Лабораторная работа № 5

Расчет и исследование конструктивно-технологических параметров открытых обмоток приборов и режимов настройки намоточных станков

Цель работы: ознакомиться с методами расчета катушек индуктивности и проволочных резисторов, устройством станков для открытой намотки, определением режимов настройки станка.

Продолжительность работы - 4ч.

Оборудование, инструменты и материалы

Для выполнения работы необходимо:

1. станок для рядовой намотки модели СРН-05;

2. приспособление для экспериментального определения изменения сопротивления провода при растяжении;

3. прибор для измерения сопротивления УПИП-60М;

4. мост универсальный Е7-4;

5. микрометр с ценой деления 0,01 мм;

6. штангенциркуль с ценой деления 0,1 мм;

7. набор гирь и разновесов;

8. каркас катушки;

9. провод медный ПЭЛ-I сечением 0,1 - 0,2 мм.

Теоретические сведения

Катушка индуктивности или проволочный резистор изготавливаются по чертежу, в котором указаны:

1. размеры каркаса - диаметр D_k(мм), диаметр щечек D_щ(мм), длина намотки В(мм);

2. марка (характеристики) намоточного провода - материал, диаметр провода по изоляции d_u (мм) и по металлу d_M (мм), вид изоляции, для изготовления катушек индуктивности используют медные одножильные провода с лаковой изоляцией марок ПЭЛ 1 (изоляция масляным лаком), ПЭВ 1 (изоляция поливинилацетатным лаком), ПЭВТЛ-1 (изоляция полиуретановым лаком). Для пайки двух первых марок проводов необходима зачистка лака, для последней марки провода пайку можно осуществлять без зачистки лака.

3. характеристики намотки - шаг намотки в слое t (мм), наружный диаметр намотки D_H (мм), количество слоев, число витков катушки n, вид межслойной изоляции, вид выводов.

Катушка, изготовленная по данному чертежу, должна иметь требуемую индуктивность L (мкГ), емкость С (мкФ) и сопротивление R (Ом). При конструировании по заданным электрическим параметрам выбираются геометрические параметры катушки и марка намоточного провода. Если используется стандартный каркас, то задача сводится к выбору марки провода и характеристик намотки для многослойных катушек

(мкГ);

(Ом);

где ρ - удельное сопротивление материала провода (Омּмм /мм);

(мм)

Технологический процесс изготовления обмоток включает следующие операции:

1. Подготовка исходных материалов – намоточного провода, провода для выводов, изоляционных материалов, и включает входной контроль, перемотку намоточного провода на технологические катушки (шпули), нарезку провода для выводов, зачистку на нем изоляции и лужение концов

2. Изготовление каркасов и подготовку их к намотке. В серийном и массовом производстве каркасы изготавливают из полимерных материалов литьем под давлением термопластов или прессованием реактопластов. В единичном или мелкосерийном производстве круглые каркасы изготавливают точением из блочных пластмасс, прямоугольные каркасы делают сборными из листовых диэлектрических материалов (слоистых пластиков, картона).

3. Намотка провода. Для открытой намотки однослойных и многослойных катушек используются станки, кинематика которых обеспечивает строго согласованное вращение каркаса (оправки) с перемещением раскладывающего устройства. За один оборот каркаса раскладывающее устройство вместе с проводом перемещается на шаг намотки. При изготовлении многослойных катушек раскладывающее устройство реверсирует свое движение при укладке каждого последующего слоя.

На рис. 1 показана кинематическая схема станка для рядовой намотки модели СРН-05. Каркас I закрепляется на оправке 2, соединенной с ротором электродвигателя 3 постоянного тока УЛ-061. На левом конце ротора установлен диск 4 торцевого фрикционного вариатора, передающего вращение через резиновый ролик 7 на диск 8. Передаточное отношение вариатора изменяется путем перемещения ролика 7 винтом 9. От диска 8 вращение передается ходовому винту 10 и кинематически связанному с ним ходовому винту 11. Ходовые винты вращаются в противоположные стороны и через полугайки 13 и 12 обеспечивают возвратно-поступательное движение каретки раскладывающего устройства 18. Переключение полугаек осуществляется упорами, установленными по ширине каркаса для отсчета количества витков, намотанных на каркас, станок снабжен пятиразрядным счетчиком 5, соединенным со шпинделем станка через редуктор 6 с передаточным отношением 1:10.

Провод с катушки 16 через ролики 14,15 и раскладывающее устройство 18 поступает на каркас. Для обеспечения требуемого натяжения провода при намотке катушка 16 соединена с тормозом 17, соединенным через рычаг с роликом 14.

Ч астота вращения оправки с каркасом регулируется бесступенчато в пределах от 100 до 5000 об/мин. Шаг намотки регулируется вариатором бесступенчато в пределах от 0,05 до 0,55 мм.

Рис. 1.Кинематическая схема станка для рядовой намотки модели СРН-05.

Основным технологическим фактором, характеризующим процесс намотки, является сила натяжения провода, которая должна обеспечивать изгиб провода по форме каркаса и его плотную укладку, но не должна вызывать значительных линейных деформаций и обрывов провода при намотке. Механизмы станка и режим его работы должны обеспечивать величину натяжения провода в требуемых пределах. Фактическое натяжение провода зависит от характеристик тормозного устройства, эксцентриситета каркаса, погрешностей его формы и размеров, инерционности системы подачи провода, неравномерности вращения каркаса.

Относительную погрешность сопротивления катушки δ_R можно представить как сумму отдельных первичных погрешностей:

, (*)

где δ_ρ - относительная погрешность сопротивления, вызванная нестабильностью удельного сопротивления материала провода,

,

= 0,01754 Омּмм²/мм - стандартное значение удельного сопротивления медного провода; - действительное значение удельного сопротивления; для медного провода δ_ρ = 1,69%; δ₂ - относительная погрешность сопротивления провода, вызванная его деформацией по форме каркаса, определяемая по эмпирической формуле:

,

- относительная погрешность сопротивления провода, вызванная нестабильностью диаметра провода; при диаметре медного провода 0,1 - 0,25 мм его допускаемое отклонение ±0,005 мм,

;

в пределах одной катушки провода ; - относительная погрешность сопротивления катушки, вызванная неточностью изготовления каркаса,

;

допуск на изготовление каркаса D_k по h₁₂; - относительная погрешность сопротивления, вызванная неточностью подсчета витков обмотки,

;

для станка модели СНР-05 ΔN = 5 витков;

δ_н - относительная погрешность, вызванная деформацией провода под действием силы натяжения. Определяется по результатам эксперимента.

Если суммарная погрешность превышает заданный допуск, то необходимо проводить ручную подгонку катушки путем удаления отдельных витков.

4. Изготовление выводов. Выводы из многожильного медного провода, например, марки МГШВ, припаиваются к намоточному проводу и закрепляются на каркасе.

5. Защита обмотка и бандажирование. Обычно обмотка защищается снаружи стеклотканевой лентой, которая закрепляется бандажем из нитей.

6. Пропитка обмоток и сушка. Между проводами в обмотке имеется свободное пространство, в котором накапливается влага, вызывающая изменение электрических характеристик и приводящая к пробою изоляции намоточного провода. Для исключения этих пустот обмотки пропитывают полимерными компаундами, а затем высушивают. Пропитку и сушку обмоток производят в вакуумных автоклавах.