автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Исследование и разработка тончайших эмалированных проводов повышенной надежности

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТИПЫ ТОНЧАЙШИХ

ЭМАЛЬПРОВОДОВ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

1.1. Типы тончайших эмальпроводов и материалы для их изготовления.

1.2. Особенности технологии изготовления тончайших эльпроводов.

1.3. Анализ существующих методов испытаний тончайших эмальпроводов с целью повышения их надежности.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ

НА СВОЙСТВА ИЗОЛЯЦИИ ТОНЧАЙШИХ ЭМАЛЬПРОВОДОВ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1. Теоретический анализ термомеханических напряжений в тончайших эмальпроводах.

2.2. Поведение изоляции эмальпроводов в условиях воздействия вакуума и повышенной температуры.

2.3. Влияние технологических параметров процесса намотки на свойства эмальпроводов.

2.4. Воздействие ионизирующего излучения на изоляцию эмальпроводов.

ГЛАВА 3. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЭМАЛИРОВАНИЯ ПРОВОЛОКИ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНЧАЙШИХ ЭМАЛЬПРОВОДОВ ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА.

3.1. Выбор электроизоляционных материалов.

3.2. Влияние стандартных параметров технологического процесса на свойства проводов.

3.3. Дополнительные параметры технологического процесса эмалирования и их влияние на свойства тончайших эмальпроводов.

ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ В

ПРОИЗВОДСТВО.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. За последние десятилетия резко возросли технические требования к радиоэлектронной аппаратуре специального назначения в части уменьшения габаритов, массы и увеличения срока их службы при различных воздействиях [1]. Все это вызвало необходимость в разработке новых, модернизации выпускаемых промышленностью, комплектующих элементов для этой аппаратуры. Одним из основных комплектующих элементов являются моточные изделия: реле, трансформаторы, микроэлектродвигатели. Главным и наиболее ответственным узлом этих элементов является обмотка, для которой,как правило,используются тончайшие эмалированные провода (эмальпровода). При этом обмотки моточных изделий должны иметь при минимальных габаритах и массе максимальное количество витков на единицу сечения обмотки, обладать высокой стойкостью к воздействию повышенной температуры, органических жидкостей и растворителей, механическим деформациям и не являться дополнительным источником выделения летучих органических веществ.

Для уменьшения габаритов и массы обмотки используются провода минимальных размеров. При намотке жила и изоляция проводов подвергаются значительным механическим деформациям. Прямоугольная форма каркасов обмоток и малые радиусы закруглений (доли миллиметра) могут служить дополнительной причиной разрушения жилы и изоляции в местах перегибов как в процессе намотки, так и в процессе эксплуатации при перепадах температур на обмотках [2]. Это накладывает дополнительные требования к механическим свойствам жилы и изоляции тончайших эмальпроводов, особенно при повышенных температурах. С уменьшением размеров и веса обмоток увеличивается температура на обмотке вследствие роста температуры перегрева и уменьшения теплоотдачи. Требуются тончайшие эмальпровода, изоляция которых способна выдерживать воздействие повышенной рабочей температуры в сочетании со значительными механическими деформациями.

Для охлаждения обмоток используются различные органические жидкости, которые в совокупности с растворителями, применяемыми в составе пропиточных лаков, оказывают дополнительные воздействия на изоляцию тончайших эмальпроводов, имеющих толщину порядка нескольких микрометров. Кроме того, такая тонкая изоляция в ряде случаев подвергается воздействию достаточно высокой напряженности электрического поля, способного вызвать электрический пробой. Следовательно, требуется такая изоляция, которая, имея исключительно малую толщину, выдерживает воздействие высоких температур, механических деформаций, воздействие органических жидкостей и растворителей и одновременно имеет высокую электрическую прочность.

В процессе эксплуатации из изоляции эмальпроводов выделяются летучие органические вещества, особенно при воздействии повышенной температуры. Если обмотка работает в замкнутом объеме и газообразные продукты не могут удаляться в атмосферу, то они загрязняют поверхности контактов реле, коллектора и подшипники микродвигателей и могут привести к отказам моточных изделий. Для исключения подобных явлений требуется применение специальных материалов для изоляции проводов и правильный выбор технологических режимов термообработки в процессе отверждения изоляции. Решение перечисленных проблем, связанных с повышением надежности тончайших эмальпроводов в условиях воздействия внешних воздействующих факторов, определяет актуальность исследований, выполненных в данной диссертационной работе.

Цель работы. Целью данной работы является изучение влияния различных эксплуатационных факторов на свойства тончайших эмальпроводов для обоснования требований к проводам, разработка методов расчета воздействия эксплуатационных факторов на изоляцию проводов, разработка оптимальной конструкции и технологии производства тончайших эмальпроводов повышенной надежности.

Научная новизна. В работе предложен метод расчета термомеханических напряжений в изоляции эмальпроводов,возникающих в процессе переработки и эксплуатации. С помощью этого метода сформулированы требования к проводу, в зависимости от интенсивности воздействующих факторов.

Определены закономерности изменения характеристик тончайших эмальпроводов в условиях вакуума. Установлены значения интегральных доз ионизирующего излучения, при которых начинает разрушаться изоляция эмальпроводов. Выявлены причины слипания изоляции тончайших эмальпроводов в процессе эксплуатации.

Практическая ценность. Результаты исследований позволяют обоснованно разрабатывать новые конструкции тончайших эмальпроводов в зависимости от требований к моточным изделиям.

Установлено, что вакуум мм.рт.ст. не влияет на характеристики эмальпроводов, решающим фактором снижающим электроизоляционные свойства изоляции эмальпроводов является температура.

Введение в технологический процесс эмалирования тончайшей проволоки контроля параметров газовых потоков в эмальпечи позволяет исключить слипание изоляции тончайших эмальпроводов. В результате выполненной работы разработаны конструкции тончайших эмальпроводов повышенной надежности марки ПЭАИ-1-200 и организовано их производство.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты проведенных исследований использованы при разработке и изготовлении тончайших эмальпроводов повышенной надежности марки ПЭАИ-1-200 (ТУ 16.К71-252-95), в которых впервые регламентируется параметр слипания изоляции и гарантируется сохраняемость параметров провода в течении 30 лет.

Разработанные методики определения слипаемости тончайших эмальпроводов после воздействия повышенной температуры, определения повреждения изоляции тончайших эмальпроводов при воздействии механических напряжений и температуры,используются при контроле качества тончайших эмальпроводов, выпускаемых ОАО «ВНИИКП». 7

Основные положения, представляемые к защите.

1. Экспериментальные результаты измерения термомеханических характеристик тончайших эмальпроводов в широком диапазоне температур и при различных внешних воздействующих факторах (вакуум, ионизирующее излучение, механические нагрузки).

2. Принципы расчета термомеханических характеристик изоляции тончайших эмальпроводов в условиях тепловых и механических воздействий.

3. Результаты экспериментальных исследований степени запечки изоляции тончайших эмальпроводов в зависимости от скорости газовых потоков в эмальпечи.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:

- на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Актуальные вопросы повышения качества и надежности кабельных изделий», Москва, 1989 г.

- на 1У0М международном симпозиуме «Элмаш-2002. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования для энергетики, транспорта, нефтяной и газовой промышленности», Москва, 2002 г.

По теме диссертации опубликовано 7 работ (13, 32, 33, 36, 40, 41, 43).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, содержащих результаты работы, выводов, списка литературы и двух приложений. Материал изложен на 91 странице текста и иллюстрирован 38 рисунками. Список литературы содержит 43 наименования.

118 ВЫВОДЫ

1. Предложен метод расчета механических напряжений в изоляции тончайших эмальпроводов, возникающих при тепловом ударе и из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения материалов жилы и изоляции.

2. Исследованы условия работы эмальпроводов в условиях вакуума и повышенной температуры. Установлено, что воздействие вакуума на эмальпровода не вызывает изменений электроизоляционных и механических свойств изоляции, решающим фактором снижения параметров эмальпроводов является величина температуры.

3. Предложено аналитическое выражение для оценки продавливающих напряжений в изоляции тончайших эмальпроводов^возникающих в процессе эксплуатации. Показано, что эти напряжения необходимо учитывать для надежной работы изоляции.

4. Исследовано явление слипаемости изоляции тончайших эмальпроводов при воздействии вакуума и повышенной температуры. Установлено, что величина слипаемости изоляции тончайших эмальпроводов зависит от скорости газовых потоков в печи эмаль-агрегата.

5. Разработана и внедрена специальная методика по определению количественного показателя степени слипания изоляции тончайших эмальпроводов.

6. Экспериментально установлено влияние ионизирующего излучения на изоляцию тончайших эмальпроводов, в наибольшей степени ему подвержены эластичность и пробивное напряжение изоляции. Составлена сравнительная таблица предельных доз излучения для различных марок проводов.

7. Разработана и внедрена методика по определению повреждений изоляции тончайших эмальпроводов при различных воздействиях.

8. Исследована технология эмалирования тончайшей проволоки, установлено влияние теплового поля и скорости газовых потоков эмаль-печи

119 на физико - механические характеристики тончайших эмальпроводов, рекомендованы оптимальные параметры эмалирования.

9. Разработана конструкция тончайших эмальпроводов повышенной надежности марки ПЭАИ-1-200, у которых впервые регламентирована величина слипаемости изоляции и срок сохраняемости параметров проводов увеличен до 30 лет и организовано их серийное производство.

10. Результаты исследований могут быть использованы при разработке новых типов тончайших эмальпроводов повышенной надежности, например, с токопроводящей жилой из алюминия и других проводниковых материалов.

120

1. Быков Е.В., Веселовский С.Б., Дудкевич А.Н., Кранихфельд Л.И., Пешков И.Б. Надежность кабелей и проводов для радио электрической аппаратуры. Под редакцией Кранихфельда Л.И. и Пешкова И.Б., М., Энергоиздат, 1982, 200 с.

2. Рудых А.Р., Любинский Д.Л. Технология миниатюрных реле. Под редакцией Животченко А.Д., Л., Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1982, 264 с.

3. Астахин В.В., Анисимова А.П., Бойко В.И., Рухлинская Л.Р. Лак В Л 931 с новым растворителем. "Кабельная техника", 1978, вып. 8, с. 5-6.

4. Астахин В.В., Трезвов В.В., Суханова И.В. Электроизоляционные лаки, пленки и волокна. М., Химия, 1986, 160 с.

5. Пешков И.Б., Степанова Г.И. Исследование нагревостойкости эмалированных проводов с поливинилформалевой изоляцией при эксплуатации в среде фреонов. "Кабельная техника", 1977, вып. 1, с. 3-5.

6. Граматикати Р.И., Лебедева Н.И., Майофис И.М., Полякова Н.П. Новый полиуретановый лак для эмалирования проволоки. "Кабельная техника", 1978, вып. 2, с. 4-7.

7. Лебедева Н.И., Майофис И.М., Чеботарева Н.А. Исследования эмалированных проводов с дополнительным клеящим слоем. "Кабельная техника", 1978, вып. 7, с. 10-12.

8. Пешков И.Б. Обмоточные провода: учебное пособие для вузов., М., Энергоатомиздат, 1983, 352 с.

9. Пешков И.Б., Обмоточные провода, М., Энергоатомиздат, 1995, 416 с.

10. Производство кабелей и проводов. Под редакцией Белоруссова Н.М. и Пешкова И.Б., М., Энергоиздат, 1981, 632 с.

11. И.Шварцбурд Е.Я. Энергетический баланс и коэффициент полезного действия эмаль-печей с рекуперацией тепла. Электротехника, 1985, №11, с. 44-46.

12. Ларина Э.Т., Холодный С.Д. Влияние температуры проволоки в эмаль-печи на скорость эмалирования., Кабельная техника, вып. 45, 1967, с. 15-18.

13. Андрианов В.К., Бойко В.И., Парыгин B.C., Филиппова A.A. Новый метод исследования технологии изготовления тончайших эмалированных проводов. Кабельная техника, №6(220), 1983, с. 1-2.

14. ГОСТ 14340.7-74. Провода эмалированные круглые. Метод испытания изоляции напряжением.

15. ГОСТ 14340.14-83. Провода эмалированные круглые. Метод определения числа точечных повреждений.

16. ГОСТ 14340.9-69. Провода эмалированные круглые. Метод определения относительного удлинения.

17. ГОСТ 14340.3-69. Провода эмалированные круглые. Методы испытания изоляции на эластичность.

18. ГОСТ 14340.4-79. Провода эмалированные круглые. Методы испытания изоляции на тепловой удар.

19. ГОСТ 14340.2-69. Провода эмалированные круглые. Методы испытания на адгезию.

20. ГОСТ 14340.13-82. Провода эмалированные круглые. Метод определения упругости.

21. ГОСТ 14340.11-69. Провода эмалированные круглые. Метод определения термопластичности изоляции.

22. ГОСТ 14340.8-69. Провода эмалированные круглые. Методы испытания стойкости изоляции и воздействию растворителей, масла и воды.

23. ГОСТ 14340.6-79. Провода эмалированные круглые. Метод испытания на облуживание.

24. Андрианов В.К., Панков Г.Е. Установка для испытаний изоляции тончайших эмалированных проводов с дополнительным клеящим слоем на прочность склеивания. Кабельная техника, 6(208), 1982, с. 5-7.

25. Галушко А.И., Максимова И.О., Оснач Р.Г., Хазановский П.М. Надежность изоляции электрических машин., М.; Энергия, 1979, 176 с.

26. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы., Л., Энергия, 1977, 352 с.

27. Гедич Ю.Ф., Яманов С.А. Свойства диэлектриков при низких температурах. М., Информэлектро, 1967, 32 с.

28. Гедич Ю.Ф. Исследование свойств элетроизоляцианных материалов и систем изоляции электрических машин при низких температурах (до -196 °С). Автореферат на соискание научной степени к.т.н., М., 1973, 35 с.

29. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов., М., Энергоиздат, 1982, 320 с.

30. Тимошенко С.П. Теория упругости., М., ОНТИ, 1937, 451 с.

31. Холленд Л. Нанесение тонких пленок в вакууме. М-Л., Госэнергоиздат, 1963.

32. Андрианов В.К., Пивненко В.Т. Исследование тончайших эмалированных проводов в условиях вакуума и повышенной температуры. Электротехника, 1986, № 12, с. 53-55.

33. Ларина Э.Т., Пешков И.Б. О влиянии пониженного давления на свойства эмалированных проводов на поливинилацеталевом лаке. "Кабельная техника", 1973, № 10(104), с. 7-9.

34. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М., «Химия», 1969, 319с.

35. Андрианов В.К. Технические требования к тончайшим эмальпроводам и особенности технологии их производства. Кабели и провода №5, 2002 с

36. Грунвальд А.Н., Пешков И.Б., Пивненко В.Т., Табачников И.Л. Основные направления создания эмалированных проводов повышенной надежности для механизированной намотки электрических двигателей. Электротехника, 1980, № 10, с. 9-13.

37. Билибин К.И., Духанин A.M., Скороходов Е.А. Намоточные работы в производстве элементов электроавтоматики. М., «Энергия», 1972, 216 с.

38. Чарлзби А. Ядерные излучения и полимеры. М., Издательство иностранной литературы, 1962.

39. Андрианов В.К., Пивненко В.Т., Исследование свойств электрической изоляции тончайших эмальпроводов в условиях воздействия механических напряжений и повышенных температур. Кабели и провода, №2, 2002, с 11 13

40. Привезенцев В.А., Пешков И.Б. Обмоточные и монтажные провода, М., Энергия, 1971, 552 с.