Алюминиевая обмотка сварочного трансформатора

Обновлено: 21.05.2024

В трансформаторах обмотки служат для преобразования электрической энергии. Изменяя напряжение и силу тока, они сохраняют передаваемую мощность. Вместе с обмотками в преобразовании энергии участвует набор из металлических пластин, который играет роль магнитопровода.

Трансформаторные обмотки изготавливаются из проводников, покрытых слоем изоляции, который также удерживает провода в определенном положении и создает канал охлаждения. Различные конструкции обмоток предусматривают нейтральные и линейные ответвления, а также отводы для регулировки. Во время работ, связанных с конструированием обмоток, рассчитываются такие параметры:

допустимое значение превышения температуры при номинальной мощности и рабочей нагрузке;
электрическая прочность при повышенном напряжении;
механическая прочность во время короткого замыкания.

Для изготовления обмоток преобразователей чаще всего используется медный провод. Это делается из-за того, что медь имеет малое электрическое сопротивление и высокую электропроводность. Благодаря своей гибкости и механической прочности, она хорошо обрабатывается и плохо поддается коррозии.

Однако медь – это достаточно ценный и дефицитный металл. Высокая стоимость меди связана с небольшими мировыми запасами ее руды. Из-за этого стоимость металла постоянно увеличивается, так что производители трансформаторов вынуждены искать ему замену. На сегодняшний день лучшей альтернативой меди является алюминий. Его запасы значительно превосходят медные, и в природе он встречается намного чаще.

Однако алюминий имеет меньшую электропроводность. Также он менее гибок и уступает меди в пределе прочности. Его редко применяют в обмотках мощных трансформаторов. Кроме того, достаточно сложно в техническом плане делать внутренние соединения обмоток при помощи сварки. Выполнение этой операции требует от работников, соединяющих обмотки, соответствующих знаний и умений, большого опыта и определенных навыков. В случае когда соединяются медные проводники, все обстоит гораздо проще.

Сравнительные характеристики металлов

УТВЕРЖДЕНИЕ	ПРАВДА	МИФ
Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями.	Х
Оконцевание выводов должным образом – более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов.	Х
Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками.	Х
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками.	Х
Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для «ударных» нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия.	Х
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками.	Х

Споры о том, какой металл лучше использовать для трансформаторных обмоток, не прекращаются на протяжении многих лет. Оппоненты, приводящие различные технические аргументы в пользу разных металлов, постоянно меняют свои взгляды. Большая часть из всех аргументов не столь существенна, а некоторые из, так называемых фактов, являются откровенной дезинформацией.

Чтобы правильно выбрать материал для обмотки преобразователя, следует произвести сравнительный анализ рабочих параметров алюминия и меди, и определить степень их различия. Внимание обращают на те параметры, которые вызывают наибольшее беспокойство, поскольку являются наиболее важными в работе преобразующего устройства.

Характерные различия между медью и алюминием

Параметр	Алюминий	Медь
Температурный коэффициент линейного расширения, х10 -6 /°С	21-23	16,4-16,6
Теплопроводность, Вт/м∙°С	218	406
Удельное сопротивление, Ом∙мм 2 /м	0,026-0,028	0,017-0,018
Предел прочности на разрыв, Н/мм 2 (мягкие марки)	79-108	197-276

Коэффициент расширения

Когда нагревается алюминий, он имеет расширение на 30% больше, чем медь. Если алюминиевые наконечники соединяются при помощи болта и гайки, под прижимную гайку нужно обязательно подкладывать пружинистую шайбу. В этом случае контактное соединение не будет ослабляться в то время, когда напряжение отключено, и наконечники остывают, уменьшая при этом свои размеры.

Вывод: Чтобы качество соединения алюминиевых кабелей не уступало качеству медных контактов, необходимо использовать должную арматуру.

Теплопроводность

Медь намного лучше проводит тепло, чем алюминий. Поэтому если разные металлы обмоток в трансформаторах имеют одинаковое сечение, то изделие из меди охлаждается гораздо лучше, чем из алюминия. Чтобы добиться одинаковой электропроводности, а значит одной и той же отдачи тепла, алюминиевый провод в преобразователе должен иметь сечение на 60% больше медного.

Проектировщики, разрабатывая пакет документов для производства трансформаторов, учитывают особенности материала, конструкцию, а также суммарную площадь охлаждающейся поверхности обмотки.

Вывод: Все трансформаторы, невзирая на то, из какого металла выполнены их обмотки, имеют очень сходные тепловые характеристики.

Электропроводность

Вследствие того, что алюминий имеет электрическую проводимость на 60% меньше чем медь, в обмотках из алюминия более высокие потери. Разработчики преобразователей с алюминиевыми обмотками в проектной документации закладывают сечения проводников, которые превышают значения для аналогичных изделий из меди. Это уравнивает потерю энергии в изделиях, имеющих в обмотках различные материалы.

Вместе с тем производители имеют определенные рамки, ограничивающие выбор сечения провода. Поэтому иногда получается, что медная обмотка в трансформаторе имеет более значительные потери, чем аналогичное изделие из алюминия. Это происходит из-за того, что производители по тем или иным причинам в качестве обмотки использовали медный провод, сечение которого не соответствует расчетной норме.

Что же касается сухих трансформаторов, то вне зависимости от металла обмотки у них потери в сердечнике, набранном из металлических пластин, остаются неизменны. Добиться более высокой эффективности работы преобразователя можно только путем изменения сечения обмоточного провода. Это и является основным критерием, который указывает на более высокую степень результативности того или иного устройства.

Вывод: Благодаря тому, что алюминиевый провод стоит намного дешевле, за те же деньги им можно намотать обмотку, имеющую большее сечение. Это приведет к значительному снижению энергетических потерь во время работы преобразователя. В некоторых случаях такие обмотки намного эффективней медных.

Предел прочности металлов

Алюминий для своего разрыва требует на 40% меньше усилий, чем медь. У производителей электротехнических изделий этот факт вызывает определенное беспокойство, поскольку большинство выпускаемых ими товаров часто подвергается циклическим нагрузкам. Это связано с большими пусковыми токами, которые возникают при запуске некоторых электрических силовых аппаратов. Мощные электромагнитные силы, возникающие при таких токах, вызывают усиленное движение молекул в проводниках, что приводит к смещению обмоток в изделиях.

Сравнительный анализ технических показателей различных проводников делается исходя из площади их поперечного сечения. На основании данных анализа одинаковая электропроводность в трансформаторах с разными обмотками обеспечивается следующим образом. В изделиях с алюминиевой обмоткой площадь сечения провода должна быть больше на 60%, чем в аналогичном устройстве, имеющем обмотку из меди. В этом случае технические показатели изделий, сделанных из различных материалов, будут примерно одинаковы.

Вывод: Трансформатор не может получить механическое повреждение из-за резкого изменения нагрузки, поскольку сечение обмотки подобрано таким образом, чтобы имелся необходимый запас прочности. Повреждения могут случиться только вследствие ненадежного крепления в местах соединения проводов.

Внешние подключения трансформаторов

В настоящее время использование меди в трансформаторных обмотках вызвано стремлением производить более качественные и надежные преобразующие устройства. Известно, что как алюминий, так и медь легко поддаются разрушающему воздействию окружающей среды. Из-за этого в металлах происходит коррозия, окисление и другие химические изменения.

Поверхность алюминиевого провода, покрытая окисью, становится изолятором и не пропускает электрический ток. Из-за этого своевременная очистка алюминиевых контактов имеет большое значение и должна производиться регулярно, в строгом соответствии с графиком проведения профилактических работ.

Окисленная же медь утрачивает свою электропроводность значительно меньше, поскольку появляющиеся на ней сульфиды и оксиды, конечно, не в той мере в какой бы хотелось, но все же имеют некоторую электропроводность. Все это хорошо знает персонал, который обслуживает трансформаторные подстанции. Поэтому специально обученная бригада электриков регулярно производит плановую проверку болтовых соединений рабочего оборудования.

Кроме того, существует проблема подключения алюминиевых обмоток преобразователя к медным проводам внешней электрической сети. Напрямую соединять алюминиевые и медные наконечники болтами нельзя. Дело в том, что металлы имеют различную электропроводность, из-за чего места соединений постоянно перегреваются, и соединенные поверхности разрушаются. Разработанные специально для этого сварочные технологии оказались малоэффективными, поэтому для сваривания кабелей из разного металла их не применяют.

Для соединения медных и алюминиевых кабелей сейчас используют луженые наконечники, покрытые тонким слоем олова либо серебра. При соединении алюминиевых обмоток трансформаторов с медными сетевыми кабелями наконечники покрывают оловом. Серебро используется в электронике, где требуется более высокое качество соединения деталей. Практика таких соединений общепринята. Надежность соединений подтверждается большими сроками бесперебойной работы оборудования.

Различные провода также часто соединяют при помощи специальных металлических клемм. Такая клемма сделана в виде прямоугольной рамки, в которую вставляются два соединяемых проводника. На одной плоскости клеммы имеются отверстия с резьбой. После того как проводники вставлены в рамку, они фиксируются винтами, которые закручиваются в резьбу.

Внутреннее соединение трансформаторных обмоток

Соединение медных обмоток преобразователей осуществляется методом спаивания. Тугоплавкий припой, используемый при этом, несколько снижает электропроводность спаянного участка. На этом участке все время выделяется окись меди, из-за которой отслаивается наружный слой, что ведет к повреждению всего проводника. Это является существенным недостатком такого метода соединения.

В алюминиевых же соединениях используется метод сваривания проводов при помощи инертного газа. В них окись алюминия образует стойкое защитное покрытие, которое предохраняет контакт от негативного воздействия окружающей среды. Кроме того, в этом методе соединения проводников большим преимуществом является то, что во время работы устройства на сваренных участках отсутствует потеря электропроводности.

Время эксплуатации трансформаторов в определенной мере связано с теми условиями, в которых они работают. Сюда относятся негативные воздействия окружающей среды, экстремальные нагрузки и другие неблагоприятные условия. Однако люди, пользующиеся электроэнергией не должны беспокоиться по этому поводу. Как показала практика преобразователи, имеющие различные обмотки, способны работать многие годы без особых проблем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Трансформатор с той или иной обмоткой в основном выбирается исходя из личных предпочтений. Более высокая стоимость изделия, имеющего медную обмотку, требует технического обоснования тех дополнительных материальных затрат, которые возникнут во время его приобретения. Сегодня все отзывы, основанные на опыте практического использования оборудования, не указывают на какие-либо явные преимущества в работе тех или иных устройств.

Единственным превосходством медной обмотки можно считать то, что катушка, намотанная медным проводом, имеет значительно меньшие габариты. Это позволяет делать трансформаторы с такой обмоткой более компактными, что позволяет несколько сэкономить то пространство, в котором они находятся.

Однако подавляющее большинство закрытых преобразователей выпускается в стандартных корпусах, имеющих одни размеры, которые подходят и для медных и для алюминиевых катушек. Так что здесь преимущество меди не имеет никакого значения. Поэтому спрос на трансформаторы с алюминиевой обмоткой сейчас намного выше.

Стоимость металлов постоянно увеличивается, а поскольку цена меди в несколько раз превышает цену алюминия, то и стоимость изделия с медной обмоткой намного дороже. Из-за этого многие покупатели предпочитают не переплачивать за медь, а покупать изделия с алюминиевыми обмотками. В дальнейшем они стараются следить за надежностью электрических соединений, и уделять должное внимание профилактическому обслуживанию оборудования.

Выбор материала обмоток трансформатора - медь или алюминий

Алюминий против меди в трансформаторах

Алюминий является основным материалом выбора для обмотки низкого напряжения, сухих трансформаторов мощностью более 15 киловольт-ампер (кВА). В некоторых других странах мира, медь является преобладающим намоточным материалом. Основной причиной выбора алюминиевых обмоток является их низкая начальная стоимость. Стоимость меди исторически оказалась гораздо более изменчивой, чем стоимость алюминия, так что цена покупки медного проводника в целом является более дорогим выбором. Кроме того, поскольку алюминий имеет большую пластичность и легче поддается сварке, то является более дешевым материалом при производстве. Тем не менее, надежные соединения алюминия требуют больше знаний и опыта со стороны сборщиков силовых трансформаторов, чем это требуется для медных соединений.

Технические аргументы в электротехнической промышленности о преимуществах и недостатках алюминия по сравнению с медью меняются туда и обратно в течение многих лет. Большинство из этих аргументов несущественны, а некоторые могут быть классифицированы просто как дезинформация. Повод этой статьи - обсуждение некоторой общей озабоченности по поводу выбора между этими двумя материалами для обмоток трансформаторов.

Таблица 1: Распространенные причины выбора материала обмоток для низковольтных сухих силовых трансформаторов

ИСТИНА	ЛОЖЬ
Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями.	*
Оконцевание выводов должным образом - более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов.	*
Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками.	*
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками.	*
Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для "ударных" нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия.	*
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками.	*
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками больше греются, потому, что медь обладает лучшей теплопроводностью, чем алюминий.	*

Различия между медью и алюминием

Основные беспокойства по поводу выбора материала обмотки отражают пять характерных различий между медью и алюминием:

Таблица 2: Пять характерных различий между медью и алюминием

Возможность соединения

Оксиды, хлориды, сульфиды или недрагоценные металлы, более проводящие на меди, чем алюминии. Этот факт делает очистку и защиту соединителей для алюминия более важной. Некоторые считают соединения меди с алюминием несовместимыми. Также под вопросом сопряжение соединений между алюминием трансформаторов и медным проводом присоединения.

При изменении температуры алюминий расширяется почти на треть больше, чем медь. Это расширение, наряду с пластичным характером алюминия, вызывает некоторые проблемы для ненадлежаще установленных болтовых соединений. Чтобы избежать ослабления соединения, необходимо его подпружинивание. Используя либо чашевидные или прижимные шайбы можно обеспечить необходимую эластичность при сочленении, без сжатия алюминия. При использовании надлежащей арматуры алюминиевые соединения, могут быть равными по качеству медным.

Некоторые утверждают, что поскольку, теплопроводность меди выше, чем алюминия то это оказывает влияние на снижение хот-спот температуры обмотки трансформатора. Это верно только тогда, когда проводники обмоток из меди и алюминия одинакового размера, геометрии и дизайна. Следовательно, для любого силового трансформатора заданного размера, тепловые характеристики теплопроводности алюминия могут быть очень близки меди. Для алюминиевых обмоток для достижения той же самой электропроводности как у меди, она должна быть примерно на 66% больше по площади поперечного сечения.. Производители трансформаторов проектируют и проверяют их с учетом хот-спот особенностей их конструкции и использую площадь поверхности охлаждения, геометрию обмоток, воздуховоды, и форму проводников для получения приемлемых хот-спот градиентов, независимо от материала намотки.

Электрическая проводимость

Часто аргументы указывают на неполноценность проводимости алюминия, мотивируя это тем, что алюминий имеет только 61% от проводимости меди, что приводит к более высоким потерям в алюминиевых обмотках трансформаторов. Проектировщики всегда обеспокоены температурой обмоток. Чтобы удержать температуру в данном классе изоляции, трансформаторы с алюминиевыми обмотками разрабатывают с проводниками большей площади поперечного сечения чем медь. В среднем, это приводит к потерям энергии для алюминия одинаковым с медью. Таким образом, силовые трансформаторы аналогичной конструкции с тем же самым нагревом имеют примерно эквивалентные потери независимо от материала проводника.

Производители трансформаторов ограничивают выбор доступных размеров проводников. Из-за этого некоторые проекты в алюминии могут получить более низкие потери чем в меди просто, потому что ограничен выбор размера провода. В других проектах медь более эффективна. Немногие, если таковые вообще имеются, производители трансформаторов сухого типа для низкого напряжения изменяют основные размеры сердечника при переходе от алюминия к меди, так что потери в сердечнике остаются примерно одинаковыми, независимо от обмоточного материала. Если одинаковой эффективности можно добиться путем изменения размеров намоточного провода и основные потери остаются теми же, нет никаких практических оснований ожидать, что один дизайн трансформатора, более эффективен, чем другие. Разница в стоимости между медью и алюминием часто позволяет обеспечить алюминиевые проводники большего сечения, что приводит к снижению потерь холостого хода при меньших затратах, чем если бы были использованы медные проводники.

Предел прочности на разрыв

Более низкая прочность на растяжение и предел текучести алюминия вызывала некоторое беспокойство по поводу его использования при циклических нагрузках. Нагрузки с большими токовыми бросками, которые создают приводы постоянного тока и некоторые другие потребители, приводят к появлению электромагнитных сил, которые могут вызвать движение проводников и смещение обмотки. Как показано в таблице 2, алюминий имеет только 38% от предела прочности меди. Тем не менее, в таблице сравнение основано на равных площадях поперечного сечения. Как отмечалось ранее, чтобы обеспечить равный рейтинг трансформаторам с алюминиевыми обмотками необходимо иметь обмотки площадью поперечного сечения на 66% больше, чем трансформаторам с медными обмотками. Использование больших размеров проводников приводит к показателям алюминиевой обмотки почти равным медной. Способность трансформатора противостоять долговременным механическим воздействиям бросков нагрузки больше зависит от соответствующего баланса обмотки и крепления соединительных проводов чем от выбора проводника. Не обнаружено существенной разницы между медными или алюминиевыми обмотками трансформаторов низкого напряжения в механических повреждениях при испытаниях.

Подключение

Подключение на сегодняшний день является самой распространенной причиной "ущербности" в отношении использования алюминиевых обмоток трансформаторов. И медь и алюминий склонны к окислению или другим химическим изменениям под воздействием атмосферы. Проблема в том, окись алюминия является очень хорошим изолятором, в то время как оксид меди, хотя и не считается хорошим проводником, но не так проблематичен в болтовых соединениях. Зачистка контактов вместе с качественным соединением позволяют предотвратить окисление. Эти рекомендации относятся к любому проводящему материалу, просто более существенны для алюминия. Большинство электриков хорошо обучены этим процедурам, и техника выполнения болтовых соединений проводников из алюминия четко установлена и ее надежность доказана практикой.

В общем, болтовые соединения из алюминия без покрытия с медью не рекомендуются. Хотя есть несколько надежных сварочных и взрывных технологий для соединения этих двух металлов, но они, в настоящее время, почти не используются в производстве силовых трансформаторов. Большинство болтовых соединений алюминия с медью выполнены с применением серебра или лужения. В большинстве кабельных соединений к трансформаторам с алюминиевыми обмотками используются алюминиевые наконечники с покрытием олова. Эти наконечники специально предназначены (Al / Cu) для соединения медного провода с любым металлом. Эта практика является общепринятой и показала свою надежность на протяжении более 30 лет эксплуатации трансформаторов с алюминиевыми обмотками.

ТЕОРИЯ ПРОТИВ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Большинство аргументов в пользу меди было основано на теориях, которые, практически, не представляют из себя что-либо существенное. Несколько теорий, также существуют, которые способствуют использованию алюминия.

Один из аргументов фокусируется на различных методах выполнения медных и алюминиевых соединений. Внутренние соединения обмоток трансформатора, выполненные медью, как правило, паяные, тогда как же соединения алюминия свариваются с использованием инертного газа. Технически, метод пайки тугоплавким припоем делает медное соединение менее проводимым чем медь. Сварка алюминия в инертном газе дает сплошной алюминий, соединенный без потери проводимости. Кроме того, некоторые утверждают, что в течение долгого времени медная окись продолжает формироваться, отслаивая наружную медь и в конечном счете повреждая весь проводник. С другой стороны, алюминиевая окись формирует стойкое, защитное покрытие на открытых металлических поверхностях, препятствуя окислению уже через несколько миллионных долей сантиметра. Да, возможны определенные проблемы при эксплуатации трансформатора в коррозионных атмосферных или экстремальных нагрузочных условиях. Однако, среднестатистический потребитель не должен быть слишком обеспокоен этими теоретическими соображениями, потому что и у медных и у алюминиевых трансформаторов есть отличный послужной список долгих лет практического применения.

Единственная уважительная причина, чтобы предпочесть медь алюминию - ограниченность пространства. Неопровержимый факт - намотанный медью трансформатор может быть меньшего размера чем намотанный алюминием. Главным образом, трансформаторы, с открытым ярмом и обмотками, покупают крупные сборщики, для того чтобы поместить в их собственные устройства, в интересах экономии пространства. Большинство закрытых трансформаторов общего назначения продаются в корпусах одинаковых размеров как для алюминия так и для меди, так что даже это небольшое преимущество меди не реализуется.

Выбор между обмотками трансформатора из алюминия или меди сводится к личным предпочтениям. Высокая цена на медь часто требует оправданности покупки, но эти аргументы были опровергнуты в этой статье. По правде говоря, опыт работы в отрасли просто не поддерживает ни одну из наиболее часто заявляемых причин выбора меди в сравнении с алюминием. Спрос на сухие трансформаторы с алюминиевыми низковольтными обмотками, вероятно, будет расти из-за их существенного преимущества по стоимости перед медью. Как некоторые из старых мифов исчезают из-за ошеломляющего успеха алюминия, так все больше пользователей предпочитают заплатить меньшие деньги, при относительно небольшом дополнительном внимании к деталям, необходимым для выполнения надежных соединений. Хорошая практика при создании электрических соединений преимущество для всех в отрасли, независимо от того, используется алюминий или медь. Прежде, чем вложить капитал в дополнительную стоимость медных трансформаторов, исследуйте причины предпочтения меди в технических характеристиках.

Обмотка сварочного трансформатора

Предполагается, что при стремлении к максимальной экономии, в самодельных конструкциях сварочных трансформаторов могут использоваться нестандартные решения построения обмоток, старые, бывшие в употреблении провода и материалы, несвойственные для промышленного сварочного оборудования.

Учитывая высокую мощность, для обмоток сварочного трансформатора понадобится провод относительно 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 (А/мм 2 ), 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 медного провода получаются компактнее, так как медь позволяет использовать в 1,6 раз большую плотность тока, нежели алюминиевый провод. Зато алюминиевый провод дешевле, а обмотки из него получаются легче.

В промышленных трансформаторах плотность тока не превышает значения 5 А/мм 2 для медного провода. Но для самодельных трансформаторов удовлетворительным результатом можно считать для меди даже 10 А/мм 2 . С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. Нередки случаи, когда в самоделках для первичной обмотки используются провода, выдерживающие токи более высокой плотности - до 20 А/мм 2 . Но в этом случае трансформатор нагреется до температуры порядка 60 градусов уже после использования подряд 2-3 электродов, потом придется ждать, пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет сильно зависеть от конструкции аппарата: как у него организовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек. Если варить предполагается немного, а лучших материалов все равно не предвидится, то можно намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность сварочного трансформатора. Оптимальным для самодельных трансформаторов можно считать плотность тока до 7 А/мм 2 .

Кроме сечения и металла, другой важной характеристикой провода 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.

Изоляция провода ХБ изолентой

Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ 1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляции. Такой провод легче всего достать, он 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, их витки между собой склеились и, при попытке рассоединения, затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других материалов, мотают обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Их недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.

Основные характеристики обмоточных проводов

ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно, винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1, ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД- с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой теплостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утонённая изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиимидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.

Качеству укладки первичной обмотки сварочного трансформатора всегда следует уделять наибольше внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, чаще всего она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, скажем, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.

Провод обмотки может состоять и из кусков, даже метров по десять, если получилось достать только такой. В этом случае он наматывается частями, а концы соединяются между собой. Для этого пролуженные кончики соединяются (не скручивая) и скрепляются несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаиваются и изолируются. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.

Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавливаются два колышка или крючка, с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки - 20-30 м. Потом между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода - получается один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон электродрели. На небольших оборотах весь пучок, в слегка натянутом состоянии, за несколько приемов закручивается в единый провод. В процессе закручивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держась за один конец, дабы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода. После скручивания 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 всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине, например, тканевой изолентой.

Во многих конструкциях трансформаторов объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее.

Распространенную ПВХ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно разлазится или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло- и лакотканевые, киперные ленты. Хороший изоляционный материал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора.

Каждый слой провода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3-4 местах с разных сторон поперек виткам ложатся отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревочки, после завершения слоя лента стягивается и завязывается, таким образом витки надежно фиксируются друг к другу.

Между слоями провода укладывается изоляция. Это может быть лакоткань, киперная лента или лента из стеклоткани.

При работе трансформатор вибрирует. Если провода лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга изоляция провода может разрушиться, и произойдет замыкание.

Не очень хорошей изоляцией является стеклоткань без пропитки. С одной стороны, она не горит, выдерживает высокую температуру, хорошо проводит тепло, но с другой: волокна непропитанной стеклоткани, будучи неплотными и скользкими, под нагрузкой расходятся, таким образом, внутри обмоток эта изоляция может продавливаться проводами, теряя свои свойства.

В некоторых случаях межслоевая изоляция может занимать значительный объем и препятствовать охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода. ПВХ-изоленту лучше внутри обмоток не использовать, так как при нагреве она становится мягкой и может постепенно продавливаться проводами.

Иногда рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропиточным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учитывать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используются сушильные шкафы. Применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек, полностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя. Высохшая краска намертво склеивает витки обмотки и часто их рассоединение возможно только вместе с сдиранием собственной изоляционной оболочки провода, после чего провод приходит в негодность.

Между слоями провода рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 5-10 мм. Планки служат прежде всего для образования внутри обмоток воздушных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух, таким образом, улучшится вентиляция и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом сказывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или какого-либо другого диэлектрического материала. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с определенными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставятся, чтобы не занимать дополнительный объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор.

Обмотка с вентиляционными зазорами

Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на разных плечах обмоток.

Дисковые обмотки: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Так как магнитный поток в магнитопроводе циркулирует, то взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть соответственно направлено в разные стороны относительно их продольных осей.

Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные стороны: в одной - по часовой стрелки; в другой - против часовой. Имеет смысл намотать все обмотки в одну сторону - сделать их одинаковыми. Тогда для осуществления вышеуказанных условий обмотки на разных плечах нужно будет соединить между собой началами, что удобно. Последние же верхние витки будут включаться в питающую или сварочную цепь, соответственно для первичной или вторичной обмоток. Если обмотки соединить неправильно - в противофазе, то в случае первичной - трансформатор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной - выходное напряжение будет близко к нулю.

При изготовлении П-образного трансформатора, катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. В некоторых других типах самодельных сварочных трансформаторов так поступить нельзя, что, конечно же, усложняет процесс изготовления. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет укладываться провод. Каркас вместе с готовой катушкой одевается на магнитопровод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала: ДВП, текстолита, фанеры и т.д. Внутренние размеры каркаса делаются несколько большими, чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам, так чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забиваются фиксирующие колышки.

При намотке катушки, внутрь каркаса необходимо временно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем, обычно дерево. При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, это может деформировать и испортить каркас, именно поэтому и требуется временная внутренняя набивка. Ни в коем случае нельзя использовать один сплошной деревянный брус - если его сильно ужмет, то потом невозможно будет извлечь из каркаса без риска повреждения готовой обмотки. Лучше вставить 2-3 сложенных вместе доски, тогда одну из них всегда можно будет безболезненно удалить, после чего выйдут и остальные.

В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить каркас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как теперь отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняются деревянными вставками соответствующих размеров и формы.

Обмотка на каркасе цилиндрической формы

Конечные участки первичной обмотки имеет смысл выполнить с несколькими отводами через 15-25 витков, тогда можно будет подрегулировать мощность трансформатора.

Отводы первичной обмотки сварочного трансформатора

Вторичную обмотку следует рассчитать так, чтобы при включении в сеть максимального количества витков первичной обмотки, т.е. при минимальной мощности, выходное напряжение приближалось к 50В, в крайнем случае к 42В. Тогда при уменьшении, через отводы, количества работающих витков первичной обмотки, напряжение на выходе будет повышаться вместе с увеличением мощности.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Читайте также: