Выбор и обоснование проводникового материала и марки обмоточных проводов
Обмоточные провода изготавливаются из меди или из алюминия. Медные провода, по сравнению с алюминиевыми, обладают меньшим удельным сопротивлением (rCu = 1,75×10-8 Ом×м; rAl = 2,6×10-8 Ом×м), существенно большей механической прочностью и высокой технологичностью в электромонтаже. Но удельная плотность меди в три раза больше, чем у алюминия (gCu = 8,9×103 кг/м3; gAl = 2,7×103 кг/м3). К тому же медь более дорогая и дефицитная.
Но, несмотря на указанные выше недостатки, в ТММ преимущественное применение получили медные обмоточные провода. В трансформаторах, предназначенных для спецтехники, при оптимизации по массогабаритным показателям использование медных проводов имеет очевидное преимущество. Использование же алюминиевых обмоточных проводов ограничено,главным образом из-за их нетехнологичности и низкой механической прочности, бытовой РЭА при минимизации по стоимости.
Однако, в трансформаторах малой мощности даже при оптимизации по стоимости предпочтительными оказываются медные провода. Во-первых, алюминиевые провода тонкого сечения очень непрочные, что приводит при намотке катушек к нарушению витковой изоляции и частым обрывам провода и, как следствие, к большому проценту брака при изготовлении катушек. Во-вторых, из-за того, что удельное сопротивление алюминия в 1,6 раза больше, чем у меди, приходится выбирать алюминиевые провода большего сечения. Следовательно, при прочих равных условиях, необходимо выбирать сердечник с большей площадью окна обмотки, то есть больший типоразмер. В-третьих, из-за малой механической прочности алюминия, при намотке нельзя устанавливать большое натяжение провода. Это приводит к значительному уменьшению коэффициента заполнения окна обмоткой и, соответственно, к увеличению типоразмера сердечника.
Таким образом, при использовании алюминиевых проводов, приходится выбирать сердечники большего типоразмера, а, следовательно, увеличивать их массу и стоимость. Если учесть еще и меньшую технологичность изготовления катушек с алюминиевыми проводами, что также увеличивает их стоимость, то преимущество ТММ с медными обмоточными проводами оказываются в большинстве случаев дешевле трансформаторов с алюминиевыми проводами. Поэтому применение алюминиевых проводов в ТММ должно быть в каждом конкретном случае обосновано числовыми расчетами.
Для обмоток ТММ с небольшими токами рекомендуется использоватьмедный провод круглого сечения, апри большихтоках (более 10 А) предпочтениеследует отдавать проводам прямоугольного сечения, которые имеют больший коэффициент заполнения окна обмоткой.
Чтобы исключить межвитковые замыкания, обмоточные провода изолируются. В трансформаторах преимущественное применение получили обмоточные провода с тонкой эмалевой изоляцией, что позволяет существенно увеличить коэффициент заполнения окна обмоткой и, соответственно, уменьшить типоразмер сердечника. Так как витковая изоляция наиболее чувствительна к температуре, то все обмоточные провода делятся на классы нагревостойкости.
Обмоточные провода с эмалевой изоляцией, разработанные до 1987 г., сохраняют свою прежнюю систему условных обозначений и деление по классам нагревостойкости. Марка провода обозначается по типу изоляционного материала, например: ПЭЛ – провод медный, изолированный лаком на масляной основе; ПЭВ – провод медный, изолированный лаком ВЛ-931; ПЭТ-155 – провод медный, изолированный эмалевым лаком на полиэфиримидной основе и т.д. В обозначениях алюминиевых проводов добавляется буква «А», например: ПЭЛА, ПЭВА, ПЭМА и т.д. Согласно ГОСТ 8865-70 обмоточные провода делятся на 7 классов нагревостойкости, как изоляционные материалы (см. подраздел 2.7).
В ТММ наиболее широкое применение нашли медные провода круглого сечения марок:
· ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭМ-1, ПЭМ-2 (ГОСТ 7262-78) – провод эмалированный (ПЭ), поливинилацеталевый (винифлекс – В) или поливинилформалевый (метальвин – М) с однослойной и двухслойной изоляцией, класс нагревостойкости – А (до 105°С), диаметры проводов (без изоляции) – 0,05-2,44 мм. Провода марки ПЭМ более стойкие к трансформаторному маслу;
· ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 (ТУ 16.505.446-77) – провод эмалированный, изолированный одним или двумя слоями полиуретанового лака, класс нагревостойкости – E (до 120°С), диаметры проводов – 0,06-1,56 мм. Особенность этих проводов – можно облуживать без зачистки изоляции;
· ПЭТВ (ТУ 16.505.001-80) – обмоточный провод на основе полиэтилентерефтолатного лака, класс нагревостойкости – B (до 130°С), диаметры проводов – 0,06-2,44 мм. Недостаток этих проводов – пониженная стойкость к «тепловым ударам»;
· ПЭТ-155 (ГОСТ 21428-75) – обмоточный провод на основе полиэфиримидного лака, класс нагревостойкости – F (до 155°С), диаметры проводов – 0,06-2,63 мм. Недостаток этих проводов – пониженная механическая прочность изоляции;
· ПЭФ-155 (ТУ 16.505.673-76) – обмоточный провод на основе полиэфирциануратимидного лака, класс нагревостойкости –F (до 155°С), диаметры проводов – 0,06-1,60 мм. Не имеет недостатка провода ПЭТ-155;
· ПЭТ-200 (ТУ 16.505.937-76) – обмоточный провод на основе полиамидимидового лака, класс нагревостойкости – H, C (до 200°С), диаметры проводов – 0,06-2,50 мм. Обладает хорошими электрическими и физико-механическими свойствами;
· ПСД и ПСДК (ГОСТ 7019-71) – провод со стекловолокнистой изоляцией, класс нагревостойкости – FиH (до 155 и 180°С), диаметры проводов – 0,31-4,8 мм;
· ПЭЛШО (ГОСТ 16507-70) – провод эмалированный с волокнистой (шелковой) изоляцией, класс нагревостойкости – А (до 105°С при наличии пропитки), диаметры проводов (без изоляции) – 0,05-1,56 мм.
· ПЭТВЛО (ТУ 16.505.357-78) – провод эмалированный с волокнистой (лавсановой) изоляцией, класс нагревостойкости – B (до 130°С), диаметры проводов (без изоляции) – 0,20-1,32 мм.
На обмоточные провода с эмалевой изоляцией, разработанные после 1987 г., в соответствии с ГОСТ 26615-85 введена новая, буквенно-цифровая система обозначений и все провода подразделяются на классы:
- по типу эмалевой изоляции: поливинилацеталевая (винифлекс - В, метальвин - М); полиуретановая - У; полиэфирная - Э; полиимидная - И; полиамидимидная - АИ; полиэфиримидная - ЭИ; полиэфирциануратимидная фреоностойкя - Ф;
- по форме сечения: круглые (без буквы), прямоугольные - П;
- потолщине изоляции: тип 1 - 1, тип 2 (без цифры);
- поконструктивному выполнению изоляции: однослойная - (без буквы), двухслойная - Д, трёхслойная - Т, четырёхслойная - Ч, с термопластическим покрытием, склеивающимся под воздействием температуры, - К;
- по температурному индексу (нагревостойкости) в градусах Цельсия (ºC) делятся на 8 классов: 105, 120, 130, 155, 180, 200, 220, свыше 220;
- по материалу проволоки: медная - (без буквы), медная безжелезистая - БЖ, медная никелированная - МН, алюминиевая мягкая - А, алюминиевая твёрдая – АТ.
Деление обмоточных проводов по температурному индексу означает, что данные провода должны надежно работать при указанной температуре не менее 20 тысяч часов. При увеличении рабочей температуры сверх установленной на 10°С приводит к сокращению их срока службы в два раза.
Пример нового обозначения обмоточного провода согласно ГОСТ 26615-85: провод ПЭАИ1-200 0,500 – провод эмалированный (ПЭ); с полиамидимидной изоляцией (АИ); из медной проволоки (без обозначения); круглого сечения (без обозначения); с толщиной изоляции по типу 1 (1) (по типу 2 цифра опускается); с температурным индексом 200°C (200) и номинальным диаметром проволоки 0,5 мм (0,500).
Марка провода выбирается по максимальной рабочей температуре обмотки согласно классу нагревостойкости с учетом условий эксплуатации, назначения, срока службы ТП и ограничений, предусмотренных в ТЗ. Так, для бытовой РЭА при оптимизации по стоимости следует выбирать наиболее дешевые марки проводов с одинарной изоляцией (ПЭВ-1, ПЭМ-1, Тип1 и др.) с минимальным запасом по сроку службы ТП. Для бортовой, судовой и другой спецаппаратуры, работающей в жестких условиях эксплуатации, необходимо выбирать наиболее надежные провода с двойной изоляцией (ПЭВ-2, ПЭМ-2, ПЭВТЛ-2, Тип2 и др.) и с некоторым запасом по температурному режиму.
В приложении Б приведены номинальные значения диаметров медной проволоки (диаметр провода без изоляции), площади сечения проволоки и диаметры проводов в изоляции для эмалевых проводов, разработанных до 1987 г., и для проводов по ГОСТ 26615-85. Более подробные справочные данные и сведения о свойствах обмоточных проводов, а также рекомендации по их выбору можно найти в справочниках [7-9] и в соответствующей технической литературе по проектированию разрабатываемых устройств [2-4].