Производственные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Институт информационных технологий

Специальность Экономика и организация производства

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Производственные технологии

Студент-заочник 2 курса

Группы № 081521

Подмосковная (Ганус) Лилия Николаевна

Минск 2012г.

1. Сборочные работы. Технологические схемы сборки ИРЭ. Методика проектирования ТП сборки

Сборка представляет собой совокупность технологических операций механического соединения деталей и электро/радиоэлементов (ЭРЭ) в изделии или его части, выполняемых в определенной последовательности для обеспечения заданного их расположения и взаимодействия в соответствии с конструкторскими документами. Выбор последовательности операций сборочного процесса зависит от конструкции изделия и организации процесса сборки.

В соответствии с последовательностью технологических операций процесс сборки (монтажа) делится на сборку (монтаж) отдельных сборочных единиц (плат, блоков, панелей, рам, стоек) и общую сборку (монтаж) изделия. Организационно он может быть стационарным или подвижным, с концентрацией или дифференциацией операций. Стационарной называется сборка, при которой собираемый объект неподвижен, а к нему подаются необходимые сборочные элементы. Подвижная сборка характеризуется тем, что сборочная единица перемещается по конвейеру вдоль рабочих мест, за каждым из которых закреплена определенная часть работы. Перемещение объекта сборки может быть свободным по мере выполнения закрепленной операции или принудительным в соответствии с ритмом процесса.

Сборка по принципу концентрации операций заключается в том, что на одном рабочем месте производится весь комплекс работ по изготовлению изделия или его части. При этом повышается точность сборки, упрощается процесс нормирования. Однако большая длительность цикла сборки, трудоемкость механизации сложных сборочно-монтажных операций определяют применение такой формы в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Дифференцированная сборка предполагает расчленение сборочно-монтажных работ на ряд последовательных простых операций. Это позволяет механизировать и автоматизировать работы, использовать рабочих низкой квалификации. Сборка по принципу дифференциации операций эффективна в условиях серийного и массового производства. Однако чрезмерное дробление операций приводит к возрастанию времени на транспортировку, увеличению производственных площадей, повышению утомляемости рабочих при выполнении однообразных действий. В каждом конкретном случае должна быть определена технико-экономическая целесообразность степени дифференциации сборочных и монтажных работ.

К монтажно-сборочным процессам предъявляются требования высокой производительности, точности и надежности. На повышение производительности труда существенное влияние оказывают не только степень детализации процесса и специализации рабочих мест, уровень механизации и автоматизации, но и такие организационные принципы, как параллельность, прямоточность, непрерывность, пропорциональность и ритмичность.

Параллельность сборки - это одновременное выполнение сборки нескольких частей изделия или изделий в целом, что сокращает производственный цикл. Наибольшими возможностями с технологической точки зрения обладают два вида обеспечения параллельности процессов: 1) изготовление и сборка на многопредметных поточных линиях одновременно нескольких изделий; 2) совмещение на автоматизированных поточных линиях изготовления деталей с их сборкой.

Прямоточность процесса - это кратчайший путь прохождения изделия по всем фазам и операциям от запуска исходных материалов и комплектующих до выхода готового изделия. Любые отклонения от прямоточности усложняют процесс сборки, удлиняют цикл изготовления радиоаппаратуры. Принцип прямоточности должен соблюдаться во всех подразделениях предприятия и сочетаться с принципом непрерывности.

Непрерывность ТП сборки предусматривает сокращение или полное устранение меж или внутриоперационных перерывов. Достигается непрерывность рациональным выбором техпроцессов, соединением операций изготовления деталей с их сборкой, включением в поток операций контроля и регулировки.

Под принципом пропорциональности понимается пропорциональная производительность в единицу времени на каждом рабочем месте, линии, участке, цехе. Это приводит к полному использованию имеющегося оборудования, производственных площадей и равномерному выпуску изделий. Улучшает пропорциональность рациональное деление конструкции на сборочные единицы и унифицированность ее элементов.

Принцип ритмичности предполагает выпуск в равные промежутки времени одинаковых или возрастающих количеств продукции. Ритмичность при сборке повышается за счет использования типовых и групповых процессов, их унификации и предварительной синхронизации операций.

Проектирование техпроцессов сборки и монтажа РЭА начинается с изучения на всех производственных уровнях исходных данных, к которым относятся: краткое описание функционального назначения изделия, технические условия и требования, комплект конструкторской документации, программа и плановые сроки выпуска, руководящий технический, нормативный и справочный материал. К этим данным добавляются условия, в которых предполагается изготавливать изделия: новое или действующее предприятие, имеющееся на нем оборудование и возможности приобретения нового, кооперирование с другими предприятиями, обеспечение материалами и комплектующими изделиями. В результате проведенного анализа разрабатывается план технологической подготовки и запуска изделия в производство.

В разработку ТП сборки и монтажа входит следующий комплекс взаимосвязанных работ:

1. Выбор возможного типового или группового ТП и (при необходимости) его доработка.

2. Составление маршрута ТП общей сборки и установление технологических требований к входящим сборочным единицам.

3. Составление маршрутов ТП сборки блоков (сборочных единиц) и установление технологических требований к входящим в них сборочным единицам и деталям.

4. Определение необходимого технологического оборудования, оснастки, средств механизации и автоматизации.

5. Разбивка ТП на элементы.

6. Расчет и назначение технологических режимов, техническое нормирование работ и определение квалификации рабочих.

7. Разработка ТП и выбор средств контроля, настройки и регулирования.

8. Выдача технического задания на проектирование и изготовление специальной технологической оснастки.

9. Расчет и проектирование поточной линии, участка серийной сборки или гибкой производственной системы, составление планировок и разработка операций перемещения изделий и отходов производства.

10. Выбор и назначение внутрицеховых подъемно-транспортных средств, организация комплектовочной площадки.

11. Оформление технологической документации на процесс и ее утверждение.

12. Выпуск опытной партии.

13. Корректировка документации по результатам испытаний опытной партии.

Разработка технологического маршрута сборки и монтажа РЭА начинается с расчленения изделия на сборочные элементы путем построения схем сборки. Элементами сборочно-монтажного производства являются детали и сборочные единицы различной степени сложности. Построение схем позволяет установить последовательность сборки, взаимную связь между элементами и наглядно представить Проект ТП. Сначала составляется схема сборочного состава всего изделия, а затем ее дополняют развернутыми схемами отдельных сборочных единиц. Расчленение изделия на элементы производится независимо от программы его выпуска и характера ТП сборки. Схема сборочного состава служит основой для разработки технологической схемы сборки, в которой формируется структура операций сборки, устанавливается их оптимальная последовательность, вносятся указания по особенностям выполнения операций.

На практике применяют два типа схем сборки: «веерный» и с базовой деталью (рис.1). Сборочные элементы на схемах сборки представляют прямоугольниками, в которых указывают их название, номер по классификатору, позиционное обозначение и количество. Более трудоемкой, но наглядной и отражающей временную последовательность процесса сборки является схема с базовой деталью. За базовую принимается шасси, панель, плата или другая деталь, с которой начинается сборка.

Рис.1

Состав операций сборки определяют исходя из оптимальной дифференциации монтажно-сборочного производства.

Разработанная схема сборки позволяет проанализировать ТП с учетом технико-экономических показателей и выбрать оптимальный как с технической, так и с организационной точек зрения.

2. Виды намоточных изделий, классификация обмоток по конструктивно-технологическим признакам, расчет и изготовление обмоток

Конструктивно-технологическая классификация обмоток силовых трансформаторов.

Краткая характеристика и область их применения.

Производство обмоток силовых трансформаторов охватывает изделия самых разнообразных конструкций, габаритов и весов, начиная от обмоток трансформаторов диаметром примерно 100 мм, длиной 150--300 мм, весом около 5 кг и заканчивая обмотками сверхмощных трансформаторов высокого напряжения диаметром и высотой более 3 м и весом свыше 10 т.

Конструкцию и тип обмотки определяют число витков, сечение витка и напряжение. Исходными параметрами для технологии являются: тип и конструкция, геометрические размеры и вес обмотки, определяющие способ намотки обмотки, а также класс изоляции. Каждый тип обмотки имеет свою типовую технологию изготовления. Обмотки одного и того же типа, но значительно отличающиеся друг от друга по весу и габариту, изготовляются по разной технологии. Например, непрерывные обмотки для трансформатора . мощностью 630 ква наматываются на горизонтальном намоточном станке, а обмотка для трансформатора 400 Мва -- на вертикально-намоточном станке.

Классификация обмоток по конструктивно-технологическим признакам:

а) цилиндрическая слоевая;

б) непрерывная;

в) переплетенная (петлевая);

г) дисковая;

д) винтовая.

Краткая характеристика основных типов обмоток:

а) Цилиндрическая слоевая обмотка представляет собой катушку, наматываему послойно из обмоточного провода круглого или прямоугольного сечения. Слой обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой линии на бакелитовый цилиндр или временный шаблон.

При намотке каждый виток слоя укладывают вплотную к предыдущему витку, рядом с ним, вдоль оси обмотки. Соединение между слоями осуществляют обычно переходом без пайки. Витки слоевой обмотки состоят из одного или нескольких параллельных проводов, располагаемых рядом в направлении оси обмотки, имеющих одинаковую развернутую длину и практически одинаковое положение по отношению к полю рассеяния трансформатора. Поэтому в слоевых обмотках не делают транспозиции( перестановки) параллельных проводов.

Намотку обмотки из проводов прямоугольного сечения производят, располагая провод как плашмя, так и на ребро. Для выравнивания винтовой поверхности крайних витков обмотки к ним закрепляют киперной лентой разрезные бумажно-бакелитовые клинообразные кольца, которые доводят форму обмотки до полного цилиндра, предохраняют витки от механических повреждений и создают торцовую опорную поверхность обмотки. Различают: однослойную, двухслойную и многослойную цилиндрические обмотки (рис. 1).

Однослойная цилиндрическая обмотка (рис. 1,а) является наиболее простой. Наматывается из одного или нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения. Начало и конец однослойной обмотки находятся на противоположных торцах, и так как под влиянием сил упругости витки обмотки стремятся раскрутиться, концы обмоток прочно прикрепляют к соседним виткам.

Двухслойная цилиндрическая обмотка (рис. 1,6) из провода прямоугольного сечения состоит из витков, намотанных в два слоя, с переходом из слоя в слой в нижней части обмотки. Между слоями прокладывается изоляция из бумаги или электрокартона, либо равномерно по окружности кладутся несколько реек, образующих вертикальный охлаждающий канал.

Рис. 1. Цилиндрические обмотки. а -- однослойная; б -- двухслойная; в -- многослойная

Для выравнивания торцовой части обмотки устанавливают по торцам каждого слоя разрезные клинообразные кольца.

Начало и конец обмотки обычно выводят с одной стороны обмотки и закрепляют бандажами из киперной ленты. Бандажировка концов обмотки большого сечения получается наиболее надежной, если концы двух слоев расположены один над другим по одной образующей и связаны между собой.

Чтобы придать обмотке большую механическую прочность, поверх крайних витков и выравнивающих колец по окружности наружного слоя накладывают бандаж из киперной ленты или отбортованной ленты кабельной бумаги.

Однослойные и двухслойные обмотки применяют в качестве обмоток НН на напряжение до 525 в в трансформаторах мощностью до 750 ква. Многослойная цилиндрическая обмотка (рис. 1,б) наматывается из провода круглого сечения (редко из прямоугольного). Намотку первого слоя обычно производят на бумажно-бакелитовом цилиндре. Между последующими слоями укладывают несколько слоев кабельной бумаги. Намотка осуществляется плотной укладкой витков друг к другу с переходами из одного слоя в другой.

Для увеличения поверхности охлаждения между некоторыми слоями обмотки создается осевой канал, образованный планками из бука или рейками из склеенного злектрокартона. Для защиты крайних витков от механических повреждений под крайние витки каждого слоя укладывается так называемый бортик. Бортик представляет собой узкую полосу электрокартона толщиной до 2 мм, приклеенную к более широкой лейте телефонной бумаги. В процессе намотки каждого слоя обмотки бумажная лента бортика зажимается крайними витками, а полоса картона служит опорой обмотки. Многослойные цилиндрические обмотки могут иметь регулировочные ответвления, выполняемые в виде петель, образованных тем же обмоточным проводом, что и обмотка и изолированы надетыми на них трубочками из ткани и тафтяной лентой. Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода применяется в качестве обмоток ВН (реже НН) масляных трансформаторов мощностью до 300--400 ква при 3--35 кв. Цилиндрическая слоевая обмотка в некоторых конструкциях трансформаторов находит применение для классов напряжения 110 кв и выше.

Другой особенностью слоевых обмоток является сравнительно большая толщина межслойной изоляции. Для повышения механической прочности обмоток увеличивают опорную поверхность обмотки, устанавливая по торцам ее массивные опорные кольца из электрокартона или гетинакса. Слоевая обмотка для напряжения ПО кв ,и выше отличается от многослойной цилиндрической обмотки трансформаторов небольшой мощности на напряжения до 35 кв наличием масляных каналов между всеми слоями, что значительно улучшает охлаждение обмотки.

За последние 10--20 лет цилиндрическая слоевая обмотка на высокие напряжения получила значительное распространение, особенно за рубежом, для обмоток мощных трансформаторов высокого напряжения. В настоящее время созданы различные более или менее отличающиеся друг от друга конструкции таких обмоток. Основные их различия в способе намотки, в устройстве межслоевой изоляции и экранировании. Каждый слой обмотки можно наматывать либо отдельно на жесткий цилиндр, насаживая их затем последовательно на магнитопровод, либо производить намотку слоев последовательно один на другой; в этом случае вся обмотка представляет одно целое и насаживается на магнитопровод целиком. Межслоевая изоляция в одних конструкциях создается посредством жестких бумажно-бакелитовых цилиндров и угловых шайб, в других она выполняется при помощи мягких бумажных цилиндров, выступающие концы которых надсекают и отгибают, образуя горизонтальный барьер у торца слоя.

Для широкого внедрения цилиндрической слоевой обмотки с намоткой всех слоев один на другой и с межслоевой изоляцией в виде бумажных отбортованных цилиндров необходимо обеспечить следующие элементы технологического процесса: плотную намотку бумажного цилиндра, отбортовку его краев с образованием отворотов, плотно облегающих торцы слоя; уплотнение витков слоя в ходе его намотки с тем, чтобы исключить сколько-нибудь значительную усадку слоев при сушке обмотки; контроль состояния изоляции проводить непосредственно на обмоточном станке, чтобы устранить случайные повреждения до намотки следующего слоя.

б) Непрерывная обмотка (рис. 3,а, б, в) является наиболее совершенным видом секционной обмотки. Обмотка такого типа получила свое название от способа ее намотки без разрывов, т. е. переход из одной секции в другую производится непрерывно, без паек. Непрерывность намотки достигается перекладыванием витков половины общего числа секций (обычно нечетных) с тем, чтобы один переход из секции в секцию был снаружи обмотки, а второй--внутри (рис. 4,а--з). Непрерывная обмотка состоит из ряда секций с каналами между ними; число секций колеблется примерно от 30 до 150. В каждой секции несколько витков наматываются плашмя один на другой по спирали. Число витков в секции от 2 до 40--50. Секции непрерывной обмотки наматывают на рейках, образующих вертикальный канал вдоль внутренней поверхности обмотки; на рейках закрепляют прокладки, при помощи которых создаются горизонтальные каналы. Непрерывные обмотки трансформаторов I--III и частично IV габаритов наматывают на бумажно-бакелитовых цилиндрах, обмотки трансформаторов большой мощности наматывают на технологических цилиндрах (шаблонах).

В непрерывной обмотке может быть от одного до шести (а иногда и более) параллельных проводов в витке. Применение параллельных проводов снижает вихревые потери в обмотках и облегчает намотку катушек, так как вместо одного массивного провода применяется несколько тонких. При числе двух параллелей и более для выравнивания длины, а следовательно, и сопротивления параллельных проводов, при переходе из катушки в катушку провода меняют местами -- делают их перестановку (транспозицию). Перестановка параллельных проводов выполняется в процессе намотки обмоток на каждом переходе из секции в секцию. Переход из секции в секцию (внутренний и наружный) осуществляется на уровне крайнего (соответственно внутреннего и наружного) витка изгибом провода на ребро.

обмотка трансформатор зарядовый связь



Рис. 2. Слоевая регулировочная обмотка

а -- концентр тонкой регулировки; б -- обмотка слоевая, двухслойная; 1 -- цилиндр бакелитовый; 2 -- бандаж -- крепление концов обметки; 3 -- отводы ступеней регулирования; 4 -- витки второго слоя -- концентра тонкой регулировки; 5 -- конец первого слоя -- концентра грубой регулировки; 6 -- прессующая плита; 7 -- приспособление для осевой и радиальной опрессовки



Рис. 3. Непрерывные обмотки (на операции стяжки)

а -- обмотка среднего напряжения СН 35 кв; б -- обмотка ВН 110 кв; в обмотка ВН 220 кв; 1 -- обмотка; 2 -- рейка наружная прошивная; 3 -- экранирующие витки; 4 -- гребенка; 5 -- отводы; 6 -- переходы; 7 -- прессующая плита; 8 -- пружина; 9 -- шпильки стяжные; 10--подставки

Рис. 4. Схема процесса намотки непрерывной обмотки. А -- начало обмотки; п -- переход; р -- рейка; пр -- прокладки; ц -- жесткий (бумажно бакелитовый) цилиндр

Как правило, количество полей, занятых под переходы, равно количеству параллельных проводов. Число секций непрерывной обмотки, как правило, четное, при этом начало и конец обмотки расположены либо

Рис. 5. Расположение коицоб непрерывной обмотки.

а и б -- четное число катушек; в -- нечетное число катушек; 1 -- изоляционный цилиндр; 2 -- наружный переход между катушками; 3 -- внутренний переход

В каждой секции может быть целое или дробное число витков. При дробном числе витков в местах перехода из секции в секцию не получается местного увеличения радиального размера секции на толщину одного витка и не получается одностороннего увеличения осевого размера обмотки вследствие изолировки переходов, расположенных по одной образующей. Обмотки могут выполняться с регулировочными ответвлениями. Ответвления для регулирования напряжения делают обычно от наружных (реже внутренних) переходов, так, чтобы между двумя соседними ответвлениями заключались витки, соответствующие одной ступени регулирования. Непрерывные обмотки с регулировочными ответвлениями, выполняемые по прямой или по оборотной схемам (рис. 6, а--г), состоят из двух частей, разделенных разрывом.

Рис. 6. Расположение концов и регулировочных ответвлений в непрерывных обмотках

а -- число катушек обмотки кратно четырем, число катушек между соседними ответвлениями четное; б -- число катушек некратно четырем; в нечетное число катушек между соседними ответвлениями; г -- число катушек кратно четырем, концы и ответвления -- от внутренних витков; р -- разрыв обмотки; * -- здесь опущено четное число катушек.

При четном числе регулировочных секций между соседними ответвлениями последние отходят только от наружных переходов (рис. 6, а), при нечетном числе-- от наружных и внутренних. Выполнение ответвления от внутреннего перехода менее удобно, чем от наружного. Имеются разные исполнения непрерывных обмоток с различным устройством концов и ответвлений. Различают обмотки: без ответвлений; наружные обмотки по прямой и оборотной схемам; внутренние обмотки с ответвлением внутри; внутренние обмотки с ответвлением снаружи.

Преимуществом непрерывной обмотки является ее большая торцовая опорная поверхность и поэтому большая стойкость по отношению к осевым усилиям короткого замыкания, а также большая поверхность охлаждения. Благодаря указанным преимуществам непрерывная обмотка широко применяется в трансформаторах различных мощностей и напряжений. Для обеспечения грозоупорности обмоток напряжением 110 кв и выше обмотки ВН (наружные) имеют частичную емкостную защиту в виде емкостных колец и экранирующих витков, установленных на входной дисковой части обмоток.

В настоящее время для очень крупных трансформаторов применяют обмотки, выполненные из отдельных секций без перекладки витков и соединенные путем пайки в процессе намотки по схеме, аналогичной схеме непрерывной обмотки. Подобное изготовление обмотки обусловливается большим ее диаметром и радиальным размером катушки, что делает очень затруднительным перекладку витков в секциях. Изготовление таких обмоток, как правило, производится на вертикальных намоточных станках.

в) Переплетенные (петлевые) обмотки в течение длительного времени применяются рядом ведущих зарубежных фирм.

В отечественном трансформаторостроении переплетенные обмотки применяются в трансформаторах класса напряжения 500 кв, разработанных в последнее время (рис. 7 и 5-5,а). При разработках трансформаторов с рабочим напряжением свыше 500 кв переплетенная обмотка является лучшей, способной обеспечить требуемый уровень импульсной прочности изоляции. Петлевые непрерывные обмотки имеют ряд преимуществ перед непрерывными (классическими), хотя сам процесс намотки петлевых обмоток несколько сложнее. В процессе намотки петлевых обмоток обеспечивается переплетение витков соседних катушек (секций) обмотки, что положительно сказывается на первоначальном распределении импульсных напряжений и позволяет отказаться от экранирующих витков и дополнительной изоляции дисковых катушек.

Применение петлевых обмоток позволяет провести дальнейшее усовершенствование главной маслобарьерной изоляции и внедрение новых конструкций главной изоляции (бумажно-масляную и др.), а также совершенствовать продольную изоляцию.

Существенным недостатком петлевых обмоток является значительное увеличение межвитковых напряжений, что, с одной стороны, приводит к увеличению витковой изоляции, а с другой, предъявляет повышенные требования к технологии и качеству изготовления обмоточных проводов и намотки петлевых обмоток (пайки, переходы, и т. п.). Совершенствование конструкции петлевых обмоток осуществляется в настоящее время применением проводов с увеличенной электрической прочностью изоляции, а также выбором числа витков и расположения параллелей в катушке, обеспечивающим уменьшение воздействия на продольную изоляцию обмоток и изоляцию первого от обмотки канала главной изоляции.

г) Дисковая обмотка состоит из ряда отдельно намотанных одинарных или двойных (спаренных) катушек, каждая из которых имеет несколько витков, намотанных один на другой по спирали. В зависимости от напряжения обмотки катушки дисковой обмотки могут иметь общую для всех витков дополнительную (катушечную) изоляцию, выполненную из лент кабельной или крепированной бумаги. Толщина дополнительной изоляции в обмотках выбирается в зависимости от напряжения обмотки; в различных катушках одной обмотки она также может быть разной -- постепенно уменьшаясь от ввода в обмотку к основной ее части.



Рис.7 . Переплетенная (петлевая обмотка ВН 500 кв) на операции стяжки

Различают одинарные и двойные дисковые катушки. Применение одинарных дисковых катушек удваивает количество паек, причем соединение одинарных катушек осуществляется пайкой их наружных и внутренних концов. Изолировку одинарных дисковых катушек удобно производить на специальных изолировочных станках. Намотку дисковых катушек производят обмоточным проводом прямоугольного сечения в один или более (до 8) параллельных проводов. Число витков в катушке обычно от 4 до 25. Намотанные дисковые катушки изолируют, собирают в группы, -производят их технологическую обработку (прессовку и сушку), а затем из катушек (соответственно их окончательному положению в обмотке) собирают обмотку или отдельную ее часть. Соединяют двойные катушки лайкой их наружных концов, выполненных в виде переходов из одной катушки (секции) в другую.

д) Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой линии, с масляными каналами между ними. Каждый виток имеет несколько одинаковых параллельных прямоугольных проводов, укладываемых плашмя вплотную в радиальном направлении. Винтовую обмотку (рис. 8) еще называют многопараллельной обмоткой, так как общее число параллельных проводников в обмотке обычно от 7 до 100 и более в мощных трансформаторах.

В зависимости от числа параллелей и витков винтовые обмотки могут выполняться однозаходной (однохо-довой) или многозаходной (многоходовой), т. е. вся обмотка состоит из двух или более отдельных винтовых обмоток, вмотанных в процессе намотки одна в другую.

Каждый такой ход (ветвь обмотки) может состоять из 4--40 параллельных проводов.

Рис. 8. Винтовая обмотка (однохсдовая)

Винтовая обмотка, так же, как непрерывная, наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре (трансформаторы III габарита) или на технологическом цилиндре шаблоне (трансформаторы IV-- VI габаритов). Вертикальный канал вдоль внутренней поверхности винтовой обмотки и каналы между ее витками и ветвями образуются такими же рейками и прокладками, как и при непрерывной обмотке. Намотка обмотки может быть правой или левой. Иногда винтовую обмотку называют спиральной.

Винтовую поверхность первых крайних витков обмотки выравнивают путем постепенного увеличения высоты набора прокладок между торцом крайнего витка и опорным кольцом. Высота набора прокладок по окружности для каждой рейки разная, указывается на чертеже обмотки (развертке). Для устойчивости прокладок, если высота набора превышает 25 мм.

Для обеспечения равномерного распределения тока по Проводникам и соответственно уменьшения дополни тельных потерь многопараллельные обмотки следует обязательно выполнять с транспозицией (перекладкой параллельных проводов витка во время намотки). Транс позиция считается полной (совершенной), если все про водники в результате транспозиции одинаково расположены по отношению к продольному магнитному полю; при неполной (несовершенной) транспозиции возникают добавочные потери от циркулирующих токов в параллельных проводниках обмоток.

Рис. 9. Выравнивание опорной поверхности двухзаходной винтовой обмотки трансформатора средней мощности,

1 -- сегмент с закраинами; 2 -- опорное кольцо с разрезом толщиной 10 мм; 3 -- опорное кольцо толщиной 30 мм; 4 -- прокладки

В винтовых обмотках применяются различные виды транспозиций:

а) транспозиция Бюда с одной общей и двумя групповыми перестановками;

б) стандартная и две специальных транспозиций;

в) транспозиции Хобарта, или равномерно распре деленная.

В одноходовых винтовых обмотках широко применяют стандартную, выполняемую на середине обмотки, и две специальные транспозиции, выполняемые на 1/4 и 3/4 числа витков обмотки от ее начала. При выполнении специальной транспозиции все параллельные проводники делятся на две группы (при четном количестве проводников -- одинаковые, а при нечетном-- одна из групп на один .провод больше) и эти группы меняются местами. Если при нечетном количестве параллельных проводников в первой специальной транспозиции из верхнего положения в нижнее переходила группа, имеющая большее количество проводников. Специальная транспозиция выполняется в полях, смежных с расчетным полем, и, следовательно, занимает три поля. В зоне транспозиции провода в радиальном направлении изнутри поддерживаются клиньями, набранными из полес электрокартона шириной, равной осевому размеру провода.

При стандартной транспозиции все провода меняются местами, каждый в отдельности, относительно середины витка. В местах стандартной транспозиции под провода подкладывают два клина, набранных из полос электрокартона, шириной, равной осевому размеру провода. Клинья компенсируют радиальный размер витка, поэтому их ступени выполнены в соответствии с перекладываемыми параллельными проводами. Переходы выполняют в пролетах между столбами прокладок -- в полях обмотки. Верхний провод витка укладывают на первый клин, под оставшиеся проводники подкладывают второй клин и поочередно перемещают все остальные параллельные провода. Стандартная транспозиция занимает обычно столько пролетов между столбами прокладок, сколько имеется в витке параллельных проводов; в отдельных случаях допускается выполнение двух перекладок в одном поле. Начало и конец стандартной транспозиции должны быть симметричными относительно ее середины.

В одноходовых спиральных (многопараллельных) обмотках, имеющих одну стандартную и две специальные транспозиции, наиболее вероятным (и опасным) является замыкание проводов, лежащих на внутреннем и наружном диаметрах обмотки (крайних параллельных проводов). Замыкание может произойти на участке между двумя специальными транспозициями, где провода после перекладки лежат рядом. Для предотвращения замыкания между этими проводами прокладывают полосу электрокартона шириной, равной ширине обмоточного провода; в поле разделения групп проводов на неизгибаемую часть витка устанавливают отбортованную прокладку из электрокартона и прибан-дажируют ее киперной лентой. Такие же отбортованные прокладки устанавливают под первый и последний провода стандартной транспозиции поверх проложенной полосы электрокартона.



Рис. 10. Схемы транспозиций.

а -- стандартная и специальная в одноходовой винтовой обмотке: б -- общая и групповая в одноходовой винтовой обмотке; в -- полная распределенная транспозиция в двухзаходной винтовой обмотке



Рис. 11. Конструктивное выполнение транспозиций параллельных проводов одноходовой винтовой обмотки.

а -- стандартная транспозиция; б -- специальная транспозиция; 1 -- прессованные сегменты и электрокартоны с клиновыми выступами для закрепления за рейки; 21и 22-- склинья; набранные из полос электрокартона бандажи, коробочки и пр. -- не показаны

Под все остальные переходы транспозиции устанавливают прокладки из электрокар-тока толщиной 1--2 мм.

Транспозиция Бюда состоит из двух групповых транспозиций на 1/4 и 3/4 числа витков обмотки и одной общей транспозиции в середине обмотки (рис. 11,6),

Число параллельных проводов в одноходовой обмотке с транспозицией Бюда должно быть кратным 4; в многоходовой обмотке транспозиция выполняется независимо в каждой ветви, при этом число проводов в каждой ветви обмотки должно быть кратным 4. В групповой транспозиции четыре группы проводов, содержащие каждая по 1/4 числа параллельных проводов ветви, меняются местами так, что провода первой (верхней) группы после транспозиции занимают места проводов четвертой (нижней) группы, провода второй--места проводов третьей, провода третьей -- второй, а провода четвертой группы занимают места проводов первой группы. Между переходами соседних групп оставляется по одному свободному пролету, поэтому транспозиция занимает семь полей. После изгиба ( перехода) первой группы проводов под четвертую группу подкла-дывают и прибандажируют набранный из полос электрокартона клин, так, что к седьмому полю после начала транспозиции четвертая группа занимает положение верхней группы. Под первую группу проводов после перехода подкладывают и прибандажируют клин так, что к седьмому полю эта группа занимает нижнее положение. Вторая группа после перехода в третьем поле укладывается на первую и т. д.

В общей транспозиции провода, находящиеся вышей ниже середины радиального размера обмотки, меняются местами следующим образом: провода верхней группы меняются местами относительно середины этой группы, а провода нижней группы -- относительно середины своей группы. В результате крайние провода занимают после транспозиции места средних проводов, а средние-- крайних (в своих группах). В каждом пролете одновременно изгибаются два провода, симметричные относительно середины радиального размера обмотки. Поэтому транспозиция занимает число полей, равное половине числа параллельных проводов ветви обмотки. Первый (верхний) и последний (нижний) провода одновременно изгибаются в начале транспозиции (в первом поле). После перехода между ними закладывается клин так, что к концу транспозиции эти провода находятся рядом, в середине радиального размера обмотки. Аналогичный клин закладывается между проводами, находящимися до транспозиции в середине радиального размера обмотки. Второй и предпоследний провода одновременно изгибаются во втором пролете и укладываются соответственно на первый и под последний провод и т. д. Все изгибы (переходы) проводов изолируются аналогично транспозициям других типов. Рассмотренные транспозиции не являются совершенными для любого числа параллельных проводов обмотки и требуют дополнительного места в осевом размере обмотки.

Наиболее совершенная транспозиция проводов достигается в двухходовой винтовой обмотке. Транспозицию в двухходовой винтовой обмототке выполняют путем перекладки проводов (на определенной доле витка, указанной на чертеже) из одной группы в другую, причем верхний провод из первой стопки перекладывают на верх второй стопки, а нижний провод из второй стопки -- на низ первой стопки (рис. 4-5). Если произвести через указанные доли витка столько таких перекладываний, сколько всего параллельных проводников в витке без одного, то каждый из проводов побывает во всех положениях по отношению к магнитному полю и, таким образом, будет выполнена совершенная транспозиция всех проводов.



Рис. 12. Вывод концов винтовой обмотки и их крепление

а, в -- одноходовой обмотки; б -- двухходовой обмотки; 1 -- сегмент выравнивающий; 2 -- кольцо изолирующее; 3 -- полоса электрокартона (заполнитель); 4 -- сегмент упорный; 5 -- емкостное кольцо; 6 -- прокладка электрокартона

Двойная полная равномерно распределенная транспозиция двухходовой спиральной обмотки представляет по сравнению с полной распределенной транспозицией удвоенное количество перестановок (во избежание закручивания пучка проводов в одной половине обмотки) провода транспонируются в одном направлении, в другой: половине -- в обратном направлении). В процессе намотки каждый провод дважды занимает все возможные положения в обеих ветвях. Полная и двойная полная; распределенные транспозиции не требуют дополнительного места в осевом размере обмотки, что является; весьма важным их преимуществом. Выводы и крепление концов винтовой обмотки показаны на рис. 12 а, б. Винтовая обмотка имеет значительную торцовую поверхность, что .позволяет обеспечить ее стойкость при больших осевых усилиях короткого замыкания, обладает: хорошей механической прочностью и развитой поверхностью охлаждения. Поэтому ее применяют для обмоток НН, имеющих небольшое количество витков при больших величинах тока в трансформаторах и автотрансформаторах мощностью от 1000 ква до самых больших мощностей.

При относительно большом числе витков обмотки из обмоточного провода небольшой высоты и необходимости размещения витков на заданной высоте иногда применяют винтовую обмотку с каналами через один виток, т. е. чередованием двух смежных катушек с каналом, набранным из дистанционных прокладок с двумя последующими катушками, разделенными шайбой или прокладками из электрокартона толщиной 0,5--1 мм. Такую обмотку называют полувинтовой и иногда применяют в качестве обмотки НН трансформаторов IV габарита.

3. Практическая часть

Приборы с зарядовой связью; принципы действия, область применения, конструктивное исполнение и типовая технология изготовления наиболее распространенных ПЗС.

Прибор с зарядовой связью (ПЗС, рис. 1) представляет собой совокупность взаимодействующих МДП-структур, используемых в полевых транзисторах с изолированным затвором. Взаимодействие соседних структур обеспечивается из-за наличия общего однородного полупроводникового слоя и малого расстояния между затворами МДП-структур. Затворы (металлические электроды М) изолируются тонким слоем диэлектрика Д от поверхности полупроводника П, в качестве которого используется р- или n-кремний. Ширина каждого электрода 10...15 мкм, промежуток между ними 2...4 мкм. Толщина слоя диэлектрика 0,1 мкм. Каждую МДП-структуру в ПЗС можно рассматривать как конденсатор, одной из обкладок которого является металлический электрод (затвор), а другой - полупроводниковая подложка.

При определенном значении положительного напряжения на затворе, называемом пороговым Uпор, концентрация электронов в поверхностном слое станет равной концентрации дырок (как и в собственном полупроводнике), а при U > Uпор у поверхности произойдет образование «инверсионного» слоя n-типа, отделенного от подложки р-n-переходом. Непосредственно под электродом образуется «потенциальная яма», в которой могут храниться электроны. «Глубина» этой потенциальной ямы зависит от значения приложенного напряжения, степени легирования полупроводника и толщины слоя диэлектрика. При подаче напряжения на соседний электрод (затвор) под ним также появляется потенциальная яма. Если расстояние между соседними электродами велико, так что их поля не взаимодействуют, то в каждой потенциальной яме может независимо храниться свой заряд (пакет) электронов. При малых же расстояниях между электродами их электрические поля будут взаимодействовать. Если положительное напряжение U2 на затворе 2 окажется больше напряжения U1 на затворе 1, то возникающее ускоряющее поле Е заставит электроны дрейфовать в область с более высоким потенциалом: из «мелкой» потенциальной ямы под первым затвором в более «глубокую» под вторым затвором.

Так можно обеспечить перенос заряда электронов из одной потенциальной ямы в другую. Время существования потенциальной ямы ограничено паразитным процессом термогенерации пар носителей. Дырки под действием электрического поля в переходе инверсионный слой - подложка уходят в толщу р-полупроводника, а электроны накапливаются, заполняя потенциальную яму и создавая «фон». Процесс этот паразитный и неконтролируемый. Время, необходимое для заполнения потенциальной ямы вследствие термогенерации, называется временем релаксации. Следовательно, хранение в потенциальных ямах зарядовых пакетов, несущих информацию о значении полезного сигнала, возможно в промежуток времени, существенно меньший по сравнению с временем релаксации.

МДП-конденсатор может служить элементом, запоминающим на некоторое время информацию, соответствующую заряду в потенциальной яме.

Основные режимы работы ПЗС - хранение информации в виде заряда в одном или нескольких конденсаторах и перенос заряда из одного конденсатора в следующий вдоль цепочки. В цифровых устройствах наличие заряда означает лог. 1, а отсутствие заряда - лог. 0. В аналоговых устройствах количество заряда будет повторять закон изменения сигнала. Таким образом, электрический сигнал в ПЗС представлен не током или напряжением, как в на транзисторах, а зарядовым пакетом.

Для неоднократного переноса заряда в нужном направлении каждый электрод (затвор) подключен к одной из тактовых шин (фаз) Ф1, Ф2, Ф3. Трехфазный ПЗС изображен на рис. 1. Один элемент ПЗС состоит из трех ячеек МДП-конденсаторов.

К этим шинам подается необходимая последовательность тактовых импульсов с разной амплитудой (рис. 2), которая переносит зарядовый пакет вдоль поверхности.

В течение интервала времени ti на электроды фазы Ф1 подают положительное напряжение. Под этими электродами создаются глубокие потенциальные ямы для электронов. Будем считать, что слева от первого электрода находится элемент ввода заряда информации. Этот заряд переходит под электрод 1 в более глубокую потенциальную яму. Режим, при котором электроны «перетекают» из одних потенциальных ям в другие, более глубокие, называют режимом записи. Таким образом, интервал соответствует режиму записи в электроде 1. В интервале времени напряжение на электроде 1 U" < поэтому зарядовый пакет не может переходить под электрод 2, напряжение которого UФ2 = U' < U". Наступает режим хранения «записанного» в интервале зарядового пакета. В интервале времени UФ1 = U", a UФ2, UФ3 = U'.

Так как теперь UФ2 > UФ1, то зарядовый пакет переходит в более глубокую потенциальную яму электрода 2 (режим записи для электрода 2).

В интервале времени UФ1 = U', UФ2= U", a UФ3 = U', так что наступает режим хранения для электрода 2. Аналогично в интервале будет режим записи, а в интервале режим хранения для электрода 3. Таким образом, за шесть интервалов произойдет перенос зарядового пакета из-под электрода 1 под электрод 3. Далее при наличии тактовых импульсов процесс будет повторяться и зарядовый пакет будет последовательно перемещаться по «линейке» электродов (регистру).

Рассмотренная ступенчатая форма управляющих импульсов напряжения для трехфазного ПЗС (см. рис. 2) является идеальной. Однако их формирование требует сложных генераторов. Поэтому для управления используются перекрывающиеся импульсы трапецеидальной формы с плавным фронтом и срезом. При этом передача (перенос) зарядового пакета происходит на срезе импульса, длительность которого должна в 2...3 раза превышать время хранения. Тогда «последние» носители зарядового пакета успевают перейти в соседнюю потенциальную яму, что повышает эффективность переноса заряда в ПЗС.

Устройство ввода и вывода зарядовых пакетов - это обязательные структурные элементы ПЗС, которые преобразовать входной сигнал (уровни напряжения) в сигнальные зарядовые пакеты, а на выходе осуществляют обратное преобразование. Один из способов ввода и вывода неравновесного заряда - использование р-n+-переходов. Рассмотрим устройство ввода электрического сигнала (см. рис. 1). Область типа п+ образует с р-подложкой n+-р-переход (входной диод). Область n+ имеет омический контакт Двх , Фвх входной затвор. Для ввода сигнала на Двх подается напряжение отрицательной полярности, включающее входной диод в прямом направлении, а к Фвх прикладывается управляющее положительное напряжение сигнала. Электроны инжектируются на n+-области под входной затвор, а затем переносятся под первый затвор 1. Величина зарядового пакета увеличивается с ростом амплитуды входного сигнала в соответствии с ВАХ р-n-перехода по экспоненциальному закону и зависит также от продолжительности инжекции, определяемой длительностью управляющих импульсов. Достоинство этого способа ввода сигнала - высокое быстродействие, так как время инжекции составляет несколько наносекунд.

Для вывода зарядового пакета на выходе (см. рис. 1) имеется область п+, омический контактных к этой области и управляющий выходной затвор Фвых. Область п+ образует с подложкой выходной диод, который включают в обратном направлении. Для этого на выходной контакт Двых через резистор подают постоянное положительное напряжение, превышающее максимальное напряжение на Фвых. К выходному выводу для регистрации сигнала подключают чувствительный усилитель на МДП-транзисторах, который создается на той же подложке.

Применение приборов с зарядовой связью. ПЗС состоит из множества технологически объединенных МДП-структур, расположенных на малом расстоянии друг от друга. Количество МДП-структур может достигать нескольких тысяч, и поэтому ПЗС может рассматриваться как большая интегральная схема (БИС).

Важнейшая функция ПЗС - задержка входного импульса на точно заданное время. С помощью ПЗС осуществляется длительное хранение информации, что используется в запоминающих устройствах (ЗУ). Для этого можно прервать последовательность управляющих (тактовых) импульсов после того, как пакеты инжектированных носителей расположились в соответствующих ячейках МДП. В период считывания снова подают тактовые импульсы, и записанная информация последовательно поступает на вход. ЗУ на ПЗС используются в цифровой технике и обладают большой емкостью (8...16 кбит). Непрерывное циркулирование информации осуществляется в ЗУ на ПЗС с регенерацией. При обращении к запоминающему устройству производится выборка записанной информации с регенерацией или без нее (т.е. с неразрушающим считыванием или с разрушением записанной информации). ПЗС находят широкое применение в телевидении, где они используются как фотоэлектрические преобразователи изображения.

Зарядовый пакет носителей можно создавать не только с помощью инжекции, как описано ранее, но и с помощью локального освещения поверхности. При этом под соответствующим затвором образуется заряд, пропорциональный освещенности. Если освещенность на разных участках различна, то совокупность зарядов под затворами характеризует изображение, спроецированное на ПЗС. Подавая управляющее трехтактное напряжение, получаем на выходе ПЗС последовательность импульсов, амплитуды которых пропорциональны освещенности разных участков. Использование таких формирователей сигналов изображения позволяет создавать миниатюрные передающие полупроводниковые телевизионные камеры с малым потреблением энергии и достигающие обычного телевизионного стандарта по разрешающей способности, в том числе и для цветного телевидения. Присущее ПЗС перемещение зарядовых пакетов позволяет избавиться от громоздких и ненадежных передающих электронно-лучевых трубок со сканированием электронным лучом. ПЗС является уникальным аналогом электронно-лучевых трубок, позволяющим одновременно с уменьшением массы, габаритных размеров, потребляемой мощности повысить надежность и качество формирования видеосигналов. Дополнительное достоинство состоит в возможности использования разнообразных полупроводниковых материалов, что позволяет перекрыть широкую область электромагнитного спектра, включая инфракрасную область.

В настоящее время созданы приборы более совершенные по сравнению с ПЗС, имеющими трехтактное питание затворов. К ним относятся ПЗС со скрытым каналом и двухфазным управлением, а также ПЗС на МНОП-структурах и структурах с плавающим затвором. В этих типах приборов удается упростить технологию изготовления, сократить расстояние между затворами, устранить пересечение линий металлизации для соединения затворов и т.п. Время хранения записанной информации в этих структурах доходит до нескольких десятков тысяч часов.

Таким образом, ПЗС являются весьма универсальными структурами. На ПЗС разработаны интегральные ЗУ с большой емкостью памяти, управляемые линии задержки, согласованные и полосовые фильтры, позволяющие обрабатывать сигналы длительностью в сотни миллисекунд, твердотельные преобразователи телевизионного оптического сигнала в электрический, а также цифровые устройства на их основе. ПЗС характеризуются конструктивной и технологической простотой, малыми размерами, высокой надежностью, высокой чувствительностью, возможностью работы в спектрах видимых, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. Этим объясняется их широкое применение в телевидении, радиолокации, системах связи. В настоящее время сформирована также микросхемотехника ПЗС, которая включает в себя принцип построения схем на ПЗС для суммирования, вычитания, умножения, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей сигналов. На базе этих схем могут быть построены устройства сложной обработки сигналов, представленных в зарядовой форме.

Список использованной литературы

1. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко.- Мн.: Выш. шк., 2002.

2. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов /Под ред. А.П. Достанко, Ш.М. Чабдарова. - М.: Радио и связь,1989.

3. Глудкин О.П., Черняев В.Н. Анализ и контроль технологических процессов производства РЭА. - М.: Радио и связь, 1983.

4. Ханке Х.И., Фабиан Х. Технология производства радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1980.

5. Автоматизация и механизация сборки и монтажа узлов на печатных платах/ Под ред. В.Г. Журавского . - М.: Радио и связь,1982.

Размещено на Allbest.ru