А. П. Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Для изготовления трансформаторов и дросселей используются специальные обмоточные провода. Об основных типах таких проводов отечественного и зарубежного производства рассказано в этой статье.
Отечественные обмоточные провода
Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105...200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.
Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002...2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.
Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку -эмалевое покрытие по цвету близко к черному.
Медные провода типов ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (выпускаются с диаметром жилы 0,02...2,5 мм) имеют поливинилацетатную изоляцию и отличаются золотистым цветом. Медные провода типов ПЭМ-1 и ПЭМ-2 (с тем же диаметром, как и ПЭВ) и прямоугольные медные проводники ПЭМП (сечением 1,4...20 мм2) имеют лакированную изоляцию на по-ливинилформалевом лаке. Индекс «2» в соответствующем обозначении проводов ПЭВ и ПЭМ характеризует двухслойную изоляцию (повышенной толщины).
ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 - эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05...1,6 мм), они имеют изоляцию на основе по-лиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.
Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.
Отечественные высокочастотные обмоточные провода
На высоких частотах применяются многожильные эмалированные обмоточные провода (литцендраты) типа ЛЭШО в шелковой однослойной изоляции или ЛЭШД - фв двойной шелковой изоляции. Такие провода состоят из пучка медных эмалированных проволочек диметром 0,05...0,1мм и используются для катушек индуктивности (и дросселей). В высокочастотных проводах типов ЛЭШО, ЛЭШД, ПЭЛО, ЛЭЛД, ДЭП, ЛЭПКО жилы скручены из отдельных Эмалированных проволок для уменьшения потерь от поверхностного эффекта (Эффекта близости). В табл.№1 приведены диаметры широко применяемых высокочастотных обмоточных проводов отечественного производства. Для нечетных номеров диаметр провода примерно равен половине суммы диметров двух соседних (четных) номеров.
Обозначение популярных зарубежных обмоточных проводов
В США и Великобритании обозначение диаметров обмоточных проводов записывается словами wire size (размер провода).
Например, в США применяют систему
American Wire Gauge (AWG). Также иногда в США используют систему B&S, а в Великобритании - Standar Wire Gauge (SWG). В табл.2 и табл.3 приведены диаметры широко применяемых типов обмоточных проводов по стандартам AWG и SWG.
Допустимая нагрузка на проводники
Максимальный допустимый ток, который можно пропускать через провода, не тревожась за возгорание или нарушение контакта, определяется в соответствии с табл.4. Максимальный нагрев резиновой или пластмассовой (а также их сочетаний или производных) изоляции проводов не должен превышать температуры +50градусов. От этого температурного параметра зависит продолжительность безопасного воздействия
на проводник максимально допустимого тока (I max A в табл.4)
Журнал "Электрик"
Чуть ли не главный вопрос у всех радиолюбителей чем можно намотать трансформатор? Простейшие методики расчета трансформаторов мы уже знаем (кто подзабыл можно заглянуть вот сюда), а вот самое главное где взять провод? Да и еще именно какой провод необходим для намотки трансформатора?
Куда делись, например, провода марок ПЭЛШО
, ПЭЛБО
и другое, продававшиеся в советское время в наборах и катушками? Первый из вышеназванных проводов необходим для намотки
контурных катушек на низкочастотные диапазоны, дросселей, трансформаторов на ферритовых кольцах и пр. Второй необходим для намотки обмоток
мощных силовых трансформаторов.
Ведь преимущество таких проводов перед обычными (с лаковым покрытием) - большое.
Прежде всего, это создаваемый за счет оплетки провода шаг намотки. В мощных сетевых трансформаторах разность напряжений в обмотках между соседними проводниками составляет 1 В и более, тонкая лаковая изоляция при нагреве и вибрации с частотой сети постепенно стирается от трения друг об друга вибрирующих витков и осыпается. В результате возникают межвитковые замыкания
.
Для иллюстрации приведу простой расчет
. Возьмем трансформаторное железо с площадью сечения керна S=10 см2. По простой прикидке Pr=S2 определяем, что габаритная мощность будущего трансформатора составит примерно 100 Вт. Количество витков на 1 В:
w1 =50/S=50/10=5(вит./В),
Соответственно межвитковое напряжение:
U1=1/5=0.2(В)
Если трансформаторное железо - с площадью сечения S=50 см2, габаритная мощность трансформатора в этом случае Pг=2500 Вт, а w1 =50/50=1 (вит./В), что равно межвитковому напряжению в обмотках. При дальнейшем увеличении габаритной мощности межвитковое напряжение возрастает, опасность пробоя изоляции увеличивается, а надежность трансформатора, естественно, снижается.
Как выйти из создавшегося положения? Следует вспомнить, что провода бывают не только обмоточными. Для намотки трансформатора можно применить монтажный провод во фторопластовой изоляции (МГТФ) с соответствующим требуемому току сечением. Так как в таких проводах принято указывать не диаметр, а сечение (по жиле), то следует воспользоваться переводной формулой
d=2 (Sп/3.14)^0,5
где Sп - сечение провода, мм2; d - диаметр провода, мм. Например, провод МГТФ-0.35 имеет d-0,66 мм. Диаметр провода, в зависимости от требуемого тока I (А), определяем по формуле:
d = 0,8 I0,5.
Тогда ток в проводе обмотки:
I=(d/0.8)^2 =0.68 (А)
Отличное качество изоляции проводов МГТФ позволяет обходиться при намотке без 
межслойных прокладок, а ее термостойкость позволяет мотать трансформаторы, работающие при повышенных температурах (фторопластовая изоляция не плавится и не обугливается).
Порой для балансных схем требуется намотать трансформатор со строго идентичными обмотками.
Такое можно осуществить, взяв в качестве проводов обмоток плоский кабель, например, используемый в компьютерных соединительных шлейфах. Отделив от кабеля нужное число проводников, наматывают ими обмотку, которую затем используют в качестве нескольких идентичных, изолированных друг от друга. Изоляция плоского кабеля достаточно термоустойчива.
В качестве альтернативы моточного провода , предлагаю воспользоваться акустическим шнуром, которым обычно соединяют усилитель с акустическими системами. Акустический шнур имеет большое сечение жилы и. будучи двойным, обеспечивает идентичность полуобмоток для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. На идентичность этих полуобмоток мало обращают внимание, а это влечет за собой увеличение фона, к которому так чувствительна современная высококачественная аппаратура.
Идентичность обмоток можно обеспечить и другим способом, например, намотав их микрофонным шнуром (при стереошнуре получим три обмотки). Таким образом можно намотать обмотку (обмотки) с электростатическим экраном. Для этого экранирующая оплетка микрофонного шнура соединяется (с одной стороны) с общим проводом.
Коаксиальный кабель , вследствие большой разницы в сечениях внутренней жилы и оплетки, мало пригоден для симметричных обмоток, но может быть использован в качестве обмоточного провода , когда экран и внутренняя жила соединены между собой. Внутреннюю жилу кабеля можно использовать и для измерительных целей.
Во всех случаях не следует забывать о термоустойчивости изоляции проводов. Повышенная относительно лаковой толщина изоляции проводов, с одной стороны, уменьшает количество витков обмотки, которые можно разместить в окне сердечника трансформатора, с другой, делает ненужным применение межслоевой изоляции (вплоть до межобмоточной), что ускоряет изготовление трансформатора, а при термостойкой изоляции проводов повышает надежность трансформаторов.
В.БЕСЕДИН, гТюмень.
Намотка трансформатора своими руками сама по себе является несложной процедурой, однако требует существенных подготовительных работ. Некоторые люди, занимающиеся изготовлением различной радиоаппаратуры или силовых инструментов, имеют потребности в трансформаторах под конкретные нужды. Поскольку не всегда возможно приобретение определенного трансформатора под конкретные случаи, то многие наматывают их самостоятельно. Те, кто в первый раз изготавливает трансформатор своими руками, часто не могут решить проблемы, связанные с правильностью расчета, подбора всех деталей и технологии обмотки. Важно понимать, что собрать и намотать повышающий трансформатор и понижающий трансформатор – не одно и то же.
Также существенно отличается и намотка тороидального устройства. Поскольку большая часть радиолюбителей или мастеров, которым требуется создать трансформирующее устройство для нужд своего силового оборудования, не всегда имеют соответствующие знания и навыки о том, как изготовить трансформирующее устройство, поэтому данный материал ориентирован именно на эту категорию людей.
Первым делом необходимо произвести правильный расчет трансформатора. Следует вычислить нагрузку на трансформатор. Она вычисляется суммированием всех подключенных устройств (двигателей, передатчиков и т.д.), которые будут запитаны от трансформатора. Например, на радиостанции имеется 3 канала с мощностью 15, 10 и 15 Ватт. Суммарная мощность будет равна 15+10+15 = 40 Ватт. Далее берут поправку на КПД схемы. Так большинство передатчиков имеют КПД около 70% (точнее будет в описании конкретной схемы), поэтому такой объект следует запитать не 40 Вт, а 40/0,7 = 57,15 Вт. Стоит отметить, что и трансформатор имеет свой КПД. Обычно КПД трансформатора составляет 95-97 %, однако следует взять поправку на самоделку и принять КПД равном 85-90% (выбирается самостоятельно). Таким образом, требуемая мощность увеличивается: 57,15/0,9 = 63,5 Вт. Стандартно трансформаторы такой мощности весят около 1,2-1,5 кг.
Далее определяются с входными и выходными напряжениями. Для примера возьмем понижающий трансформатор с напряжениями 220 В входное и 12 В выходное, частота стандартная (50 Гц). Определяют количество витков. Так, на одной обмотке их количество равно 220*0,73 = 161 виток (округляется в большую сторону до целого числа), а на нижней 12*0,73 = 9 витков.
После определения количества витков приступают к определению диаметра провода. Для этого необходимо знать протекающий ток и плотность тока. Для установок до 1 кВт плотность тока выбирают в пределах 1,5 – 3 А/мм 2 , сам ток примерно рассчитывают, исходя из мощности. Так, максимальный ток для выбранного примера будет составлять около 0,5-1,5 А. Поскольку трансформатор будет работать максимум со 100Вт нагрузки с естественным воздушным охлаждением, то плотность тока принимаем равной около 2 А/мм 2 . Исходя из этих данных, определяем сечение провода 1/2 = 0,5 мм 2 . В принципе сечения достаточно для выбора проводника, однако иногда требуется и диаметр. Поскольку сечение находится по формуле pd 2 /2, то диаметр равен корню из 2*0,5/3,14 = 0,56 мм.
Таким же образом находят сечение и диаметр второй обмотки (или, если их больше, то всех остальных).
Намотка трансформатора требует тщательного подбора используемых материалов. Так, важное значение имеют практически все детали. Понадобятся:
Многие радиолюбители часто имеют специальные примитивные устройства для осуществления намотки обмоток. Пример: примитивный станок для намотки обмоток представляет собой стол (часто подставку), на котором установлены бруски с вращающейся продольной осью. Длина оси выбирается в 1,5-2 раза больше длины каркаса катушек трансформирующего устройства (берется максимальная длина), на одном из выходов из брусков ось должна иметь ручку для вращения.
На ось надевается катушечный каркас, который стопорится с двух сторон ограничительными шпильками (они не дают каркасу перемещаться вдоль оси).
Далее на катушку закрепляется обмоточный провод с одного из концов и осуществляется намотка путем вращения ручки оси. Такая примитивная конструкция существенно ускорит намотку обмоток и сделает ее более точной.
Намотка трансформатора заключается в намотке обмоток. Для этого провод, который планируется использовать для обмоток, наматывается на любую катушку туго (для упрощения процесса). Далее сама катушка устанавливается либо на приспособление, указанное выше, либо наматывается «вручную» (это сложно и неудобно). После этого на катушке обмотки закрепляется конец обмоточного провода, к которому припаивают выводной провод (это можно сделать как вначале, так и в конце операции). Далее начинают вращение катушки.
При этом катушка не должна никуда смещаться, а провод должен иметь сильное натяжение для плотной укладки.
Намотка витков провода продольно должна производиться так, чтобы витки прилегали друг к другу максимально плотно. После того, как был намотан первый ряд витков по длине, его обматывают специальной изоляционной бумагой в несколько слоев, после чего наматывают следующий ряд витков. При этом ряды должны плотно прилегать друг к другу.
В процессе намотки следует контролировать количество витков и остановиться после намотки нужного количества. Важно, чтобы считались полные витки, не учитывая расход провода (т.е. второй ряд витков требует большего количество провода, однако наматывают количество витков).
Обмотки трансформаторов малой мощности выполняются обычно проводом круглого сечения. В настоящее время имеется большое количество марок обмоточных проводов. Провода изготовляются с волокнистой, эмалевой и комбинированной эмалево-волокнистой изоляцией. Для обозначения марок проводов приняты буквенные обозначения . Первая буква для всех видов изоляции П (провод). Волокнистая изоляция имеет обозначение: Б - хлопчатобумажная пряжа, Ш - натуральный шелк. ШК или К - искусственный шелк (капрон), С - стекловолокно, А - асбестовое волокно. Следующая буква О или Д указывает на один или два слоя изоляции. Провода в эмалевой изоляции обозначаются буквой Э. Комбинированные изоляции состоят из эмалевой изоляции, покрытой дополнительно волокнистой изоляцией. При изготовлении трансформаторов малой мощности в основном применяются провода в эмалевой изоляции. Эмальслой должен иметь сплошную и ровную поверхность и обладать достаточной механической прочностью и эластичностью. Эмальслой не должен давать трещин и отставаний от меди при намотке. Высокая механическая прочность и повышенная теплостойкость винифлексовой изоляции, позволяющая значительно снизить количество межслойных прокладок, повысить теплопроводность и допустимую плотность тока, обеспечили проводам марок ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭТВ и др. широкое применение при изготовлении трансформаторов малой мощности. В настоящее время провода в изоляции из хлопчатобумажной пряжи и бумажной ленты марок ПБД, ПБОО, ПББО и др. широко применяются в силовых трансформаторах средней и большой мощности и в измерительных трансформаторах (напряжения и тока), работающих в масле. В таких трансформаторах провода с эмалевым покрытием не применяются. Для трансформаторов открытого типа, силовых на напряжения до 500 В и трансформаторов тока до 6 -10 кВ применяются как обмотки проводом ПБД, так и комбинированные с эмалевым и хлопчатобумажным покрытием, но при этом обмотки трансформаторов обязательно пропитываются или компаундируются. Для сварочных, нагрузочных и других аналогичных трансформаторов и устройств следует применять провода в стеклянной изоляции. Применяют также провода в асбестовой изоляции, но их электрические свойства и прочность значительно хуже, толщина изоляции повышенная, что снижает теплопроводность обмоток. Кроме того, они гигроскопичны. Для указанных выше работ иногда применяют провода прямоугольного сечения. Последние выполняются марок: ПБД, ПБОО, ПСД, ПСДК, ПДА. Толщина и изоляции соответствует маркам круглых проводов - или верхним пределам - или несколько выше. Из указанных марок проводов для трансформаторов малой мощности применяется провод ПЭЛШО для обмоток на повышенные напряжения (например, в обмотках высокого напряжения осциллографа и в других случаях). ПЭЛШО (и ПЭЛБО) целесообразно применять при галетной намотке малых трансформаторов, пропитываемых склеивающими компаундами, ввиду высокой схватываемости волокнистых материалов с большинством склеивающих компаундов. Провод ПЭШО применяется широко в контурах радиоприемных устройств, но пригодность той или иной пропитки (и других материалов) определяется фактором потерь, что для частоты 50 Гц не существенно. В тех случаях, когда одним из основных требований к аппаратуре (трансформатору) является надежность, обмотку обязательно следует пропитывать каким-либо лаком или компаундом. Значительному повышению надежности способствуют облегченные режимы работы обмоток и применение материалов, имеющих температуру по нагревостойкости на 1-2 класса выше рабочей температуры обмотки. В тех случаях, когда трансформатор может работать в форсированном режиме, обмотка должна пропитываться, так как при этом повышается теплопроводность и нагревостойкость за счет более равномерной температуры в толще обмотки. При форсированном режиме допустимо повышать нагрев трансформатора на 10-12° С сверх температуры данного класса. При этом ускоряется процесс старения материала примерно (в среднем) в 2 раза. Надо указать, что допустимые температуры для проводов ПЭЛ, ПЭЛУ 100-105° С, ПЭТ 125° С, ПЭВ-1, ПЭВ-2 110° С. Для трансформаторов, к которым предъявляются требования надежности, форсированные режимы недопустимы. Приведенная шкала классов нагревостойкости принята как в России, так и в ряде зарубежных стран. Нижний предел допустимых температур для эмаль-проводов - 60° С. При этой температуре эмаль не должна трескаться и отставать от меди.
Компания "ПРОВОДНИК" осуществляет продажу эмалированного (обмоточного) провода. Мы предлагаем высококачественную проводниковую продукцию в любых объемах по самым привлекательным ценам. У нас всегда качественный уровень обслуживания и индивидуальный подход к каждому клиенту.
Эмалированный (обмоточный) провод предназначен для обмоток электрических машин, аппаратов, а так же измерительных, регулирующих и прочих приборов, катушек зажигания, капсюлей, низковольтных сухих трансформаторов. Он также предназначен для реле, соленоидов, радиотехнических изделий, микродвигателей, двигателей малой и средней мощности, генераторов, силовых двигателей широкого применения, двигателей для домашних электроприборов и электроинструментов, аппаратуры связи, а также компрессоров холодильных установок и кондиционеров, работающих в среде фреонов (хладонов). Исключительная механическая прочность изоляции позволяет использовать эмалированный (обмоточный) провод при автоматической намотке. В зависимости от температурного индекса и типов изоляции провода используются для разных условий среды в изготовлении взрывозащищенного оборудования для химической, газовой, нефтеперерабатывающей и угольной промышленности.
Провода изготавливаются со следующими температурными индексами:
Провода изготавливают алюминиевыми, медными и никелированными медными. Никелированная медная проволока применяется для изготовления нагревостойких проводов с целью повышения устойчивости к окислению.
Для изоляции обмоточных проводов с эмалевой изоляцией применяют электроизоляционные лаки, представляющие собой раствор высокомолекулярных пленкообразующих соединений в органических летучих жидкостях. При нагревании лакового покрытия на проволоке молекулярная масса пленкообразующих соединений возрастает, а растворитель испаряется, в результате чего на проводе образуется твердая эмалевая пленка. Ее гибкость обеспечивается наличием в пленке жидкостей, которые не испаряются при нагреве и выполняют роль пластификаторов.
Двухслойная изоляция проводов с эмалевой изоляцией представляет собой два различных лака, нанесенных на провод последовательно. На провода, предназначаемые для склеивания при нагревании, поверх основной изоляции на основе поливинилацеталевого или полиэфирного лака наносится клеящий слой из поливинилацетатного лака. Этот лак при температуре 120 - 150°С размягчается, а при понижении температуры переходит в твердое состояние. Для защиты провода от механических повреждений применяются покрытия на основе полиамидов (лак КЛ-1) - раствор поликапролактама в трикрезоле.
Эмалированный (обмоточный) провод изготовлен из медного проводника (круглой или прямоугольной формы), а изоляцией ему служит - электроизоляционный лак на основе модифицированных полиэфирных смол.
В процессе ремонта и перемотки электродвигателей не обойтись без обмоточного провода с круглым или прямоугольным сечением. Марка провода зависит от материала токоведущей жилы и разновидности используемой изоляции. Чаще всего используются изделия из медной проволоки.
Любая марка имеет в названии букву П (провод). Далее идет маркировочный код изоляции. Существует волокнистая, эмалевая и комбинированная изоляция.
Волокнистую изоляцию
изготавливают из натурального и искусственного шелка, хлопчатобумажного волокна, капрона, стекловолокна и лавсана. Такие провода используются в основном для изготовления обмоток масляных трансформаторов.
Эмалевая изоляция
представляет собой смесь синтетических лаков, при нагреве образующую на проволоке прочный тонкий слой. Применяется для намотки электрических машин и приборов, у которых нет жестких ограничений по толщине изоляции провода.
Волокнистая изоляция
Буквенный код О или Д указывает количество слоев используемой изоляции, один или два соответственно.
Эмалевая изоляция
Комбинированная изоляция
состоит из нескольких слоев, внутреннее покрытие изготавливается из эмали, а внешнее — волокнистый материал. К примеру, маркировка ПЭЛШО расшифровывается как медный обмоточный провод изолированный слоем натурального шелка и лакостойкой эмалью.
Если обмоточный провод пропитан в теплостойком лаке и изолирован стекловолокном, в маркировке будет присутствовать буква К. Такой провод достаточно распространен благодаря своим высоким показателям надежности, применяется для обмоток электродвигателей для кранов, в том числе судостроительных.
Алюминиевые провода
имеют в маркировке дополнительную букву А.
Примеры маркировки обмоточных проводов:
ПЭТВ
Размер сечения прямоугольного провода имеет стандартные значения. Для квадратного провода, используемого в большинстве трансформаторов, толщина равняется 1,35 — 5,9 мм, ширина 3,8 — 14,5 мм.
Соотношение толщины и ширины может быть различным, но это значение должно соответствовать нормам ГОСТ 6324 – 52. Есть неудобства в использовании проводов квадратного сечения, так как при намотке его на бухты высока вероятность повреждения витковой изоляции. Кроме этого, практически невозможно отличить на глаз меньшую сторону такого провода от большей.
Важной частью обмотки является виток обмоточного провода вокруг стержня магнитопровода. В зависимости от номинальной мощности нагрузочного тока выбирается и нужное сечение витка. Круглый провод подходит для малых токов, для большого тока следует выбирать прямоугольный провод. При изготовлении обмоток возможно использовать несколько запараллеленых проводов для увеличения сечения провода.
Число витков обмотки зависит от величины напряжения. Витки обмотки собираются в катушки, электротехническое устройство может состоять из нескольких обмоток или катушек (трансформаторы, двигатели), реже из одной (дроссели, электромагниты). В процессе намотки катушки витки накладываются рядом друг с другом (порядовая намотка), либо один на другой (слои). Способ намотки определяет тип получающейся в итоге обмотки.
При выборе марки изделия следует учитывать следующие критерии
В зависимости от размера и марки провода выпускаются в бухтах, барабанах и катушках. Намотка провода должна быть ровной, недопустимо перекручивание витков. Слой изоляции должен быть равномерным, не допускается наличие утолщений слоя. Ряды обмотки должны быть равномерными и плотными, без просветов и ребристости. Допустимые наплывы эмали в конкретных точках провода строго регламентируются в сопроводительной документации.
Бумагой оборачивают барабаны и катушки с проводом. Для упаковки бухт используется рогожа или мешковина. Катушки дополнительно укладываются в ящики, допустимый вес которых не должен превышать 80 кг.
На каждой бухте, катушке или барабане обязательно прилагается ярлык с информацией об марке провода, изготовителе, весе и диаметре обмоточного провода. Хранить провод необходимо в закрытых помещениях с низким уровнем влажности.
и многих других механизмов.
Провод обмоточный в отличие от других типов проводников имеет в качестве основного параметра диаметр токопроводящей жилы, а не ее сечение. Существует очень тонкий провод для обмоток, и имеющий ничтожный слой изоляции. Тончайшие обмоточные проводники изготавливают по специальной технологии производства для особо тонких проводников и материалов электрической изоляции.
Длительное время обмоточные провода делались исключительно медными. Сегодня для них часто используют алюминий и другие сплавы, обладающие значительным сопротивлением. Алюминий позволяет экономить дорогостоящую и дефицитную медь.
Обмоточные провода классифицируется по материалу изоляции, по форме сечения и материалу жилы.
Провода, имеющие волокнистую изоляцию, имеют повышенную механическую прочностью. Толщина волокнистой изоляции довольно большая, и может достигать до 0,4 мм на сторону. Химическая стойкость и влагостойкость таких проводов невысока.
Волокнистая изоляция проводов, использующихся для перемотки электрических двигателей и производства катушек масляных , может включать в себя бумагу, хлопчатобумажную ткань, стеклянные, а также асбестовые волокна, лавсан, шелк. Эти волокна и ткани накладываются в несколько слоев по подобию плетеного чулка.
Материалом эмалированной изоляции служит винифлекс, металвин, кремнийорганическая основа, полиэфиротерефталевая кислота, полиуретан.
Обмоточная проволока, покрытая специальной эмалью, обладает электрической прочностью, устойчивостью к влаге, агрессивным химическим веществам. Особенностью эмалевых обмоточных проводов является очень малая толщина изолированного слоя (наибольшая толщина 0,09 мм). Прочность эмали провода ПЭЛ небольшая, такой провод используется только для обмоток катушек, работающих в неподвижном состоянии.
Высокопрочный эмалевый провод ПЭТВ, а также ПЭТ-155 применяется для обмоток электродвигателей мощностью до 100 киловатт. Провод, покрытый эмалью, марки ПЭТ-155 используется для производства новой серии электродвигателей, прочность его изоляции позволяет наматывать провод на автоматических станках. Эмалевые провода обладают также высокой термостойкостью, и способны выдерживать температуру до 155 градусов.
Провод обмоточный с комбинированной изоляцией по своим параметрам находится в промежуточном положении между рассмотренными двумя видами проводов. Комбинированный вид изоляции включает в себя несколько слоев. Наружное покрытие обычно состоит из волокнистого материала, а внутреннее покрытие – эмаль. Например, провод ПЭЛШО обозначает: провод медный обмоточный с изоляцией из шелка и лаковой эмали.
Если проводник пропитан термостойким лаком и покрыт стекловолокном, то его маркировка содержит букву «К». Этот вид проволоки стал популярным из-за своей высокой надежности, и используется для электродвигателей подъемно-транспортных механизмов, в том числе судостроительных кранов.
Круглое сечение провода используется в различных сферах. Такой провод обладает высокими прочностными и электрическими характеристиками.
Размеры прямоугольных сечений проводов стандартизированы. Такой провод часто применяется для обмоток трансформаторов. Толщина прямоугольных поводов достигает до 5,9 мм, а ширина до 14,5 мм.
Соотношение этих размеров может различаться. Есть некоторые недостатки, выражающиеся в применении обмоточных проводов плоского сечения. При его наматывании на бухту есть большая вероятность повредить изоляцию, а также, при очень маленьких сечениях провода визуально трудно отличить меньшую сторону сечения от большей.
В любой обмотке важным элементом является виток проводника вокруг сердечника. По мощности тока подбирается необходимое сечение провода. Круглая проволока обычно используется для небольших нагрузок, а прямоугольную проволоку применяют для более высокой нагрузки.
Медные обмоточные провода составляют большую часть всех выпускаемых проводов. Они обладают малым удельным сопротивлением, значительным весом. Стоимость медных проводов высока.
В последнее время вместо медных проводов для обмоток стали использовать алюминиевый провод, который значительно легче по весу, имеет меньшую стоимость, но обладает более высоким удельным сопротивлением, по сравнению с медным проводником.
Для обозначения провода выполняют его маркировку, которая означает материал жилы и изоляции.
Если в маркировке стоит 2-я буква «П», это означает, что изоляция в виде пленки. Провод ППФ оснащен изоляцией в виде фторопластовой пленки.
Для маркировки комбинированной изоляции символы стоят в порядке нахождения слоев, начиная от внутреннего. ПЭЛШО – провод медный, эмаль на масляной основе и однослойной шелковой оплетки.
Подбор необходимого провода для перемотки электродвигателей, выполняется с учетом класса термостойкости, допускаемого слоя изоляции и другими требованиями.
Минимальной толщиной слоя изоляции обладают эмалевые обмоточные провода. Их используют при повышенном проценте заполнения паза во время намотки. Гладкая поверхность изоляции облегчает их укладку в пазы, а небольшая ее толщина при повышенной теплоотдаче обеспечивает защиту от перегрева.
Использование эмалированных проводов должно соответствовать определенным видам лаков и растворителей, используемых на конкретном предприятии, или тем маркам лаков, которыми предприятие в состоянии обеспечить. Существуют растворители и лаки, которые способны разрушить эмаль. А также, при нагревании до 170 градусов эта изоляция становится пластичной, что не позволяет применять ее для обмоток роторов, вращающихся с большой угловой скоростью.
Максимальную толщину изолированного слоя имеет проволока для обмотки с комбинированным и волокнистым слоем. Ее использование запрещается для обмоток, находящихся в агрессивной или влажной среде. Для таких целей целесообразно использовать обмоточные провода, оснащенные стеклянной изоляцией, но малая прочность изоляции накладывает определенные ограничения на использование таких проводов. Хотя по термостойкости провода со стеклянной изоляцией подходят для подобных классов обмоток. При приобретении обмоточной проволоки нужнее учитывать, что стоимость провода одного типоразмера зависит от марки. При производстве ремонта низковольтных электрических машин цена провода будет составлять большую часть финансовых затрат от полной стоимости ремонта. В связи с этим необходимо учесть технические и экономические факторы выбора, то есть, цену и технические параметры.
В настоящее время в обмотках трансформаторов и реакторов в основном применяются известные уже ни одно десятилетие типы обмоточных проводов:
Растущие требования к надежности трансформаторов и реакторов к их технико-экономическим характеристикам, усиливающаяся конкуренция со стороны зарубежных фирм диктуют производителям проводов новые условия развития. На рынке появляются новые модификации хорошо известных типов проводов, начинается освоение выпуска проводов ранее не изготавливаемых в России, повышаются требования к качеству обмоточных проводов.
Провода с бумажной изоляцией применяются в масляных трансформаторах. Простейшая конструкция из двух элементов: проводника и бумажной изоляции. В качестве проводников используется как медь, так и алюминий, изоляция может быть из кабельной, трансформаторной высокой плотности или микрокрепированной бумаги. Изоляция из бумаги высокой плотности обладает более диэлектрическими свойствами. Провода с изоляцией из микрокрепированной бумаги обладают более высокой эластичностью, их применение продиктовано главным образом появлением на трансформаторных заводах нового технологического намоточного оборудования. В последние годы отмечается тенденция расширения размерного ряда применяемых проводников и толщин изоляции.
На сегодняшний день провода с бумажной изоляцией, включая с подразделенные провода, самые применяемые типы проводов при изготовлении трансформаторов, их доля составляет более 50%.
Подразделенные провода с бумажной изоляцией.
Для снижения потерь в обмотке жилу провода разделяют на 2 ,3 и более элементарных проводников, каждый из которых изолируется отдельно и поверх накладывается общая бумажная изоляция. Провода широко применяются в обмотках трансформаторов и реакторов большой мощности. До настоящего времени российские заводы могли предложить подразделенные провода с количеством проводников не более 3, но с ожидаемым вводом в 2009 году нового оборудования на ЗАО «Москабель-Электрозавод» количество проводников может быть увеличено до 6.
В последнее время получает развитие конструкция подразделенного провода с эмалевой изоляцией элементарных проводников. Применение маслостойкой эмали вместо бумаги на элементарных проводниках оправдано следующими факторами:
Провода с арамидной бумагой.
Изоляция из синтетической арамидной бумаги «Nomex». Данный тип проводов широко используется для сухих трансформаторов и масляных трансформаторов с комбинированной изоляцией. Основное преимущество замены обычной бумажной изоляции на арамидную - повышение класса нагревостойкости проводов до 200°С.
Провода со стекловолокнистой изоляцией.
Изоляция проводов состоит из стеклянных нитей, пропитанных эпоксидным, полиэфирным или кремнийорганическим лаками. Класс нагревостойкости проводов от 155 до 200. Достоинством этого типа изоляции является ее высокая стойкость к механическим нагрузкам и хорошая совместимость с пропиточными электроизо-ляционнами лаками. Провода применяются в обмотках сухих трансформаторах системы монолит и реакторах.
Прямоугольные провода с пленочной изоляцией.
На сегодняшний день в качестве изоляции находят применения полиэти-лентерефталатные пленки (лавсан, майлар) с классом нагревостойкости 130-155°С, полиимидно-фторопластовые (ПМФ) с классом нагревостойкости 200°С.
Комбинация полиимида и фторопласта позволяет создать тонкую нагрево-стойкую изоляцию с высоким значением электрической прочности. Наличие фторопласта позволяет при изготовлении провода произвести спекание изоляции.
Основное применение эти провода нашли в изготовлении обмоток тяговых электродвигателей, где требуется высокая электрическая прочности изоляции при достаточно жестких температурных условиях. В последние годы российскими предприятиями разработаны конструкции сухих трансформаторов, где с успехом применен провод с ПМФ изоляцией. Данный провод применяется в тех условиях, где любой другой применить невозможно. Существует конструкция транспонированного провода с элементарными проводниками с ПМФ изоляцией.
Преимуществами применения ПМФ пленок являются:
Помимо обычной ПМФ изоляции находят применение короностойкие ПМФ пленки, продвигаемые на российском рынке фирмой Du Pont. Изоляция из данной пленки имеет следующие уникальные особенности:
Провода с короностойкой ПМФ пленкой нашли применение при изготовлении высоковольтных сухих трансформаторов с принудительной вентиляцией. Первые трансформаторы на 16 МВа прошли испытания на соответствие МЭК 60726 еще в 2005 году и эксплуатируются в настоящее время.
Провода с эмалевой изоляцией.
Широко применяются как в сухих, так и в масляных трансформаторах малой и средней мощности. Жила для провода может быть как медной, так и алюминиевой. Основные типы эмалевой изоляции представлены в таблице:
Преимуществом эмалированных проводов является хорошая электрическая прочность при небольшой толщине изоляции. Пробивное напряжение изоляции более 1кВ при удвоенной толщине изоляции 0,08-0,16 мм.
Для масляных трансформаторов используются провода с ТИ 130-155, для обмоток сухих трансформаторов используются провода с ТИ выше 155. Провода изготавливаются в диапазоне сечений от 5 до 60 кв.мм.
Гибкие провода круглого сечения.
В основе провода лежит медная или алюминиевая жила, скрученная из 7, 19 или 37 проводников в зависимости от сечения. Общее сечение провода может составлять 25-120мм 2 . Материалом изоляции могут служить синтетические ленты из лавсана, кабельной бумаги, арамидной бумаги или полимиидно-фторопластовой пленки. Провода с ПМФ изоляцией используются в бескорпусных сухих реакторах. Надежность обеспечивается спекаемостью пленок и высокими электрическими характеристиками полиимида. Данные провода получили широкое распространение в сухих реакторах за счет своей простоты применения и легкости аллюминия, однако они не могут использоваться в компенсирующих и фильтровых реакторах из-за больших добавочных потерь от вихревых токов. В этом случае применяют провод с жилой состоящей из эмалированных элементарных проводников.
Транспонированные провода.
Провод состоит из большого числа эмалированных прямоугольных проводников, расположенных в 2 ряда и непрерывно транспонированных, т.е. положение каждого проводника по сечению провода непрерывно изменяется. Конструкция транспонированного провода схожа с конструкцией стержня Робеля, хорошо известного производителям электрических машин (Людвиг Робель, исполнительный директор фирмы ВВС, придумал в 1912 г. специальную транспозицию, позволяющую значительно снизить потери в проводниках за счет уменьшения вихревых и уравнительных токов). Впервые изготовление транспонированных проводов было организовано в конце 50-х годов XX века на заводах фирмы British Insulated Callenders Cables Ltd (BICC) (Великобритания).
Благодаря уникальному расположению элементарных проводников при изготовлении обмотки из транспонированных проводов возникают следующие преимущества:
По данным исследований зарубежных компаний экономия различных материалов при изготовлении трансформаторов с обмотками из транспонированных проводов составляет от 9,4% до 36,4%.
Наряду с преимуществами подобная конструкция имеет один недостаток - слабые значения электродинамической прочности обмотки при КЗ по сравнению с конструкцией обмотки из обычного прямоугольного провода. Данный недостаток успешно устраняется применением в конструкции элементарного проводника дополнительного клеящего эпоксидного покрытия. Преимущества применения эпоксидного покрытия:
В качестве модификации возможно применение в изоляции элементарных проводников полиамидимидного покрытия на класс нагревостойкости 200 º С для сухих трансформаторов.
Диапазон применяемых материалов Е качестве верхней - основной изоляции достаточно широк: изоляция может быть вы полнена как из обычной электроизоляционной бумаги, так и из сплошных и перфорированных лент арамидной бумаги, полиэфирных нитей в виде сетки или любых » других ленточных материалов. Наибольшее распространение получила бумажная изоляция. Однако, организовывая производство транспонированных проводов ЗАО «Москабель-Электрозавод» столкнулось с проблемой отсутствия отечественных бумаг достаточного качества для изготовления проводов такого типа. Одним из основных требований к проводам является точность соблюдения габаритны» размеров. Бумаги, выпускаемые по российским ГОСТам и ТУ, имеют недостаточные требования к допускам по толщине и недостаточный запас механической прочности, что увеличивает допуски на размер провода на несколько миллиметров. В связи с этим приходится использовать импортные бумаги, изготовленные по международным стандартам.
До настоящего времени производства транспонированных проводов в России не существовало. В августе 2009 года на предприятии ЗАО «Москабель - Электрозавод», г. Москва планируется начать выпуск транспонированных проводов.
Современные требования к контролю качества при технологическом процессе производства проводов.
Технология производства обмоточных проводов и качество применяемых материалов во многом определяют надежность трансформаторов или реакторов. Технология изготовления самих проводов усложняется на порядок, нужны специальные решения, применение дополнительного оборудования для обеспечения в конечном итоге комплексного подхода к вопросу качества обмоточного провода. На примере технологической цепочки изготовления транспонированного провода, как наиболее сложного изделия, ниже показана реализация комплексного подхода к качеству обмоточных проводов. Стоит отметить, что большинство описываемых решений справедливо для всех типов обмоточных проводов.
1. Медное сырье поступает на завод в виде электротехнических катодов. Для производства обмоточных проводов должны использоваться катоды, исключительно марок МО и М00. Все поступающее сырье проходит входной контроль с опре делением химического состава спектральным анализом. Применение качественного сырья в дальнейшем гарантированно обеспечит удельное электрическое со противление проволоки не выше 0,01724 Ом мм 2 /м. Статистический анализ электрического сопротивления подтверждает правильность выбора поставщиков.
2. Изготовление катанки производится на линии непрерывного литья и прокатки фирмы «Southwire» , являющейся разработчиком одноименной технологии производства катанки. Применение этой технологии позволяет получить осветленную катанку с достаточно хорошим качеством поверхности, что, несомненно сказывается на качестве при последующих технологических операциях. В ходе прокатки 100% катанки подвергается непрерывному контролю качества поверхности с помощью прибора «Defectomat», в котором проводится испытание катанки электромагнитным полем. Гарантированное отсутствие дефектов катанки позволяет исключить их дальнейшее появление на проволоке и в проводе. После изготовления медная катанка также подвергается испытаниям на химический состав и удельное электрическое сопротивление, а также на соответствие механических параметров.
3. Переработка медной катанки в прямоугольную проволоку для транспонированных проводов производится методом прокатки. Общепризнано, что наилучший результат при изготовлении прямоугольной проволоки достигается на прокатном стане. В технологической цепочке производства транспонированных проводов на ЗАО «Москабель-Электрозавод» используется пятиклетьевой прокатный стан фирмы «Buhler» GmbH, на сегодняшний день единственный прокатный стан на российских кабельных заводах.
Правильность выбора в пользу технологического процесса пролоки была подтверждена с момента изготовления первых партий проволоки. Дело в том, что традиционно применяемая технология волочения проволоки не позволяет получать стабильную гладкую поверхность проволоки, в процессе волочения проволока скользит по тяговой шайбе, усилия в металле, возникающие при протяжке через волоку очень велики. В результате на выходе не исключается возможность появления на поверхности проволоки царапин и рисок. Прокатка позволяет обрабатывать металл в более щадящем режиме. Проведенные испытания по определению чистоты поверхности дали следующие результаты: - шероховатость поверхности проволоки, полученной методом волочения ср. арифметическое значение Ra=1, 2 мкм; -шероховатость поверхности проволоки, полученной методом прокатки ср. арифметическое значение Ra=0,11 мкм.
Чистота поверхности оказывается очень важной для наложения равномерного слоя эмали на проволоку - любая микроскопическая неровность на проволоке приводит к небольшому уменьшению или увеличению толщины покрытия в пределах 0,01-0,02мм, и если при изготовлении обычного провода это не имеет значения, все находится в пределах допусков с большим запасом, то при изготовлении транспонированного провода, где в столбец складывается большое количество проводников, это становится очень важным, т.к. отклонения в сотые доли миллиметра в сумме дают существенное изменение размера провода в целом.
Вид монитора с графиком непрерывного контроля геометрических размеров, левая вертикальная ось- отклонение толщины (мкм), правая вертикальная ось - отклонение ширины (мкм).
Кроме того, сама технология прокатки позволят получать проволоку с отклонениями от номинала значительно меньшими, чем при волочении. Для обеспечения такой точности на прокатном стане установлен лазерный измеритель геометрических размеров, имеющий обратную связь в управлении машиной. Два графика диаграммы указывают на дискретно измеренное значение геометрических размеров проволоки по ширине и толщине, измеренные отклонения от номинальных значений не превышают ±0,005 мм по толщине и ±0,015 мм по ширине, при размерах проволоки 1,50 х 8,00 мм. На сегодняшний день такая технология применяется на большинстве производств в мире, занимающихся изготовлением транспонированных или других типов обмоточных проводов.
4. Наложение эмалевой изоляции производится на современном эмальагрегате, обеспечивающем точное и равномерное нанесение эмали, компьютерный контроль за температурными и воздухообменными процессами в печи, отвечающими за полимеризацию изоляции. Нанесение эмали совмещено с операцией отжига медной проволоки.
Для обеспечения гарантии качества эмалированных проводников используется сплошной контроль изоляции напряжением, роликовые электроды встроены в линию, и компьютеризированная система позволяет собирать статистические данные о качестве производимого провода. Данный прибор позволяет фиксировать в режиме «онлайн» участки изоляции обладающие пониженным электрическим сопротивлением, при этом электрического пробоя изоляции не происходит.
Для контроля геометрии провода используются лазерные измерительные приборы с компьютеризированной системой, которые в режиме «онлайн» измеряют геометрические размеры провода и, в случае необходимости, позволяют оператору своевременно вносить коррективы, увеличивая или уменьшая толщину нанесения эмалевого покрытия.
Любой непрерывный контроль не исключает проведение приемосдаточных или периодических испытаний, но позволяет контролировать и своевременно вмешиваться в процесс в случае необходимости.
5. Транспонирование - главная технологическая операция при изготовлении транспонированного провода. Проводники изгибаются и укладываются в соответствии со схемой транспозиции. В связи с тем, что в процессе транспозиции на элементарные проводники действуют достаточно большие усилия и проводники плотно прижимаются друг другу, качественный транспонированный провод можно получить лишь из заготовки, имеющей огромный запас механической и электрической прочности, для чего используются специальные технологии изготовления и контроля качества, описанные в п. 1-4. После транспозиции на той же линии одновременно накладывается бумажная изоляция на транспонированный провод.
Для предотвращения межпроводниковых замыканий в транспонирующую машину встроена система непрерывного контроля замыканий низким напряжением. Ни один участок провода, на котором выявлено межпроводниковое замыкание, не должен уйти потребителю. Окончательный контроль отсутствия межпроводниковых замыканий проводится после изготовления провода и намотки на транспортировочную тару, и это испытание проводится уже повышенным напряжением 300 В.
Резюмируя вышесказанное, можно сформулировать основные современные требования, которые существенным образом влияют на качество и надежность трансформатора или реактора.
Проводятся следующие виды непрерывного контроля:
Большинство из вышеуказанных процессов контроля успешно внедрены в технологию производства обмоточных проводов на ООО «Москабель-Обмоточные провода», весь полученный опыт будет использован при производстве транспонированных проводов на предприятии ЗАО «Москабель-Электрозавод».
Литература:
1. Производство транспонированных проводов для обмоток мощных трансформаторов. И.Б. Пешков, Ю.Н. Худов, «Кабельная техника», выпуск7, 1973г.
2. Use of Continuously Transposed Cables (CTC) in transformers. R. Hegde, F. Hofmann, G. Prasad, IEEMA Journal, July 2007.
3. Application of CTC in Transformer Industry by D.V. Narke, S.D. Paliwal, R.K. Talwar - 1972 ICC Proceeding Seminar Paper
4. Перспективные требования к обмоточным проводам для трансформаторов и реакторов. А.Н. Панибратец, А.И. Федотов, «Кабели и провода», №7, 2008г.
