Як виготовляють котушки статора?

М’які всипні котушки виготовляють переважно з круглого емальованого проводу — вони характерні для низьковольтних двигунів малої й середньої потужності з напівзакритими пазами. Перевага — проста технологія та гнучкість при укладанні; недолік — складніший контроль внутрішніх витків і велика залежність результату від якості просочення.

Жорсткі формовані секції виготовляють із прямокутного проводу чи ізольованої мідної шини і застосовують у високовольтних двигунах, великих генераторах та синхронних машинах. Така секція має остаточно сформовану геометрію та корпусну ізоляцію ще до встановлення в статор, тому вимоги до шаблона й індивідуальних випробувань значно вищі. У великих генераторах і спеціальних машинах можуть застосовуватися стрижневі елементи з транспонованими провідниками та внутрішнім охолодженням — це окрема високотехнологічна операція.

Котушку не можна виготовляти лише за приблизною формою старої секції — потрібно визначити кількість пазів, полюсів і фаз, тип обмотки, крок, кількість витків і паралельних провідників, розмір проводу, схему з’єднання та тип ізоляції. Джерелами даних можуть бути заводське креслення, ремонтна документація, стара непошкоджена котушка чи електромагнітний розрахунок — найнадійніший варіант це порівняння декількох незалежних джерел.

Стара обмотка могла вже проходити ремонт, під час якого могли бути змінені кількість витків, крок, переріз проводу чи схема з’єднання — тому сліпе копіювання старої секції може повторити попередню помилку.

Обмотка може бути одно- чи двошаровою, концентричною, петльовою чи хвильовою, з повним чи скороченим кроком. Крок — відстань між двома пазовими сторонами однієї котушки, виражена кількістю пазових поділок (наприклад, 1–10) — впливає на індуковану ЕРС, гармонічний склад поля, довжину лобових частин і шум. Скорочений крок застосовують для зменшення окремих гармонік і витрати міді, але змінювати крок лише для полегшення укладання не можна.

Кількість витків впливає на магніторушійну силу, робочий магнітний потік, струм холостого ходу, пусковий момент і нагрівання — навіть невелика помилка може змінити характеристики машини. Її визначають прямим підрахунком при розбиранні, контролем довжини проводу, електромагнітним розрахунком та порівнянням з аналогічною машиною, бажано перевіряючи декілька старих секцій різних фаз.

Круглий провід застосовується переважно в низьковольтних двигунах і всипних обмотках завдяки гнучкості й простоті намотування. Прямокутний провід застосовують у великих і високовольтних машинах для кращого використання площі паза й стабільнішої геометрії формованих секцій — але він складніше згинається і має вищі вимоги до радіусів та транспонування.

Виміряний зовнішній розмір проводу включає мідь, емаль та можливе забруднення, тому визначати переріз лише штангенциркулем не можна — потрібно очищати контрольний фрагмент або розраховувати переріз за опором і довжиною. Збільшення перерізу без розрахунку може ускладнити укладання, погіршити проникнення лаку та унеможливити встановлення клинів — товщий провід не завжди кращий.

Для м’якої низьковольтної секції основною витковою ізоляцією є емаль проводу, доповнена склострічкою чи ізоляційними трубками; корпусну ізоляцію значною мірою формують пазова гільза та просочувальний матеріал. Формована високовольтна секція має посилену виткову й корпусну ізоляцію, пазове напівпровідне покриття для вирівнювання електричного поля та противокоронне градуйоване покриття на виході з паза — вона є майже завершеним ізоляційним виробом ще до встановлення в сердечник.

Застосування одного матеріалу високого температурного класу не підвищує автоматично клас усієї обмотки — слабким елементом можуть залишитися емаль проводу, стрічка, лак чи міжфазна прокладка. Для двигунів, що працюють від перетворювача частоти, потрібно враховувати підвищене міжвиткове напруження від крутих фронтів імпульсів — може знадобитися інверторостійкий провід, посилена виткова ізоляція перших витків фази чи вихідний фільтр.

Розміри для шаблона знімають із непошкодженої секції, статора до демонтажу чи креслення — перегріта аварійна котушка не є точним еталоном, оскільки могла деформуватися чи розширитися. Шаблон повинен забезпечувати правильний крок, однакову довжину всіх котушок і зручне зняття без пошкодження емалі.

До серійного намотування виготовляють одну контрольну котушку, на якій перевіряють крок, кількість витків, розміри, масу й опір, а за можливості приміряють її в статор до виготовлення всієї партії.

Перед намотуванням перевіряють марку й стан проводу; котушки однієї фази бажано виготовляти з матеріалу однієї підтвердженої партії. Лічильник витків повинен бути перевіреним і продубльованим технологічним контролем — котушка з правильною кількістю витків, але неправильно розташованими виводами, може бути непридатною для монтажу.

Натяг проводу повинен забезпечувати щільне укладання й стабільну форму, не розтягуючи мідь і не пошкоджуючи емаль. Недостатній натяг спричиняє пухку котушку й нестабільну геометрію; надмірний — пошкодження емалі, зменшення перерізу та тріщини на згинах прямокутного проводу. Якщо виток складається з декількох паралельних провідників, потрібно забезпечити однакову довжину й правильну транспозицію — самовільно змінювати транспозицію не можна, оскільки вона вирівнює індуковані напруги та зменшує циркуляційні струми.

Після намотування котушці надають просторову форму для укладання в пази — розведення пазових сторін, вигин лобових частин, формування виводів. Неправильна форма може спричинити неможливість укладання, надмірний виліт чи перетин із сусідньою фазою.

Для формованої секції корпусну ізоляцію пазової частини накладають контрольованою кількістю шарів стрічки з визначеним перекриттям — недостатнє перекриття залишає слабкі зони для часткових розрядів, надмірне ускладнює встановлення в паз. У високовольтних секціях пазова частина отримує напівпровідне покриття для вирівнювання поля, а вихід із паза — противокоронне градуйоване покриття; помилка в довжині чи опорі цих шарів може спричинити поверхневі розряди й передчасний пробій.

Формовані котушки пресують для ущільнення ізоляції, видалення повітря й стабілізації розмірів — недостатній тиск залишає порожнини, надмірний може витиснути смолу й пошкодити провід. Просочення до укладання дозволяє окремо контролювати кожну котушку та отримати кращу геометричну стабільність, але робить секцію жорсткішою й ускладнює монтаж.

Під час термообробки контролюють фактичну температуру котушки, тривалість і швидкість охолодження — недостатня полімеризація призводить до руху витків і слабкої адгезії, а надмірна температура пошкоджує емаль і прискорює старіння.

Опір котушки вимірюють чотирипровідним методом для контролю кількості витків, перерізу та цілісності паралельних провідників, обов’язково фіксуючи температуру. Міжвитковий дефект може не проявитися при вимірюванні опору ізоляції відносно корпуса — тому застосовують імпульсне порівняння (surge-test), яке виявляє міжвиткове замикання, неправильну кількість витків чи слабку ізоляцію за формою затухаючої хвилі.

Для формованих високовольтних секцій додатково проводять випробування підвищеною напругою, контроль часткових розрядів і вимірювання тангенса кута діелектричних втрат. Після формування й полімеризації котушку перевіряють калібрами на відповідність кроку, довжині пазової частини та вильоту лобових частин — вона повинна входити в контрольний калібр без пошкодження та надмірного зусилля. Котушки однакової конструкції також зважують: різниця маси може вказувати на неправильну кількість витків чи нерівномірне просочення.

Кожна секція повинна мати ідентифікацію — номер котушки, фазу, групу, початок і кінець, номер паза й дату виготовлення; маркування повинно витримувати сушіння і не пошкоджувати ізоляцію. Готові котушки захищають від вологи, ударів і деформації, зберігаючи формовані секції на спеціальних стелажах у заданому положенні без навантаження на виводи — неправильне складування може змінити геометрію чи пошкодити ізоляцію ще до укладання в статор.

• починати намотування без підтверджених обмотувальних даних — помилка повториться на всіх котушках;
• копіювати лише зовнішню форму старої секції без урахування пазів, кроку й фактичної схеми;
• вважати ізоляцію частиною мідного перерізу при визначенні розміру провідника;
• використовувати пошкоджений провід — навіть локальна подряпина може стати місцем міжвиткового пробою;
• намотувати без перевіреного лічильника витків чи допускати неконтрольований натяг;
• формувати жорстку секцію ударами;
• просочувати котушку до перевірки витків і геометрії — після полімеризації виправити її буде складно;
• оцінювати котушку лише за зовнішнім виглядом без електричних випробувань;
• встановлювати котушки з різним опором без з’ясування причини — це створить фазну асиметрію.

• Як перемотують статор електродвигуна?
• Що таке обмотки статора та ротора?
• Ізоляція обмоток електродвигунів
• Чому виникає міжвиткове замикання?
• Що таке статор електродвигуна?
• Як виміряти опір ізоляції?

ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виготовляє котушки, секції та повні обмотки статора для промислових електродвигунів і генераторів.

До переліку робіт входять:

• відновлення обмотувальних даних і виготовлення шаблонів;
• намотування м’яких всипних і жорстких формованих секцій;
• нанесення виткової, корпусної та напівпровідної ізоляції;
• пресування, просочення та полімеризацію котушок;
• вимірювання опору, імпульсні та високовольтні випробування;
• геометричний контроль і зважування секцій;
• укладання котушок у сердечник та повне просочення статора.