по трэс

Поэтому она применяется в высоковольтных трансформаторах, дросселях и контурах переключающих устройств (рис. 6.4, а). Напряжение между витками рассчитывается по уравнению

U = E (S +1) / N ,

где Е — напряжение между выводами; S — число рядов провода; N — число слоев.

Рис. 6.4. Пирамидальная (а) и универсальная (б) обмотки

Универсальная обмотка отличается тем, что провод укладывается на каркас под некоторым углом к плоскости намотки с двумя или несколькими перегибами на торцах за каждый оборот. Перекрещивание каждого последующего витка с предыдущим позволяет получать механически прочную обмотку с диаметром, значительно превышающим ширину намотки и малой собственной емкостью. Емкость тем меньше, чем больше угол ук-

ладки ϕ (рис. 6.4, б). Укладка выполняется с опережением, когда новый виток ложится впереди предыдущего, и с запаздыванием, когда он ложится позади предыдущего.

Перекрестная обмотка является разновидностью универсальной и отличается тем, что имеет два перегиба. Такая укладка позволяет при всех преимуществах универсальной обмотки получать большую индуктивность. Спиральная обмотка представляет собой плоскую спираль, приклеенную к изоляционному основанию. Галет- ная обмотка отличается отсутствием каркаса и выполняется на специальных оправках, которые после закрепления витков удаляются. Она применяется в отклоняющих системах электронно-лучевых трубок.

6.2.МАТЕРИАЛЫ ПРОВОДОВ, КАРКАСОВ И ИЗОЛИРУЮЩИХ ПРОКЛАДОК

Обмоточные провода можно разделить на пять основных групп по виду изоляции: пленками эмалей; из хлопчатобумажного, шелкового или синтетического волокна; с комбинированной изоляцией; со стеклянной изоляцией; без изоляции.

К проводам п е р в о й г р у п п ы относятся:

∙ медные провода ПЭЛ (эмаль лакостойкая), выдерживающие нагрев до 100 °С и плотность тока до 2,5

А/мм2; ПЭТ(эмаль теплостойкая), выдерживающие кратковременный нагрев до 300 °С; ПЭВ (эмаль высоко-

прочная) с пробивным напряжением до 600 В и температурой нагрева до 350 °С; ПЭТВ (полиэтилентетрифталатная лаковая изоляция) с повышенной химической и термической стойкостью и возможностью длительной работы при температуре 260 °С при воздействии кислот и щелочей; ПЭВТЛ (эмалированный, высокочастот-

ный, лудящийся), который может длительно работать при 150 °С и пробивном напряжении 60—100 В; изоляция из полиуретанового лака, являющегося флюсующим веществом, позволяет распаивать их без лужения;

148

∙ провода из высокоомных сплавов марок ПЭК (константановый эмалированный), ПЭМТ (манганиновый), ПЭНХ (нихромовый).

К проводам в т о р о й г р у п п ы относятся:

∙ медные провода марок ПБО (изолирующая обмотка из хлопчатобумажной пряжи в один слой), ПБД (изоляция хлопчатобумажной пряжей в два слоя), ПШО, ПШБ (шелковая обмотка в один или два слоя).

К проводам т р е т ь е й г р у п п ы относятся:

∙медные провода марок ПЭЛБО с лакостойкой эмалевой и однослойной бумажной изоляцией, ПЭЛШО с шелковой изоляцией;

∙ЛЭШО-10-0,07 (литцендрат с эмалевым покрытием и обмоткой из шелковой пряжи в один слой, число проводов 10, диаметр 0,07 мм), предназначенные для высокочастотных катушек колебательных контуров, ПЭЛШКД (изолированный лакостойкой эмалью и обмоткой шелка в два слоя);

∙провода из сплавов высокого сопротивления: ПЭШОК (константановый, изолированный эмалью с одним слоем шелковой обмотки), ПЭШОМТ, ПЭШОНХ (соответственно манганиновый и нихромовый), ПЭВНХ (эмалированный высокопрочной эмалью, нихромовый).

К проводам ч е т в е р т о й г р у п п ы относятся медные провода в стеклянной, стекловолокнистой и дельта-

асбестовой изоляции: ПСД, ПСДТ, ПЭТСО, имеющие повышенную теплостойкость до 200 °С.

Для обмоток, предназначенных для работы в условиях повышенной влажности, высокой температуры, в агрессивных средах применяют провод, изолированный фторопластом: ПИФЭ-1,ПИФЭ-2. Особо тонкие провода (микропровода) изолируются сплошной стеклянной изоляцией, обладающей повышенной термо-, влаго- и химической стойкостью, а также пробивным напряжением не менее 1000 В.

Помимо обмоточного провода, катушка индуктивности содержит такие конструктивные элементы, как каркас, выводы, магнитный сердечник, экран и его крепление. Для катушек с тороидальными, броневыми и чашкообразными сердечниками тип и размер сердечника определяют геометрические размеры катушек. Сердечники изготавливаются из карбонильного железа или феррита и могут быть: цилиндрическими с резьбой (СЦП), цилиндрическими гладкими (СЦГ), чашкообразными (Ч), броневыми из феррита (Б), броневыми из карбонального железа (СБ) с замкнутой (СБа) и разомкнутой (СБб) магнитной цепью.

Для ВЧ-контуров уменьшение потерь достигается применением ребристых каркасов из пластмассы, а для высокостабильных катушек, работающих при повышенных температурах, — каркасов из керамики. Конструкция экрана предусматривает изготовление его методом вытяжки или штамповки из алюминия. Экраны обычно имеют форму цилиндров или прямоугольников без резких граней. Для изоляции слоев обмотки применяют прокладки из кабельной, конденсаторной бумаги, изоляционную ленту из лакоткани и т. п.

6.3. ОБОРУДОВАНИЕ И ТИПОВЫЕ ПРОЦЕССЫ НАМОТКИ

Намотка изделий производится на специальных намоточных станках, конструкция которых должна обеспечивать: вращение каркаса, равномерное перемещение провода относительно обмотки по всей ее ширине, натяжение провода в пределах упругих деформаций. Поскольку удельный вес намоточных работ высок (до 20—30 % общей трудоемкости изготовления изделий), к конструкциям станков предъявляют требование высокой производительности, которая обеспечивается скоростью наматывания, автоматической раскладкой изоляции, активным контролем электрических параметров обмотки. Намоточные станки классифицируют по ряду признаков.

149

П о с п о с о б у н а м а т ы в а н и я выделяются станки: открытого типа, кольцевого, пазового, специального наматывания. Первый тип — станки для намотки на каркасы, имеющие форму поверхности тел вращения круглого или прямоугольного сечения. Второй тип — станки, в которых каркас вращается вокруг своей оси, а провод — вокруг оси поперечного сечения каркаса (намотка на тороиды). Третий тип — станки для намотки провода в наружные или внутренние пазы каркасов— пакетов якорей, роторов либо статоров. Четвертый тип — станки для наматывания кадровых и строчных катушек, отклоняющих систем телевизионных трубок.

П о с п о с о б у ф о р м и р о в а н и я о б м о т к и выделяются станки прямого и раздельного наматывания. В первом случае изготовление обмотки происходит по схеме "катушка — приемный каркас", во втором — " ка-

станках виток образуется за счет вращения каркаса (главное движение), а шаг намотки — вследствие осевого перемещения провода (вспомогательное движение). В челночных станках намотка происходит за счет вращательного движения челнока (главное движение) и вспомогательного движения каркаса.

П о к о л и ч е с т в у н а м а т ы в а е м ы х о б м о т о к выделяются одноместные и многоместные станки, а по расположению оси наматываемого каркаса — горизонтальные и наклонные.

Станок типа СРН - 05У предназначен для наматывания провода диаметром 0,05—0,5 мм на два каркаса одновременно со скорость до 1000 об/мин и состоит из следующих механизмов: электропривода, вращения каркаса, натяжения провода, укладки провода, питателя-стойки для закрепления бобины, тормозного устройства, счетчика витков, станины и устройства управления (рис. 6.5). Электроприводом служит электродвигатель 8 типа УЛ-062, вал используется в качестве шпинделя станка, на который закрепляется каркас 7 катушки. Регулировка скорости вращения шпинделя осуществляется путем изменения напряжения питания электродвигателя вариатором однофазным типа РНО-250-05 с помощью ножного управления.

а б Рис. 6.5. Кинематическая схема (а) и внешний вид (б) намоточного станка

Механизм укладки провода состоит из каретки 3 с укладчиком, которая перемещается по ходовому винту на расстоянии 3—150 мм. На винте закреплен диск 1, связанный через резиновый ролик с валом электродвигателя. Плавная регулировка шага намотки в пределах 0,05—0,55 мм осуществляется изменением передаточного соотношения между диском и роликом 10. Реверс вращения ходового винта осуществляется двусторонней дисковой муфтой 9, переключаемой электромагнитами, срабатывающими от микровыключателей 2, ограничивающих раскладку, а также при ручном нажатии клавиш на панели управления.

150

Счетчик 12 получает вращение от электродвигателя 8 через редуктор 11 с передаточным отношением 1:10. Станок имеет два натяжных устройства, в которых усилие натяжения регулируется винтом фетрового ролика 4 и винтом тормозного ролика 5. Под действием этих усилий происходит прижим щек фетрового ролика к проволоке с силой 0,2—1 Н . Разметка провода осуществляется безынерционно с неподвижной бобины 6 или с вращающейся бобины при закреплении ее на оправке в центрах.

Операция наматывания включает время набора шпинделем заданной скорости вращения t1, время наматывания обмотки t2, время первого уменьшения скорости вращения t3, время домотки катушки t4, время торможения t5 (рис. 6.6). В типовой ТП входят подготовительная и контрольная операции, присоединение выводов.

Цикловая производительность намоточного станка

ки изоляции и т. д.

n, об/мин

Рис..6.6. График процесса наматывания катушек

Подготовительная операция состоит из настройки станка, закрепления каркаса, провода, установления усилия натяжения, шага раскладки. Присоединение выводов осуществляется путем снятия изоляции с проводов, закрепления их на токосъемниках каркаса и пайки. Контрольная операция включает проверку индуктивности, добротности, отсутствия короткозамкнутых витков, внешнего вида.

Одной из самых сложных и трудоемких операций является удаление изоляции с обмоточных проводов. Применяют механические, химические, термохимические методы удаления изоляции. В первом случае эмалевую изоляцию с проводов ПЭЛ, ПЭВ и ПЭТ удаляют шлифовальной шкуркой, шабером, что сопровождается нарушением размеров и повреждением провода, изменением его диаметра. Метод применяется для проводов диаметром более 0,2 мм. Химический метод заключается в погружении проводов в муравьиную кислоту на 1—2 мин и последующем протирании их салфеткой. Он характеризуется большой трудоемкостью и длительностью процесса удаления изоляции, который вреден для здоровья рабочих. Термомеханический метод применяют для проводов диаметром 0,1 мм и менее, а также многожильных проводов типа ПЭЛШО, ЛЭШО. Он заключается в нагреве провода в верхней части пламени спиртовой горелки, обжиге изоляции, погружении в спирт с последующей протиркой бязью. Его недостатки — трудность механизации, большая трудоемкость, вредные условия труда. Термохимический метод снятия изоляции заключается в погружении проводов в расплав солей

(хлористый калий) при температуре 700—800 °С на 1—2 с, промывке в жидкости, растворяющей соль в течение 1—2 с, и очистке ветошью. Метод может быть механизирован, однако отличается повышенной вредностью. Поэтому в промышленности разработаны способы присоединения изолированных проводов без предваритель-

151

ного удаления изоляции с целью повышения производительности труда, экономии времени и материалов, повышения плотности монтажа и снижения переходного сопротивления контактного соединения.

Для присоединения изолированных проводов (в том числе и микропроводов диаметром от 0,02 до 0,35 мм) в лаковой либо эмалевой изоляции применяют сварку или пайку, а изоляцию разрушают механическим способом нагретым электродом, дугоплазменным или комбинированными методами.

При механическом разрушении изоляции на проводе ее продавливают заостренным электродом контактной сварочной машины, через электроды и соединяемые детали пропускают импульс сварочного тока, обеспечивающий расплавление или выжигание изоляции и сварку. Суть сварки и пайки с разрушением изоляции на проводах нагретым электродом состоит в том, что изолированный провод прижимается V-образным нагреваемым электродом к привариваемой детали. Изоляция выжигается за счет пропускания импульса электрического тока длительностью 0,02—0,05 с. Для получения паяного соединения одна их соединяемых деталей должна быть покрыта припоем.

При дугоплазменном удалении изоляции и последующей сварке концы проводов вводят в зону горения. Они оплавляются, образуя сварное соединение на концах в виде круглого шарика. Изоляция на проводах при этом сгорает до места их крепления зажимами. Преимуществом способа является простота процесса, однако он характеризуется высокими температурами нагрева деталей. Применяют его для крепления проводов к пластинам.

Для намотки тороидальных намоток используются челночные станки, в которых образование витка обмотки осуществляется с помощью вращающегося челнока, выполненного в виде незамкнутого кольца. Съемную шпулю с необходимым запасом провода закрепляют на торцевой части челнока и подтормаживают пружиной для создания натяжения провода. При вращении челнока 2 провод, закрепленный одним концом на каркасе 1, сматывается со шпули 4 и через направляющий ролик 3 укладывается с определенным шагом на каркасе (рис. 6.7). По этой схеме работают станки модели СНТ-12 для круговой и секционной намотки тороидальных обмоток на кольца с внутренним отверстием диаметром 12 мм проводом диаметром 0,15—0,4 мм со скоростью до 300 витков в минуту.

Рис. 6.7.Схема кольцевого наматывания

6.4. ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА

Тормозные устройства обеспечивают необходимое усилие натяжения провода при намотке. При фрикционном торможении провод проходит между губками, прижатием которых создается сила натяжения. Губки выполняют из фетра, фторопласта, поролона и других материалов, которые создают малую инерцию и легко регулируют напряжение. Метод применяется для проводов диаметром более 0,10 мм при скорости наматывания до

152

300 витков в минуту. Недостатки метода — возможность нарушения изоляции, быстрый износ губок при высоких скоростях наматывания.

При торможении промежуточным роликом с ленточным тормозом провод охватывает его несколькими витками и вращает без проскальзывания. Тормоз может быть ленточным (рис. 6.8, а), колодочным (рис. 6.8, б), пневматическим (рис. 6.8, в), электромагнитным (рис. 6.8, г). Фрикционное торможение наматываемой катушки осуществляется колодочным или ленточным тормозом. Преимущества — отсутствие скольжения провода, постоянство натяжения при скорости наматывания до 300 витков в минуту. Применяются тормозные устройства, состоящие из трех роликов, натяжение регулируется за счет перемещения среднего ролика. Полиспастные системы торможения обеспечивают большой диапазон регулируемого натяжения.

Рис. 6.8. Виды тормозов

Пневматическое торможение применяют для очень тонких проводников диаметром до 0,02 мм, а с малоинерционным кольцом — для проводов большого диаметра при скорости наматывания до 2000 витков в минуту. Пневматическое торможение может осуществляется турбинкой, создающей момент, направленный противоположно направлению наматывания.

Электромагнитное торможение осуществляется за счет создания электромагнитной муфтой или электродвигателем момента, направленного в сторону, противоположную направлению наматывания. Оно применяется при скорости наматывания до 6000 витков в минуту, для проводов диаметром 0,03—0,1 мм. К недостаткам метода следует отнести сложность изготовления устройства и его наладки.

6.5. ИЗМЕРЕНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ПРОВОДА

Высокая точность изготовления современных намоточных изделий требует стабильности силы натяжения провода в процессе наматывания с отклонением не более 10 % от заданной и надежных средств контроля.

Механические приборы просты по устройству, дешевы и удобны в эксплуатации, однако вследствие большой инерционности подвижной системы применяются при скорости наматывания 300—400 витков в минуту. Для измерения натяжения провод 1 (рис. 6.9, а) заправляется через подающие 2 и воспринимающий 3 ролики. С роликом 3 соединена стрелка 5, которая отклоняется под действием усилия натяжения. Пружина 4 возвращает стрелку на шкале в исходное положение.

Оптико-механические приборы в качестве преобразователя используют консольную балку, на которой закреплены зеркало и воспринимающий ролик. Под действием усилия натяжения балка прогибается, и луч света, падающий от источника на зеркало, смещается, что регистрируется на экране. Несмотря на высокое качество метод обладает малой чувствительностью и имеет большие габариты.

Тензометрические приборы используют в качестве преобразующего элемента тензодатчики, наклеенные на балку 4, на конце которой закреплен воспринимающий ролик 3 (рис. 6.9, б). Провод 1 с помощью подающих роликов 2 образует петлю, и при его натяжении происходит отклонение ролика 3. Для измерения натяжения используется мостовая схема с двумя тензодатчиками 5, включенными в разные плечи моста, что увеличивает

153

чувствительность, улучшает линейность характеристики, позволяет значительно уменьшать влияние температуры на величину выходного сигнала. По сравнению с предыдущими приборы имеют следующие преимущества: простота конструкции, небольшие размеры, высокая чувствительность. Их недостатками являются малая величина выходного сигнала и необходимость применения тензоусилителя.

Рис.6.9. Схемы приборов для измерения натяжения провода

Наряду с тензометрическими приборами применяются индуктивные (рис. 6.9, в), основанные на изменении реактивного сопротивления катушки путем перемещения магнитного сердечника 4, и емкостные, реагирующие на изменение зазора между обкладками конденсатора. Индуктивные приборы обладают высокой чувствительностью, почти не подвержены воздействию помех, однако имеют малую полосу пропускания. Емкостные измерители высоко чувствительны, однако неустойчивы в работе, подвержены воздействию помех и внешней среды.

6.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ

Внутренние обрывы в обмотках, намотанных проводом диаметром более 0,1 мм, контролируют автоматически в процессе изготовления катушек. Каркас 5 устанавливают на шпиндель 3 станка, конец провода 1 присоединяют к контактному кольцу 2 с токопроводящей щеткой 4 (рис. 6.10).

Нижний конец провода 6 питающей катушки 9 присоединяют к контактному кольцу 8, к которому через щетку 7 подводится ток от выпрямителя через реостат. При наличии контакта между выводами 1 и 6 цепь электромагнита замыкается и стрелка амперметра А отклоняется. При обрыве провода электрическая цепь разомкнется, электромагнит ЭМ замкнет контакт К, загорится сигнальная лампочка Л.

Для больших скоростей наматывания применяют бесконтактный контроль обрыва провода с помощью устройства, состоящего из фотодатчика, регистрирующего скорость вращения бобины с проводом (рис. 6.11). К торцу бобины 2 прикреплен легкий перфорированный диск 4, по одну сторону которого располагается источник светового потока (лампочка 6,3 В), а по другую — фотосопротивление типа ФСК-2. Световой поток, падая на фотосопротивление, создает напряжение переменной частоты, которое подается на электронный усилитель. При обрыве провода, наматываемого на каркас катушки, скорость вращения бобины резко снижается, пропорционально уменьшается освещенность фотосопротивления, что уменьшает переменное напряжение, подаваемое на вход усилителя. В результате этого система управления отключает электродвигатель.

154

dRп — относительное увеличение сопротивления провода, определяемое разбросом диаметров (1—3 %).

Рис. 6.13. Диаграмма растяжения медного провода марки ПЭЛ диаметром 0,35 мм

Однако при наматывании сопротивление провода dRн зависит не только от рассмотренных факторов, но и от диаметра каркаса Dк, диаметра провода и скорости наматывания. Таким образом, допуск на сопротивление обмотки должен быть больше суммы погрешностей, возникающих в процессе наматывания:

DR ³ дR + дRг + дRc + дRн + дRп .

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Конструктивно-технологические особенности намоточных изделий.

2.Намоточные провода и их свойства.

3.Оборудование для намотки.

4.Регулировка и измерение натяжения провода.

5.Выбор оптимального усилия натяжения провода при намотке.

157