Соединение проводов в обмотке

В процессе намотки обмоток силовых трансформаторов необходимо соединять обмоточные провода, а также отдельные части и элементы обмотки: отводы, емкостные кольца, экранирующие витки и др. Для безаварийной работы трансформатора необходимо, чтобы эти соединения были прочны и обеспечивали бы надежный контакт. Соединение должно хорошо пропускать электрический ток и не вызывать местного перегрева проводов, соединение должно быть долговечным, Не разрушаться под влиянием рабочей температуры трансформатора, горячего масла или окружающего воздуха, а также не снижать характеристик масла и изоляции. Способ соединения должен быть прост и технологичен, качество соединения должно быть стабильным и легко контролироваться, а применяемые материалы должны быть дешевыми и недефицитными.

В трансформаторостроении существует несколько способов соединения токоведущих частей. Выбор того или другого способа зависит от разных условий: от материала и сечения соединяемых проводов, от характера механических нагрузок, которые будут испытывать соединения, от места расположения соединения в конструкции и от производственных условий.

Различают следующие типы соединений проводов:

Пайка: а) мягкими припоями; б) твердыми припоями.

Горячая сварка: а) электродуговая; б) газо-прес-совая; в) электроконтактная; г) аргоно-дуговая.

3. Холодная сварка.

1. Пайка — это один из основных способов соединения токоведущих частей трансформаторов. При помощи пайки соединяют отдельные куски медного обмоточного провода, паяют гребенку обмотки, отводы, производят пайку емкостных колец.

Пайка представляет собой процесс соединения металлических деталей при помощи припоя, составленного из различных металлов и имеющего более низкую температуру плавления, чем металлы основных деталей. Прочность и плотность соединения достигается благодаря способности металла припоя и основного металла взаимно растворяться и диффундировать.

Припой должен обладать свойством смачивать (адгезией) спаиваемый металл и хорошо заполнять все мельчайшие зазоры между соединенными деталями. Припои делят на две группы: мягкие — с температурой плавления ниже 300° С — и твердые — температурой плавления выше 600° С.

Наиболее употребительные из мягких припоев ГОСТ 1499-54 устанавливает несколько марок припоя ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 и др. отличающиеся друг от друга процентом содержания олова. Числа в марках означают процент содержания олова. Температура плавления достигает около 2706. Большее содержание олова сказывается в основном на жидко-текучести и адгезии припоя, а по другим свойствам эти марки .почти равноценны. Там где надо пропаять узкие и глубокие щели, берут припои с более высоким содержанием олова. Во всех случаях надо стремиться, чтобы слой припоя был наименьшим: это повышает качество пайки и снижает расход припоя.

Качество пайки в значительной степени зависит от подготовки спаиваемых поверхностей. Поверхности должны быть очищены при помощи напильника и наждачной бумаги и обезжирены.

В тех случаях, когда это возможно по производственным условиям, спаиваемые детали желательно протратить в растворе хлористого цинка в течение 1—2 мин, после чего детали необходимо тщательно промыть и просушить.

Пайка оловянистыми припоями имеет следующие недостатки: место пайки имеет невысокую механическую прочность, требует применения флюсов, припой дорог и дефицитен. Поэтому пайка мягкими оловянистыми припоями имеет ограниченное -применение в трансформато-ростроении и применяется только там, где нельзя применить другие виды пайки или сварки. При изготовлении обмоток трансформаторов небольшой мощности пайка круглых медных проводов диаметром до 0,8 мм производится оловянистым припоем марки ПОС-40. Концы провода очищают от изоляции, -после чего скручивают на длине 10—20 мм и покрывают пастой (флюсом), а потом на несколько секунд опускают в ванночку с расплавленным припоем. Спаянные концы очищают от наплывов и изолируют место пайки.

При изготовлении емкостных колец металлическую оболочку кольца, выполненную из витков медной ленты, и отвод от металлической оболочки, выполненный кабелем, припаивают оловянистым припоем. В обмоточном производстве применяют в основном твердые припои (серебряные и меднофосфористые) благодаря их более высокой механической прочности и хорошей электропроводности. Из серебряных припов в трансформаторострое-нии для пайки обмоточной меди широко применяют ПСР-15, реже — ЛСР-45 (цифры в марках припоя обозначают процентное содержание серебра). Однако стоимость серебряных припоев высока. Поэтому при пайке гребенок, отводов и .схем соединения обмоток применяют меднофосфористые припои. Они значительно дешевле серебряных, а спаянные соединения обладают высокой прочностью и хорошей электропроводностью. Наиболее употребителен в трансформаторостроении припой ПМФ-7, содержащий 93% меди и 7% фосфора. При пайке этим припоем не требуется применения флюсов. Однако соединения, припаянные меднофосфористым припоем, не обладают достаточной пластичностью из-за хрупкости соединения Cu3P. Поэтому не допускается пайка припоем ПМФ-7 обмоточных проводов при намотке обмотки, а также всех внутренних, не доступных осмотру, или испытывающих деформации элементов обмотки. Все указанные соединения паяют серебряным припоем ПСР.

Серебряные и меднофосфористые припои трансфор-маторостроительные заводы получают Централизованно, в виде пластин или листов толщиной от 0,3 до 1,0 мм. Для удобства листы режут на полосы шириной 5—20 мму которые при пайке удобно держать в руке. Пайку медных проводов прямоугольного сечения обычно производят внахлест. Длина нахлеста должна быть не менее одной и не более двух ширин провода.

При пайке твердыми припоями для нагревания деталей и расплавления припоя пользуются электропаяльными клещами, армированными графитовыми вкладышами (рис. 4-6,6) электропаечным агрегатом, состоящим из однофазного трансформатора мощностью от 3 до 30 ква, напряжением 220 в и педальным выключателем. Схема электропаечного агрегата показана на рис. 4-6,а. Через рубильник 6 и контакты контактора 2 напряжение подводится к первичной обмотке паечного трансформатора У, понижающего напряжение от 220 до 4,2—12,7 в на зажимах НИ, к которым подключены клещи. Контакты 2 включаются катушкой контактора, питаемой от понижающего трансформатора 3. Катушка контактора включается педалью 4.

Соединяемые концы проводов сжимают между электродами паяльных клещей 5 так, чтобы между поверхностью провода в месте пайки и электродами клещей был плотный контакт. При нажиме на педальный выключатель 4, цепь замыкается, уголь начинает накаливаться, а вместе с ним нагревается и место пайки. Предохранители 7 защищают трансформатор от перегрузки.

а — схема включения электропаячного агрегата: 1 —паячный трансформатор; нмй выключатель; 5 —клеши; б — рубильник; 7 — предохранители; б — клещи для вая прокладка; 4 — угледержатель; 5 — прессованный уголь марки ЭГ: 6 — л.ель: 1 — кожух; 2 — шайба текстолитовая; 3—кабель; 4 — шайба текстолитовая;

Прерывистыми включениями трансформатора [то нажимая, то опуская педаль (рис. 4-6,в)] постепенно нагревают место пайки до темно-вишневого цвета. Когда место лайки станет ярко-красного или светло-желтого цвета, подают припой (ПСР-15 или меднофосфористый) так, чтобы он, расплавляясь протек между проводниками, заполнив все поры. Образующиеся при пайке наплывы и капли .припоя необходимо удалить в момент самой пайки. Закончив пайку, клещи не снимают до тех пор, пока проводники не потемнеют (до затвердевания сплава). Место пайки обрабатывают вначале напильником для удаления утолщения в месте пайки, затем стеклянной бумагой — для получения гладкой поверхности и проверяют, нет ли острых кромок или шероховатостей, после чего рихтуют провод в месте пайки. Сечение в месте пайки должно быть не меньше сечения сращиваемого провода, шов пайки должен быть равномерным и не иметь трещин. Пайку лучше всего изолировать собственной изоляцией провода (для этого в месте пайки изоляцию не срезают, а раскручивают полосы бумаги), плотно обертывая провод отдельными лентами поочередно с двух сторон. Концы лент приклеивают лаком, толщина изоляции должна быть не менее 1,3—1,4 толщины изоляции провода. Изоляцию места пайки часто усиливают, устанавливая на изолированное место сверху и снизу прокладки из электрокартона толщиной 0,5, длиной 80— 100 мм, бандажируя их крепированной бумагой вполу-перекрытие.

2 —контакты контактора; 3 — понижающий трансформатор, 4— педаль-электропайки; 1 — стальная полоска; 2—медная полоска; 3 — асбесто-винтовой прижим; 7 —пружина; 8 — кабель; в —педальный выключа 5— .контакт; 6 — педаль.

Благодаря более высоким механическим свойствам серебряного припоя - можно паять медный провод кругло го и прямоугольного сечения встык. Для получения прочного соединения необходимо хорошо подогнать взаимно торцы обоих проводов, тщательно их зачистить и при помощи специального зажима соединить торцы встык без зазора так, чтобы оси проводов совпадали. Место пайки нагреть газовой горелкой или электропаяльными клещами, затем ввести пруток припоя в зону пайки и проследить за полным заполнением зазора между проводами.

Пайка алюминиевых проводов и деталей не получила в трансформаторостроении широкого применения. Пайка алюминия осложнена наличием на алюминии оксидной пленки, с которой обычные припои не соединяются. Специальные припои для пайки алюминия содержат компоненты, разрушающие оксидную пленку. После пайки соединения необходимо самым тщательным образом промывать, удаляя эти компоненты с поверхности металла, так как незначительные следы этих веществ приводят к разрушению металла и изоляции. В условиях производства трансформаторов качественная промывка мест пайки практически невозможна.

2. Горячая сварка. Сварка медных проводов наибольшего сечения производится электрической дугой, не требует флюса и дает хорошее качество. Соединение обмоток, намотанных из круглого обмоточного провода, с отводами диаметром до 3 мм производится электросваркой угольным электродом. Эти работы выполняются при сборке трансформатора и описаны [Л. 23]. Сварка алюминиевых проводов обычным способом невозможна из-за наличия на поверхности металла оксидной пленки. Разработаны специальные флюсы, раскисляющие оксидную пленку. Сварка алюминия под флюсом, как и пайка, не получила распространения в трансформаторостроении.

Одним из наиболее распространенных способов соединения алюминиевых проводов при изготовлении обмотки является газо-прессовый.

Соединяемые провода круглого или прямоугольного сечения устанавливаются торцами впритык и зажимаются в приспособлении. При помощи газовой горелки или электропаечных клещей нагревают концы проводов до температуры 500—600° С, что соответствует переходу металла в полужидкое состояние. После этого усилием руки сближают оба проводника. Оксидная пленка алюминия, имеющая температуру плавления около 2 050°С и будучи очень хрупкой, разламывается и вытесняется чистым металлом. Чистый металл приходит в соприкосновение и сваривается.

Недостатком этого способа является сложность правильного определения необходимой температуры и своевременного прекращения нагрева, а также контроля вытеснения оксидной пленки.

Наиболее технологичным способом сращивания алюминиевых проводов, обеспечивающим хорошее качество соединения, является электроконтактная сварка.

Стыковая электроконтактная сварка выполняется на приспособлении, представленном на рис. 4-7. Источником питания является сварочный трансформатор мощностью 10 ква. Как видно из рис. 4-7, оба конца сращиваемого провода 6 зажимают с помощью эксцентриковых зажимов 4 в контактных графитовых губках 1 и 2.

Рис. 4-7. Сварочный аппарат. 1 — подвижные губки; 2 — неподвижные губки; 3 —пружины; 4 — эксцентриковый зажим; 5 — кнопка управления; 6 — свариваемый провод; 7 —таблица режимов сварки; 8 — концевой выключатель.

Левая губка может передвигаться вдоль станины под действием пружины, правая закреплена неподвижно. Установив режим сварки по свариваемому проводу, отводят губки 1 влево и стопорят фиксатором. Ставят оба провода впритык и зажимают в губках 1 и 2. Освобождают от фиксатора подвижные губки 1 и включают ток нажатием кнопки управления 5. Сварочный ток нагревает и размягчает концы проводов. Под действием пружины 3 происходит осадка и сварка проводов встык. Выключение тока и прекращение осадки производится автоматически концевым выключателем 8. Этим достигается стабильность качества сварного соединения. Вынув провод из контактных губок, обрезают грат и зачищают сварной шов.

Весьма хорошие и стабильные результаты дает аргоно-дуговая сварка. В зону горения дуги подается инертный газ аргон, который предохраняет металл от окисления.

Существует два метода: сварка неплавящимся и плавящимся электродом.

Сварку неплавящимся электродом ведут переменным током с напряжением на дуге 14—20 в. Сварочный ток выбирают в пределах 30—300 а. Для обеспечения устойчивой дуги необходимо включать высокочастотный осциллятор с частотой 100—150 кгц и напряжением 2 000— 3 000 в.

3. Холодная сварка. Холодная сварка в настоящее время является одним из наиболее технологичных способов соединения алюминия с алюминием и алюминия с медью, а также меди с медью.

Если поверхность двух частей металла сближать с большим усилием настолько, что между ними начнут действовать междуатомные силы сцепления, то образуется прочное цельнометаллическое соединение. Прочность соединения превосходит прочность основного металла. Схематически стыковая холодная сварка показана на рис. 4-8,а.

Для выполнения этого вида соединения необходимо, чтобы в соприкосновении был чистый металл, свободный от тончайших жировых и оксидных пленок. Удаление их производится инструментом, предварительно хорошо обезжиренным.

Рис. 4-8. Холодная сварка обмоточных проводов. а — схема стыковой холодной сварки; б — плашки клещей КС-6 и машины MCXC-35Ж; в — машина МСХС-8,

Удаление оксидной пленки с поверхности алюминия механическим путем практически невозможно, так как мгновенно после удаления пленки чистый металл вновь покрывается новой оксидной пленкой. Метод холодной сварки удачно решает вопрос-удаления оксидной пленки. При осевой осадке двух концов проводов с усилием, создающим напряжение, превосходящее предел текучести, концы проводов .пластически деформируются, металл начинает течь в плоскости соединения от центра к периферии (рис. 4-8,а). Оксидная пленка, значительно более хрупкая, чем основной металл, растрескивается и вытесняется с частью металла. Атомы чистого металла свариваемых концов непосредственно соприкасаются, и в зоне пластической деформации образуется цельнометаллическое соединение, характеризующееся непрерывностью кристаллической структуры.

Методом холодной сварки производят сварку как встык, так и внахлестку. Сварку внахлестку выполняют точечной и шовной. Эти работы характерны для соединения или армирования алюминиевых шин и выполняются при сборке трансформаторов. В обмоточном производстве большое распространение получила холодная стыковая сварка алюминиевых проводов с алюминиевыми и алюминиевых с медными.

Существующее оборудование для холодной сварки в зависимости от величины сечений свариваемых проводов подразделяется по способу зажатия материала и приложению осадочного усилия. Для сварки проводов тонких сечений (до 10 мм2) достаточно усилие до 3 Т. Это усилие обеспечивают монтажные клещи КС-б и настольный станок СНС-3.

Для сварки алюминиевых и медных проводов больших сечений имеются станки для холодной стыковой сварки. Пневматическая машина МСХС-5 включается в сеть сжатого воздуха избыточным давлением 5 ат, развивая максимально усилие 5 Г, а машина МСХС-8 (рис. 4-3,б) развивает при избыточном давлении 3 ат усилие сжатия 8 Г и позволяет сваривать встык алюминиевые провода сечением до 70 мм2.

Для сварки медных проводов с алюминиевыми сечением до 150 мм2 создана машина МСХС-35 с гидравлическим приводом зажима материала и осадки, максимальное усилие, развиваемое ею, 35 Т.

В настоящее время осваиваются машины из серии МСХС для сварки медных и алюминиевых шин сечением до 1200 мм2. Самым ответственным узлом в любом из перечисленных видов оборудования для стыковой холодной сварки является узел зажатия и осадки.

Основными условиями надежной и стабильной работы оборудования являются строгое соблюдение соосности и надежное, без проскальзывания, зажатие свариваемого провода. Поэтому уделяется большое внимание конструкции и точности изготовления плашек, особенно их рабочих частей. Плашки (рис. 4-8,6) изготовляются из стали 9ХС с твердостью 46—48 HRC. Рабочие поверхности плашек имеют угол в 25—30°, обеспечивающий свободное течение металла, легкий выход оксидных пленок из места сварки и тем самым надежное и стабильное соединение. Чтобы обеспечить надежное, без проскальзывания, зажатие провода, на внутренней поверхности плашек делают насечку.

Для получения надежного соединения необходимо установить на клещах, станке или машине плашки соответствующие сечению провода, отрегулировать соосность так, чтобы не было смещения или перекоса провода относительно оси плашек. Проверить, чтобы было надежное зажатие проволоки, подготовить провод под сварку. Это делается несколькими способами. При сварке проводов малых толщин достаточно откусить концы проводов специально подготовленными кусачками с обезжиренными режущими кромками перпендикулярно оси проводов. Затем, зажав провода в плашках, произвести осадку.

Алюминиевые и медные провода больших сечений перед сваркой можно отрезать ножницами, а затем зачистить напильником и металлической щеткой перпендикулярно оси провода. Затем произвести сварку. При сварке медных проводов с алюминиевыми необходимо произвести вторичную осадку.

Вылеты проводов из плашек устанавливаются приблизительно равными диаметру круглого провода или толщине прямоугольного провода (рис. 4-8,а). При вторичной осадке суммарный вылет можно оставить равным 1,5 диаметрам или толщинам свариваемых проводов. После сварки провода вынимаются из плашек, грат удаляется специальным инструментом, и место стыка зачищается. Изготовление обмоток требует однородности провода по всей его длине. В соединениях, выполненных холодной сваркой, внешний вид и механические характеристики шва не отличаются от основного материала, На шве нет наплывов, стык после сварки и снятия грата не требует дополнительной обработки.

Подробнее с технологией и оснащением холодной сварки металлов можно ознакомиться в специальной литературе и в [Л. 24].