книги / Технология производства проводов

В результате одинакового сцепления отдельных проводников с магнитным потоком рассеяния трансформатора уравнительные токи в проводе теоретически равны нулю, а добавочные потери в обмотке не возникают.

Основными узлами машины, изготавливающей такие провода, являются клеть, скручивающий механизм, транспонирующее устройство, бумагообмотчики, гусеничное тяговое устройство и приемное устройство.

Эмальпровода с катушек, установленных в клети, поступают в распределительный механизм клети, обеспечивающий горизонтальное и параллельное расположение проводов в прямоугольных отверстиях розетки перед входом в транспонирующую головку. Формирующие элементы головки поджимают проволоку в определенном направлении и обеспечивают транспозицию элементарных проводников в рамках прямоугольного контура. За полный шаг транспонирования принимается расстояние, на протяжении которого каждая из отдельных проволок, перемещается по всему периметру провода и возвращается в свое первоначальное положение, поочередно занимая одну и ту же позицию в проводе. После транспонирующей головки провод проходит через бумагообмотчики и гусеничную тягу на приемный барабан. На приемном устройстве устанавливается контрольный прибор, проверяющий наличие изоляции между отдельными эмальпроводами. Крутильная клеть рассчитана на 36 катушек с диаметром щеки 500 мм. Линейная скорость движения провода до 2,4 м/мин. Клеть снабжена механизмом для открутки скручиваемых проводов. Машина имеет тангенциальный обмотчик из восьми роликов бумажной ленты. Диаметр щеки приемного барабана 1700–2450 мм.

За рубежом машины подобного типа производит английская фирма Carter и французская фирма Alstom.

Транспонированные провода выпускаются марок ПТБ и ПТБУ. Для общей изоляции провода марки ПТБУ используется высоковольтная кабельная уплотненная бумага, а провода

141

марки ПТБ – обычная кабельная. Число элементарных проводников в проводе 7–35. Максимальный размер элементарного проводника по большей стороне – 8,60 мм, по меньшей – 3,53 мм. Длина шага транспозициинаходится в пределах1300–2100 мм.

4.4. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА СО СПЕКАЕМОЙ ПЛЕНОЧНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Обмоточные провода повышенной нагревостойкости с температурой эксплуатации 200–250 °С выполняются с изоляцией на основеполитетрафторэтилена (Ф-4), полиамидимидаи полиимида.

В основном изоляция выполняется из лент Ф-4 и полиимида (ПМ). В изделиях, эксплуатирующихся в средах с повышенной влажностью или в жидких средах (вода, нефть, минеральное масло и т.п.), необходима монолитная изоляция, имеющая низкую водопроницаемость.

Монолитная изоляция обмоточных проводов может быть получена путем обмотки жилы синтетическими лентами с последующей тепловой обработкой. При этом используется свойство неориентированных или каландрированных (давленых) фторопластовых и полиимидно-фторопластовых пленок свариваться при нагреве до температуры около 400 °С. Эти провода используются для намотки погружных электродвигателей насосов добычи нефти на провод. Пленка обычно накладывается с перекрытием. Обмоточное оборудование должно обеспечивать постоянство натяжения лент, отсутствие сильных вибраций и биений.

Тепловая обработка пленочной изоляции производится путем ее нагрева в печах сопротивления или токами высокой частоты. Для этой цели используются агрегаты высокочастотной запечки изоляции.

При спекании пленок из неориентированного фторопла- ста-4 как материала, уже ранее подвергшегося спеканию, необходим очень плотный контакт между слоями пленки. При изго-

142

товлении обмоточных проводов для погружных электродвигателей такой контакт достигается за счет применения в наружном повиве полностью ориентированной пленки, которая при нагреве до 327 °С дает значительную усадку и сдавливает внутренние слои основной изоляции, состоящей из неориентированных пленок. Нужно учесть, что при температуре выше 360–370 °С ориентированная фторопластовая пленка растрескивается. Высокочастотный нагрев со стороны жилы имеет безусловные преимущества перед другими способами, при которых нагрев изоляции производится не со стороны жилы, а со стороны наружной поверхности. При нагреве со стороны жилы все слои пленки имеют температуру, достаточную для хорошего спекания изоляции (360–370 °С), а при нагреве снаружи такая температура может быть достигнута лишь в случае использования очень тонкой изоляции (рис. 4.8). При нагреве снаружи температура внутренних слоев пленки составит 320–330 °С.

Рис. 4.8. Распределение температуры в изоляции провода

венная ЛТП предназначена для наложения на прямоугольную медную проволоку сечением 5–60 мм2 полиимидно-фторо- пластовых или фторопластовых лент с последующим спеканием (рис. 4.9). Линия рассчитана на рабочий диапазон линейных скоростей от 1,4 до 14 м/мин.

143

которых установлено по 6 трубчатых нагревателей. Сушка провода после охлаждения осуществляется воздухом под давлением.

Нагревостойкие обмоточные провода для погруженных электродвигателей выпускаются марок ППФИ с изоляцией из ленточного фторопласта-4 и полиимидно-фторопластовой пленки; ППИ, ППИ-У – с изоляцией из полиимидно-фторопластовой пленки; ПЭИ–200 – с изоляцией из полиамид-имидного лака и полиимидно-фторопластовой пленки.

Прямоугольные провода марок ППИП и ППИПК имеют ТИ = 200 °С, применяются они для изготовления обмоток электродвигателей прокатных станов, электровозов, мотор-колес.

4.5.ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА

СПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Обмоточные провода, используемые в погружных электродвигателях, эксплуатируются в среде различных жидкостей: воды, эмульсии, нефти и т.д. Изоляция таких проводов должна быть герметичной, исключать попадание воды на проводник. Этим требованиям удовлетворяют только пластмассы, в первую очередь полиэтилен, поливинилхлоридный (ПВХ) пластикат и блок-сополимер пропилена с этиленом. Изолирование токопроводящей жилы или проволоки производится на червячных прессах (экструдерах) путем выдавливания через специальный инструмент расплава полимерных материалов.

Принцип действия экструдера заключается в следующем. Полимерный материал в виде гранул загружается в бункер, затем он поступает в цилиндр экструдера, в котором размещен червяк (шнек). Червяк – основная рабочая часть пресса, имеет по длине винтовую нарезку различной глубины. Различаются три зоны нарезки: загрузочная, сжатия и дозирующая. Вращаясь, червяк захватывает нагревающийся полимерный материал, который постепенно превращается в однородную массу. Глуби-

145

на нарезки червяка плавно сокращается, и величина сечения канала между цилиндром и червяком уменьшается. Отношение межвиткового объема витка червяка на выходе и объема на входе называется компрессией или степенью сжатия. Компрессия современных экструдеров находится в пределах 0,2–0,7.

Для качественной переработки полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) температура первой зоны t°Iз должна составлять

100–120 °С; t°IIз = 150–180 °С; t°IIIз = 180–240 °С. При перера-

ботке полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) температура должна быть повышена на 40–60°. В головке экструдера размещается инструмент, через который и выдавливается вокруг проводника полимерный материал. Основной рабочий инструмент головки – это дорн и матрица (рис. 4.10). Температура расплава в головке выше, чем в дозирующей зоне. При переработке ПЭНП она составляет 200–270 °С. Температура в матрице еще выше: для полиэтилена она доходит до 300 °С. Экструдеры, применяемые в международной практике, классифицируются по диаметрам червяка: 32, 45, 63, 90, 125, 160, 200 и 250 мм. Для производства обмоточных проводов используются экструдеры с диаметром червяка 90 и 125 мм.

Матрица

Дорн

Рис. 4.10. Инструмент, применяемый для наложения пластмассовой изоляции

146

Производительность экструдера определяется его длиной L, а длина экструдера характеризуется отношением длины червяка к его диаметру D, то есть L:D. В современных экструдерах это отношение равно 20–25.

Рассмотрим принцип работы агрегата марки МЕ 1.90.25. Его общая длина около 36 м. Предназначен агрегат для изолирования проводов диаметром от 1,0 до 6,0 мм полиэтиленом или ПВХ пластикатом. Максимальная линейная скорость изолирования 500 м/мин. Отношение L:D = 25. Головка расположена под углом 90° к цилиндру. Зазор между дорном и матрицей устанавливается вручную. В агрегате имеется охлаждающая ванна, в которой изоляция провода должна охладиться до температуры 60–70 °C, чтобы не произошло смятия изоляции или перемещения жилы в процессе ее намотки на барабан.

Изоляция из ПВХ пластиката охлаждается холодной водой. Полиэтиленовая изоляция охлаждается ступенчато, что препятствует образованию воздушных включений во внутренних ее слоях. Охлаждающая ванна разделена на две зоны. Максимальная температура зоны I – 90 °С, зоны II – 60 °С. Окончательно полиэтиленовая изоляция охлаждается холодной водой.

Для водонаполненных электродвигателей, используемых в водоснабжении, выпускаются обмоточные провода марок ПЭВВП и ПВДП, рассчитанные на напряжение 660 В и рабочую температуру до 80 °С.

Провод марки ПЭВВП представляет собой однопроволочную медную жилу диаметром 0,63–1,8 мм, эмалированную лаком винифлекс или полиэфирным лаком, поверх которого расположен слой полиэтилена высокой плотности толщиной 0,4–0,5 мм. Провода марки ПВДП имеют одно-, семи, или девятнадцатипроволочную токопроводящую жилу диаметром от 1,4 до 6,25 мм. Для обеспечения необходимой гибкости их изоляция выполнена двухслойной: внутренний слой из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) толщиной 0,25–0,4 мм и наружный слой из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) 0,2–0,35 мм.

147

В новой серии погружных электродвигателей используются провода марок ПЭП-В–100 на напряжение 660 В и температуру 100 °С. Провода марок ПЭПТ-В–100 и ПЭП-В–100 имеют однопроволочную жилу диаметром 0,63–2,5 мм, эмалированную лаком винифлекс, поверх которого нанесен сополимер пропилена с этиленом толщиной 0,3–0,55 мм.

Провода марок ППТ-В–100; ПП-В–100 имеют одно-, семи- и девятнадцатипроволочную жилу диаметром 2–6,15 мм, двухслойную изоляцию: ПЭВП внутри и слой сополимера пропилена с этиленом снаружи.

4.6. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА СО СПЛОШНОЙ СТЕКЛЯННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Обмоточные провода со сплошной стеклянной изоляцией предназначены для намотки катушек различных электроизмерительных приборов и аппаратов, катушек сопротивлений и т.д.

Эти провода изготавливаются путем одновременного вытягивания из расплава проводникового материала и стеклянной изоляции. В индуктор высокочастотной установки помещается стеклянная трубка, внутри которой находится проводниковый металл (медь, манганин и т.п.). При включении генератора

вэлектромагнитное поле металл нагревается и расплавляется,

врезультате чего стеклянная трубка размягчается. При прикосновении к опаянному концу трубки стеклянным штабиком можно вытянуть стеклянную нить, внутри которой находится проводник диаметром 3–7 мкм. Затем провод со сплошной стеклянной изоляцией охлаждается струей воды, направляется на приемное устройство. Расход стекла возмещается путем непрерывной подачи стеклянной трубки в зону индуктора. Расход металла компенсируется периодически (капельный способ) или непрерывно. Изготовление обмоточных проводов из сплавов сопротивления осуществляется капельным способом, а медных

148

проводов со сплошной стеклянной изоляцией – непрерывным. На толщину и диаметр медной жилы влияет скорость подачи стеклянной трубки в зону микрованны. Минимальная температура процесса определяется вязкостью стекла и литейными характеристиками металла. Максимальная температура ограничивается только вязкостью стекла.

В основном используются установки типа АЛМ-5, позволяющие осуществлять процесс литья как капельным, так и непрерывным способом. Эти двухходовые установки, имеющие линейную скорость от 16 до 800 м/мин, снабжены устройством контроля целостности жилы.

Медные провода выпускаются диаметром 5–200 мкм, толщина изоляции в зависимости от диаметра проводника лежит

впределах 6–27 мкм.

4.7.ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА

СГИБКОЙ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Основным методом получения тонкого слоя неорганической изоляции является эмалирование проволоки из водных суспензий. Стекловидное покрытие наносится на проволоку, подвергается термообработке, в результате которой оно частично или полностью расплавляется или спекается. Для эксплуатации при высоких температурах (вплоть до 500–700 °С) могут быть использованы многие керамические материалы, стекла

истеклоэмали. Однако эти материалы обладают хрупкостью

ипри изгибах проводника разрушаются. Поэтому для повышения адгезии и эластичности изоляции необходимо не только подбирать специальный состав керамической или стеклоэмалевой изоляции, но и готовить поверхность проволоки к нанесению покрытия: тщательно ее очищать, а иногда окислять. Для повышения механической прочности изоляции используются дополнительные покрытия неорганической изоляции полиорга-

149

носиликатными материалами, накладываемыми из суспензионных растворов.

Технология изготовления обмоточных проводов особо высокой нагревостойкости с гибкой керамической или стеклоэмалевой изоляцией предусматривает 3 операции:

1)подготовку поверхности биили триметаллического проводникак нанесению покрытия;

2)нанесение на проводник покрытия и его термообработку с целью спекания или оплавления;

3)нанесение на покрытие защитного слоя из полиорганосиликатного материала.

Очистка поверхности проволоки от загрязнений может производиться механическим способом (протирами), способом электрохимического обезжиривания или обработкой в соответствующих растворителях.

Для ряда проводников, например биметаллического медь– никель, рекомендуется поверхностное окисление с образованием тонкой оксидной пленки, имеющей повышенную адгезию

кметаллу и покрытию.

Следующая операция – наложение стеклоэмалевого или керамического покрытия и его спекание или оплавление при температуре 700–1100 °C. При максимальных температурах обработки изоляции (1000–1100 °С) предел прочности проводникового материала при растяжении очень мал, поэтому необходимо обеспечить малое натяжение проволоки в печи, полное отсутствие проскальзывания, исключить ударные нагрузки на провод.

Напряжение в никелевой оболочке примерно в 1,5 раза больше, чем в медном сердечнике, а так как разрушающее напряжение при растяжении у никеля при 1000 °С в 3 раза выше, чем у меди, то при этих условиях наиболее механически слабым местом в биметаллическом проводнике являетсямедный сердечник.

Суспензия минеральной изоляции в воде накладывается на проволоку либо методом окунания, либо методом электрофореза.

На установке (рис. 4.11) накладывается изоляция на проволоку диаметром 0,2–0,8 мм.

150