ИНДУКЦИОННЫЙ ПУСКОВОЙ РЕЗИСТОР Российский патент 2012 года по МПК H01F27/28 H02P1/26 H02P1/34 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к пускорегулировочным устройствам, применяемым для асинхронных двигателей с фазным ротором, а именно к устройствам, содержащим пусковые индукционные резисторы в цепи ротора.

Известен пусковой индукционный реостат (FR 2331193, МПК H02P 1/26, 1977), магнитопровод которого выполнен из трех пар полых ферромагнитных цилиндров, причем каждая пара состоит из сплошного полого внутреннего цилиндра и полого наружного цилиндра с регулируемой щелью в стенке, через которую в полость цилиндра проникает электромагнитная волна. Снаружи каждой пары цилиндров размещена обмотка из неизолированного провода. Недостатками реостата являются сложная конструкция и большие габариты из-за магнитных потоков, замыкающихся по воздуху.

Известен трехфазный пусковой индукционный резистор (RU 2267220, МПК H02P 1/26, заявл. 02.07.2004, опубл. 27.12.2005), содержащий стержневой магнитопровод в виде ферромагнитных соосно расположенных цилиндрических полых цилиндров и соединяющихся их ярм, с размещенными на цилиндрах обмотками, причем первая обмотка размещена на ферромагнитном цилиндре малого диаметра, соосно с ним располагается ферромагнитный цилиндр большего диаметра, на котором размещена вторая обмотка, соосно с ним располагается ферромагнитный цилиндр еще большего диаметра, на котором размещена третья обмотка, соосно с ним располагается ферромагнитный цилиндр еще большего диаметра, причем цилиндры имеют разную длину, выбранную с учетом равенства площади поверхности, обмотки разбиты на полуобмотки и соединены по схеме "зигзаг", а ярма выполнены в виде радиально расположенных ферромагнитных пластин. Недостатком индукционного резистора является очень сложная конструкция.

Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный пусковой индукционный резистор (RU 2046535, МПК H02P 1/26, H02P 1/34, заявл. 19.05.1993, опубл. 20.10.1995), содержащий две части магнитопровода с расположенными между тремя частями магнитопровода в виде трех полых ферромагнитных цилиндров, обмотки, намотанные на каждом цилиндре, причем верхняя часть магнитопровода выполнена из двух стальных полос, его нижняя часть из двух уголков, а обмотки выполнены сплошными в один ряд с несколькими отпайками в виде петли, причем число витков обмоток рассчитывается по ряду параметров (полные активные потери мощности в момент пуска, пусковой ток ротора, удельное сопротивление материала обмотки, наружный диаметр цилиндра, толщина обмоточного провода с изоляцией, сечение обмоточного провода, удельные потери в стали, линейная плотность стали, высота витка проводника обмотки). Обмотки закреплены на магнитопроводах теплоизолирующими и электроизолирующими элементами (изоляторами) или собственной изоляцией с такими же свойствами.

В прототипе части магнитопровода выполнены из стали. Однако они могут быть выполнены из железа, чугуна, композитных магнитных материалов. Поэтому материал магнитопровода в формуле и описании предлагаемого патента не уточняется.

В прототипе описывается трехфазный пусковой индукционный резистор. Одно- или трехфазное исполнение резистора не является существенным признаком патента, потому что вместо одной трехфазной конструкции можно использовать три однофазных модуля. Специфические «трехфазные» признаки в предлагаемом патенте не уточнены авторами.

В формуле прототипа патентуют расчетные формулы для различных параметров. Это делать нецелесообразно по двум причинам: 1. Электромагнитные процессы в таком простом устройстве чрезвычайно сложны, поэтому точные формулы не могут быть получены. 2. Такой патент легко обойти утверждением, что другой патент выполнен с параметром, который немного отличается от рассчитанного значения. В предлагаемом патенте патентование расчетных формул исключается.

Недостатком такого резистора является сложность его конструкции, нетехнологичность изготовления и монтажа на месте применения, использование для выделения потерь на вихревые токи только одной поверхности магнитопровода, необходимость применения большого числа изоляторов для крепления проводников вдоль поверхности магнитопровода сложной формы, плохие условия охлаждения частей магнитопровода и обмоток.

В основу изобретения положена техническая задача - упрощение конструкции индукционного резистора, упрощение технологии его изготовления в цехе и монтажа по частям на месте применения, более эффективное использование поверхностей магнитопровода для выделения потерь от вихревых токов, уменьшение числа изоляторов для крепления проводников вдоль поверхностей магнитопровода, улучшение условий охлаждения частей магнитопровода и обмоток.

Указанная задача решается тем, что в индукционном пусковом резисторе, содержащем части магнитопровода и обмотки из проводников, закрепленных над некоторыми частями магнитопровода теплоизолирующими и электроизолирующими элементами (изоляторами), включая частным случаем только собственную изоляцию проводников, части магнитопровода выполнены в виде слоев, от одного до нескольких, имеющих линейчатые поверхности из прямолинейных образующих (плоскость, цилиндрическая поверхность, однополостный гиперболоид), а проводники обмоток закреплены изоляторами над обеими сторонами наружных поверхностей магнитопровода параллельно этим прямолинейным образующим.

Дополнительно при монтаже резистора прямолинейные образующие частей магнитопровода с обмотками целесообразно ориентировать в пространстве по направлению силы тяжести.

Такая конструкция магнитопровода и прием крепления проводников над поверхностями магнитопровода позволяют использовать две поверхности магнитопровода вместо одной, выдержать требуемое расстояние между проводниками и поверхностями при простоте всей конструкции и простоте крепления ее элементов.

Суть предложения поясняется чертежами, где

на фиг.1 - индукционный резистор, выполненный в виде четырехгранного однофазного модуля, в случае, когда магнитопровод имеет плоские поверхности, а проводники обмоток параллельны направлению силы тяжести;

на фиг.2 - индукционный резистор, выполненный в виде трехгранного однофазного модуля, в случае, когда магнитопровод имеет плоские поверхности, а проводники обмоток параллельны направлению силы тяжести;

на фиг.3 - индукционный резистор, выполненный в виде трехфазной конструкции, в случае, когда магнитопровод имеет плоские поверхности, а проводники обмоток параллельны направлению силы тяжести;

на фиг.4 - индукционный резистор, выполненный в виде четырехгранного однофазного модуля, в случае, когда магнитопровод имеет плоские поверхности, но направление проводников обмоток не совпадает с направлением силы тяжести;

на фиг.5 - индукционный резистор, выполненный в виде однофазного модуля, в случае, когда магнитопровод имеет плоские и цилиндрические поверхности, а проводники обмоток параллельны направлению силы тяжести;

на фиг.6 - индукционный резистор, выполненный в виде однофазного модуля, в случае, когда поверхности магнитопровода представляют из себя однополостный гиперболоид.

В индукционных резисторах выделяется, превращается в тепло и рассеивается в пространство энергия скольжения ротора. Величина этой энергии максимальна при пуске и постепенно уменьшается по мере разгона электропривода. Данную энергию необходимо рассеять в пространство возможно более компактным и технологичным устройством, каковым и является пусковой индукционный резистор. Активное сопротивление потерь на вихревые токи этого резистора автоматически изменяется в нужную сторону при изменении частоты ротора, что делает системы электропривода с ним проще в сравнении с системами с переключаемыми активными резисторами в цепи ротора.

Линейчатых поверхностей из прямолинейных образующих существует много. Для их образования надо отрезок прямой линии перемещать в пространстве по любому закону и фиксировать след прямой. Наиболее приемлемы для практики поверхности: плоскость (фиг.1-4), цилиндрические поверхности отрезка трубы (фиг.5). Применялся в инженерных конструкциях (радиобашня Шухова в Москве) однополостный гиперболоид (фиг.6). Термины - «однополостный гиперболоид, линейчатая поверхность из прямолинейных образующих» - являются строго определенными математическими терминами: Математическая энциклопедия. - «Советская энциклопедия», 1977, том 1, стр.999.

Индукционные пусковые резисторы на фиг.1-6 содержат собранные в конструкцию части магнитопровода 1, 2 и обмотки 3, закрепленные на некоторых частях магнитопровода на фиг.1-3 теплоизолирующими и электроизолирующими элементами (изоляторами) 4. Магнитопровод может быть выполнен из одного 1 (на фиг.1-6), двух 2 (на фиг.1, 3) или нескольких слоев. На фиг.4-6 изоляторы отсутствуют в явном виде, тогда их роль выполняет собственная изоляция проводников. На фиг.1-3 проводники 3 могут быть выполнены без собственной изоляции. Сбор конструкций осуществляют крепежом (болты, винты, заклепки), клеем, пайкой, сваркой и другими технологическими приемами и средствами. Проводящая часть (медь, алюминий) проводников 3 обмоток всегда находится на небольшом расстоянии от поверхности магнитопровода 1. Сила тяжести на всех рисунках направлена сверху вниз. На фиг.4, 6 приведены примеры конструкций резистора, реализованных только по п.1 формулы.

При протекании токов по проводникам 3 в частях магнитопроводов 1 под ними наводятся вихревые токи, выделяется энергия скольжения ротора, она нагревает поверхности магнитопровода. Нагретая поверхность обдувается воздухом, который охлаждает ее, этим рассеивает энергию скольжения в пространство. Чем выше температура поверхности, чем больше эта поверхность при той же массе магнитопровода, тем эффективнее теплоотдача, тем легче и компактнее получается конструкция резистора, но тем хуже для изоляции проводников. Поверхность магнитопровода нагревает проводники обмотки, изоляция которых ограничивает допустимую величину температуры поверхности (сейчас не более 400 градусов при фторопластовой изоляции). Желателен продуваемый слой воздуха между поверхностью 1 и обмоткой 3. Однако увеличение толщины этого слоя нежелательно, так как увеличивает величину индуктивности рассеяния резистора (уменьшает его косинус фи), что снижает момент электропривода. Поэтому толщину слоя надо выдерживать допустимо минимальной величины. Прямая линия задается положением двух точек на ее краях. Поэтому предлагается натянуть проводник между двух изоляторов над прямолинейной образующей поверхности магнитопровода. Тогда выбранное расстояние между двумя параллельными прямыми линиями будет поддерживаться на всем их протяжении. Такое же будет наблюдаться на противоположной стороне поверхности магнитопровода. Поэтому число рабочих поверхностей удваивается в предлагаемой конструкции при равной массе с решениями по прототипу и аналогам.

Из-за действия силы тяжести будет образовываться небольшой провес натянутых проводников, который будет меняться при нагревании и со временем. При предлагаемой в п.2 ориентации по направлению силы тяжести прямолинейных образующих магнитопровода и проводников провес последних будет полностью ликвидирован.

Резисторы аналогов и прототипа имеют сложную форму поверхности магнитопровода, поэтому для поддержания заданной толщины воздушного слоя между магнитопроводом и обмоткой нужно иметь много изолирующих элементов для крепления проводников. Особенно сложно выполнить такие крепления на вогнутых частях поверхностей магнитопровода, поэтому обе поверхности магнитопровода не используются в известных решениях.

Предложения данного патента позволяют повысить эффективность индукционных пусковых резисторов, уменьшить их габариты, снизить стоимость при тех же характеристиках электропривода. Они позволяют технологично осуществить монтаж разобранных частей пускового индукционного резистора в труднодоступных местах.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах асинхронного электропривода с фазным ротором, содержащим пусковые индукционные резисторы в цепи ротора. Технический результат - упрощение конструкции индукционного резистора, более эффективное использование поверхностей магнитопровода, уменьшение числа изоляторов для крепления проводников, улучшение условий охлаждения частей магнитопровода и обмоток. В индукционном пусковом резисторе части магнитопровода выполнены в виде слоев, от одного до нескольких, имеющих линейчатые поверхности из прямолинейных образующих (плоскость, цилиндрическая поверхность, однополостный гиперболоид), а проводники обмоток закреплены изоляторами над обеими сторонами наружных поверхностей магнитопровода параллельно этим прямолинейным образующим. Дополнительно при монтаже резистора прямолинейные образующие частей магнитопровода с обмотками целесообразно ориентировать в пространстве по направлению силы тяжести. Такая конструкция индукционного резистора позволяет использовать две поверхности магнитопровода вместо одной, выдержать требуемое расстояние между проводниками и поверхностями при простоте всей конструкции и крепления ее элементов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Индукционный пусковой резистор, содержащий части магнитопровода и обмотки из проводников, закрепленных над некоторыми частями магнитопровода теплоизолирующими и электроизолирующими элементами (изоляторами), включая частным случаем только собственную изоляцию проводников, отличающийся тем, что части магнитопровода выполнены в виде слоев, от одного до нескольких, имеющих линейчатые поверхности из прямолинейных образующих (плоскость, цилиндрическая поверхность, однополостный гиперболоид), а проводники обмоток закреплены изоляторами над обеими сторонами наружных поверхностей магнитопровода параллельно этим прямолинейным образующим.

2. Индукционный пусковой резистор по п.1, отличающийся тем, что прямолинейные образующие частей магнитопровода с обмотками ориентированы в пространстве по направлению силы тяжести.