СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ САМОИНДУКЦИИ В ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ Российский патент 2001 года по МПК H01F27/38 H01F27/34 H01F27/42 

Изобретение предназначено для использования в электро- и радиотехнике, в частности в искробезопасных индукционных аппаратах (трансформаторах, обмотках контакторов), служащих для питания цепей, коммутируемых разрывными контактами, переключателями, расположенными в помещениях со взрывоопасными средами (метан, бензин, этилен, ацетилен и т.п.).

Способ основан на снижении реактивного сопротивления цепи компенсацией ЭДС самоиндукции, возникающей в основной обмотке индуктивности L₁, противоположной по знаку ЭДС индукции, создаваемой добавочной обмоткой с L₂ (контробмоткой) на том же магнитопроводе, что и основная.

Известно устройство регулировки напряжения, основанное на управлении реактивным сопротивлением цепи переменного тока путем управления магнитной проницаемостью магнитопровода двумя обмотками с регулируемой силой в них постоянного тока (см. а.с. СССР N 40449, G 01 R 21/26, 1934 г.). Это устройство очень сложно конструктивно и неудобно в эксплуатации, ибо нет обратной связи силы постоянного тока с допуском колебаний регулируемого напряжения переменного тока. В нем лишь упоминается о возможности регулирования между обоими крайними и средним значением силы постоянного тока.

Задачей изобретения является создание устройства, в котором возникновение ЭДС самоиндукции в основной обмотке (т.е. появление реактивного сопротивления в ней) компенсировалось бы для внешней цепи встречной ЭДС индукции от контробмотки.

Поставленная задача решается тем, что в способе компенсации электродвижущей силы самоиндукции в искробезопасных трансформаторах посредством встречно-параллельного подключения контробмотки к основной обмотке, которые размещают на общем сердечнике, согласно изобретению число витков w₂ и диаметр провода r₂ контробмотки задают в соответствии с соотношением
w₂= w₁β;


где w₁ - число витков в основной обмотке;
r₁ - диаметр провода основной обмотки;
α - отношение магнитных энергий основной обмотки и контробмотки.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема устройства, поясняющая заявленный способ. В ней 1 - основная обмотка с числом витков w₁, индуктивностью L₁, намотанная проводом диаметра r₁, 2 - контробмотка с w₂ витков, индуктивностью L₂, намотанная проводом диаметра r₂, 3 - общий магнитопровод.

При подключенной к 1 внешней нагрузке в 1 протекает ток I₁, в 2 - ток I₂ << I₁. Эти токи, будучи противоположными, создают в магнитопроводе встречные магнитные потоки. Потому итоговая энергия в нем Δ A=A₁-A₂: A₁=0,5L₁•I₁², A₂= 0,5L₂ •I₂². Число витков и диаметр обмоточных проводов назначают в соответствии со следующими соотношениями: w₂= w₁•β; Коэффициент показывает, насколько энергия A₁ превосходит A₂, которую следует терять на обеспечение постоянной готовности контура 12 к подавлению ЭДС самоиндукции при отключении нагрузки от 1 (разрыва тока I₁). В этот момент 1 шунтируется 2, в 1-2 протекает быстропеременный затухающий ток I = I₁= I₂, который на сопротивлениях обмоток 1 (R₁) и 2 (R₂) рассеивает в виде джоулева тепла всю энергию ΔA, не давая ей создать электрическую дугу на размыкаемых контактах и этим предотвратить инициацию взрыва огнеопасных паров в окружающей газовой среде. Одновременно исключается пробой изоляции обмоток 1 и 2 высоковольтным импульсом ЭДС самоиндукции.

Поскольку R₂>>R₁, a во время разрыва I₁ в контуре ток I(t) = I(t)₁ - I(t)₂, то очевидно на R₂, т. e. в обмотке 2 выделяется тепла в раз больше, чем на R₁. Если 1 был нагружен мощностью ₀I₁•₀U₁, то за время отключения (f - частота) на обмотках выделится энергии в виде тепла максимум При f ~ 50 Гц τ ~ 10 миллисекунд, что достаточно для разрыва I₁.

Уровень потерь b₂ в 2 назначается из уровня потерь b₁ в 1; они в трансформаторах ≈ 0,02•₁U₀•₁I₀ ( ~ 2% от номинальной мощности). Потери b₂ в 2 на существование A₂ следует назначать из существа задачи защиты от дорогостоящих последствий взрывов и пожаров [2], считая b₂ целесообразными на уровне

.

Использование: в электротехнике и радиотехнике, в частности в искробезопасных индукционных аппаратах, служащих для питания цепей, расположенных в помещениях со взрывоопасными средами. Изобретение осуществляют посредством встречно-параллельного подключения к основной обмотке контробмотки, расположенной на общем с основной обмоткой сердечнике. Технический результат заключается в полной компенсации ЭДС самоиндукции в основной обмотке. Для этого число витков и диаметр провода контробмотки задают в соответствии с соотношениями, зависящими от числа витков и диаметра провода основной обмотки, а также от параметра, равного отношению магнитных энергий основной обмотки и контробмотки. 1 ил.

Способ компенсации электродвижущей силы самоиндукции в искробезопасных трансформаторах посредством встречно-параллельного подключения контробмотки к основной обмотке, которые размещают на общем сердечнике, отличающийся тем, что число витков w₂ и диаметр провода r₂ контробмотки задают в соответствии с соотношением
w₂ = w₁ • β;


где w₁ - число витков в основной обмотке;
r₁ - диаметр провода основной обмотки;
α - отношение магнитных энергий основной обмотки и контробмотки.