Патент на изобретение №2349980

(54) ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЙ РЕАКТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в силовых, в частности токоограничивающих, реакторах. Технический результат состоит в обеспечении достаточной равномерности токораспределения, упрощении технологии изготовления при минимизации активных и изоляционных материалов и улучшении массогабаритных показателей. Токоограничивающий реактор содержит обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков, каждый из которых содержит f параллельных проводов, где f – целое число, f4. Витки образуют m рядов, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, где m – целое число, m4. Провода в ряду в радиальном размере размещены между внутренним и наружным диаметром обмотки в n положениях от первого положения на внутреннем диаметре до n-го положения на наружном диаметре, где n – целое число, n4. В местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий выполнена транспозиция параллельных проводов. Причем в местах переходов проводов из каждого нечетного, считая снизу, ряда в следующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов. Согласно изобретению, по меньшей мере, в одном месте перехода проводов из четного ряда в нечетный транспозиция выполняется следующим образом: провода делят на две группы таким образом, что в каждой группе проводов в указанном нечетном ряду имелся бы только один провод, часть длины которого расположена в n-м положении. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в силовых, в частности токоограничивающих, реакторах.

Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков, каждый из которых содержит f параллельных проводов, где f – целое число, f4, витки образуют m рядов, где m – целое число, m4, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, провода в ряду в радиальном размере размещены между внутренним и наружным диаметром обмотки в n положениях, где n – целое число, n4, от первого положения на внутреннем диаметре до n-го положения на наружном диаметре, при этом в местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий выполнена круговая транспозиция параллельных проводов таким образом, что первый провод каждого предыдущего ряда занимает место f-го провода каждого последующего ряда, а все остальные провода занимают в последующих рядах места, отличающиеся от соответствующих им мест в предыдущих рядах смещением на один провод [1].

Токоограничивающий реактор описанной в [1] конструкции имеет ряд технологических недостатков: при перестановке первого параллельного провода предыдущего ряда на место последнего в ряду провода следующего ряда происходит пересечение этим проводом остальных проводов, что приводит к увеличению расстояния между рядами для размещения перестановок проводов и обеспечения требуемых по условиям электрической прочности изоляционных расстояний между витками рядов. Отмеченные особенности не позволяют достигнуть оптимальных массогабаритных показателей, что вызвано необходимостью обеспечения увеличенных изоляционных промежутков между рядами, а также приводит к созданию дополнительных технологических трудностей при выполнении транспозиции, особенно на внутреннем диаметре обмотки, где расстояние между прокладками очень ограничено.

Известен также токоограничивающий реактор, содержащий обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков, каждый из которых содержит f параллельных проводов, где f – целое число, f4, витки образуют m рядов, где m – целое число, m4, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, провода в ряду в радиальном размере размещены между внутренним и наружным диаметром обмотки в n положениях, где n – целое число, n4, от первого положения на внутреннем диаметре до n-го положения на наружном диаметре, при этом в местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий выполнена транспозиция параллельных проводов; причем в местах переходов проводов из каждого нечетного ряда в следующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов, в местах переходов проводов из каждого четного в следующий нечетный ряд транспозиция выполнена таким образом, что провод, расположенный в четном ряду, в (n-1)-м положении, занимает в следующем нечетном ряду первое положение, провод, расположенный в четном ряду в (n-2)-м положении, занимает в следующем нечетном ряду второе положение и т.д. соответственно, провод, расположенный в четном ряду во 2-м положении, занимает в следующем нечетном ряду (n-2)-е положение, провод, расположенный в четном ряду в первом положении, занимает в следующем нечетном ряду (n-1)-е положение [2].

Токоограничивающий реактор описанной в [2] конструкции характеризуется, по сравнению с токоограничивающим реактором, описанным в [2], более высокой технологичностью изготовления вследствие отсутствия пересечения параллельных проводов в местах переходов из предыдущего ряда в последующий. Однако для достижения равномерного распределения тока по параллельным проводам такой реактор должен иметь число рядов проводов, равное или кратное удвоенному числу параллельных проводов. Выполнение этого условия во многих случаях приводит к невозможности оптимального проектирования реактора. При этом созданный реактор характеризуется недостаточно хорошими массогабаритными показателями.

Изобретением решается задача создания токоограничивающего реактора, в котором обеспечивается достаточная равномерность токораспределения, изготовление его не представляет больших технологических трудностей при минимизации вложения активных и изоляционных материалов и улучшении массогабаритных показателей.

Для решения поставленной задачи в токоограничивающем реакторе, содержащем обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков, каждый из которых содержит f параллельных проводов, где f – целое число, f4, витки образуют m рядов, где m – целое число, m4, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, провода в ряду в радиальном размере размещены между внутренним и наружным диаметром обмотки в n положениях, где n – целое число, n4, от первого положения на внутреннем диаметре до n-го положения на наружном диаметре, при этом в местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий выполнена транспозиция параллельных проводов, причем в местах переходов проводов из каждого нечетного, считая снизу, ряда в следующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов, предложено согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, в одном месте перехода проводов из четного ряда в нечетный транспозицию выполнить следующим образом: провода разделить на две группы таким образом, чтобы в каждой группе в указанном нечетном ряду имелся бы только один провод, часть длины которого расположена в n-м положении.

Изобретение поясняется на примере выполнения чертежами: на фиг.1 схематично изображен разрез обмотки токоограничивающего реактора вдоль ее оси (ось обозначена штрихпунктирной линией), а на фиг.2 – вид сверху на третий снизу ряд.

Токоограничивающий реактор содержит обмотку цилиндрической формы, выполненную из двенадцати витков, образованных шестью параллельными проводами 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Каждый ряд в радиальном размере содержит по два витка, каждый из которых содержит по шесть параллельных проводов. Так, в частности, первый снизу по высоте ряд образован двумя витками 7 и 8 и содержит параллельные провода 1, 2, 3, 4, 5, 6 в каждом витке соответственно. В радиальном размере провода занимают двенадцать положений: провода 1, 2, 3, 4, 5, 6 второго витка 8 занимают положения с 1-го (на внутреннем диаметре) по 6-е, а эти же провода первого витка 7 занимают положения с 7-го по 12-е (последнее, 12-е – на наружном диаметре).

Аналогично выполнены следующие по высоте (считая снизу) ряды витков, образующих обмотку.

В местах переходов проводов из каждого предыдущего в каждый последующий ряд выполнена транспозиция проводов 1÷6. При этом в местах переходов проводов 1÷6 из каждого нечетного в соответствующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов 1÷6; при этом провод, занимавший в предыдущем нечетном ряду положение с номером r, и соответственно при числе витков в ряду, равном двум, положение с номером (r+n/2), например пятое и 5+12/2=11-е, в следующем четном ряду занимает положение с номерами (n/2+1-r) и (n+1-r), например 12/2+1-5=2-е положение и соответственно 12+1-5=8-е положение. Конкретно, в первом снизу по высоте ряду провод с номером 5 занимает 5-е положение в радиальном направлении и 11-е положение, в следующем по высоте ряду (считая в направлении намотки – снизу вверх) – 2-е и 8-е положение соответственно.

Аналогично выполняется транспозиция в местах переходов проводов из третьего ряда в четвертый, из пятого – в шестой ряд, т.е. из нечетного в соответствующий четный ряд.

При переходе из ряда в ряд для сохранения неизменного радиального размера обмотки по длине окружности провода переставляют последовательно в разных сегментах. В 3-й снизу ряд из 2-го снизу ряда сначала переходит провод 1 (см. фиг.2), в следующем по длине окружности сегменте переходит провод 2, далее аналогично поочередно переходят провода 3, 4, 5, 6. Провода 1, 2, 3 располагаются рядом как во 2-м, так и в 3-м ряду, поэтому они образуют первую группу проводов 9. Аналогично, провода 4, 5, 6 располагаются рядом как во 2-м, так и в 3-м ряду, поэтому они образуют вторую группу проводов 10.

В группе проводов 9 только провод 1 частично проходит в 3-м ряду по наружному диаметру обмотки, находясь тем самым в крайнем, 12-м, положении в радиальном направлении. Провода же 2 и 3 входят в 3-й ряд в 11-м положении, и далее номера положений, в которых они находятся, только убывают. Таким образом, в группе проводов 9 имеется только один провод 1, часть длины которого расположена в n-м (n=12) положении.

В группе проводов 10 только провод 4 частично проходит в 3-м ряду по наружному диаметру обмотки, находясь тем самым в крайнем – 12-м положении в радиальном направлении. Провода же 5 и 6 входят в 3-й ряд в 11-м положении в радиальном направлении и далее номера положений, в которых они находятся, только убывают. Таким образом, в группе проводов 10 имеется только один провод 4, часть длины которого расположена в n-м (n=12) положении. Аналогично выполнена транспозиция при переходе проводов из 4-го ряда в 5-й. Применение переходов наружного провода четного ряда в наружное положение нечетного ряда или в положение, ближайшее к наружному, как показала практика производства, не приводит к необходимости увеличения промежутков между рядами.

Расположение проводов в различных положениях в радиальном размере представлено в таблице. В ней, в частности, показано, какое количество раз находятся провода в различных положениях в радиальном размере.

Таким образом, поскольку провода находятся в каждом положении в радиальном размере по одному разу, можно сделать вывод о хорошем распределении тока, которое будет иметь место при использовании заявляемого технического решения.

При реализации заявляемого решения с шестью параллельными проводами и двумя витками в каждом ряду удалось выполнить обмотку с хорошим распределением тока при шести рядах, в то время как при использовании технического решения по [2] можно было выполнить обмотку с минимальным числом рядов, равным двенадцати, что при многих сочетаниях параметров не позволило бы создать токоограничивающий реактор, близкий к оптимальному.

Заявляемое решение позволит выполнить обмотку с двенадцатью рядами параллельных проводов, при этом вместо одного полного цикла транспозиций параллельных проводов в ней будут иметь место два полных цикла транспозиции. Таким образом, даже в тех случаях, когда использование технического решения по [2] позволяет выполнить реактор достаточно оптимальным, применение заявляемого технического решения позволяет улучшить токораспределение между параллельными проводами, уменьшить тем самым ток наиболее нагруженного провода и тем самым повысить уровень электродинамической стойкости токоограничивающего реактора.

Как показали проведенные расчеты, реализация заявляемого технического решения во многих случаях позволит снизить себестоимость токоограничивающего реактора на 10÷12%, а в ряде отдельных случаев – на 25÷30%.

В настоящее время разрабатывается техническая документация для производства серии токоограничивающих реакторов, в которой будет реализовано заявляемое техническое решение.

Литература

1. В.Г.Стернин, А.К.Карпенский. Сухие токоограничивающие реакторы. – М.: Энергия, 1965 г., с.74, рис.2-8.

2. Патент РФ №2170466 на изобретение, МПК Н01F 27/30, Н01F 27/28, 2001 г.

Формула изобретения

Токоограничивающий реактор, содержащий обмотку цилиндрической формы, выполненную из витков, каждый из которых содержит f параллельных проводов, где f – целое число, f4, витки образуют m рядов, где m – целое число, m4, расположенных в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки, провода в ряду в радиальном размере размещены между внутренним и наружным диаметром обмотки в n положениях, где n – целое число, n4, от первого положения на внутреннем диаметре до n-го положения на наружном диаметре, при этом в местах переходов проводов из каждого предыдущего ряда в последующий выполнена транспозиция параллельных проводов, причем, в местах переходов проводов из каждого нечетного, считая снизу, ряда в следующий четный ряд выполнена общая транспозиция всех параллельных проводов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, в одном месте перехода проводов из четного ряда в нечетный транспозиция выполнена так, что провода разделены на две группы, и в каждой группе проводов в указанном нечетном ряду имеется только один провод, часть длины которого расположена в n-ном положении.

РИСУНКИ