КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ И ФИЛЬТР ТРЕХФАЗНЫЙ

Предлагаемые в качестве полезных модели технические решения относятся к электротехнике, а именно к конструкции катушек индуктивности и фильтров.
Известна трехфазная трехпроводная катушка (патент РФ №2221294, 2002, Турусов М.С.), намотанную на сердечник плоским жгутом, состоящим из трех проводящих полос с изоляционными прокладками между ними. Недостатком конструкции является высокая температура нагрева, что требует достаточно энергоемкой системы охлаждения для интенсивного отвода тепла от сердечника и обмотки, а также использования изоляционных прокладок.
Известна так же обмотка из ленточного проводника (патент РФ №1376812, 1996, Всесоюзный электротехнический институт им. В.И.Ленина), содержащая несколько ярусов, каждый из которых выполнен в виде чередующихся проводящих и изоляционных лент, склеенных на гильзе каркаса, бандаж, охватывающий ярусы, а так же герметичную систему охлаждения. Недостатком обмотки является сложность конструкции, обусловленная необходимостью интенсивного охлаждения плотно прилегающих друг к другу проводящих и изоляционных лент.
Ближайшим аналогом заявляемой катушки индуктивности является катушка индуктивности выходного фильтра серии "Электон-Ф" для частотных преобразователей (ЗАО «Электон», г.Радужный Владимирская обл., http://www.elekton.ru/lc_filter.shtml - в последний раз проверено 25.05.2011, фото 1, 2, 3), выполненная без сердечника и содержащая несколько последовательно соединенных ярусов обмотки из изолированного проводника, закрепленных в бандаже. При этом ярусы и витки отделены друг от друга зазорами с помощью горизонтальных планок а витки - электроизоляционной заливкой (типа компаунда), что позволяет эффективно охлаждать обмотку. Недостатки конструкции, которые обуславливают трудоемкость и низкую технологичность изготовления изделия:
- большая толщина проводника требует существенных усилий и постоянного контроля при сгибании и формировании витков необходимого радиуса и одинаковых зазоров между ними, а также медленное охлаждение проводника с поверхностью малой площади;
- неудобство и трудоемкость разделения ярусов и витков обмотки;
- большая толщина проводника и громоздкость бандажа, что обуславливает большую массу катушки, а так же неудобство закрепления при установке.
Целью предлагаемого в качестве полезной модели технического решения является создание катушки индуктивности, технологичной в изготовлении, конструкция которой позволяет легко, без увеличения себестоимости изменять расчетные рабочие характеристики (в частности, индуктивность и параметры сглаживания токов), а также предусматривает удобство установки.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому фильтру трехфазному является синусоидальный фильтр станции управления погружными электонасосами (ЦВИЯ.656.427.006 РЭ, ОАО «Ижевский радиозавод», 2009 г.), содержащий три катушки индуктивности и шесть конденсаторов, соединенных треугольником (по два установленных параллельно конденсатора на каждую фазу).
Целью предлагаемого в качестве полезной модели технического решения является создание фильтра трехфазного, конструкция которого является технологичной в изготовлении и позволяет минимальными затратами адаптировать его параметры для устройств различной мощности с сохранением низкого коэффициента гармонических искажений напряжения на выходе фильтра.
Поставленные задачи решаются в катушке индуктивности тем, что обмотка из ленточного проводника разделена на пакеты, содержащие N (где N≥1) витков обмотки, разделенные вкладышами чередующихся радиально расположенных крепежных и крепежно-установочных рамок бандажа. При этом между витками проводника проложен ленточный изолятор.
Предпочтительно, чтобы начало и конец ленточного проводника были соединены с входным и выходным контактами соответственно посредством болтов.
Предпочтительно, чтобы на крепежно-установочных рамках в качестве крепежных элементов использовались уголки.
Задачи решаются также в фильтре трехфазном, содержащем блок конденсаторов и три катушки индуктивности, входы которых являются первым, вторым и третьим входами фильтра, а выходы - первым, вторым и третьим выходами фильтра: Каждый из трех выходов блока конденсаторов соединен с выходом соответствующей катушки индуктивности. При этом катушка индуктивности выполнена, как описано выше.
Далее конструкция катушки индуктивности в предпочтительном варианте будет описана в составе фильтра трехфазного. В описанном исполнении катушка содержит обмотку из шести пакетов с постоянным количеством витков (N=4). в каждом пакете, фиксированную бандажом из трех крепежных и трех крепежно-установочных рамок.
Фото 1 и Фото 2 - фотографии ближайшего аналога катушки индуктивности.
Фото 3 - фотография ближайшего аналога катушки индуктивности, закрепленной в шкафе.
Фиг.1 - общий вид катушки индуктивности в предпочтительном варианте.
Фиг.2 - электрическая схема фильтра трехфазного.
Катушка индуктивности 1, изображенная на Фиг.1, содержит намотку из ленточного проводника 2 с ленточным изолятором 3. Начало проводника соединено с входным контактом 4, конец - с выходным контактом 5. Намотка зафиксирована в бандаже, включающем крепежные рамки 6 и крепежно-установочные рамки 7. Рамки образованы вертикальными планками 8, горизонтальными планками 9 с образованием каркаса, а также вкладышами 10. Для крепежно-установочных рамок вертикальные и нижние горизонтальные планки, а также вкладыши имеют большую длину. Кроме того, на них предусмотрены установочные элементы 11 (в данном исполнении - уголки) для закрепления катушки на месте установки.
Сборку изделия производят в следующем порядке. К одной вертикальной планке каждой из собираемых рамок при помощи крепежных элементов (в данном случае шпилек) крепят верхнюю и нижнюю горизонтальные планки с пазами для вкладышей. В нижней части крепежно-установочных рамок крепят уголки с отверстиями для установки изделия.
Сложенные вместе ленты проводника и изолятора наматывают на вертикальные. планки чередующихся и расположенных радиально крепежных и крепежно-установочных рамок, образуя первые N витков намотки проводника с изолятором (пакет витков), в каждую из будущих рамок устанавливают вкладыш. Наматывают следующий пакет витков, ограничивают его вкладышами. Расстояние между вкладышами выбирают достаточным для свободного размещения проводника и изоляционной ленты, исходя из его толщины. Толщина вкладышей определяет ширину зазора между пакетами витков. Количество вкладышей определяется количеством пакетов витков, зависящим от расчетных параметров катушки (количество витков, тепловыделение, тип охлаждения и т.д.), а количество витков обмотки в пакете выбирают, исходя из максимально допустимой температуры проводника.
Закончив намотку катушки, устанавливают вторую вертикальную планку каждой из рамок, скрепляя их с горизонтальными планками (в данном случае гайками) и завершая рамки бандажа.
К отогнутым началу и концу проводника винтами крепят соответственно входной и выходной контакты с отверстиями для присоединения входной и выходной шины.
Описанная конструкция позволяет подбирать индуктивность катушки и параметры сглаживания токов, меняя ширину ленты проводника и количество витков, для чего достаточно изменить лишь длину вертикальных и горизонтальных планок и вкладышей рамок. Так, при использовании проводника из достаточно легкого алюминиевого сплава необходимая ширина ленты толщиной 2 мм при входной мощности от 250 до 400 А составляет 110 мм, а при мощности от 630 до 800 А - 160 мм. При этом максимальный нагрев проводника - не выше 160°С. При этом наличие зазоров между пакетами витков позволяет эффективно охлаждать катушку, устанавливая вентиляторы перпендикулярно ленте проводника (в данном случае - под горизонтально установливаемой катушкой).
Использование недорогих, легкообрабатываемых материалов для бандажа (например, текстолита) и ленточного изолятора (например, лакоткани, изоляционные свойства которой сохраняются при нагреве до 180°С) также позволяет снизить себестоимость изделия. Таким образом, конструкция обладает высокой прочностью, простой и высокой технологичностью при изготовлении деталей и сборке (использованы только болтовые соединения), имеет оптимальные массогабаритные размеры, а также удобством при установке и обслуживании.
Фильтр трехфазный, электрическая схема которого изображенная на Фиг.2, содержит блок конденсаторов 12 и три катушки индуктивности 1 (LI, L2, L3), входы Которых являются первым, вторым и третьим входами (Вх1, Вх2, Вх3) фильтра. Каждый из выходов катушек подключен к соответствующему выходу (U, V или W) блока конденсаторов. Одновременно выходы катушек индуктивности являются первым, вторым и третьим выходами (Вых1, Вых2, Вых3) фильтра. Соединение катушек с блоком конденсаторов производят проводниками, закрепляя их на соответствующих контактах болтовыми соединениями.
В качестве катушек используют описанные выше катушки индуктивности. В качестве блока конденсаторов 12 может быть использован трехфазный конденсатор, либо три и более конденсаторов (по несколько штук на одну фазу), соединенных треугольником. В данной реализации полезной модели блок конденсаторов содержит шесть конденсаторов, соединенных треугольником (на каждую фазу - по два конденсатора, установленных параллельно). Каждая из вершин треугольника является одним из выходов блока конденсаторов.
Описанный фильтр является синусоидальным или LC-фильтром, который работает следующим образом. На входы фильтра подаются импульсы напряжения прямоугольной формы равной амплитуды, но разной длительности. За счет реактивной составляющей LC-фильтра происходит изменение формы напряжения: длительность импульса Преобразуется в амплитуду сигнала, необходимую на данном отрезке времени. Совокупность преобразованных отрезков напряжения складывается в синусоидальную форму напряжения.
При установке конденсаторов расчетной емкости, можно добиться низкого коэффициента гармонических искажений на выходах заявляемого фильтра.
Несмотря на то, что технические решения показаны и описаны на примерах конкретных реализации, следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию (например, другая конструкция рамок бандажа катушки индуктивности) могут быть сделаны без отступления от сущности и объема полезных моделей, определенных приведенной в заявке формулой полезной модели.