Как правильно выбрать провода для намотки трансформатора, сколько и какого вида покупать

Обмоточный провод — это общий собирательный термин, применяемый для обозначения электротехнических изделий. Как и у других видов такой продукции, его основное назначение — обеспечение безопасного соединения источника электрического тока с электросхемой или потребляющим устройством. Существует множество разновидностей электропроводов, что легко объясняется вариабельностью использования электроэнергии. Применение этого вида кабельных изделий — в обмотке катушек генераторов энергии, трансформаторов и специальных устройств.

Что это такое

В современной реальности невозможно обойтись без электроэнергии. Она поступает к потребителю из источника, который ее передает или генерирует. Многопрофильность использования закономерно предусматривает и множество видов, обеспечивающих функциональность. Поэтому разнообразие кабельных изделий поражает воображение дилетанта. Есть провода, выводящие и соединительные, автомобильные и авиационные, провода связи и те, которые предназначены для установки воздушных линий. Общее у них — наименование (провод) и буква П в маркировке, указывающая на принадлежность электротехнического изделия к определенной категории проводов.

Катушки обмоточного материала

Две наиболее распространенные категории — обмоточный и монтажный провод. Как и следует ожидать из названия, обмоточные типы применяются для обмотки: в катушках, трансформаторах, электромоторах и электрогенераторах, электромагнитах, якорях коллекторных машин аппаратах, приборах. Это — определенное количество витков провода, используемое для создания электрической цепи. Габариты, предназначение, место применения устройств отличаются многообразием. Отсюда и огромное количество видов обмоточных проводов, их вариабельность, невозможность дифференциации электротехнического изделия по одному признаку.

Примерная классификация может составляться по следующим особенностям:

• количеству токопроводящих жил (от одной до нескольких, обычно называемых многожильными, с количеством более трех);
• материалу изготовления жил для проводки тока — из меди, алюминия или комбинированных сплавов (нихрома, изготовленного из никеля и хрома);
• геометрии сечения — провод в разрезе может быть круглым или прямоугольным;
• материалу изоляции — волокнистому, эмалевому, комбинированному, состоящему обычно из нескольких слоев изоляционного покрытия разного типа).

Обратите внимание! Все особенности материала, его характеристики, отражаются в маркировке. Техническая информация указывает на тип изделия (П — провод), первая буква аббревиатуры, медная или алюминиевая изготовленная из сплава, проволока обозначена в конце ряда букв (А- алюминий, НХ — нихром). Есть целый перечень сокращений, указывающих на материал изготовления изоляционного слоя.

Вам это будет интересно Описание кабеля ПВС

Алюминиевый обмоточный провод

Медный провод для перемотки используется чаще остальных. Распространенности алюминиевого, более дешевого, мешает его удельное сопротивление, заметно превышающее аналогичные свойства меди. Комбинированные сплавы применяются для особых надобностях, создаваемых определенной сложностью устройств и выполняемых им функций.

Характерные различия между медью и алюминием

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.

Зачем нужен

Сфера применения кабеля — создание витков электроцепи, для суммирования электродвижущих сил. В зависимости от устройства обмотка может быть простой или сложной, состоящей из множества секций, слоев. которые разделены изоляцией. Отсюда и многочисленные виды проводов для обмотки, и широкая сфера их повседневного использования:

• электрогенераторы и электромоторы, с трехфазными, однофазными, короткозамкнутыми, якорными или обмотками возбуждения;
• электромагниты, катушки индуктивности;
• трансформаторы, с делением на первичные и вторичные, а также вспомогательные — для подведения и отведения энергии, компенсации мощности.

Намотка тороидального трансформатора
Дополнительная информация! Простейшим примером такого устройства является катушка. Однако даже если не принимать во внимание обмотки возбуждения и короткозамкнутые, применяемые в асинхронных двигателях, есть намного более сложные схемы. К ним относится, например, торцевая, для записи которой используются диаграммы, или развернутая, с цилиндром плоскости вращения.

Как правильно мотать

Получив большинство технических данных, определив точное назначение и сферу использования будущего устройства, элементов обмоток катушки трансформатора, получив заводские шаблоны для выбранного вида обмотки приступают к практической реализации намоточных процессов.

Здесь большую роль будет играть опытность исполнения таких работ, наличие инструментов для такой работы, а также терпение.

Требуется использовать обязательный алгоритм действий в таком формате работ и приготовится к нескольким неудачам заблаговременно, если опыта проведения намотки витков катушки трансформатора ранее не было. В настоящее время как электронных, так и бумажных обучающих источников по всем правилам намотки обмотки трансформатора достаточно много для того, чтобы новичок через некоторое время в этих работах смог стать профессионалом.

Характеристики

Эмалированный, или провод с эмалевой изоляцией может быть с алюминиевой, медной или никелированной медной начинкой. Обычно это — электротехнические изделия, устойчивые к нагреванию, покрытие которых изготавливается с применением электроизоляционных лаков. Специальные полимерные соединения растворяются в легко испаряющихся органических соединениях. При нагревании происходит испарение растворителя, что и дает высокопрочное эмалирование — образование устойчивой и твердой пленки на проводе. В изготовлении эмальпровода могут использоваться винифлекс, металвин, полиэфиримидные лаки, высыхающие натуральные масла, синтетические смолы. Двухслойная изоляция изготавливается нанесением двух слоев лака.

Обмоточный провод с двухслойной изоляцией

Характеристики обмоточных проводов с эмалевой изоляцией могут определяться начинкой и формой сечения (круглой или прямоугольной), внешним диаметром, способностью выдерживать механическую нагрузку. Алюминиевые провода испытывают на пробивное напряжение, а медные — на эластичность, стойкость при стирании изоляции и максимальное число микродефектов.

Структура

Отличается разнообразием, поскольку под категорию электротехнических изделий, используемых для обмотки, подпадает множество разновидностей:

• стандартный и простой состоит из токопроводящей жилы и изолирующего слоя (материал изготовления проволоки, как и сырье для изоляции, может быть вариабельным);
• голый провод производится без изоляции;
• многопроволочный изготавливается из нескольких проволок, скрученных между собой;
• многожильный состоит из нескольких токопроводящих жил, но каждая из них изолируется от соседних, а затем — и в совокупности составляющих.

Вам это будет интересно Описание кабеля ВВГнг-LS

Важно! От структуры обмоточного материала зависит его целевое предназначение и сфера применения. Для работы с каждой из разновидностей, есть свои специфические сложности. Чтобы обмотать изготавливаемое устройство и соединить между собой отдельные элементы, нужно обладать определенными знаниями о типе энергии, используемой в оборудовании, способах изолировать места соединения для соблюдения техники безопасности.

Общее представление о структуре провода

Назначение провода

В отличие от монтажных и установочных, обмоточный продукт применяется только для определенных целей. При этом каждая категория используется в зависимости от технических характеристик — материала токопроводящих жил, типа использованной изоляции, физико-механических характеристик и нагревостойкости. Разновидности провода в зависимости от его предназначения:

• ПЭЛ — медный, с изоляцией из масляных лаков, применяют в электроприборах — для изготовления рамок и катушек;
• в радиотехнике и промышленном приборостроении чаще необходимы изделия с эмалированным покрытием и высокой устойчивостью к внешней агрессивности, электроизоляционными свойствами;
• провода с волокнистой или комбинированной изоляцией предназначены для электродвигателей и других устройствах, в которых есть вероятность превышения механического воздействия, но не имеет значение толщина изолирующего слоя.

Необходимость самостоятельно перемотать определенную деталь в устройстве, означает для ремонтника или радиолюбителя тщательный подбор необходимого материала по маркировке производителя и техническому регламенту.

Виды обмоточного провода

Маркировка

Различное конструктивное исполнение геометрии проводника, использование разнообразных типов изоляции провода для обмоток трансформаторов, остальные электротехнические свойства в «ПУЭ» привели к созданию регламентированных аббревиатур их маркировки.

Первый буквенный символ в такой аббревиатуре обозначает сам материал проводника: «А» – дает понимание, что провод обмотки алюминиевый. Другой символ обозначает нихром, а его отсутствие принято считать, что проводник медного исполнения.

Второй поясняет о том, что это непосредственно сам провод для обмотки, а последующие дают обозначение к какому типу и материалу диэлектрика относится его изоляция.

В маркировке используются и цифровые символы, после буквенных. Ими принято обозначать сечение проводника, а также максимально допустимое напряжение изоляции, на который рассчитан провод. В других случаях цифры могут относится к количеству слоев изоляции. Примеры обмоточных проводов трансформаторов:

• ПЭМ-1 – медный провод с эмалированной изоляцией в один слой;
• ПКР-1 – медный провод с капроновой изоляцией в одну прядку.

Запомнить все маркировки проводников для обмоток практически невозможно. Главное знать принцип составления этих маркировок и обладать умением пользоваться справочной литературой для его верного подбора.

Как правильно использовать обмоточный провод

Электромонтажные работы в моделировании, радиоэлектронике и даже робототехнике, как и в ремонтных работах по восстановлению устройств различного типа, подразумевают применение вариабельных методов для обеспечения техники безопасности. Ремонтник или радиолюбитель может использовать различные приемы — пайку и клеммное обжатие, гильзовую обжимку и даже болтовое соединение.

Работа с обмоточным проводом проводится специальными приспособлениями:

• для снятия диэлектрика обычного типа используется острый режущий инструмент;
• эмалированное покрытие есть разного типа, для некоторых из них не требуется удаления изоляционного слоя: он расплавляется при пайке;
• чтобы перекусывать и трансформировать токоведущие жилы, нести их к паяльнику, потребуются манипуляторы (кусачки или пинцет);
• необходимы приборы разогревания припоя — локальные или местные — паяльники, тигели, печи в промышленных условиях, чтобы проволочь большое сечение или объемные детали.

Правильное проведение ремонтных или обмоточных работ определяется несколькими обстоятельствами — типом устройства, схемой сечения, количеством витков обмотки. Флюсы или припои должны подбираться по нескольким характеристикам и соответствовать маркировке провода. Для медных, алюминиевых и комбинированных жил могут потребоваться разные припои. Имеет значение не только химический состав и тугоплавкость, но и электротехнические свойства.

Вам это будет интересно Особенности нагревательного кабеля

Как правильно подобрать

Не погружаясь в детали изготовления таких обмоток для преобразователей высокой частоты, любому покажется метод изготовления достаточно простым. Однако, на практике у радиолюбителей, или даже бывалых электронщиков, чтобы правильно и качественно изготовить такой литцендрат возникает как минимум две трудности – зачистка концов проводника и реализация его создания в виде жгута из множества изолированных многопроволочных проводов.

Легкомысленное отношение к такому проекту по созданию обмоток «высокочастотников» приведет к ошибкам и напрасным материальным расходам. Требуется использовать предварительные инструменты выбора.

По справочникам и каталогам

Используя необходимую техническую литературу по электротехнике, где подробно приведены описания выбора проводников обмоток высокочастотного оборудования, а так же опубликованы уже готовые табличные справочные материалы стоит сравнить их данные с текущим проектом по всем техническим параметрам и выбрать нужный для себя. Это позволит избежать лишней ошибки и финансовых расчетов.

Методики расчета

Толщина изоляции, количество жил в жгуте, сопротивление жилы и диэлектрика не позволяют свободно покупать такой литцендрат готовый или в виде наборных инструментов на Российском рынке в настоящее время.

Здесь стоит или использовать мониторинг заграничного электротехнического рынка совершать далеко недешевые покупки (из-за расчетов в валюте) таких вариантов для намотки обмоток преобразователей высокой частоты, или вооружившись измерительной аппаратурой, справочно-технической литературой, измерив нужные параметры выполнять расчет нужной марки с помощью автоматизированных сервисов, в которых подставив требуемые значения на выходе получается нужный результат, либо изучив формулы ручного расчета, выполнить это по старинке.

Основа методики сводится к подбору многопроволочных проводников по удельному сопротивлению, длине, и их сечению максимально приближенному к справочному номиналу.

Ручные измерения

Вручную такие параметры позволит получить качественный мультиметр, детали проекта оборудования, которые требуется создать, техническая литература, которая направит на верный подбор экспериментальных марок проводника.

С помощью аппаратуры возможно измерить удельное сопротивление физически выбранной проволоки для обмотки. Имея это значение рассчитать его сечение сравнив со справочным значением и определив необходимую толщину жгута.

Процесс очень трудоемкий, но с дополнительной поддержкой в справочниках, любой другой всевозможной информацией по подбору таких проводов, вполне возможный к реализации.

Условия хранения

Катушки и барабаны обматываются специальной бумагой и укладываются в ящики. Хранение бухтового провода оптимально, если бухта обернута мешковиной, рогожей, другими материалами, обеспечивающими сохранность. Самый хороший вариант, общепринятый в цивилизованных складах — сухой склад с определенной температурой, не зависящий от внешних воздействий.

Хранение обмоточного провода

Таблица обмоточных проводов

Есть специальные таблицы, полученные экспериментальными исследованиями для ОП, с эмалевым покрытием, где материал изготовления — медь, алюминий или сплавы. Количество продукции электротехнической промышленности обширно, но посмотреть технические параметры в специальной литературе легко, если знать маркировку изделия, используемого для намотки.