Методическое пособие 364

41

механизированного производства. Требуется существенно улучшить механические свойства изоляции и проводов. Необходимо обеспечить высокое качество подготовки к обмотке магнитопроводов. Особые требования приходится предъявлять и к точности соблюдения технологических режимов обмоточно-изолировочных работ. Решать еѐ непросто, особенно - в электромашиностроении, где элементы обмоток и обмотки в целом отличаются большой геометрической сложностью. В зависимости от этого различают обмотки открытые, пазовые, специальные. Для их изготовления в настоящее время применяется множество различных намоточных станков /3, 7, 9, 10 ,11/. Показать все известные конструкции намоточных станков не представляется возможным, а обилие этих конструкций свидетельствует об особой сложности решения поставленной задачи. Зачастую приходится создавать специальный станок для обмотки конкретной электрической машины. Однако, несмотря на это в большинстве известных станков используются некоторые общие принципы, а отличие их конструкции больше связано с особенностями выполнения конкретных элементов станка. Наиболее часто встречающиеся принципы можно охарактеризовать: открытое наматывание (с вращающимся или неподвижным шаблоном) и челночное наматывание.

Наиболее разработанной на сегодняшний день можно считать проблему механизации обмоток, состоящих из открытых катушек (получаемых путем открытого наматывания). Примерами таких катушек можно назвать полюсные катушки машин постоянного тока (каркасные и бескаркасные), намотку катушек на технологические шаблоны и др. Для открытого наматывания применяют намоточные станки двух типов: с вращающимся шаблоном и с неподвижным шаблоном. Устройство таких станков прямо

44

механизм, сообщающий возвратно-поступательное движение проводоводителю 5. Шпиндель станка приводится во вращение от электродвигателя ЭД через ременную передачу.

После каждого перемещения проводоводителя в крайнее положение якорю якорь поворачивается на угол, определяемый шагом катушки. После этого проводоводитель движется в обратном направлении. При каждом ходе проводоволителя в соответствующий паз закладывается проводник катушки. Когда катушка намотана, станок останавливают, ослабляют гайку цангового зажима и поворачивают якорь на одно зубцовое деление. После этого включают станок и наматывают следующую катушку.

Челночный станок имеет низкую производительность, но позволяет оператору обслуживать несколько таких станков. В несколько модифицированном виде принцип челночного наматывания реализуется в производстве асинхронных двигателей. Проводоводитель такого станка, перемещаясь в расточке магнитопровода вдоль еѐ оси, может укладывать в пазы одновременно катушки трех фаз. Подробнее это будет рассмотрено ниже.

Следует обратить внимание, что в рассмотренных вариантах простейших конструкций намоточных станков содержатся все элементы системы КПК, рассмотренные выше.

Для контроля числа витков станок снабжается специальным счетчиком. Последний отсчитывает число оборотов шпинделя (Рис.28), проводоводителя (Рис.29) или число циклов перемещения проводоводителя (Рис.30).

Намотка катушек существенно упрощается, если применить специальный программирующий счетчик. При работе с таким счетчиком оператор устанавливает требуемое число витков на его специальном табло. По мере намотки катушки показание табло уменьшается до нуля. В этот момент счетчик выдает команду на экстренную остановку станка. Как правило инерционность механизмов станка, стремление повысить скорость намотки вносят определенную

45

погрешность в выполнение заданной программы. Поэтому после остановки станка оператору приходится корректировать несколько витков. Следует отметить, что применение программирующих счетчиков более эффективно при намотке многовитковых катушек.

Использование указанных типов станков для намотки катушек или катушечных групп с различными геометрией, размерами и обмоточными данными возможно только с применением различных специальных приспособлений: формообразующих, направляющих, защитных т.п. Подробное их описание будет дано при рассмотрении технологии изготовления конкретных типов обмоток.

7. Изготовление полюсных катушек.

Явно выраженные полюса с катушками характерны для электрических машин постоянного тока (главные и добавочные полюса) и для некоторых исполнений синхронных машин. Катушки таких полюсов очень сильно различаются по числу витков, по форме и величине сечения провода, наличию штатного каркаса, конструкции изоляции, выводов и др. Поэтому не существует единой типовой технологии изготовления полюсных катушек.

По общности приемов формообразования полюсные катушки целесообразно разделить на многовитковые, выполняемые сравнительно тонким изолированным проводом и маловитковые, выполняемые проводом большего сечения, чаще - прямоугольного неизолированного.

В качестве многовитковых для примера можно назвать полюсные катушки параллельного или независимого возбуждения машин постоянного тока. Поэтому в технологии электромашиностроения многовитковые полюсные катушки часто условно называют шунтовыми. Они могут быть каркасными или бескаркасными, имеют укладку витков: рядовую, упорядоченную или внавал. Рядовая укладка больше

46

характерна для крупных электрических машин, где катушки выполняют жесткими, с максимальным коэффициентом заполнения Определенной сложностью отличается изготовление шунтовых катушек с рядовой укладкой. Типичная конструкция такой катушки с осевым разрезом показана на рис.31. На рисунке видно, как выполнен практически каждый ряд витков. Важно, чтобы после намотки катушки все еѐ витки были надежно зафиксированы на своих местах медью. В машинах малой мощности шунтовые катушки наматываются внавал и выполняются мягкими, что позволяет придавать им требуемую конфигурацию в процессе монтажа на магнитопровод.

Наиболее ненадежны в этом отношении витки, расположенные на краях первого и последнего рядов, и в первую очередь те из них, от которых выполняются выводы (начало и конец) катушки.

К ненадежно закрепленным следует отнести также и крайние витки в рядах, образующих скос в

сечении катушки. На рисунке видно, что скос в сечении катушки обеспечивается постепенным уменьшением числа витков в ряду. Крайние витки в таких рядах, особенно - со стороны скоса (на рисунке - в нижней части ряда) переход провода в укороченный ряд должен производиться в верхней части катушки. В каждой ступени располагают четное число одинаковых рядов (на рисунке - по два ряда). Выполнение этих требований позволит обеспечить более высокую монолитность катушки.

Повышению монолитности с одновременным усилением изоляции будет способствовать прокладка дополнительной изоляции (например, в виде пленки) между рядами.

47

Особого внимания заслуживают первый и последнй витки, от которых выполняются выводы. Они должны быть надежно закреплены лентой или тесьмой, как показано на рис.32. На рис.32а) показано, что под первый виток первого ряда закладывается лента или тесьма, края которой плотно прижимаются затем витками второго ряда.

На рис.32б) показано, что за несколько витков до окончания последнего ряда под витки закладывается лента (тесьма) 1, конец которой плотно прижимается к предыдущему ряду.

открытого наматывания на шаблон (см. Рис.33). В щеках 1 этого шаблона целесообразно выполнить специальные пазы 3 (Рис.33), в которые перед началом намотки закладывают прочную нить или тесьму 2. После намотки катушки края тесьмы связывают, что позволяет сохранить форму катушки после еѐ съема с шаблона.

Следует обратить внимание, что основание шаблона для намотки шунтовой катушки имеет прямоугольную форму. Это приводит к тому, что плотность укладки провода на гранях и на ребрах шаблона оказывается различной. Причиной тому

существенно больше, чем на его ребрах. Эта погрешность нарастает в каждом последующем ряду, что создает некоторые проблемы. Во-первых, возникает опасность, что усилие сжатия между слоями на ребрах шаблона может превысить допустимое и это создаст опасность разрушения витковой изоляции.

Во-вторых, коэффициент заполнения сечения катушки медью окажется различным на ребрах и гранях шаблона. Это приведет к недопустимым отклонениям формы и размеров катушки, что может помешать еѐ размещению на сердечнике

49

исполнениях катушек эта задача решается чаще всего конструкцией самого каркаса. При бескаркасном исполнении катушек задача может быть решена двумя путями: установкой катушки на предварительно изолированный полюс или выполнением непрерывной изоляции по периметру самой катушки. Последний вариант заслуживает особого внимания. На рис.35 показан вид полюсной катушки вдоль еѐ оси, причем, катушка покрыта слоем непрерывной изоляции с перекрытием. На рисунке хорошо видно, что при таком

наложении изоляционной ленты не удается на всех

участках обеспечить

одинаковую толщину

изоляционного слоя. Так, на

ребрах внешней поверхности

катушки степень перекрытия

уменьшается. Следовательно,

на этих участках результирующая толщина изоляции уменьшается. С другой стороны, в углах окна

катушки перекрытие слоев изоленты увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению толщины изоляционного слоя. С увеличением числа слоев изоляции форма окна все больше будет приближаться к овалу. Это затруднит установку катушки на сердечник полюса, так как он имеет прямоугольное сечение. Поэтому в некоторых случаях приходится дополнительно формовать окно катушки после наложения изоляции.

Из изложенного следует, что при конструировании намоточного шаблона размеры его основания должны быть увеличены с учетом распушения витков, последующего наложения слоя изоляции и утолщения изоляции в углах окна катушки.

53

медной шины на ребро для получения винтовой катушки требует специфических приемов формообразовани. При намотке на ребро медная шина стремится закручиваться, так как еѐ сопротивление изгибу плашмя гораздо меньше, чем на ребро. Наименьший возможный радиус изгиба шина на ребро можно определить по формуле / /:

образование трещин на внешнем закруглении шины Форма витка винтовой катушки показана на рис.40b). Шина при намотке изгибается по радиусу “R” в местах закругления витка. Именно здесь наблюдается заметное изменение формы сечения шины. Прямоугольник со сторонами “а” и “b” (рис.40а) изменяется на трапецию (рис.40с). При этом на внутренней стороне витка проводник утолщается, а на внешней - утоньшается. В итоге действительная высота катушки может существенно превысить расчетную величину. Для уменьшения этой погрешности винтовые катушки иногда мотают голой шиной трапециевидной формы с таким расчетом, чтобы при еѐ изгибе по радиусу “R” сечение приближалось к прямоугольному.

Намотка винтовой катушки производится на

показана оправка 1, на которую 54

54

намотаны витки 2 винтовой катушки (показаны сечения проводников). Ось “к” сечения проводника отклонилась от плоскости “л” действия технологического изгибающего усилия на угол “ “. Для устранения такой погрешности катушку необходимо опрессовать вдоль еѐ оси.

Вторая погрешность намотки связана с упругостью проводника, которым наматывается катушка. Упругость витков приводит к тому, что после съема катушки с оправки еѐ витки частично разворачиваются друг относительно друга в сторону, противоположную направлению намотки. Катушка при этом может полностью потерять форму. Указанная погрешность может быть сведена к минимуму, если перед съемом катушки с шаблона еѐ отжечь (выдержать при температуре 500-6000С в течение 20-30 мин). После отжига катушку необходимо охладить и выдержать в растворе кислоты определенное время для удаления окалины, а затем -

образом, чтобы хи встречающиеся концы перекрывали друг друга.

Так как ширина изоляции превышает ширину проводника

то края изоляции должны выступать за пределы витков примерно на b/2, что снижает вероятность перекрытия изоляции по поверхности.

57

3)Наружные размеры катушки следует определять с учетом технологического распушения витков. При несоблюдении этого требования катушку приходится сильно прессовать, что может привести к повреждению витковой изоляции.

4)В многовитковых катушках следует предусмотреть стягивание катушки бандажной лентой или нитками, что несколько уменьшит распушение витков и разгрузит в механическом отношении их изоляцию.

5)Нередко конструктор предусматривает намотку несколькими проводами впараллель. Такое решение сильно затрудняет выполнение рядовой укладки витков, особенно - выполнение переходов из слоя в слой. Число параллельных проводов не должно превышать двух.

6)При выполнении ступенчатых катушек нужно следить за тем, чтобы переходы из слоя в слой имели минимальную длину, что уменьшит вероятность сползания крайних витков или пробой межвитковой изоляции.

7)В спиральных катушках следует предусматривать четное число секций, что позволяет выполнить их выводы с достаточной экономией объема.

8)В целях унификации технологических операций намотку всех катушек целесообразно предусматривать в одну сторону, а необходимую полярность полюсов обеспечивать схемой соединения их концов.

Готовые полюсные катушки направляют на сборку только после пропитки и тщательного контроля, о чем речь пойдет ниже.

8.Изготовление пазовых мягких обмоток

К пазовым мягким обмоткам мы относим такие их конструкции, которые выполняются изолированным проводом сравнительно небольшого сечения и допускают дополнительную формовку мягких катушек после укладки в

60

легко поддается механизации. Простейшее решение этой задачи показано на рис.47 . Здесь якорь 1 необмотанный установлен в центрах 2 шпинделя станка, который при намотке вращается по направлению, указанном стрелкой. Обмоточный провод 3 при этом наматывается на пластины 4 устройства укладки

Концы этих пластин заведены в шлицы пазов, в которые должна наматываться катушка. Для ясности устройство намотки показано в двух проекциях: вид сбоку а) и вид вдоль оси якоря б). Следует обратить внимание на конструкцию устройства укладки. Две пластины закреплены на оси, которая может вращаться в подшипниках, как показано стрелкой. Концы пластин скошены и заправлены в пазы якоря. Таким образом, пластины вращаются вместе с якорем. Провод наматывается на их скошенные участки, поэтому под действием натяжения он соскальзывает по пластинам и попадает в пазы. Для намотки следующей катушки концы пластин заводят в следующую пару пазов. Устройство позволяет обеспечить высокую производительность намоточных работ.

Более совершенные конструкции, реализующие приведенную технологию намотки, в том числе с многоместными исполнениями, приведены в / /. Станки отличаются высокой производительностью.

Намотка первой, второй и третьей катушек показана схематически на рис.48. Здесь хорошо

видно, что лобовые части каждой последующей катушки укладываются сверху на лобовые части ранее намотанных катушек.

Следовательно,