Лекции по курсу - Технология и автоматизация производства электронной аппаратуры

Подождите немного. Документ загружается.

211

Рис. 27.1. Схема укладки обмотки.

Сопротивление обмотки

ñð

= ,

(24.1)

где

- удельное электрическое сопротивление, l – диаметр намотки.

Прогрессивная обмотка

характеризуется изменяющимся по определенному

закону шагом (p

<…<p

) и применяется для контуров ВЧ-передатчиков,

где требуется минимальная собственная емкость.

Бифилярная обмотка

отличается тем, что не меняет индуктивности, так как

токи в соседних витках проходят навстречу друг другу и их магнитные поля

взаимно уничтожаются. Она применяется для проволочных сопротивлений, шаг

намотки р=2d

из

(рис. 24.2).

Рис. 24.2. Бифилярная обмотка.

Тороидальная обмотка характеризуется отсутствием внешнего магнит-

ного поля и применяется в магнитных усилителях, трансформаторах, дроссе-

лях. По внутреннему диаметру тороида укладывается провод с шагом р

из

+А

или произвольно (см. рис. 24.3).

212

Рис.24.3. Тороидальная обмотка.

Сопротивление обмотки определяется по уравнению

lRR

ñð

ââ

(24.2)

где R

– сопротивление витка, l

– длина витка dâhl

22 .

Многослойные обмотки

разделяются на рядовые, секционированные, га-

летные, спиральные, пирамидальные, универсальные, перекрестные и торои-

дальные. Эти обмотки характеризуются повышенной разностью потенциалов

между витками, расположенными в соседних рядах обмотки, большими собст-

венными емкостями и индуктивностью. Для уменьшения собственной емкости

обмотки выполняют секционированными, универсальными и перекрестными.

Рядовая

многослойная обмотка имеет больше индуктивность и собствен-

ную емкость, повышенную разность потенциалов между витками и понижен-

ный срок службы. Она применяется для Н.Ч. и силовых трансформаторов, реле,

резисторов и дросселей.

Секционированная

многослойная обмотка позволяет снижать разность по-

тенциалов между витками, уменьшать собственную емкость. Она может быть

индукционной и безындукционной. Намотка осуществляется путем укладки

провода в отдельные секции при различном направлении вращения шпинделя

намоточного станка. Число рядов в каждой секции нечетное, чтобы начало и

конец провода располагались у противоположных торцов каркаса (см.

рис.24.4).

213

Рис. 24.4. Секционированная обмотка.

Секционированная многослойная обмотка применяется для контуров

ДВ и СВ диапазонов, дросселей и т. д. Плотность обмотки определяется коэф-

фициентом заполнения обмоточного устройства K

)(hlNSK =

(24.3)

где N – число витков, S – площадь сечения провода без изоляции, h, l – высота и

ширина, собственно, обмотки.

Пирамидальная обмотка

характеризуется тем, что при одном и том же

напряжении между выводами пробивное напряжение между витками, лежащи-

ми в соседних слоях, намного ниже, чем в рядовой многослойной обмотке. По-

этому она применяется в высоковольтных трансформаторах, дросселях и кон-

турах переключающих устройств (см. рис. 24.5). напряжение между витками

определяется по (24.4).

Рис. 24.5. Пирамидальная обмотка.

()

NSEU /1+=

(24.4)

где E – напряжение между выводами; S – число рядов провода; N – число слоев.

Универсальная обмотка

отличается тем, что провод укладывается на кар-

кас под некоторым углом к плоскости намотки с двумя или несколькими пере-

гибами на торцах за каждый оборот. Перекрещивание каждого последующего

витка с предыдущим позволяет получать механически прочную обмотку с диа-

214

метром, значительно превышающим ширину намотки, и малой собственной

емкостью. Емкость тем меньше, чем меньше угол укладки

(см. рис. 24.6).

Укладка провода выполняется с опережением, когда новый виток ложится впе-

реди предыдущего, и с запаздыванием, когда он ложится позади предыдущего.

Рис. 24.6. Универсальная обмотка.

Перекрестная обмотка является разновидностью универсальной и отлича-

ется тем, что имеет два перегиба. Такая укладка позволяет при всех преимуще-

ствах универсальной обмотки получать большую активность.

Спиральная обмотка

представляет собой плоскую спираль, приклеенную к

изоляционному основанию.

Галетная обмотка

отличается отсутствием каркаса и выполняется на спе-

циальных оправах, которые после закрепления витков удаляется. Она применя-

ется в отклоняющих системах электронно-лучевых трубок.

Обмоточные провода можно разделить на пять основных групп по виду

изоляции: пленками эмалей; из хлопчатобумажного, шелкового или синтетиче-

ского волокна; с комбинированной изоляцией; со стеклянной изоляцией; без

изоляции

К проводам первой группы относятся:

- медные провода ПЭЛ (эмаль лакостойкая), выдерживающие нагрев до

100 град и плотность тока до 2,5 А/мм

; ПЭТ (эмаль теплостойкие), выдержи-

вающие кратковременный нагрев до 300 град; ПЭВ (эмаль высокопрочные с

пробивным напряжением до 600 В и температурой нагрева до +350 град; ПЭТВ

(полиэтилентетрифталатная лаковая изоляция) с повышенной химической и

термической стойкостью и возможностью длительной работы при температуре

+ 260 град после воздействия кислот и щелочей; ПЭВТЛ (эмалированный, вы-

215

сокочастотный, лудящийся), который может длительно работать при + 150 град

и пробивном напряжении 60÷100 В; Изоляция из полиуретанового лака, яв-

ляющегося флюсующим веществом, позволяет распаивать без лужения;

- провода из высокоомных сплавов марок ПЭК (константовый эмалиро-

ванный), ПЭМТ (манганиновый), ПЭНХ (нихромовый).

К проводам второй группы относятся:

- медные провода марок ПБО (изолирующая обмотка из хлопчатобумаж

ной ткани в один слой), ПБД (изоляция хлопчатобумажной пряжей в два слоя),

ПШО, ПШБ (шелковая обмотка в один или два слоя).

К проводам третьей группы относятся:

- медные провода марок ПЭЛБО с лакостойкой эмалевой и однослойной

бумажной изоляцией; ПЭЛШО с шелковой изоляцией.;

- ЛЭШО–10-0,07 (литцендрат с эмалевым покрытием и обмоткой из

шел-

ковой пряжи в один слой, число проводов – 10, диаметр каждого – 0,07 мм),

ПЭЛКШД (изолированный лакостойкой эмалью и обмоткой шелка в два слоя);

- провода из сплавов высокого сопротивления: ПЭШОК (константовый,

изолированный эмалью с одним слоем шелковой обмотки), ПЭШОМТ,

ПЭШОНХ (манганиновый и нихромовый, соответсвенно), ПЭВНХ (эмалиро-

ванный высокоомной эмалью, нихромовый).

К проводам четвертой

группы относятся медные провода в стеклянной,

стекловолокнистой и дельта-асбестовой изоляции: ПСД, ПСДТ, ПЭТСО,

имеющие повышенную теплостойкость до +200 град.

Для обмоток, предназначенных для работы в условиях повышенной влаж-

ности, высокой температуры, в агрессивных средах, применяют провод, изоли-

рованный фторопластом: ПИФЭ-1, ПИФЭ-2. Особо тонкие провода (микро-

провода) изолируются сплошной стеклянной

изоляцией, обладающей повы-

шенной термо-, влаго- и химической стойкостью, а также пробивным напряже-

нием не менее 1000 В.

Помимо обмоточного провода катушки индуктивности содержат такие

конструктивные элементы, как каркас и его крепление. Для катушек с торои-

дальными, броневыми и чашкообразными сердечниками тип и размер сердеч-

216

ника определяют геометрические размеры катушек. Сердечники изготавливают

из карбонильного железа или феррита и могут быть : цилиндрические с резьбой

– (СЦР), цилиндрическими гладкими – (СЦГ), чашкообразными – (Ч), броне-

выми из феррита – (Б), броневыми из карбонального железа – (СБ) с замкнутой

(СБа) и разомкнутой (СБб) магнитной цепью.

Для ВЧ контуром уменьшение потерь достигается применением ребристых

каркасов из пластмассы, а для высокостабильных катушек, работающих при

повышенных температурах, - каркасов из керамики. Конструкция экрана пре-

дусматривает изготовление его методом вытяжки или штамповки из алюминия.

Экраны обычно имеют цилиндрическую или прямоугольную форму в сечении

без резких граней. Для изоляции слоев обмотки применяют прокладки из ка-

бельной, конденсаторной бумаги, изоляционную

ленту из лакоткани и т. д.

Намотка изделий производится на специальных намоточных станках, кон-

струкция которых должна обеспечивать: вращение каркаса, равномерное пере-

мещение провода обмотки по всей ее ширине, натяжение провода в пределах

упругих деформаций и порядок намотки (ход укладки).

Поскольку удельный вес намоточных работ высок до 20÷30 % от общей

трудоемкости

изготовления изделий), и конструкциям станков предъявляют

требования высокой производительности, которая обеспечивается высокой

скоростью наматывания, автоматической раскладкой изоляции, активным кон-

тролем электрических параметров намотки.

Намоточные станки классифицируются по ряду признаков.

По способу наматывания

выделяют станки: открытого типа, кольцевого,

пазового, специального наматывания. Первый тип – станки для намотки на кар-

касы, имеющие форму поверхности тел вращения круглого или прямоугольно-

го сечения. Второй тип – станки, в которых каркас вращается вокруг своей оси,

а провод – вокруг оси поперечного сечения каркаса (намотки на тороиды). Тре-

тий тип – станки

для намотки провода в наружные или внутренние пазы карка-

сов – пакетов якорей, роторов либо статоров. Четвертый тип – станки для на-

мотки кадровых и строчных катушек отклоняющих систем электронно-лучевых

трубок.

217

По способу формирования обмотки выделяются станки прямого и раздель-

ного наматывания. В первом случае изготовление обмотки происходит по схе-

ме «катушка – приемный каркас», во втором – «катушка – промежуточный эле-

мент (шпуля)- каркас». По этой схеме работают станки кольцевого наматыва-

ния и частично пазового.

По способу образования витка

станки делятся на бесчелночные и челноч-

ные. В бесчелночных станках виток образуется за счет вращения каркаса, а шаг

намотки – вследствие осевого перемещения провода. В челночных станках на-

мотка происходит за счет вращательного движения челнока и вспомогательно-

го движения каркаса.

По количеству наматываемых обмоток

выделяются одноместные и много-

местные станки, а по расположению оси наматывания каркаса – горизонталь-

ные и наклонные.

Станок типа СРН-05У предназначен для наматывания провода диаметром

0,05-0,50 мм на два каркаса одновременно со скоростью до 1000 об/мин и со-

стоит из следующих механизмов: электропровода, вращения каркаса, натяже-

ния провода, укладки провода, питателя

-стойки для закрепления бобины, тор-

мозного устройства, счетчика витков, устройства управления. Электропрово-

дом служит электродвигатель типа УЛ-062, вал используется в качестве шпин-

деля станка, на который закрепляется каркас катушки. Регулировка скорости

вращения шпинделя осуществляется путем изменения напряжения питания

электродвигателя вариатором однофазным типа РНО-250-05 с помощью нож-

ного управления.

Механизм

укладки провода состоит из каретки с укладчиком, которая пе-

ремещается по ходовому винту на расстоянии 3÷150 мм. На винте закреплен

диск, связанный через резиновый ролик с валом электродвигателя. Плавная ре-

гулировка шага намотки в пределах 0,05÷0,55 мм осуществляется изменением

передаточного соотношения между диском и роликом. реверс вращения ходо-

вого винта осуществляется двусторонней дисковой

муфтой, переключаемой

электромагнитами, срабатывающими от микровыключателей, ограничивающих

раскладку, а также при ручном нажатии клавиш на панели управления. Опера-

218

ция наматывания включает время набора шпинделем заданной скорости вра-

щения t

, время наматывания обмотки t

, время первого уменьшения скорости

вращения t

, время домотки катушки t

, время торможения t

(см. рис. 24.7). В

типовой ТП входят подготовительная и контрольная операция, присоединение

выводов.

Рис. 24.7. График процесса намотки катушки

Цикловая производительность намоточного станка

Q=60/Тц, (шт/ч), (24.5)

где Т

– продолжительность рабочего цикла наматывания, мин., Тц=t

в.н.

;

здесь t

– время наматывания, t

в.н

, t

в.к

– вспомогательное время, необходимое

для закрепления катушек, провода, выводов обмотки, прокладки изоляции.

Подготовительная операция состоит из настройки станка, закрепления кар-

каса, провода, установления усилия натяжения, шага раскладки. Присоедине-

ние выводов осуществляется путем снятия изоляции с провода, закрепления его

на токосъемниках каркаса и пайки. Контрольная операция включает проверку

индуктивности, добротности, отсутствия короткозамкнутых

витков, внешнего

вида.

Одной из самых сложных и трудоемких операций является удаление изо-

ляции с обмоточных проводов. Применяют механические, химические, термо-

химические методы удаления изоляции. В первом случае эмалевую изоляцию с

проводов ПЭЛ, ПЭВ и ПЭТ удаляют абразивом, шабером, но это ведет к на-

рушению сечения провода, и его повреждению, его

применяют для проводов

диаметром более 0,2 мм. Химический метод заключается в погружении прово-

дов в муравьиную кислоту на 1÷2 мин с последующим протиранием смоченных

мест салфеткой. Этот способ характеризуется большей трудоемкостью и дли-

219

тельностью процесса удаления изоляции, токсичностью для организма челове-

ка. термохимический метод для проводов с диаметром менее 0,1 мм, а также

для многожильных проводов типа ПЭЛШО, ЛЭШО. Он заключается в нагреве

провода в верхней части пламени спиртовой горелки, обжиге изоляции, погру-

жении в спирт с последующей протиркой бязью. Его недостатки – трудоем-

кость механизации

, значительная трудоемкость, токсичность. Термохимиче-

ский метод изоляции осуществим с погружением проводов в расплав солей

(хлористый калий) при температуре 700÷800 град на 1÷2 с, промывкой в жид-

кости, растворяющей соль в течении 1÷2 с и очистке ветошью. Этот метод мо-

жет быть механизирован, однако он обладает повышенной токсичностью, по-

этому нашли применение в промышленности

способы присоединения проводов

без снятия изоляции, что обеспечивает повышение производительности труда,

экономии времени и материалов, плотности монтажа и снижения переходного

сопротивления электромагнитного соединения. Для присоединения изолиро-

ванных проводов (в т. ч. и микропровода с диаметром 0,02÷0,35 мм) в лаковой

либо эмалевой изоляции применяют сварку или спайку, а изоляцию разрушают

механически нагретым

электродом, дугопламенным или комбинированным ме-

тодом. При механическом разрушении изоляции на проводе ее продавливают

заостренным электродом контактной сварочной машины, для чего через элек-

троды и соединяемые детали пропускают импульс сварочного тока, обеспечи-

вающий расплавление или выжигание изоляции и сварку. Сварочный ток с

временем 0,02÷0,05 с выжигает изоляцию, расплавляет и сваривает провод с

де-

талью. Для получения паяного соединения одна из соединяемых деталей долж-

на быть луженой, покрытой слоем припоя.

Для намотки тороидальных обмоток используется челночный станок, в ко-

тором образование витка обмотки осуществляется вращающимся челноком,

выполненным в виде незамкнутого кольца. Съемную шпулю с необходимым

запасом провода закрепляют на торцовой части челнока и

подтормаживают

пружинкой для заданного натяжения. При вращении челнока провод сматыва-

ется со шпули и через направляющий ролик оказывается с заданным шагом на

каркасе. По этой схеме работают станки модели СНТ-12 для круговой и секци-

220

онной намотки на тороидах с внутренним диаметром более 12 мм и проводом с

диаметром 0,15÷0,4 мм со скоростью до 300 в/мин.

Внутренние обрывы в обмотках контролируют автоматически по их сопро-

тивлению. Для больших скоростей наматывания применяют бесконтактный

контроль обрыва провода, например по фотоприемнику на ФСК-2 и источнику

света.

Контроль на наличие короткозамкнутых

витков осуществляется по схеме

рис. 24.8, содержащей сердечник, эталонную обмотку L2 и обмотку возбужде-

ния L3, питаемую от генератора.

Рис. 24.8. Схема проверки на наличие к.з. витков.

Испытуемая катушка L1 с числом витков w

последовательно соединя-

ются с L2 и L3, но встречно, тогда при отсутсвии к.з. витков I

=0, а при наличие

к.з. витков I

>0.

Сопротивление обмотки зависит от натяжения провода, скорости наматы-

вания, формы и размеров каркаса. Для каркаса круглого сечения

R=p4l/пd

, (24.6)

где p – удельное сопротивление материала провода, l, d – его длина и диаметр,

соответственно. Так как в серийном производстве все величины (24.6) пере-

менны, то погрешность определима из

),(

844

322

−+=

(24.7)

а относительная погрешность сопротивления провода выражается через

dld

dR )(

2−+=

(24.8)