10-2. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА
Общие соображения.
Высокочастотные обмоточные провода находят широкое применение в различных радиоустройствах и установках. Токопроводящие жилы высокочастотных обмоточных проводов для ослабления поверхностного эффекта состоят из отдельных изолированных (эмалированных) скрученных между собой проволок.
При конструировании жилы высокочастотного провода диаметр отдельных проволок целесообразно выбирать из условия
(10-2)
где
— глубина проникновения тока при частоте f в металл с магнитной проницаемостью μ и удельной проводимостью у. В этом случае поверхностный эффект практически отсутствует. Увеличение числа проволок повышает потери от эффекта близости. При заданных частоте, диаметре отдельных проволок d и наружном диаметре провода D коэффициент заполнения и число проволок, при котором сопротивление провода имеет минимальное значение, определяются из следующих соотношений:
В отечественной кабельной промышленности высокочастотные обмоточные провода изготовляются с диаметрами отдельных проволок 0,05; 0,07; 0,10 и 0,20 мм. С учетом условия (10-2) максимальные частоты, на которых еще можно использовать высокочастотные провода, изготовленные из эмалированных проволок указанных диаметров, будут следующими:
При конструировании высокочастотных проводов, выбрав диаметр проволоки из условия (10-2), следует выбрать систему скрутки этих проволок в жилу, исходя из того, чтобы получить наибольший возможный коэффициент заполнения, так как в большинстве случаев это приводит к уменьшению сопротивления провода на высоких частотах. Поэтому следует признать неправильным стремление заменять общую, так называемую шнуровую (дикую) скрутку проволок сложной скруткой, при которой вначале скручиваются отдельные группы проволок, затем эти группы скручиваются между собой и т. д. Последний способ рекомендуется с целью получения правильной транспозиции проволок в жиле. Однако, как показывают эксперименты, при небольших (до 1,5—2,0 мм) наружных диаметрах проводов система скрутки не влияет на величину сопротивления провода переменному току. Коэффициент заполнения при сложной скрутке значительно меньше, чем при шнуровой скрутке. Коэффициент заполнения можно увеличить, применяя для изготовления высокочастотных проводов эмалированные проволоки с утоньшенной изоляцией. За рубежом для этих целей эмалированные провода изготовляются с меньшей толщиной эмалевой изоляции, чем у нас.
Одним из наиболее рациональных способов увеличения коэффициента заполнения является применение уплотнения жил проводов при их изготовлении. С помощью уплотнения можно повысить коэффициент заполнения на 15—20%, одновременно значительно уменьшив наружный диаметр проводов.
Применяя уплотнение для проводов со сложной структурой, можно создать конструкции проводов с большим коэффициентом заполнения и правильной транспозицией отдельных проволок, что важно для проводов больших диаметров. Для получения большего эффекта в этом случае следует выбрать направления скрутки проволок в группы и отдельных групп одинаковыми, так как тогда отдельные проволоки могут перемещаться, заполняя свободное пространство, без значительных деформаций.
Соответствующая доработка существующих конструкций высокочастотных обмоточных проводов может существенно улучшить их технические характеристики.
Характеристика существующих конструкций. Высокочастотные обмоточные провода по отдельным техническим условиям изготовляются следующих марок:
ЛЭШО — провод, изолированный эмалью (ГОСТ 2773-69) и одним слоем натурального шелка;
ЛЭШД — то же, но с двумя обмотками натуральным шелком;
ЛЭЛО — то же, но с одной обмоткой волокном лавсан;
ЛЭЛД — то же, но с двумя обмотками волокном лавсан.
Эти провода изготовляют из проволок всех указанных выше диаметров, причем число проволок в этих проводах различных конструкций колеблется от 7 до 1 100, а расчетное сечение — от 0,0196 до 4,2 мм2, подавляющее большинство конструкций имеет расчетное сечение менее 1 мм2.
Кроме того, все большее применение начинают находить высокочастотные обмоточные провода, скрученные из медных проволок, эмалированных полиуретановым лаком без дополнительной обмотки волокнистыми материалами (марка ЛЭП) и с дополнительной обмоткой капроновым (или лавсановым) волокном (марка ЛЭПКО). Эти провода скручиваются из проволок диаметром 0,06—0,2 мм с числом проволок от 3 до 175. Расчетное сечение проводов колеблется в пределах 0,0085—0,944 мм2 и лишь одна конструкция, изготовляемая из 175 проволок диаметром 0,1 мм, имеет расчетное сечение 1,375 мм2.
У всех указанных выше проводов, кроме марки ЛЭП, токопроводящие жилы с числом проволок до 15 должны быть изготовлены из параллельно сложенных проволок; у всех проводов марки ЛЭП, а у проводов других марок в тех случаях, когда предусмотренное число проводов больше 15, жилы должны быть скручены, причем пока каких-либо особых требований к характеру скрутки не предъявляется. Указывается только, что шаг скрутки проволок в стренгу (группу) или жилу не должен превышать 30 диаметров стренги или жилы, а шаг скрутки стренг в жилу — 15 диаметров жилы.
В технических условиях указываются также расчетное электрическое сопротивление и максимально допустимый наружный диаметр проводов. Обрывы отдельных проволок допускаются при условии сохранения электрического сопротивления жилы в установленных пределах; спайка проволок и стренг не допускается.
Волокнистая изоляция проводов не должна иметь заметных невооруженным глазом просветов и разрывов отдельных нитей с оголением до эмали при навивании провода 5—10 витками на стержень диаметром, равным пятикратному диаметру провода, но не менее 3 мм.
Особыми техническими условиями предусматривается также выпуск высокочастотных обмоточных проводов прямоугольного сечения для обмоток электрических машин и аппаратов, работающих при частотах до 4 000, 10 000 и 22 000 Гц.
Эти провода могут изготовляться двух марок:
ЛЭТЛОП — провод, отдельные проволоки которого изолированы полиэфирной эмалью, скручены и оплетены лавсановым волокном с последующей пропиткой кремнийорганическим лаком; эти провода по нагревостойкости относятся к классу В;
ЛЭТСОП — провод, в котором медные никелированные эмалированные проволоки марок ПЭТ-155А или
ПНЭТ-имид скручены и оплетены стекловолокном с последующей пропиткой кремнийорганическим лаком; эти провода по нагревостойкости относятся к классу F.
Эти провода изготовляются сечением 2,0—20,0 мм2 и скручиваются из 12—480 отдельных проволок. Прямоугольная форма проводов достигается уплотнением круглых жил при помощи формующего устройства.
Удвоенная толщина изоляции (В—b) у проводов марки ЛЭТЛОП должна быть не более 0,43 мм, а у проводов марки ЛЭТСОП — не более 0,53 мм.
Увеличение толщины изоляции на широкой стороне за счет упругого вспучивания (A—а) — (В—b) должно быть не более 0,04 мм.
Допускаются обрывы и пайка отдельных оборванных проволок при условии, что электрическое сопротивление жилы будет в пределах установленных норм, а места паек отдельных проволок будут располагаться на расстоянии не менее 1,5—2,0 м одна от другой. При испытаниях в дроби провода должны выдерживать напряжение переменного тока величиной 500 в в течение 1 мин.
Провода должны быть гибкими, эластичными и выдерживать как в состоянии поставки, так и после пребывания соответственно при 150±2 и 175±2°С в течение 24 ч испытание изгибанием в трех местах на 180° как широкой, так и узкой стороной провода вокруг гладкого стержня, диаметр которого равен трехкратной длине широкой стороны сечения провода.
По существующим техническим условиям предприятие-изготовитель может выбирать любую систему скрутки, не изменяя лишь число проволок и их диаметр и не допуская наличия внутри повива прямой нескрученной проволоки.
10-3. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА ИЗ СПЛАВОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Для изготовления измерительных приборов и электрических аппаратов, помимо эмалированных проводов из сплавов сопротивления, в значительном количестве выпускаются также обмоточные провода с волокнистой изоляцией с жилами главным образом из манганина и константана. В соответствии со стандартом провода марок ПЭШОК, ПЭШОММ, ПЭШОМТ, ПШДММ и ПШДМТ, для обмотки которых должен применяться натуральный шелк, должны изготовляться диаметром 0,05—1,00 мм, а марок ПЭЛОК, ПЭЛОММ, ПЛДК, ПЛДММ, для обмотки которых должно применяться лавсановое волокно (шелк), — диаметром 0,20—1,0 мм.
По согласованию с потребителем в проводах последних марок лавсановое волокно может заменяться капроновым.
Приведенная маркировка по структуре аналогична маркировке медных обмоточных проводов с хлопчатобумажной и шелковой изоляцией (табл. 10-1), только последние буквы МТ обозначают манганиновую твердую, буквы ММ — манганиновую мягкую проволоку, а буква К — константовую проволоку. Отдельная маркировка мягкой и твердой константановой проволоки не предусматривается, так как, согласно стандарту, вся константановая проволока диаметром 0,18 мм и больше должна быть мягкой, а диаметром 0,15 мм и менее — твердой.
От обмотки шелком (натуральным, лавсановым или капроновым) требуется, чтобы она была наложена плотными рядами, без ребристости, просветов, перекрутки и утолщений. Кроме того, двухслойная волокнистая изоляция не должна давать видимых невооруженным глазом просветов при изгибании провода на 180° вокруг стержня диаметром, равным пятикратному диаметру изолированного провода, но не менее 3 мм. Для однослойной обмотки аналогичные испытания производятся изгибанием вокруг стержня десятикратного диаметра по сравнению с изолированным проводом, но не менее 5 мм.
