Мастерские, производящие намоточные работы, имеют в основном станки для рядовой намотки провода. Обычно нижним пределом рядовой намотки является диаметр 0,15—0,1 мм. Верхний предел—0,8— 1,0 мм. Для проводов большего диаметра применяют более мощные и тихоходные станки. Иногда станки применяют с реверсом, т. е. с автоматическим переключением на обратный ход намотки провода. Но при мелкосерийном производстве и при частой смене размеров обмоток более целесообразен автоматический останов станка для просмотра слоя и, если требуется, для его выправки и укладки межслойной изоляции, а реверс следует выполнять от руки.
Станок должен быть снабжен счетчиком числа оборотов, надежно связанным с ведущим валиком (не рекомендуется применяемая иногда связь ремешком, где возможно проворачивание, проскальзывание). Часто в схемах телеизмерений, защитной автоматики требуются высокая точность и идентичность трансформаторов.
От качества изготовления каркаса и его крепления на валике намоточного станка зависит качество обмотки. Обычно для крепления каркаса изготовляют болванку из плотного дерева по размеру окна каркаса. Но выполнить болванку достаточно высокого качества и отцентровать ее трудно. Значительно проще изготовить болванку наборной, к тому же она будет пригодна для каркаса при любой толщине пакета магнитопровода. Из листового гетинакса различной толщины (от 10—15 мм до 0,5 мм) нарезаются на циркульной пиле полосы по ширине окна каркаса и по длине, равной длине гильзы каркаса.
Для каждой толщины делают четное число полос. На полосах 10—15 мм на циркульной пиле прорезается паз шириной 3—4 мм и глубиной 0,5 ширины. Сборка болванки выполняется, как показано на рисунке 7. Весь набор окончательно уплотняется полосками гетинакса 0,5—1 мм (с обеих сторон). После сборки отверстие рассверливают до требуемого диаметра (в несколько приемов, начиная с малых диаметров сверл). После намотки каркаса болванка легко выталкивается по частям.
Рисунок 7 - Наборная болванка для крепления каркаса на шпинделе намоточного станка
Наиболее часто применяются сплошные намотки, так называемые цилиндрические (без секционирования). Они дешевле и проще в изготовлении. Их недостаток — значительные напряжения между начальными витками слоя и последними витками последующего слоя. Поэтому приходится применять межслойные прокладки. Часто для этого применяют кабельную бумагу, которая обеспечивает хорошее выполнение рядов, провод, не прогибая бумаги, укладывается шахматным порядком. При этом легче устраняются западания последних витков слоя в нижние слои, особенно вероятные при некачественном выполнении каркаса и тонком проводе. Но при таких прокладках значительно снижаются заполнение каркаса медью и теплопроводность обмотки.
Применяют в качестве прокладок тонкую бумагу (например, от разобранных конденсаторов) или полосу тонкой лакоткани, оторванную по ширине каркаса. В начале намотки слоя провод, следуя за неровностями предыдущего слоя, прожимает прокладку и смещает ее против направления намотки, переходя с шахматной укладки провода к сотовой. При этом повышается площадь соприкосновения витков с витками предыдущего слоя и уменьшаются воздушные прослойки между витками, что повышает теплопроводность обмотки. Но за счет смещения изоляции в конце слоя, где наибольшее межслойное напряжение, нижняя обмотка обнажается, и ее изоляцию приходится дополнять (возможно западание витков).
Изоляция слоев кабельной бумагой по указанным выше причинам не может быть рекомендована. Более целесообразно изоляцию слоев выполнять полоской тонкой лакоткани, отрезанной по диагонали (на 35—45°) для более плотного облегания обмотки. Полоска накладывается спирально с некоторым напуском, при этом не от начала намотки слоя, а отступя на 30—50% ширины слоя (в зависимости от межслойного напряжения). Последний оборот должен несколько находить на противоположную щеку каркаса (рисунок 8), к которой подклеивается густым бакелитовым (или другим) лаком. Следует иметь в виду, что лакоткань, отрезанная по диагонали, легко вытягивается, при этом повреждается ее лаковый слой. Поэтому при покрытии обмотки такой полоской натяг надо давать слабый, лакоткань окончательно прижимается проводом. Аналогично покрывается обмотка и полосой бумаги. Если обмотка в дальнейшем не будет пропитываться или же будет пропитываться церезином или другим воскообразным диэлектриком, можно применять бумагу от разобранных конденсаторов. При других видах пропитки лучше применять пропиточную или намоточную бумагу.
1- напуск ленты на щеку каркаса
Рисунок 8 - Покрытие слоев обмотки лентой
Аналогично можно выполнять и межобмоточные прокладки, но они, конечно, должны перекрывать всю ширину обмотки от одной щеки до другой и в зависимости от междуобмоточного напряжения могут выполняться более толстой лакотканью или лучше двойным слоем тонкой лакоткани.
При отсутствии лакоткани может быть применена шелковая ткань, также отрезанная по диагонали. Она обеспечит хороший напуск на щеки каркаса. Ткань необходимо покрыть лаком или другой пропиткой. Той же пропиткой ткань подклеивается к щекам каркаса. Ткань следует брать светлую неокрашенную, так как в краске могут быть нежелательные примеси.
Применение сплошной намотки (без секционирования) приводит к необходимости увеличения межслойных и межобмоточных прокладок. Это снижает коэффициент заполнения медью каркаса обмотки. При этом снижается теплопроводность обмотки и ее надежность за счет повышенного межслойного напряжения. Применение секционирования также снижает коэффициент заполнения окна каркаса, но при отказе от межслойной изоляции значительно повышается теплопроводность обмотки. Кроме того, при повреждении любой обмотки необходима перемотка только одной секции.
Применение двухсекционных каркасов целесообразно в двухтактных схемах (усилители с двухтактным трансформаторным выходом), в силовых трансформаторах при большой длине окна магнитопровода, для снижения межслойного напряжения и полного или частичного отказа от межслойных прокладок. Но первичная и вторичная обмотки должны распределяться в обеих секциях. Разнос их в разных секциях приведет к увеличению потоков рассеяния, особенно значительных при магнитопроводе со стыками. При двухсекционном каркасе, как и при сплошной намотке, неизбежны межобмоточные прокладки. Уменьшение их толщины увеличивает токи утечки (и емкостные токи) между обмотками. При увеличении толщины прокладок снижается теплопроводность обмоток. При трехсекционном каркасе и при двухобмоточном трансформаторе при расположении первичной обмотки в крайних секциях, а вторичной в средней повышение теплопроводности и снижение токов утечки выполняются независимо. При этом можно значительно повысить надежность обмотки. Может быть добавлена переборка, (указанная пунктиром на рисунке 6,б).
Каркас с большим количеством секций может применяться для трансформатора на повышенные напряжения. Для обмоток на высокие напряжения бывает целесообразным применять провод марки ПЭЛШО и пропитывать его церезином, поскольку для подобных трансформаторов применяют обычно облегченные режимы.
Пропитка секционированных обмоток термореактивными лаками для использования в форсированных режимах снижает возможность их частичного ремонта. Поэтому в ряде случаев предпочтительно применять галетные обмотки. Вместо каркаса изготовляется только гильза. Обмотки мотаются на шаблонах (рисунок 9). Щеки шаблона изготавливаются из гетинакса или латуни толщиной 2—3 мм, болванка шаблона делается по толщине галеты. Шаблон следует (в зависимости от размеров) стянуть двумя или четырьмя винтами. Ширина болванки несколько больше ширины гильзы (учитывая оплетку лентой). Верх и низ (расположение по рисунку) делаются либо по полуокружности, либо по полуовалу. При этом повышается плотность намотки и при оплетке лентой снижаются утолщения ленты по внутренним углам галет. Получаемые «окна» между гильзой и обмоткой могут быть использованы для прохода внутренних выводов обмоток.
Рисунок 9 - Шаблон для галетной намотки. Пунктир показывает размер стержня магнитопровода (передняя щека шаблона снята)
Прорези в шаблоне предназначены для увязки обмотки и предохранения от распускания до ее оплетки лентой. Но при этом их плотность несколько нарушается. Более целесообразно пропитывать галеты непосредственно при намотке. Для их пропитки проще применять лаки холодной сушки или термореактивные с невысокой температурой полимеризации. Во избежание прилипания галеты к щекам шаблона последние покрываются алюминиевой фольгой. Если применяемый лак имеет свойство схватываемости с фольгой, можно применять прокладки от старых конденсаторов, взятые в несколько слоев.
Количество шаблонов следует делать по числу галет. Они могут быть надеты на валик намоточного станка полным комплектом, что ускорит изготовление галет и их сушку. Между шаблонами прокладываются гетинаксовые (или металлические шайбы) толщиной 2—3 мм. После просушки галеты оплетаются полоской лакоткани, отрезанной по диагонали. Натяг по углам увеличивают, по наружной стороне перекрывать не обязательно, можно даже оставить просветы, иначе может иметь место значительное утолщение лакоткани по внутреннему углу. Снаружи галеты покрываются лаком. По наружному выводу должно быть видно направление обмотки во избежание неправильной сборки комплекта. Стяжка галет может быть выполнена планками из гетинакса, заклинивающими всю сборку по длине в окне магнитопровода, либо невысокими щеками, надетыми с обеих сторон гильзы.
Помимо галетной намотки, применяется и другой вид бескаркасной намотки. Как и при галетной намотке, требуется только одна гильза. На рисунке 10 дано сечение такой обмотки, выполненной с прокладками в каждом слое. Такую обмотку можно выполнить при толщине слоя 15—20 мм. Значительно прочнее будет такая обмотка при покрытии каждого слоя лаком. При проводе 0,4—0,5 мм и выше при закреплении лаком витков первого ряда или хотя бы крайних витков можно выполнить обмотку (при сотовой укладке провода) без прокладок, если, конечно, позволит значение межслойного напряжения.
1 — гильза: 2 —обмотки
Рисунок 10 - Бескаркасная намотка обмотки
Выполнение галетных и бескаркасных обмоток целесообразно для нагрузочных и аналогичных трансформаторов. Бескаркасные обмотки можно выполнять с шахматной укладкой провода (с одинаковым числом витков в слое), для чего каждый слой переплетается лентой. При прямоугольном сечении провода намотка упрощается и повышается заполнение медью и теплопроводность обмотки. Провод следует применять в стекловолокнистой изоляции, для стяжки применять ленты из стекловолокна. Поскольку стеклолента растягивается слабо, при оплетке галетных обмоток следует применять более узкую ленту.
Обмотки пропитываются кремнийорганическими лаками и запекаются при температуре 180—200° С.
Гильзы изготовляются из стеклотекстолита, который режется фрезой на фрезерном станке.
В некоторых случаях только изменением расположения отдельных обмоток можно повысить теплопроводность всей обмотки. Так, например, при наличии на трансформаторе лабораторного осциллографа двух обмоток накала (электронных ламп и осциллографией трубки), каждая обмотка обычно выполняется по всей длине каркаса, что приводит к необходимости выполнять две межобмоточные прокладки на повышенные напряжения. При ремонте трансформатора обмотки можно выполнить, как указано на рисунке 11; каждая обмотка располагается в два (или три) слоя без промежуточных прокладок. Отпадает одна межслойная прокладка на повышенное напряжение. При внешней отделке покровным лаком расстояние между обмотками достаточно 2—3 мм.
I — первичная обмотка; II — вторичная, по верху две обмотки (например, накал ламп и осциллографной трубки)
Рисунок 11 - Разнос обмоток накала на разные участки длины обмотки
В различных схемах автоматики многие трансформаторы непрерывно находятся под напряжением и могут при этом находиться в условиях повышенной влажности. В ряде случаев к ним предъявляются требования повышенной надежности. Однако некоторые дефекты провода, которые в большинстве случаев не существенны, в подобных условиях недопустимы. Согласно ГОСТ эмалированный провод может иметь точечные повреждения. Провод ПЭЛ на длине 15 м при диаметре провода 0,14 мм и меньше может иметь число точечных повреждений до 15, при диаметрах до 0,35 мм — до 10. Длина провода в двух слоях может превышать 15 м. Следовательно, в том или другом месте обмотки точечные повреждения могут быть в какой-то близости, и влага, проникающая в обмотку и покрывающая провод и изоляционные прокладки, может образовывать «мостики» между отдельными проколами, по которым будет непрерывно проходить ток утечки. Последний вызывает ускоренное старение изоляции. Полная пропитка обмоток способствует заплыванию этих повреждений, частично изолирует оставшиеся повреждения.
Для провода ПЭВ-1 допустимо не более семи точечных повреждений на 15 м провода, для ПЭВ-2 — не более пяти, но часто их бывает не более двух-трех.
Выводы обмоток при диаметре провода 0,5—0,7 мм и выше обычно выполняются своим проводом. При разделке на лепестках, находящихся на щеках каркаса, обмотку часто выводят своим проводом при диаметре 0,2 и даже 0,15 мм. Но выводы тонким проводом следует выполнять с большой слабиной и по щеке каркаса проклеивать клеем БФ, бакелитовым или другим лаком для предохранения от обрыва в месте выхода провода из отверстия в щеке каркаса.
При выводе обмотки полоской фольги на нее наматываются 5—6 оборотов обмоточного провода. Первые 2—3 оборота имеют незачищенную изоляцию. Обязательно следует давать слабину провода (рисунок 12,а). Аналогично выполняется вывод гибким проводом (рисунок 12,б). Выполнять пайку с натягом недопустимо. Пайка производится с канифолью (раствор в спирте или скипидаре), паяльные мази применять нельзя. Гибкий провод плотно увязывается ниткой. Место пайки закрывается сложенной вдвое полоской лакоткани. Так же в сложенную вдвое лакоткань закладывается полоска фольги перед намоткой последнего слоя провода обмотки. При всех вариантах спайки тонких проводов между собой и с выводами участок провода, подвергшийся зачистке, не должен испытывать механических нагрузок (натяг провода). Оголенные места провода рекомендуется покрывать каким-либо лаком для предохранения от возможной коррозии (шеллак при тонких проводах применять не следует).
а — полоской фольги; б — гибким выводом
Рисунок 12 - Выполнение выводов
