Способ намотки многослойной обмотки реактора высокочастотного заградителя
WINDING METHOD OF MULTILAYER WINDING OF REACTOR OF HIGH-FREQUENCY GUARD

Изобретение относится к высокочастотной связи, в частности к системам передачи информации по линиям энергоснабжения, а именно к реакторам высокочастотных заградителей, и может быть использовано в области энергетики для повышения надежности реактора к образованию межвитковых коротких замыканий.
Из существующих технических решений известен реактор высокочастотного заградителя (патент на полезную модель №RU 81862, от 15.10.2008), содержащий катушку индуктивности, выполненную алюминиевым или медным проводом, витки которого укреплены на опоре из диэлектрического материала, причем витки провода укреплены на опоре, выполненной в виде полого цилиндра из стеклопластика.
Известен также высокочастотный заградитель (патент на полезную модель №RU 129320, от 19.02.2013), состоящий из реактора, представляющий собой катушку индуктивности, выполненную из алюминиевого либо медного провода, навитого на реечный каркас, рейки которого в крайних точках связаны между собой верхней и нижней крестовинами, на которых закреплены контактные терминалы, соединенные шинами подключения с элементом настройки и защитным устройством, отличающийся тем, что в промежуточных точках рейки каркаса соединены между собой планками с шагом от 100 до 1000 мм, величина которого определяется размерами реактора.
Недостатком известных технических решений является их низкая устойчивость к воздействию ударного тока короткого замыкания, величина которого в значительной степени превышает номинальное значение.
В качестве прототипа рассмотрим реактор высокочастотного заградителя (патент на полезную модель №RU 173516 от 23.01.2017), представляющий собой катушку индуктивности, выполненную из металлического провода, навитого на реечный каркас, отличающийся тем, что обмотка реактора имеет по крайней мере три параллельных слоя, намотанных по спирали, и выполнена с транспозицией только на двух внутренних слоях катушки.
Недостатком прототипа является необходимость организации транспозиции проводов для обеспечения равномерного токораспределения, что, в свою очередь, значительно усложняет технологию изготовления, особенно многослойной катушки индуктивности.
Кроме того, известное техническое решение для трехслойного реактора содержит транспозицию первого и второго внутренних слоев, эти слои имеют равное число витков, но при этом третий, внешний слой, имеет длину провода равную как длине первого слоя так и длине второго слоя, но содержит, соответственно, меньшее число витков, ввиду большего диаметра витка третьего слоя, следовательно индуктивность третьего слоя меньше индуктивности первых двух слоев, следовательно меньшее индуктивное сопротивление, что обуславливает неравномерное деление токов, таким образом, по внешнему слою протекает больший ток. Это приводит к нарушению симметрии в токораспределении и вызывает перегрев внешнего слоя, помимо этого, при протекании тока короткого замыкания через заградитель, динамические усилия, возникающие в проводе третьего слоя, значительно превышают усилия внутренних слоев, что снижает надежность заградителя и может привести к его разрушению. Также из-за не симметричного распределения токов в заградителе возникают большие электрические и тепловые потери.
Технической задачей заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение равномерного симметричного токораспределения между слоями реактора, упрощение технологии изготовления реактора высокочастотного заградителя.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ намотки многослойной обмотки реактора высокочастотного заградителя, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере одну группу из по меньшей мере двух параллельных проводов, располагают и закрепляют концы проводов на каркасе реактора вдоль его оси, после чего последовательно наматывают слои обмотки по спирали чередуя направление намотки каждого слоя.
Обмотка реактора может быть выполнена несколькими группами параллельных проводов, при этом группы проводов равномерно располагают на каркасе катушки индуктивности на одном уровне. Каждую группу формируют предпочтительно из 2≤р≤6 параллельных проводов, закрепленных на каркасе вдоль осевой линии катушки.
Способ намотки многослойной обмотки реактора с осевым расположением параллельных проводов обеспечивает равномерное распределение тока по проводам, что повышает электродинамическую стойкость обмотки. Кроме того, высокая электродинамическая стойкость реактора обеспечивается также и тем, что все слои реактора формируются из непрерывных параллельных проводов в группе и намотаны простым технологичным способом, включающим последовательное чередование направления обмотки.
В процессе намотки применяется два или более проводов, уложенных параллельно друг относительно друг друга в соседние пазы рейки каркаса, располагаемой параллельно основной оси катушки, тем самым образуется группа намотки. Расстояние между пазами в одной группе значительно меньше расстояния между витками одного направления. Применяется это для того, чтобы согласно направлению силы ампера провода одного направления прижимались друг другу, т.к. взаимодействие электрических полей этих проводов направленно на сближение, и, в случае соприкосновения проводов под действием этой силы, не будет образовываться межвиткового короткого замыкания, т.к. данные провода находятся на одном и том же витке группы, в то время как расстояние между витками одной группы значительно больше, следовательно и силы взаимного притяжения меньше, что не будет способствовать образованию межвиткового короткого замыкания.
Схема намотки каждого слоя представляет из себя спираль, число спиралей равно количеству слоев. В процессе намотки на каждом слое образуется нисходящая или восходящая спираль, при этом происходит чередование восходящей и нисходящей спирали, таким образом, намотка осуществляется от одного из торцов реактора, по спирали вниз, затем переходит на следующий слой, на котором образуется восходящая спираль. Число витков на каждом слое может быть разное, что позволяет выбрать оптимальное значение витков для заданных параметров реактора.
Реактор представляет собой катушку индуктивности, выполненную из металлического провода, навитого на реечный каркас.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 - представлен осевой разрез катушки индуктивности, намотанной одной группой из 3-параллельных проводов в одном слое; на фиг. 2 - вид сверху катушки индуктивности, представленной на фиг 1; на фиг. 3 - представлен осевой разрез катушки индуктивности, намотанной двумя группами из 3-параллельных проводов в одном слое; на фиг. 4 - вид сверху катушки индуктивности, представленной на фиг 3, где:
1 - обмотка катушки;
2 - каркас;
3, 4, 5, 12, 13, 14, 15, 16, 17 - провода;
6 - осевая линия катушки;
7 - внутренняя окружность обмотки;
8, 18 - место крепления проводов на каркасе;
9, 10, 11, 19, 20, 21 - слои обмотки;
А, Х - концы проводов.
На фигурах 1, 2 катушка индуктивности представляет собой цилиндрическую многослойную обмотку 1, которая намотана на каркас 2 и содержит группу из трех параллельных проводов 3,4,5 расположенных вдоль осевой линии 6 катушки. Многослойная обмотка содержит одну группу параллельных проводов, которую можно расположить в любом месте на внутренней окружности 7 обмотки 1. Начала А параллельных проводов закрепляют на каркасе 2, на внутренней окружности 7 обмотки 1, например, в точке пересечения с диаметральной осью 8. Слои 9, 10, 11 обмотки последовательно намотаны по спирали с чередованием направления намотки.
Витки каждого слоя наматываются на вертикальные рейки (на фиг. не показаны), расположенные вдоль оси каркаса 2.
Способ намотки многослойной обмотки 1 катушки индуктивности на фигурах 1, 2 осуществляется следующим образом.
Формируют группу из трех параллельных проводов 3, 4, 5. Группу из трех параллельных проводов 3, 4, 5 располагают вдоль осевой линии 7 катушки, и закрепляют их начала А на каркасе, на внутренней окружности 7 обмотки 1 в точке пересечения с диаметральной осью 8. Далее производят левую намотку витков первого слоя 9 обмотки 1 группой параллельных проводов 3, 4, 5, расположенных в осевом направлении на внутренней окружности 7 обмотки 1. Затем осуществляют правую намотку витков второго слоя 10 и последующую левую намотку витков третьего слоя 11 обмотки 1 катушки индуктивности.
На фигурах 3, 4 катушка индуктивности представляет собой цилиндрическую многослойную обмотку 1, которая намотана на каркас 2 и содержит две группы параллельных проводов по три параллельных провода 12, 13, 14 и 15, 16, 17 в каждой группе. Параллельные провода расположены вдоль осевой линии 6 обмотки 1. Обе группы параллельных проводов 12, 13, 14 и 15, 16, 17 равномерно размещены на внутренней окружности 7 обмотки 1, а именно, в точках пересечения с диаметральной осью 18. Начала А параллельных проводов закреплены на каркасе 2. Слои 19, 20, 21 последовательно намотаны по спирали с чередованием направления намотки.
Способ намотки многослойной обмотки 1 катушки индуктивности на фигурах 3, 4 осуществляется следующим образом.
Формируют две группы параллельных проводов 13, 14, 15 и 16, 17, 18. Параллельные провода 13, 14, 15 и 16, 17, 18 размещают вдоль осевой линии 7 катушки 1. Начала А параллельных проводов закрепляют на каркасе 2, предварительно равномерно разместив группы на внутренней окружности 7 обмотки 1, т.е. в точках пересечения с диаметральной осью 18. Далее производят левую намотку витков первого слоя 19 обмотки 1 группами параллельных проводов 13, 14, 15 и 16, 17, 18. Затем осуществляют правую намотку витков второго слоя 20 и последующую левую намотку витков третьего слоя 21 обмотки 1 катушки индуктивности.
В обмотке катушки, представленной на фигурах 3, 4, используются провода, диаметр сечения которых в два раза меньше, чем диаметр проводов в катушке, представленной на фигурах 1, 2, что позволяет обеспечить одинаковые габаритные размеры и, соответственно, равные индуктивные сопротивления.
Намотку проводами меньшего диаметра сечения, но большим количеством групп проводов, предпочтительно осуществлять вместо намотки проводом большего сечения, это позволит облегчить намотку слоев катушки и уменьшит добавочные потери.
Заявленный технический результат достигается благодаря выравниванию длины провода в каждой параллели, как по длине, так и по количеству ампер витков которые данный провод проходит, таким образом, каждый провод имеет равные индуктивность и импеданс, что позволяет обеспечить симметрию токов нормального режима и короткого замыкания, повышение надежности реактора к образованию межвитковых коротких замыканий, оптимизировать сечение провода, длину провода и число параллелей для уменьшения себестоимости заградителя.
Кроме того обеспечивается снижение тепловых и электрических потерь, равномерное распределение усилий в проводах при протекании динамических токов короткого замыкания, повышается надежность конструкции ввиду равномерного распределения усилий передаваемых проводами каркасу.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «новизна».
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «изобретательский уровень».