Спосіб виготовлення обмотки електротехнічного пристрою

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використаний електротехнічною промисловістю при виготовленні електричних машин, трансформаторів і апаратів та в електроремонтному виробництві при ремонті цих пристроїв. Відоме використання провода, який складається з мідної жили, покритої ізоляційною оболонкою, для виготовлення витків обмотки електротехнічного пристрою (Пешков И.В. Обмоточные провода. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С.1 - 10). Використання мідної жили внаслідок її високої електропровідності дозволяє забезпечити мінімальні габарити обмоток електричних машин, апаратів та приладів. З другого боку їх габарити і надійність суттєво залежать від перевищення температури обмотки над температурою охолоджуючого середовища в процесі роботи і швидкості нагрівання обмотки при різних режимах роботи (Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро / Под ред. В.И. Радина. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - С.71). Усталене перевищення температури обмотки при будь-якому навантаженні Q му може бути знайдено з виразу (Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С.36, 54) де Q va - швидкість адіабатного нагрівання обмотки; Qмн - постійна нагрівання обмотки. В свою чергу ця швидкість нагрівання знаходиться з виразу де jм - густина струму в проводі обмотки; rм, CVM - питомий опір і питома об'ємна теплоємність обмотки. Величина tмн залежить від теплоємності обмотки та інтенсивності тепловідводу з її поверхні, себто і від якості системи її вентиляції. На сучасному рівні розвитку електротехнічних пристроїв з використанням чисто мідного обмоткового дроту усі резерви зменшення їх габаритів вичерпано і воно обмежується допустимою густиною струму в проводах обмотки, наприклад, при її повітряному охолодженні в межах 3 10А/мм2. Для асинхронних електродвигунів єдиних серій гранична швидкість нагрівання обмотки в пускових режимах, визначена за формулою (2), складає 8 - 10°C/с (див. названу книгу під ред. В.И. Радина). Відоме також виготовлення обмотки з провода, в якому мідна жила має захисне покриття з нікелю (див. названу книгу И.Б. Пешкова, с.42 43). Воно служить для захисту мідної жили від окислення при температурах 225 - 500°C. Електропровідність такого провода складає біля 80% електропровідності чисто мідного провода, а тому таке рішення не направлене на усунення сформульованого вище протиріччя між необхідністю зменшення габаритів і маси обмотки електротехнічних пристроїв та гранично допустимою густиною струму. Крім того, відомі конструкції низковольтних монтажних проводів і радіомонтажних проводів, які складаються з мідної жили, нанесеного на неї шару олова чи припою на його основі та розміщеної на ньому ізоляційної оболонки (Дикерман Д.Н., Кунегин B.C. Провода и кабели с фторопластовой изоляцией. - М.: Энергоиздат, 1982. - С.28; Никулин Н.В., Назаров А.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты. - М.: Высш. шк., 1986. - С.76). Цей олов'яний шар дозволяє полегшити паяння цих проводів і захистити мідну жилу від корозії. Задачею винаходу є зниження масогабаритних параметрів обмотки електротехнічного пристрою, себто усунення протиріччя між необхідністю зменшення габаритів і маси обмотки та лімітуючими процес її нагрівання параметрами. Для її вирішення пропонується використання провода, що складається з мідної жили, нанесеного на неї шару олов'яно-свинцевого припою та розміщеної на ньому ізоляційної оболонки, для виготовлення витків обмотки електротехнічного пристрою. Використання такого провода при намотуванні котушок та секцій обмотки дозволяє при пропусканні через виготовлену обмотку змінного струму зменшити відношення rм/CVM 1, як видно з формули (2), при одній і тій же допустимій швидкості нагрівання обмотки збільшити допустиму густину струму в проводі обмотки. Густина струму в обмотці електротехнічного пристрою може бути виражена через такі параметри де I н - номінальна сила струму в обмотці; Sм, dм - площа перерізу та діаметр обмоткового провода по міді; nпв, nпп - кількість паралельних віток в фазі обмотки і паралельних проводів у витку (в пазу). З виразу (3) видно, що при збільшенні допустимої густини струму при тому ж номінальному струмі пристрою обмотку можна виконати обмотковим проводом меншого діаметру і цим самим зменшити масу та габарити обмотки й зекономити мідь. Це і стверджує причиннонаслідковий зв'язок між приведеною сукупністю ознак та поставленою задачею (технічним результатом). На фіг.1 приведено схематичну конструкцію трансформатора струму, обмотки якого виготовлено з нового обмоткового провода; на фіг.2 - температурно-часові залежності для обмоток трансформатора струму, виконаних з чисто мідного і нового обмоткового дроту; на фіг.3 залежність відношення швидкостей адіабатного нагрівання від відношення величин густини струму при використанні чисто мідного і нового обмоткового провода в асинхронному електродвигун і 4A100S4. Прикладом використання винаходу є виготовлення обмоток трансформатора струму (фіг.1). При цьому брали відрізок стандартного емальованого обмоткового дроту з діаметром по міді 0,47мм, механічним способом знімали емалеву ізоляцію, методом пайки наносили на поверхню мідної жили шар з олов'яно-свинцевого припою і покривали провід по цьому шару ізоляційним лаком. За основу трансформатора струму приймається його магнітопровід 1, на стержні якого після відповідної ізоляції одержаним проводом намотували первинну та вторинну обмотки 2. На фіг.1 показано розріз одного витка обмотки трансформатора струму, який складається з ізоляційної оболонки 3, шару з олов'яносвинцевого припою 4 та мідної жили 5. Після нанесення цього шару діаметр провода без ізоляції складає 0,48мм, себто товщина шару - 0,01мм. Опір постійному струмові після нанесення олов'яно-свинцевого шару збільшився на 2%. Виготовлений таким шляхом трансформатор струму працює таким чином. При підключенні його первинної обмотки до джерела струму, а вторинної обмотки до навантаження в витках обох обмоток 2 протікає змінний струм. Внаслідок цього та описаного конструктивного виконання витків обмоток величина відношення rм/CVM зменшується, що забезпечує зменшення швидкості нагрівання обмотки порівняно з виготовленням цих обмоток з чисто мідного обмоткового провода при однаковій густині струму. Залежності на фіг.2, одержані при пропусканні через обмотку трансформатора змінного струму силою 7,7А протягом 5, 10 і 15с, дають можливість кількісно оцінити це зменшення. Якщо для кожної експериментальної точки шляхом ділення величини перевищення температури обмотки (отриманої методом опору) на відповідний час дії струму визначити швидкість її нагрівання, то одержуємо середнє співвідношення значень цієї швидкості Q va2/Q va1 = 0,54 (залежність 1 та індекс "1" для випадку виготовлення обмотки з чисто мідного провода, залежність 2 та індекс "2" при виготовленні витків обмотки з олов'яносвинцевим шаром). Другим прикладом є використання провода з олов'яно-свинцевим шаром при виготовленні обмотки статора асинхронного електродвигуна типу 4A100SA. За залежністю 1 Q va2/Q va1 від jM2/jM1 на фіг.3 маємо, що обмотка з нового обмоткового провода буде нагріватись при jM2/jM1 = 1,0 з швидкістю Q va2 = 0,5Q va1, що близько до співвідношення, отриманого вище для трансформатора струму. При цьому за залежністю 2 величина k = rм1 × CVM2/rм2CM1 = 2,0. За залежністю 1 також маємо, що обмотка з нового провода буде нагріватись з такою ж швидкістю, як і обмотка з чисто мідного провода (Q va2/Q va1 = 1,0) при збільшенні густини струму в обмотці в 2,4 рази (jM2/jM1 = 2,4). Залежність 1 отримана після вимірювання перевищення температури обмотки термопарою мідь-константан, часу пропускання струму електросекундоміром, а сили струму в обмотці електродвигуна амперметром. Після цього швидкість нагрівання обмотки визначалась так же, як і при дослідженні трансформатора струму, а густина струму - за виразом (3). Якщо з врахуванням виразу (3) записати співвідношення густини струму для порівнюваних варіантів, то маємо тоді Таким чином, виготовлення витків обмотки з використанням провода з олов'яно-свинцевим шаром, дозволяє при однаковому тепловому навантаженні обмотки зменшити діаметр обмоткового дроту в 1,55 разів, що забезпечує суттєве зменшення габаритів та маси обмотки і економію міді.