| Формула изобретения. 1. Комбинированная электромагнитная обмотка, состоящая из двух или более выполненных из фольги проводников, которые имеют токовыводы и разделены диэлектриком, отличающаяся тем, что каждый из проводников снабжен двумя токовыводами, расположенными на противоположных концах проводника. 2. Комбинированная электромагнитная обмотка по п. 1 , отличающаяся тем, что проводники выполнены в виде металлического напыления на диэлектрике. 3. Комбинированная электромагнитная обмотка по п. 1 , отличающаяся тем, что проводники выполнены из сверхпроводящего материала. 4. Комбинированная электромагнитная обмотка по п. 1 , отличающаяся тем, что в качестве диэлектрика используется электроизоляционный лак или эмаль. 5. Комбинированная электромагнитная обмотка по п. 1 , отличающаяся тем, что в качестве диэлектрика используется полимерная пленка. 6. Комбинированная электромагнитная обмотка по п. 1 , отличающаяся тем, что в качестве диэлектрика используется электроизоляционная ткань. 7. Комбинированная электромагнитная обмотка по п. 1 , отличающаяся тем, что в качестве диэлектрика используется химическое соединение, образованное на поверхности проводника в результате химической или электрохимической реакции. |
Область техники.
Заявленное устройство относится к электротехнике и
предназначено для использования в различных электромагнитных установках и электрических машинах, таких как двигатели, генераторы, трансформаторы, насосы, реле и т.п.
Предшествующий уровень техники.
В настоящее время в большинстве электромагнитных установок и электрических машин в качестве электромагнитных обмоток
используется соленоид, реактивное сопротивление которого в
значительной мере является индуктивным, что существенно сказывается на характере нагрузки, как отдельной электрической машины, так и всей системы электроснабжения. Индуктивный характер нагрузки приводит к уменьшению коэффициента мощности - Coscp, что вызывает потери электроэнергии и влечет за собой проблемы, связанные с коммутацией, например в щеточных узлах двигателей и генераторов, а так же
приводит к неэффективному использованию сечения проводов линий электропередач. Для повышения Coscp применяют установки
компенсации реактивной мощности конденсаторного типа.
В качестве аналога предлагаемого устройства можно принять ленточный соленоид [см. 1], который состоит из двух или более проводников, выполненных из фольги и разделенных диэлектриком. При этом все проводники подключены к двум (внешнему и
внутреннему) электродам, выполняющим функцию токовыводов.
Известная конструкция имеет ограниченную функциональность, а именно - способна работать только в одном режиме, в котором соленоид имеет значительную индуктивность при практически полном отсутствии электрической ёмкости. В указанной конструкции проводники
подключены к двум токовыводам, которые являются общими для всех проводников, что допускает только один вариант подключения соленоида к источнику переменного тока и снижает технические характеристики обмотки, в частности коэффициент мощности.
Раскрытие изобретения.
Техническим результатом заявленного устройства является улучшение технических характеристик электромагнитной обмотки и повышение функциональности, заключающаяся в расширении режимов работы, при которых обмотка имеет различное электрическое
сопротивление: индуктивное, емкостное или смешанное.
Указанный технический результат достигается тем, что
комбинированная электромагнитная обмотка состоит из двух или более проводников, выполненных из тонколистового материала, имеющих токовыводы и разделенных диэлектрическим слоем, при этом
проводники совместно с диэлектрическим слоем образуют
электрический конденсатор. Предпочтительный вариант исполнения комбинированной обмотки, в котором токовыводы расположены на противоположных концах каждого из проводников. Проводники могут быть изготовлены из любого проводящего материала в виде фольги, либо получены методом нанесения металла на диэлектрический слой. В качестве диэлектрического слоя может быть использован любой электроизоляционный материал, такой как полимерная пленка, либо электротехническая ткань. Диэлектрический слой может быть
изготовлен нанесением электроизоляционного лака или эмали на проводники, либо может быть получен в результате химической или электрохимической реакции на поверхности проводников.
Краткое описание чертежей.
Заявленное устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена комбинированная электромагнитная обмотка - вид сверху, а на фиг. 2 изображена та же обмотка в разрезе. Варианты осуществления изобретения.
Пример 1: Комбинированная электромагнитная обмотка,
применяемая в качестве первичной обмотки трансформатора ручной дуговой сварки. Данная обмотка состоит из двух проводников, которые выполнены в виде ленты из металлической фольги толщиной 20 мкм, при этом, торцевые части ленты определяют её ширину, а расстояние между противоположными концами ленты определяют её длину. В качестве материала проводников может использоваться металл, такой как серебро, медь, алюминий, или другой электропроводящий материал, либо сверхпроводящие материалы типа: Nb 3 Sn, NbTi, YBaCuO и т. п. [см. 2 стр. 584]. Проводники могут быть изготовлены нанесением металлической пленки на диэлектрический слой, например вакуум- термическим напылением [см. 3 стр. 129], либо химическим осаждением [см. 3 стр. 87] или иным способом. Каждый из проводников снабжен двумя токовыводами из латуни толщиной 2 мм и шириной 20 мм, расположенными на его противоположных концах. Токовыводы на чертежах обозначены соответственно: первый токовывод ( 1 ) - начало первого проводника, второй токовывод (2) - конец первого проводника, третий токовывод (3) - начало второго проводника, четвертый
токовывод (4) - конец второго проводника. Для улучшения восприятия первый проводник (5) изображен сплошной линией, а второй проводник (6) изображен пунктирной линией. Между проводниками расположен тонкий (около 10 мкм) диэлектрический слой (на чертежах не показан), в качестве которого используют электроизоляционный лак (типа КО- 947) или эмаль (типа ЭПГ-74Г), покрывающий проводники со всех сторон. В качестве диэлектрического слоя возможно использование полимерной конденсаторной пленки из фторопласта, полипропилена, лавсана и т.п., или электротехнической ткани из электроизоляционного материала, например стеклоткани, базальтовой ткани и т.п. Диэлектрический слой, может быть получен в результате химический или электрохимической реакции с материалом проводника, в результате которых на поверхности проводника образуется сплошная
диэлектрическая пленка, представляющая собой оксид, фосфат или иное соединение металла проводника. Например - при электрохимическом оксидировании (анодировании) алюминиевых проводников на их поверхности получают сплошную диэлектрическую пленку оксида алюминия [см. 3 стр. 108] . Толщину диэлектрического слоя выбирают с учетом питающего напряжения и частоты тока. Поверхность обмотки покрыта бандажной лентой (7) (показана частично), в качестве которой использована стеклоткань, пропитанная компаундом (типа КП-34).
Вместо бандажной ленты (7) может быть использован корпус,
выполненный из диэлектрического материала, например из
полипропилена, поликарбоната, ударопрочного полистирола и т.п.
Процесс изготовления комбинированной электромагнитной обмотки производят следующим образом: К началу и концу каждого из
проводников при помощи пайки или сварки крепят соответствующие токовыводы, после чего получившиеся конструкции покрывают электроизоляционным лаком или эмалью, за исключением контактных частей токовыводов. Далее на каркас, соответствующий сечению магнитопровода, устанавливают первый (1 ) и третий (3) токовыводы, после чего производят одновременную намотку проводников. В
результате получается электрический конденсатор, обкладками которого служат первый проводник (5) и второй проводник (6), разделенные диэлектрическим слоем, при этом токовыводы одного проводника изолированы от токовыводов другого проводника. После завершения намотки каркас извлекают, в результате в центре обмотки образуется отверстие, предназначенное для установки на магнито проводе. На поверхность обмотки наносят несколько слоев бандажной ленты (7) и производят её пропитку герметизирующим составом, например компаундом КП-34, либо размещают внутри герметичного
диэлектрического корпуса.
Комбинированная электромагнитная обмотка имеет несколько вариантов подключения к источнику переменного тока (электросети): Вариант 1 : Режим соленоида - переменное напряжение 220 вольт подают на первый токовывод (1) и второй токовывод (2). Проходящий по первому проводнику (5) электрический ток создает переменное магнитное поле в магнитопроводе. При таком подключении
комбинированная обмотка имеет преимущественно индуктивный характер нагрузки и коэффициент мощности при номинальной нагрузке составляет 0,85, что соответствует известным устройствам.
Вариант 2: Второй режим соленоида - напряжение подают на первый токовывод (1) и четвертый токовывод (4), а второй токовывод (2) и третий токовывод (3) соединяют перемычкой. Данный режим
используется для подключения обмотки на более высокое напряжение сети (380 вольт), поскольку при таком подключении проводники соединены последовательно.
Вариант 3 : Режим конденсатора - напряжение подают на первый токовывод (1) и третий токовывод (3). При таком подключении обмотка имеет преимущественно емкостной характер нагрузки, используется во время простоя сварочного трансформатора и предназначен для работы в качестве компенсатора реактивной мощности или конденсатора.
Вариант 4: Режим комбинированный - напряжение подают на первый токовывод (1) и четвертый токовывод (4). При таком подключении обмотка имеет смешанный (индуктивно-емкостной) характер нагрузки, и при правильном выборе размеров проводников и диэлектрического слоя в номинальном режиме работы сварочного трансформатора обеспечивает коэффициент мощности близкий к единице. Вариант 5 : Режим комбинированный запасной - аналогичен варианту 4, с разницей в том, что напряжение подают на второй токовывод (2) и третий токовывод (3). Данный вариант подключения используется в случае повреждения первого (1 ) или четвертого (4) токовыводов.
Пример 2: Применение комбинированной электромагнитной обмотки в качестве вторичной обмотки трансформатора. Данная обмотка изготовлена по аналогии с первым примером.
Комбинированная электромагнитная обмотка имеет несколько вариантов соединения с внешней нагрузкой:
Вариант 1 : Режим соленоида - нагрузку подключают к первому выводу (1 ) и второму выводу (2). Переменное магнитное поле в сердечнике трансформатора индуцирует ЭДС на токовыводах обмотки и по нагрузке проходит переменный электрический ток. При таком
подключении обмотка имеет преимущественно индуктивный характер и коэффициент мощности 0,85, что соответствует известным устройствам. Вариант 2: Второй режим соленоида - нагрузку подключают к первому токовыводу (1) и четвертому токовыводу (4), а второй токовывод (2) и третий токовывод (3) соединяют перемычкой. Данный режим
используется для генерации обмоткой более высокой ЭДС, т. к.
проводники при таком подключении соединены последовательно.
Вариант 3 : Режим комбинированный - нагрузку подключают к первому токовыводу (1) и четвертому токовыводу (4). При таком подключении характеристика обмотки является индуктивно-емкостной (смешанной), Правильные размеры проводников и диэлектрика в комбинированном режиме обеспечивают коэффициент мощности близкий к единице.
Вариант 4: Режим комбинированный запасной - аналогичен варианту 3, с разницей в том, что нагрузку подключают ко второму токовыводу (2) и третьему токовыводу (3). Данный вариант подключения используется в случае повреждения первого (1) или четвертого (4) токовыводов. Промышленная применимость.
По вышеописанному описанию были изготовлены и испытаны первичная и вторичная электромагнитные обмотки для аппарата ручной дуговой сварки мощностью 5 кВА. По результатам испытаний было установлено, что вольтамперная характеристика сварочного
трансформатора в комбинированном режиме имеет более
крутопадающий характер, и коэффициент мощности (Coscp) близкий к единице, что улучшает условия его эксплуатации: значительно
снижается влияние процесса сварки на электросеть (скачки напряжения минимальны) и упрощается процесс розжига электрической дуги.
Кроме того, величина тока, проходящего по проводникам в
комбинированном режиме, ограничена реактивными параметрами обмотки, что позволяет защитить от перегрузки сеть и сварочный трансформатор, а значит, обмотка имеет более высокую надежность.
Таким образом, наличие двух токовыводов от начала и конца каждого из проводников позволяет предлагаемой обмотке работать на различных режимах, в которых она имеет разное реактивное
сопротивление: индуктивное, емкостное или смешанное, а
следовательно - комбинированная электромагнитная обмотка имеет более высокую функциональность. Кроме того, благодаря индуктивно- емкостному типу сопротивления в комбинированном режиме
электромагнитная обмотка имеет улучшенную вольтамперную
характеристику и более высокие коэффициент мощности и надежность.
Список литературы:
[1] - Патент RU 2281576, «Способ изготовления ленточного соленоида» МПК H01F5/02, опубликован 10.08.2006.
[2] - «Новые материалы», под. ред. Ю.С. Карабасова, М. МИСИС, 2002.
[3] — «Физико-химические основы производства радиоэлектронной
аппаратуры», Иванов-Есипович Н.К., М. Высш. школа, 1979.
Next Patent: INORGANIC SCINTILLATING MATERIAL, CRYSTAL SCINTILLATOR AND RADIATION DETECTOR