Алюминиевыми обмотками

Алюминий обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью — и может использоваться как с защитным покрытием никеля или ванадия для обеспечения возможности пайки, так и без него, если присоединение навесных компонентов и создание внешних контактов осуществляются сваркой. Толщина медных и алюминиевых проводников — 1 мкм, а толщина никелевого или золотого покрытия —

(I — фоторезистивная маска на сплошной пленке резистивного материала {позитивный фоторезист); б — сформированные тонкопленочные резисторы и фотореэистивная маска для создания алюминиевых проводников и контактных площадок (позитивный фоторезист); в — фотореэистивная маска на защитном покрытии (негативный фоторезист); S — топология пленочных элементов ГИС

После изготовления всех элементов (транзисторов, диодов, резисторов и др.) полупроводниковых ИМС необходимо создать межэлементные соединения, формирующие окончательную структуру принципиальной схемы определенного назначения, а также контактные площадки для подсоединения внешних выводов корпуса. Для этого предварительно окисленную поверхность пластины кремния покрывают слоем осажденного алюминия (например, методом вакуумного напыления) толщиной 0,5—2 мкм, который после заключительной операции фотолитографии через окна фоторезиста в ненужных местах стравливают. На поверхности полупроводника остается требуемый рисунок алюминиевых проводников шириной около 10 мкм и контактные площадки. Соединение контактных площадок с выводами корпуса осуществляют в большинстве случаев с помощью золотых проволочек диаметром 25—50 мкм ультразвуковой или термокомпрессионной сваркой.

Во взрывоопасных помещениях классов B-I и В-1а применение алюминиевых проводников не допускается.

можно. Однако, по Данным некоторых эксплуатирующих организаций, при правильном выборе проводникового материала коррозия проводов не является чрезмерной.' Подбором медных или алюминиевых проводников в большинстве случаев возможно получить достаточно устойчивый металл для данной среды ( 7-7). Серьезную проблему представляет коррозия контактных соеднне-

Процесс создания межсоединений. Для создания соединений элементов полупроводниковой ИС между собой пластина кремния со сформированными элементами (транзисторами, диодами и резисторами) покрывается слоем осажденного алюминия толщиной 0,5...2 мкм, который затем (после заключительной операции фотолитографии) в ненужных местах стравливается через соответствующие окна фоторезиста. При этом на поверхности полупроводника остается рисунок соединительных алюминиевых проводников, имеющих ширину около 10 мкм, а также контактных площадок.

Обмотки трансформаторов состоят из медных или алюминиевых проводников и изоляционных деталей. Конструкция обмоток должна обеспечивать динамическую стойкость при механических воздействиях в процессе изготовления и эксплуатации.

Наиболее дешевым методом является герметизация с помощью полимеров, однако она не обеспечивает надежную герметизацию. Вопросу герметичности корпусов микросхем уделяется большое внимание. Бесспорно, наличие влаги в корпусе пагубно влияет на микросхему, в первую очередь, за счет коррозии алюминиевых проводников и миграции золота. Этот процесс особенно быстро протекает при наличии электрического потенциала.

вательно, при одинаковом электрическом сопротивлении обмотки из алюминиевых проводников должны иметь примерно в 2 раза меньший вес.

алюминиевых проводников (максимальная температура проводников 70° С при между проводниками 20мм)

Осложнения, которые нередко встречаются при обеспечении надежных контактных соединений алюминиевых проводников, объясняются разностью потенциалов в месте контакта алюминия и других металлов, приводящей в случае влажной среды к электрохимической коррозии соединения, и склонностью алюминия к пластическим деформациям при длительном действии механических усилий, что может привести к ослаблению разъемных контактных соединений.

В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротивления рассеяния обмоток применяют двойные концентрические (расщепленные) обмотки ( 2.7, б), в которых обмотку НН делят на две части с одинаковым числом витков. Аналогично может быть выполнена и обмотка ВН. При чередующихся обмотках ( 2.7, в) всю обмотку подразделяют на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек ВН и расположенных по обе стороны от них двух или нескольких катушек НН. Чередующиеся обмотки применяют редко и в основном для специальных трансформаторов. Обмотки трансформаторов изготовляют из медных или алюминиевых проводов. При использовании алюминия поперечное сечение провода берется примерно на 70% больше, чем при использовании меди из-за большего удельного электрического сопротивления алюминия. В связи с этим габариты и масса трансформаторов с алюминиевыми обмотками больше, чем у трансформаторов с медными обмотками. При сравнительно небольших мощностях и токах обмотки выполняют

Вследствие повышенного удельного электрического сопротивления на одинаковую мощность и быстроходность машины с алюминиевыми обмотками имеют большие габариты по сравнению с машинами, имеющими медные обмотки. Поэтому в крупных синхронных генераторах, габариты которых предельно допустимы, алюминиевые обмотки не применяются. Для пусковых обмоток синхронных и роторов асинхронных двигателей с повышенным сопротивлением обмоток широко применяют различные медные сплавы, например латунь и фосфористую бронзу.

Задача проектирования рациональной серии трансформаторов с алюминиевыми обмотками заключается в выборе такого соотношения основных размеров, отличающихся от размеров трансформаторов с медными обмотками, при котором наиболее полно использовалось бы положительное свойство алюминия — малая плотность, и уменьшалось бы значение отрицательных, свойств — относительно большого удельного электрического сопротивления, увеличенного объема обмоток и пониженной механической прочности провода.

Для получения в эксплуатации полной взаимозаменяемости трансформаторов с медными и алюминиевыми обмотками целесообразно проектировать те и другие с одинаковыми параметрами — потерями и напряжением короткого замыкания, потерями и током холостого хода. Практика расчета серий «алюминиевых» трансформаторов показывает, что взаимозаменяемость их с «медными» трансформаторами может быть получена при одинаковых исходных данных расчета, т. е. одинаковых марке стали, магнитной индукции в стержне, коэффициенте заполнен ния сталью сечения стержня и т. д. При этом трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют одинаковую с «медными» трансформаторами массу стали, меньшую массу, но больший объем металла обмоток, большее сечение обмоток, большую высоту магнитной системы.

Большой опыт выпуска трансформаторов с алюминиевыми обмотками, в частности в пределах номинальных мощностей от 10 до 16000 кВ-А, показал, что эти трансформаторы обеспечивают полноценную замену трансформаторов с медными обмотками, так как могут иметь те же параметры холостого хода и короткого замыкания при одинаковой стоимости всего трансформатора, т. е. являются равноценными с «медными» трансформаторами в техническом и экономическом отношении.

Рационально спроектированные трансформаторы с алюминиевыми обмотками существенно отличаются по соотношению основных размеров от эквивалентных им по мощности и параметрам короткого замыкания и холостого хода трансформаторов с медными обмотками. Отличительными особенностями магнитной системы трансформатора с алюминиевыми обмотками являются при этом меньший диаметр, большие высота стержня и площадь окна магнитной системы. Алюминиевые обмотки имеют несколько большее число витков.

Увеличение чисел витков и сечений витков алюминиевых обмоток по сравнению с эквивалентными медными Обмотками приводит к увеличению стоимости работы по намотке обмоток и к значительному увеличению расхода некоторых изоляционных материалов — бумажно-бакелитовых цилиндров (примерно на 30—25%), электрокартона и пропиточного лака (примерно 50—60%). При большей высоте магнитной системы увеличивается также высота бака и масса масла. Увеличение стоимости работы и стоимости этих материалов компенсируется уменьшением массы и стоимости провода обмоток так, что общая стоимость рационально спроектированного трансформатора с алюминиевыми обмотками практически не отличается от стоимости эквивалентного трансформатора с медными обмотками.

При переходе на алюминиевые обмотки был решен также ряд задач технологического характера, связанных с технологией намотки алюминиевых обмоток и с пайкой и сваркой алюминия. В настоящее время все новые серии трансформаторов общего назначения мощностью до 16000 кВ-А включительно проектируются с алюминиевыми обмотками.

Масса стали в стержнях, ярмах и общая масса стали GCT может быть, таким образом, рассчитана для стерж-нев;ых трансформаторов однофазных и трехфазных с плоской или пространственной магнитной системой двухобмоточных и трехобмоточных с медными или алюминиевыми обмотками с естественным воздушным или масляным охлаждением. Металл обмоток учитывается при определении ар и А. Выбор той или иной изолирующей и теплоотводящей среды — воздуха или масла, определяет допустимую индукцию в магнитной системе и величину изоляционных расстояний.

Предварительный расчет трансформатора ТМ-1600/35 с пространственной магнитной системой и алюминиевыми обмотками

Принципиальные выводы в отношении характера изменения масс активных материалов, стоимости активной части, потерь и тока холостого хода, плотности тока и механических напряжений от растяжения с изменением соотношения размеров 3, сделанные на основании графиков 3-8 — 3-11, являются общими для всех трех вариантов расчета трансформатора с медными и алюминиевыми обмотками, с плоской и пространственной магнитной системой.