ВИНТОВАЯ ОБМОТКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01F27/28 H01F41/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к трансформаторостроению, и может быть использовано в технологии изготовления винтовых обмоток трансформаторов, реакторов и дросселей.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является винтовая обмотка (см. патент РФ №2170466 от 06.06.2000, опубл. 10.07.2001, М.Кл.⁷ H01F 27/30, H01F 27/28), состоящая из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n≥3 - целое число, образующих m рядов, где m≥3 - целое число, при этом ряды расположены перпендикулярно оси обмотки, а между рядами выполнена транспозиция параллельных проводов.

Ряды отделены друг от друга посредством изоляционных прокладок. Транспозиция параллельных проводов выполнена в местах переходов из каждого предыдущего в последующий ряд, 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 ряда в следующий нечетный ряд транспозиция выполнена так, что n-й в радиальном направлении провод четного ряда занимает то же место в нечетном ряду, (n-1)-й провод четного ряда занимает место первого провода в следующем нечетном ряду, (n-2)-й провод четного ряда занимает место второго провода в следующем нечетном ряду и т.п.и соответственно второй провод четного ряда занимает место (n-2)-го провода следующего нечетного ряда, первый провод четного ряда занимает место (n-2)-го провода следующего нечетного ряда.

Известная винтовая обмотка трудоемка и низкотехнологична в изготовлении и имеет большие габариты.

Это объясняется тем, что для формирования горизонтальных каналов ряды отделены друг от друга посредством изоляционных прокладок, а транспозиция параллельных проводов выполнена в местах переходов из каждого предыдущего в последующий ряд. При этом габариты обмотки, в частности ее высота, увеличиваются на суммарную толщину всех изоляционных прокладок и суммарную высоту транспозиций. При такой конструкции винтовой обмотки намотку осуществляют одновременно всеми параллельными проводами каждого хода, для чего необходимо сложное технологическое оборудование. При большом количестве параллельных проводов для намотки используется несколько барабанов с проводом. Для размещения такого громоздкого оборудования нужны большие производственные площади. Процесс намотки такой винтовой обмотки очень трудоемкий, так как транспозиция выполнена в местах переходов из каждого предыдущего в последующий ряд, что обуславливает высокие трудозатраты и низкую скорость ее изготовления. Высокие трудозатраты обусловлены также тем, что между каждыми двумя соседними рядами вводят изоляционные прокладки. При изготовлении винтовой обмотки такой конструкции невозможно выполнить вертикальные каналы охлаждения, так как все пространство между наружным и внутренним диаметрами при осуществлении транспозиций заполнено проводами. Горизонтальные каналы, образующиеся между рядами, расположенными перпендикулярно оси обмотки и отделенными друг от друга посредством изоляционных прокладок, малоэффективны для интенсивного охлаждения обмотки, особенно в ее верхней части. Это отрицательно сказывается на работе электротехнического устройства, в котором используется эта обмотка.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать винтовую обмотку путем нового конструктивного ее выполнения и введения новых связей между конструктивными элементами, что обеспечивает снижение трудоемкости и повышение технологичности ее изготовления, а также уменьшение ее габаритов, в частности высоты.

Поставленная задача решается тем, что в винтовой обмотке, состоящей из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n≥3 - целое число, образующих m рядов, где m≥3 - целое число, при этом ряды расположены перпендикулярно оси обмотки, а между рядами выполнена транспозиция параллельных проводов, новым является то, что в месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезаны, их концы расположены за наружным диаметром обмотки и соединены между собой таким образом, что первый из пронумерованных по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки параллельных проводов хода обмотки до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза и далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза таким же образом.

Новым является также то, что при п≥6 параллельные провода могут быть разделены на группы и транспозиция осуществлена внутри группы параллельных проводов.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

За счет того, что в месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезаны, а их концы расположены за наружным диаметром обмотки, значительно уменьшаются ее габариты, в частности высота, так как транспозиция выполняется за пределами обмотки, а в месте ее выполнения формируется горизонтальный канал, соизмеримый с размером провода. При этом процесс намотки существенно упрощается, так как при таком выполнении винтовой обмотки появляется возможность производить ее намотку не всеми параллельными проводами каждого хода одновременно, а одним и более параллельным проводом. Это позволяет использовать менее сложное и громоздкое оборудование, которое можно разместить на небольших производственных площадях. Для изготовления такой обмотки достаточно одного барабана. Концы параллельных проводов, расположенные за наружным диаметром обмотки, соединены между собой таким образом, что первый из пронумерованных по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки параллельных проводов хода обмотки до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза и далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза. Соединение может быть выполнено в виде пайки или сварки. При выполнении обмотки с такой транспозицией становится возможным формирование вертикальных каналов для охлаждения, благодаря чему обмотка в процессе работы интенсивно охлаждается, что способствует повышению нагрузочной способности и надежности электротехнического устройства, в котором эта обмотка используется. Характеристики электротехнического устройства при этом сохраняются на высоком уровне. Обеспечивается равномерное токораспределение, потери остаются на допустимом уровне.

Таким образом, заявляемая винтовая обмотка при сохранении рабочих характеристик электротехнического устройства на высоком уровне обеспечивает решение поставленной задачи - существенное снижение трудоемкости и повышение технологичности ее изготовления, а также уменьшение ее габаритов, в частности высоты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ изготовления винтовой обмотки, включающий намотку обмотки из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n≥3 - целое число, образующих m рядов, где m≥3 - целое число, при этом ряды располагают перпендикулярно оси обмотки, а между рядами выполняют транспозицию параллельных проводов.

Ряды отделяют друг от друга посредством изоляционных прокладок. Транспозицию параллельных проводов выполняют в местах переходов из каждого предыдущего в последующий ряд, причем в местах переходов проводов из каждого нечетного ряда в следующий четный ряд выполняют общую транспозицию всех параллельных проводов. В местах переходов проводов из каждого четного ряда в следующий нечетный ряд транспозицию выполняют так, что n-й в радиальном направлении провод четного ряда занимает то же место в нечетном ряду, (n-1)-й провод четного ряда занимает место первого провода в следующем нечетном ряду, (n-2)-й провод четного ряда занимает место второго провода в следующем нечетном ряду и т.п. и соответственно второй провод четного ряда занимает место (n-2)-го провода следующего нечетного ряда, первый провод четного ряда занимает место (n-2)-го провода следующего нечетного ряда.

Процесс изготовления известной винтовой обмотки трудоемкий и низкотехнологичный, изготовленная таким способом обмотка имеет большие габариты.

Это объясняется тем, что при формировании горизонтальных каналов ряды отделяют друг от друга посредством изоляционных прокладок, а транспозицию параллельных проводов выполняют в местах переходов из каждого предыдущего в последующий ряд. При этом габариты обмотки, в частности ее высота, увеличиваются на суммарную толщину всех изоляционных прокладок и суммарную высоту транспозиций. При таком выполнении винтовой обмотки намотку осуществляют одновременно всеми параллельными проводами каждого хода, для чего необходимо сложное технологическое оборудование. При большом количестве параллельных проводов для намотки используется несколько барабанов с проводом. Для размещения такого громоздкого оборудования нужны большие производственные площади. Процесс намотки такой винтовой обмотки очень трудоемкий, так как транспозицию выполняют в местах переходов из каждого предыдущего в последующий ряд, что обуславливает высокие трудозатраты и низкую скорость ее изготовления. Высокие трудозатраты обусловлены также тем, что требуется постоянное перемещение барабанов с проводом, а между каждыми двумя соседними рядами вводят изоляционные прокладки. При изготовлении винтовой обмотки такой конструкции невозможно выполнить вертикальные каналы охлаждения, так как все пространство между наружным и внутренним диаметрами при осуществлении транспозиций заполнено проводами. Горизонтальные каналы, образующиеся между рядами, расположенными перпендикулярно оси обмотки и отделенными друг от друга посредством изоляционных прокладок, малоэффективны для интенсивного охлаждения обмотки, особенно в ее верхней части. Это отрицательно сказывается на работе электротехнического устройства, в котором используется эта обмотка.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ изготовления винтовой обмотки путем выполнения новых операций и новой последовательности выполнения операций, что обеспечивает снижение трудоемкости и повышение технологичности ее изготовления, а также уменьшение ее габаритов, в частности высоты.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления винтовой обмотки, включающем намотку обмотки из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n≥3 - целое число, образующих m рядов, где m≥3 - целое число, при этом ряды располагают перпендикулярно оси обмотки, а между рядами выполняют транспозицию параллельных проводов, согласно изобретению новым является то, что в месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезают, их концы располагают за наружным диаметром обмотки и соединяют между собой таким образом, чтобы концы параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза и концы параллельных проводов того же хода обмотки после разреза были расположены в разных плоскостях, нумеруют параллельные провода каждого хода по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки от 1 до n, затем концы проводов каждого хода обмотки до разреза соединяют с концами проводов обмотки того же хода после разреза таким образом, что первый из пронумерованных параллельных проводов хода до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза и далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза таким же образом.

Новым является также то, что при n≥6 параллельные провода разделяют на группы и транспозицию осуществляют внутри группы параллельных проводов.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

За счет того, что в месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезают, а их концы располагают за наружным диаметром обмотки, значительно уменьшаются ее габариты, в частности высота, так как транспозиция выполняется за пределами обмотки, а в месте ее выполнения формируется горизонтальный канал, соизмеримый с размером провода. При этом процесс намотки существенно упрощается, так как при выполнении винтовой обмотки таким способом появляется возможность производить ее намотку не всеми параллельными проводами каждого хода одновременно, а одним и более параллельным проводом. Это позволяет использовать менее сложное и громоздкое оборудование, которое можно разместить на небольших производственных площадях. Для изготовления такой обмотки достаточно одного барабана. Концы параллельных проводов, расположенные за наружным диаметром обмотки, соединяют между собой таким образом, что первый из пронумерованных по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки параллельных проводов хода до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза и далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза. Соединение выполняют в виде пайки или сварки. При выполнении транспозиции таким способом становится возможным формирование вертикальных каналов для охлаждения, благодаря чему обмотка в процессе работы интенсивно охлаждается, что способствует повышению надежности электротехнического устройства, в котором эта обмотка используется. Характеристики электротехнического устройства при этом сохраняются на высоком уровне. Обеспечивается равномерное токораспределение, потери остаются на допустимом уровне.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично представлена сосредоточенная транспозиция параллельных проводов винтовой обмотки.

Каждый виток винтовой обмотки, в которой осуществлена общая транспозиция, содержит параллельные провода 1, 2, 3, 4 и 5 соответственно. Параллельные провода после разреза и выведения их концов за наружный диаметр обмотки пронумерованы по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки. Концы выведенных за наружный диаметр обмотки проводов до разреза расположены над концами выведенных за наружный диаметр обмотки проводов после разреза. Затем произведена транспозиция параллельных проводов путем соединения конца провода 1 до разреза с концом провода 5 после разреза, конца провода 2 до разреза с концом провода 4 после разреза, конца провода 3 до разреза с концом провода 3 после разреза.

Винтовую обмотку изготавливают следующим образом.

Винтовую одно- или многоходовую обмотку изготавливают путем наматывания витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n≥3 - целое число, образующих m рядов, где m≥3 - целое число, при этом ряды располагают перпендикулярно оси обмотки. Намотку осуществляют одним и более параллельными проводами одновременно. Между определенными рядами выполняют транспозицию параллельных проводов. В месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезают, их концы выводят за наружный диаметр обмотки через специально созданный для этого горизонтальный канал и соединяют между собой таким образом, чтобы концы параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза и концы параллельных проводов того же хода обмотки после разреза были расположены в разных плоскостях, нумеруют параллельные провода каждого хода по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки от 1 до n. Затем концы проводов обмотки каждого хода до разреза соединяют с концами проводов обмотки того же хода после разреза таким образом, что первый из пронумерованных параллельных проводов хода до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза. Далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединяют с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза таким же образом. При n≥6 параллельные провода могут быть разделены на группы и транспозицию осуществляют внутри группы параллельных проводов. Соединение концов проводов обмотки осуществляют с помощью сварки или пайки.

При изготовлении такой винтовой обмотки обеспечивается снижение трудоемкости и повышение технологичности ее изготовления, а также уменьшение ее габаритов, в частности высоты.

Заявляемая винтовая обмотка может быть изготовлена на известном оборудовании с использованием известных материалов и средств, что подтверждает промышленную пригодность объекта.

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторостроению и может быть использовано при изготовлении винтовых обмоток трансформаторов, реакторов и дросселей. Винтовая обмотка состоит из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n>3 - целое число, образующих m рядов, где m>3 - целое число. Ряды расположены перпендикулярно оси обмотки. Между рядами выполнена транспозиция параллельных проводов. В месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезаны, их концы расположены за наружным диаметром обмотки и соединены между собой таким образом, что первый из пронумерованных по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки параллельных проводов хода до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза. Конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом

(n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза. Далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза таким же образом. При n>6 параллельные провода разделены на группы и транспозиция осуществлена внутри группы параллельных проводов. Технический результат состоит в снижении трудоемкости и повышении технологичности изготовления, а также в уменьшении габаритов, в частности высоты обмотки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Винтовая обмотка, состоящая из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n>3 - целое число, образующих m рядов, где m>3 - целое число, при этом ряды расположены перпендикулярно оси обмотки, а между рядами выполнена транспозиция параллельных проводов, отличающаяся тем, что в месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезаны, их концы расположены за наружным диаметром обмотки и соединены между собой таким образом, что первый из пронумерованных по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки параллельных проводов хода обмотки до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза, и далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза таким же образом.

2. Винтовая обмотка по п.1, отличающаяся тем, что при n>6 параллельные провода разделены на группы, и транспозиция осуществлена внутри группы параллельных проводов.

3. Способ изготовления винтовой обмотки, включающий намотку обмотки из витков, каждый из которых содержит n параллельных проводов, где n>3 - целое число, образующих m рядов, где m>3 - целое число, при этом ряды располагают перпендикулярно оси обмотки, а между рядами выполняют транспозицию параллельных проводов, отличающийся тем, что в месте выполнения сосредоточенной транспозиции винтовой обмотки, выполненной одно- или многоходовой, параллельные провода разрезают, их концы располагают за наружным диаметром обмотки и соединяют между собой таким образом, чтобы концы параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза и концы параллельных проводов того же хода обмотки после разреза были расположены в разных плоскостях, нумеруют параллельные провода каждого хода по возрастающей от внутреннего диаметра обмотки к наружному диаметру обмотки от 1 до n, затем концы проводов каждого хода обмотки до разреза соединяют с концами проводов того же хода обмотки после разреза таким образом, что первый из пронумерованных параллельных проводов хода обмотки до разреза соединен с концом n-го параллельного провода хода обмотки после разреза, конец второго параллельного провода хода обмотки до разреза соединен с концом (n-1)-го параллельного провода хода обмотки после разреза, и далее концы всех параллельных проводов каждого хода обмотки до разреза соединены с концами всех параллельных проводов каждого хода обмотки после разреза таким же образом.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при n>6 параллельные провода разделяют на группы и транспозицию осуществляют внутри группы параллельных проводов.