Спосіб виготовлення безкаркасних котушок з емальпроводів

Реферат: Спосіб виготовлення безкаркасних котушок з емальпроводів не мають додаткового склеювального покриття. Після намотування котушку піддають швидкому короткочасному нагріву для склеювання витків унаслідок термопластичності їхньої емалі. UA 121355 U (12) UA 121355 U UA 121355 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузей електротехніки, радіоелектроніки й приладобудування. Безкаркасна котушка є поширеним елементом електронних схем та однією з головних частин електровимірювальних приладів магнітоелектричної, електродинамічної та феродинамічної систем. До безкаркасних котушок ставиться ряд вимог, найважливішими з яких є: мінімальна вага, жорсткість, стабільність розміру, стабільність ваги, атмосферостійкість, відсутність витків, що відшаровуються, відсутність короткозамкнених витків [1], [2]. Існують два аналоги - способи виготовлення безкаркасних котушок з емальпроводів. При використанні першого з них [1], [2], [3], намотування проводиться звичайним емальпроводом на спеціальній оправці, що надає котушці необхідної конфігурації. Після або під час намотування безкаркасна котушка на оправці просочується електроізоляційною сумішшю. Потім просочену котушку сушать і, після висихання просочувальної суміші, знімають з оправки. Якщо однократного просочення досить, котушку передають на складання виробу. Якщо одного просочення недостатньо, котушку просочують повторно необхідну кількість разів. При використанні другого способу намотування проводиться за допомогою емальпроводів, у яких на основну емаль додатково нанесений склеювальний шар [4]. Котушку після намотування нагрівають на оправці до певної температури (термошафа, фен, пропускання струму), унаслідок чого відбувається склеювання витків завдяки розплавленню склеювального шару. Після цього котушку охолоджують і знімають з оправки. Відомі аналоги - способи виготовлення безкаркасних котушок з емальпроводів мають низку недоліків. Просочувальні суміші містять матеріали, що погіршують діелектричні властивості емалі проводів [4]. Якщо просочування здійснюється в процесі намотки, її швидкість доводиться знижувати, оскільки при високих швидкостях відбувається розбризкування просочувальної суміші за рахунок дії відцентрової сили. Просочувальна суміш потрапляє на намотувальні оправки. Очищення оправок проводиться кип'ятінням або витримкою в гарячому (60-70 °C) розчині 20-40 % гідроксиду натрію чи відмочуванням у токсичних розчинниках [2]. Залишки розчину гідроксиду натрію не завжди вдається повністю видалити з важкодоступних місць оправок. При намотуванні вони можуть розбризкуватися, внаслідок чого виникає небезпека отримання працівниками опіків. При виготовленні багатовиткових котушок необхідне тривале сушіння на оправках через ускладненість випаровування розчинників і розріджувачів просочувальних сумішей. Недоліком аналогів - використання проводів з додатковим склеювальним шаром є їхня чутливість до дії підвищених температур (вище 30-32 °C) і підвищеної вологості [4]. Проводи злипаються навіть при транспортуванні й зберіганні. Крім того, при нагріванні в готових виробах котушки деформуються. Вартість емальпроводів зі склеювальним шаром істотно вище вартості проводів без нього. Також недоліками аналогів є виділення токсичних речовин (епіхлоргідрин, дифенілолпропан, фталевий ангідрид) при спіканні й складність очищування намотувальних оправок від залишків додаткового шару [4], [5]. В основу корисної моделі поставлена задача, створити спосіб виготовлення безкаркасних котушок з емальпроводів позбавлений вищезазначених недоліків. Склеювання витків котушок відбувається за рахунок розм'якшення основної емалі проводу при його нагріванні. Намотана на оправці котушка піддається швидкому короткочасному нагріву. Температура спікання (склеювання витків) є різною для різних емальпроводів. Вона близька до визначуваної у відповідності до [6] термопластичності ізоляції проводу. Температура й тривалість спікання підбираються експериментальним шляхом. По завершенні спікання витків котушка охолоджується на оправці до кімнатної температури й знімається з неї. Для підвищення волого- й хімостійкості котушку можна зовні покрити електроізоляційною сумішшю. Ця операція не є обов'язковою і відрізняється від просочування тим, що електроізоляційна суміш наноситься лише на поверхню котушки і майже не проникає всередину. Суміш наносять методом занурення з наступним сушінням. Сушіння полегшене тим, що деталі намотувальної оправки не заважають випаровуванню летких компонентів. Таким чином, корисна модель має такі переваги: 1. Знижується вартість застосовуваних матеріалів. 1 UA 121355 U 5 10 15 2. Істотно скорочується цикл виготовлення котушок за рахунок виключення їх сушіння на намотувальних оправках. 3. Оправки залишаються чистими, необхідність у їхньому очищуванні взагалі відпадає. 4. Відсутність просочувальних сумішей дозволяє збільшити швидкість намотування без їх розбризкування. 5. Спрощується конструкція намотувальних оправок, завдяки тому що відпадає необхідність їх армування антиадгезивними матеріалами (фторопласт-4, поліпропілен, кремнійорганічний каучук). 6. Поліпшуються умови праці намотувальників. 7. Зменшується вага котушки. 8. Порівняно з другим з вищезазначених існуючих способів виготовлення безкаркасних котушок (з використанням проводів з додатковим склеювальним шаром) збільшується жорсткість котушки і стабільність її розмірів у часі. Проведено експериментальний підбір температури й тривалості спікання для поширених марок емальпроводів. Позитивні результати досягнуті при режимах, зазначених у таблиці. Таблиця Марка проводу ПЭВ-1, ПЭВ-2 ПЭВ-1, ПЭВ-2 ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 ПЭТВ-2 20 25 30 35 Діаметр проводу, мм 0,1 0,28 0,112 0,355 0,45 0,75 0,1 0,112 0,224 0,28 0,355 0,45 0,56 0,75 0,28 0,355 0,45 0,75 Температура термопластичності ізоляції, °C Тип ізолювальної емалі Режим спікання Температура, Тривалість, °C хв. 160±5 185-190 20-25 170±5 185-190 20-25 На основі поліуретанових смол 170±5 220-230 30-35 На основі поліефірних смол 200±5 250-260 30-35 На основі полівінілацеталевих смол Помітних деформацій, відшаровування витків та міжвиткових замикань у котушках, виготовлених з дотриманням зазначених у таблиці режимів, виявлено не було. Також котушки були випробувані в складі електровимірювальних приладів, що випускаються серійно: міліамперметрів Д5077, Э535, Э536; амперметрів Д5090, Э537, Э538, Э539; вольтметрів Э543, Э545. Виходів приладів з ладу через міжвиткові замикання чи інші вади безкаркасних котушок протягом гарантійного терміну експлуатації (1 рік) не сталося. Відсутність істотного ризику міжвиткових замикань при використанні пропонованого способу виготовлення котушок може бути пояснена на такому прикладі. Згідно з технічними умовами [7], ізоляція навіть найтоншого із зазначених у таблиці 1 проводів марки ПЭВТЛ-2 (діаметром 0,1 мм) має витримувати напругу 600 В. При цьому, згідно з [8], зменшення товщини поліуретанового емалевого покриття під впливом навантаження, що його продавлює, за температури 220 °C складає 50 %. При спіканні котушок сконцентровані продавлюючі навантаження відсутні, але, навіть якщо вважати що товщина покриття зменшується удвічі, електрична міцність ізоляції після спікання становитиме 300 В. У слабкострумовій апаратурі, у якій переважно використовуються безкаркасні котушки, міжвиткова різниця потенціалів при їхній експлуатації, як правило, не перевищує 30 В. Таким чином, залишається 10-кратний запас електричної міцності. Для проводів більшого діаметра цей запас іще значніший. Наприклад, пробивна напруга ізоляції проводу ПЭВТЛ-1 діаметром 0,355 мм згідно [7] має бути не меншою 1700 В, а проводу 2 UA 121355 U 5 10 15 20 25 ПЭВТЛ-2 того самого діаметра - 3100 В. Якщо при спіканні товщина ізоляції зменшиться удвічі, то при зазначеній вище міжвитковій напрузі запас електричної міцності буде вже приблизно 28кратним для ПЭВТЛ-1 та більш ніж 50-кратним для ПЭВТЛ-2. Відсутність ризику істотного погіршення якості ізолювальної емалі проводів унаслідок термічного розкладання її компонентів або інших деструктивних процесів, що можуть протікати під дією підвищеної температури при спіканні витків котушок із використанням пропонованого способу, може бути пояснена на такому прикладі. Згідно із стандартом [9], середній ресурс проводів марки ПЭВ за температури 180 °C становить 300 годин. Спікання цього проводу згідно таблиці 1 провадиться при 185-190 °C протягом 20-25 хвилин. Отже, при тому, що температура спікання перевищує 180 °C лише на 5-10 °C, тривалість впливу цієї температури в 720-900 разів менше середнього строку служби проводу при 180 °C. Джерело інформації: 1. Ткалин И.М. и др. Технология производства электроизмерительных приборов. Ленинград: Энергия, Ленинградское отделение, 1970. 2. Иванов Б.Н. и др. Технология приборостроения. - М., Ленинград: Государственное энергетическое издательство, 1959. 3. Кирик В.П., Рева С.Н. Автоматизированная система управления технологическим процессом изготовления бескаркасных катушек // Вісник Харківського національного університету. Серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління». - 2008. - № 833. - С. 133-139. 4. Астахин В.В. и др. Электроизоляционные лаки. - М.: Химия, 1981. 5. Черняк К.И. Эпоксидные компаунды и их применение. - Ленинград: Судостроение, 1967. 6. ДСТУ 7425:2013. Проводи емальовані круглі. Метод визначення термопластичності ізоляції. 7. ТУ 16-505.446-77. Провода медные с эмалевой изоляцией на основе полиуретанов. 8. Майофис И.М. Химия диэлектриков. - М.: Высшая школа, 1970. 9. ГОСТ 7262-78. Провода медные, изолированные лаком ВЛ-931. Технические условия. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб виготовлення безкаркасних котушок з емальпроводів, що не мають додаткового склеювального покриття, який відрізняється тим, що після намотування котушку піддають швидкому короткочасному нагріву для склеювання витків унаслідок термопластичності їхньої емалі. 35 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3