютному нулю, медь становится плохим проводником. В сверхпроводящих и криорезистивных проводах применяется сплав ниобия с титаном. Сверхпроводящая проволока имеет медное стабилизирующее покрытие, способствующее переходу сверхпроводника в нормальное состояние при резких изменениях магнитного потока. В последнее время выпускаются сверхпроводники, состоящие из транспортированных жил диаметром 1…10 мкм, число жил в медной матрице достигает сотен и тысяч.

Проводниковые материалы должны надежно использоваться в электрических машинах, работающих при 600⁰ С и выше. При температуре выше 225⁰ С медь начинает интенсивно окисляться, что приводит к резкому увеличению сопротивления и снижению эластичности. Чтобы защитить медную проволоку от окисления, наносится слой никеля. Биметаллическая проволока Cu—Ni для обмоточных проводов выпускается диаметром 0,1…2,5 мм.

При температуре 500…600⁰ С основными материалами биметаллических проводников являются серебро—никель и медь—нержавеющая сталь. Применяют также триметаллические проводники: медь—железо—никель или медь—железо—никопель [12].