Выбор обмоточного провода и изоляционных материалов

Дата: 2015-04-13 23:27
 

Для обмоток сварочного трансформатора нужен провод довольно большого сечения. Развивая в режиме сварки значительный ток, трансформатор постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения провода его обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой здесь является плотность тока: чем выше значение плотности тока в проводах, тем интенсивнее будет происходить разогрев трансформатора. Наиболее распространенным материалом для провода является медь, хотя обмоточный провод может быть и алюминиевым. Обмотки из меди получаются компактнее, так как этот металл позволяет использовать в 1,6 раза большую плотность тока, нежели алюминий. Зато алюминиевый провод дешевле, и обмотки из него получаются легче.

В промышленных трансформаторах плотность тока не превышает значения 5 А/мм2 для медного провода. Но для самодельных трансформаторов удовлетворительным результатом можно считать для меди даже 10 А/мм2. Так, при токе сварки 130—160 А электродом диаметром 4 мм мощность вторичной обмотки составит Р2 = Iсв • Uсв = 160 • 24 = ~4 кВт; мощность первичной обмотки с учетом потерь составит 5—5,5 кВт, а следовательно, максимальный ток первичной обмотки может достигать 25 А.

С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. В случае работы в предельных режимах уже после использования подряд 2—3 электродов трансформатор нагреется до температуры 60 °С или даже выше, придется прекратить работу и ждать, пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет зависеть от того, как организовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек.

Сечение провода должно быть не менее 5—6 мм2. Оптимальным считается провод сечением 6—7 мм2. Это либо прямоугольная шина, либо медный обмоточный провод диаметром (без изоляции) 2,6—3 мм. (Расчет по известной формуле S = πR2, где S - площадь круга, мм; π = 3,1428; R — радиус круга, мм.)

При недостаточном сечении возможна намотка в два провода. При использовании алюминиевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6—1,7 раза.

!!! Типовая первичная обмотка любительских СТ содержит 240 витков с отводами от 165, 190 и 215 витков, т. е. через каждые 25 витков. Большее количество отводов сетевой обмотки, как показывает практика, нецелесообразно. Поскольку за счет уменьшения числа витков первичной обмотки увеличивается как мощность СТ, так и напряжение холостого хода (11хх), это приводит к повышению напряжения горения дуги и ухудшению качества сварки. Следовательно, только изменением числа витков первичной обмотки добиться перекрытия диапазона сварочных токов без ухудшения качества сварки нельзя. Для этого необходимо предусмотреть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки.

Помимо сечения и металла, из которого изготовлен провод, важной характеристикой является способ его изоляции. Провод может быть просто покрыт лаком, умотан в один или два слоя нитки или ткани, которые, в свою очередь, могут быть пропитаны или нет лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества. Наилучшим вариантом является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком. Наименее желательным, но самым доступным материалом являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ в простой лаковой изоляции. Зато такой провод наиболее распространен: его можно снять с катушек дросселей и трансформаторов отслужившего свой век оборудования. Осторожно снимая старые провода с катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Хуже, когда катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком или закрашены. При попытке рассоединения слоев затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях при отсутствии других материалов обмотки наматывают даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Главные недостатки таких обмоток — лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.

Качеству укладки первичной обмотки СТ всегда следует уделять наибольшее внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, и больше греется обычно именно она. «Первинка» находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, например через попавшую влагу, вся обмотка быстро «сгорает». Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.

Таким образом, лучшим выбором для первичных (сетевых) обмоток является специальный медный обмоточный провод в хлопчатобумажной (стеклотканевой) изоляции. Удовлетворительной теплостойкостью обладают также провода в резиновой или резинотканевой изоляции. Непригодны для работы при повышенной температуре (а это уже закладывается в конструкцию любительского СТ) провода в полихлорвиниловой (ПХВ) изоляции из-за возможного ее расплавления, вытекания из обмоток и короткого замыкания. Поэтому необходимо либо снять полихлорвиниловую изоляцию с проводов и обмотать провода по всей длине хлопчатобумажной изоляционной лентой, либо не снимать, а обмотать провод поверх изоляции.

!!! Возможен и третий проверенный на практике способ намотки. В случае любых сомнений в качестве изоляции намотку можно проводить как бы в два провода с использованием хлопчатобумажного шнура (отличные результаты дает хлопчатобумажная нить для рыболовства). После намотки одного слоя обмотку с нитью фиксируют клеем, лаком и т. д. и следующий ряд наматывают только после высыхания намотанного слоя.

Вторичную обмотку мотают единым или многожильным проводом, сечение которого обеспечивает необходимую плотность тока. Существует несколько способов решения этой проблемы.

Первый способ предполагает использование монолитного провода прямоугольного сечения 10—24 мм2 из меди или алюминия, обычно называемого шиной. Им удобно мотать катушки на отдельном каркасе, куда после завершения укладки обмотки набивается пакет трансформаторной стали. Однако во многих самодельных конструкциях с неразборным магнитопроводом провод обмоток приходится много раз протягивать через узкие окна. Разумеется, проделать это примерно 60 раз с твердым и толстым медным проводом весьма непросто. В этом случае лучше отдать предпочтение алюминиевым проводам — они намного мягче, да и стоят дешевле. Если выбран прямоугольный алюминиевый провод в бумажной изоляции, то следует ее удалить и намотать новую с помощью эскапоновой, стеклослюдяной или, в крайнем случае, тафтяной или киперной ленты. В двух последних случаях ленты необходимо пропитать лаком или краской. Не исключается и возможность намотки проводом с неудаленной бумажной изоляцией, но каждый слой этой катушки необходимо тщательно покрасить нитроэмалевой краской или лаком воздушной сушки.

Второй способ — намотать вторичную обмотку многожильным проводом подходящего сечения в обычной хлорвиниловой изоляции. Он мягкий, легко укладывается, надежно изолирован. Правда, слой синтетики занимает лишний объем в окнах и препятствует охлаждению. Иногда для этих целей используют старые многожильные провода в толстой резиновой изоляции, которые используются в мощных трехфазных кабелях. Резину легко удалить, а вместо нее обмотать провод слоем какого-нибудь тонкого изоляционного материала. Третьим способом можно изготовить вторичную обмотку из нескольких одножильных проводов, в том числе таких, которыми моталась первичная обмотка. Для этого 2—5 проводов диаметром 1,6—3 мм аккуратно стягивают вместе, например, скотчем и используют как один многожильный. Такая шина из нескольких проводов занимает небольшой объем и обладает достаточной гибкостью, что облегчает ее укладку.

В крайнем случае вторичную обмотку можно изготовить и из тонких, наиболее распространенных проводов ПЭВ, ПЭЛ диаметром 0,8—1,2 мм, хотя для этого и придется потратить час-другой. Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавливают два колышка или крючка с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки (20—30 м). Между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода — получается один вытянутый пучок. Один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон дрели или шуруповерта. На небольших оборотах весь пучок в слегка натянутом состоянии за несколько приемов закручивается в единый жгут. В процессе закручивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держа за один конец, чтобы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода.

Следует учитывать, что после скручивания его длина немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно будет аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом их залудить и надежно спаять все вместе. После этого провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине слоем скотча или любого другого подходящего изоляционного материала.

Каким бы проводом ни была выполнена сварочная обмотка и сколько бы она ни содержала отводов, все ее выводы следует завести через медные наконечники под клеммные болты диаметром 8—10 мм (рис. 42). Медные наконечники изготавливают из медных трубок подходящего диаметра длиной 25—30 мм и крепят на проводах опрессовкой и, желательно, пропайкой.

Крепление выводов сварочной обмотки

Рис. 42. Крепление выводов сварочной обмотки:
1 — корпус СТ; 2 — шайбы; 3 — клеммный болт; 4 — гайка; 5 — медный наконечник с проводом

!!! Типовая вторичная обмотка содержит 65—70 витков медной изолированной шины сечением не менее 25 мм2 (лучше сечением 35 мм2). Вполне подойдет и гибкий многожильный провод (например, сварочный) и трехфазный силовой многожильный кабель. Главное: сечение силовой обмотки не должно быть меньше требуемого, а изоляция — теплостойкой и надежной. При недостаточном сечении провода возможна намотка в два и даже в три провода.

Особое внимание следует уделить выбору изоляции. Для укладки обмоток, крепления провода, межрядовой изоляции, изоляции и крепления магнитопровода нужен тонкий, крепкий и теплостойкий материал. При этом объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, очень ограничен, поэтому здесь дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т. е. быть как можно тоньше и эластичнее. Распространенную ПХВ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно расползается или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло- и лакотканевые, киперные ленты, а между рядами — обычный скотч. Хороший изоляционный материал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора. Скотч дешевый, обладает малой толщиной, эластичностью, достаточно теплоустойчив и крепок. Два-три слоя скотча между рядами провода практически не увеличивают объем катушек. Его использование вполне оправданно с учетом температуры и экономии средств. Особенно хорошо подходил для этих целей скотч отечественного производства прошлых лет — не очень прозрачный, грубый и крепкий. Правда, найти его сейчас сложно, и предпочтение следует отдавать по возможности более жесткому материалу, который не тянется и легко не рвется.