Модель для тепловых исследований /ее варианты/ Советский патент 1986 года по МПК H01F27/28 

Изобретение отноеится к электротехнике, в частности к трансформатороетроению, и может быть иеиользовапо при исследованиях нагревон электрических обмоток индукционных aiiiiapaiOB,

Д одел1;рова 1ис обмоток дает наиболее дост)1) л.апные 6 происходящих в них теилон-ых процессах и используется, например, ;1ля О1и;с;|,еления непичины перегрева наиболее нагретой точки (ННТ) как при на- гренг -loc i ORHHbiM током, так и переменным. Уточ11ение нерегрева ННТ в обмотке позволяет )ационально снроектировать ип- дукпиопное устройство, например трансфо)- матор, с учс-том пагревостойкостп исиол1 зуе- мых материалов, донустимых рабочих температур, .-см()треть необходимые условия охлажд;ч.,1Я и достигнуть минима, 1ЫП)1Х затрат aKTi-Hiiii)ix и конструктивных материалов п|)и наибо. до;|гоиеч1 ости изде,пия.

Основной причи|1ОЙ, вызываюп1,ей не)авно- мерность теплово1 о потока реальных обмоток, являются добавочные потери от вихре- вгмх токов Р„„, (вызываемые нолями рассеяния (см. (|1иг. Г). Эти потери достигают в с)ед|1е.., ио обмотке 20% от ((Ьи1 ), по li ироводе, ближнем к кана.чу рассеяни;; 5, они (рьп) почти втрое 11,пне, а li дальнем от него практически равны ПУЛЮ. Каналы )аесеяния 5 )acHo;ia- гак) 1с-я обычно :К)зле одной из ци, 1индри- ческил ооразуклиих обмоток 3 и 4. Индукция п(;ля расс; яния В(фиг. 1) по сечению обмотки МО/кет быть, переменной в ради- a.:ii)JiOM направлении с; iio высоте, или слож- пой, е:1як)цейс:-; од овременно в обоих направлениях.

Гаки образом, каждой части обмотки в де11ст1 ,-;тс ьности присущи собственные нол- ныс потери + Рь„ и собственный удель- П1,1Й i eiL ioBoii поток. При .максимальных по- Tefoix и мппима, 1ьной noiiepxnocTH теилоот- дач (;и становится максимальным и прак- тпчсч ки обуслав:1ивает рас11олож. точки обмотки е иаибольп1им нагревом, те. ННТ.

i,e.. ib и.чобретения новьннение точности определения меетных нагревов за с че-|- |;,1митании иеравномерностн тен.аового ното1ч;1 ..1К)б()й части моделируемой обмотки нри сохр;п:ен1П ,;;1дап1 ых геометрических 1)аз- меров, оиредел -попгих ее i-енловое Ho,ie.

На ()иг. 1 и:;об(1ажена катуп1ка модели .т:1я случая, когд,а каждый провод катуи - ки (iH iKa) имеет свою собственную толни-1ну b,i (h| bs): на фиг. 2 --- то же, когда п)оиода ка1 уи1ки об ьединены в грунпы од- норазмерн1,1х проводов е толни- ной Ь„„, причем ..)v и т.д.; на фиг. 3 -- то /ке, с ра: ., 1ич|-:ой 1нириной нровода а„ (а; ал); па (|)И1 . 4 груииы катуп ек .мо- л.елп из одпоразмерных по 11 ирине а,,,„ нро- водов; ai ai-j; a.l па фиг. 5 -- мо- ;1ель для теи/ювых иеследовапий электрической обмотки с неравномерной у; ,ельпой тепловой |;агрузкой в или витках.

0

.5

.5

содержащая соединенные между собой ка- туп1ки, намотанные из обмоточного провода. В моделируемой обмотке хотя бы в одной из катушек модели провода или грунпы проводов имеют в радиальном направлении разную толщину, которая изменяется с сохранением средней толщины нровода в кату1пке, а часть катун1ек модели выполнена из проводов разной Н1ирины, которая изменяется вдоль оси модели с сохранением средней ширины провода, при этом толщина или HJHpHHa отдельных нроводов или групп проводов в определяется исходя из соотно1иения фактических и средних полных потерь в каждом нроводе моделируемой обмотки.

Со1-..час:ю фиг. 1 тепловая модель содержит соедииенные между собой катун.1ки 1, намотаиные из изолированного нровода 2. Нровода выполнены различными по толщине, уве. шчивающейся от одной образующей 3 к другой 4. Провода одного размера могут быть объедин ены в группы разной толщины (фиг. 2), нричем группы с наименьщей и наиболы ей толи1иной проводов в ней распо- . 1а1аются соответственно ближе и дальн1е к каналу 5 между обмотками или образую- и.1ей модели 3, где предполагается его расположение. То. 1щина каждого провода опре- ле. 1яется расчетным путем исходя из со- отнон1ения полных электрических потерь в проводах или группах нроводов.

То,.1цина проводов изменяется при сохранении средней толщины нровода и определяется д;1Я конкретного нровода или одноразмерных проводов в группе, исходя из соотноп1ения нолных электрических потерь в проводах или группах фоводов моделируемой обмотки но формуле

Ь

Л/

jm±

Р.-р%

00 + рьп7й

где п - порядковый номер нровода или группы одноразмерных нроводов модели (или витка) в радиальном направлении;

Ь, расчетная толщина п-го нровода и,н1 Ьп-м- - толнхина т-го провода в Г1-Й группе одноразмерных прово- Л.ОВ в предлагаемой модели; btp то,:1И1ина нровода в моделируемой

обмотке;

PR % среднее потери от вихревых токов в проводах моделируемой обмотки или п-й группе одноразмерных нроводов;

Phn% - потери от вихревых токов вп-м нроводе или одноразмерной грунне проводов моделируемой обмотки. Расчетный номинальный ток одинаков для всех носледоватечьно соединеиньгх проводов, образуюн1их элементы моде, 1и, поэтому в проводах (группах).с MeHi.ujeH толнишой. а следовательно, сечением, и бо.-|ьп1им сопротивлением возникают большие потери при одновременном уменьшении поверхности теплоотдачи. В результате в каждом проводе (группе) создается индивидально присушая им удботьыая тепловая нагрузка, имитирую- ш,ая неравномерную тепловую нагрузку в реальной обмотке.

Согласно фиг. 3 тепловая модель содержит соединенные между собой катушки 1, намотанные из изолированного провода 2. Провода выполнены различными по ширине, которая уве тичивается от одного торца 3 к другому 4 - ai, а, а.з, а. Провода одного размера аи и ai2 или и а-2-2 могут быть объединены в группы разной ширины (фиг. 4). При этом наименьшая ширина обрашена к торцу, где расположен главный канал рассеяния 5.

Ширина каждого провода определяется расчетным путем, исходя из соотношения полных электрических потерь в проводах или группах проводов.

Обмоточные провода в соседних катушках модели или группах катушек из одноразмерных проводов имеют разную ширину, которая изменяется вдоль оси модели при сохранении средней ширины провода в ее катушках и определяется по формуле

я 100 + РбоР% а„(„ - 1оо-1-р „%

где п - порядковый номер катушки или витка обмотки вдоль оси (или одноразмерной группы катушек); а„ - ширина проводов витков в п-ой ка- TynjKe предлагаемой модели (или ал.„ - ширинат-го провода в п-й группе); З -р - средняя ширина провода в п-й катушке моде чируемой обмотки; Р(,ч1 - средние потери от вихревых токов в проводах катушки моделируемой обмотки;

РИЛ - потери от вихревых токов в проводах п-й катушки моделируемой обмотки или п-й группе катушек. Расчетный номинальный ток одинаков для всех соединенных последовательно элементов модели. При изменении ширины проводов уменьшается сечение проводов, пропорционально растет их сопротивление и потери, при практически сохраняющемся периметре каждая катушка приобретает присущую ей среднюю удельную тепловую нагрузку.

Согласно фиг. 5 тепловая содержит соединенные между собой катушки, намотанные из изолированного провода. Часть катушек модели выполнена с изменяюшимся по толщине проводом в радиальном направлении, а часть модели выполнена с изменяющимся по толщине проводов в радиальном направлении, а часть модели выполнена из катушек, ширина проводов в которых увеличивается от одного торца модели к другому.

Катушки 1 и 2 имеют разную ширину провода (ai и аа) и содержат каждая три группы из четырех одноразмерных проводов. Катушки 3 и 4 являются группой из г одноразмерных проводов по ширине аз| и азг, каждая из которых состоит из трех одноразмерных групп по четыре провода. Катушки 5-7 имеют одинаковую ширину проводов а4, а в каждой катушке толщина проводов разная.

О Принцип обеспечения неравномерности тепловой нагрузки катушек, слоев или витков предлагаемых тепловых моделей одинаков: изменение сечения составляющих их проводов таким образом, чтобы средняя удельная тепловая нагрузка имитируемых элементов обмотки и элементов модели сохранялась, как и сохранялись геометрические параметры катушки или витка. Создавая в каждом проводе присущий ему одному тепловой поток, можно достигнуть имитации дпей0 ствитепьного теплового потока по периметру секции, витка или слоя за счет изменения собственных сопротивлений проводов.

Использование предлагаемых моделей позволяет более достоверно определить местные перегревы обмоток и температуру на и5 более нагретых т очек слоев, витков, проводов или катушек обмоток как при нагреве постоянным током, так и переменным током.

Формула изобретения

01. Модель для тепловых исследований

электрической обмотки с неравномерной удельной тепловой нагрузкой в катушках или витках, содержащая соединенные между собой кату1пки, намотанные из обмоточного провода, отличающаяся тем, что, с це- 5 лью повышения точности oпpeдev eния реальных местных нагревов в модулируемой обмотке, обмоточные провода в катушках модели в радиальном направлении имеют разную толщину, которая изменяется при сохранении средней толщины провода и опреде- ляется по следующей формуле

hh л./100+Рь.%

ь„(..ьср-д/ юо-ьр ;:

где п - порядковый номер провода или группы одноразмерных проводов в ка- тущке модели (соответственно в обмотке) в радиальном направлении; Ь„ - расчетная толщинап-то провода или

bnm-толщина т-го провода в п-й группе одноразмерных проводов в предлагаемой модели;

Ьср - толщина провода в моделируемой

обмотке;

Pftcp - средние потери от вихревых токов в проводах моделируемой обмотки или п-й группе одноразмерных прово- дов, %;

Р(,, - потери от вихревых токов в п-м проводе или одноразмерной группе проводов моделируемой обмотки, %.

2. Модель для тепловых исследований электрической обмотки с неравномерной удельной тепловой нагрузкой в катушках или витках, содержащая соединенные между собой катушки, намотанные из обмоточного провода, отличающаяся тем, что, с целью повь шения точности определения реальных местных нагревов в моделируемой обмотке, обмоточные провода в катушках модели имеют разную ширину, которая изменяется вдоль оси модели при сохранении средней ширины провода в ее катушках и определяется по следующей формуле

.,3 100 + РьсР%..

,,«o-acpjQQ p o

зИ

/ / /

Zf 3z2 I )

где п - порядковый номер катушки или винта обмотки вдоль оси или одноразмерной группы катущек;

an(im)-щирина провода витков в п-й катушке предлагаемой модели или Зпт - ширина т-го провода в п-й группе;

аор-- средняя ширина провода в п-й катушке моделируемой обмотки;

Pftcp - средние потери от вихревых токов в проводах катушки моделируемой обмотки, %.

Рьп - потери от вихревых токов в проводах п-й катушки моделируемой обмотки или п-й группе катушек, %.

Фиг. 2

Изобретение относится к трансформа- торостроению и может быть использовано при исследованиях нагревов электрических обмоток индукционных аппаратов. Цель изобретения состоит в повьннении точности определения реальных местных нагревов за счет уменьшения неравномерности теплового потока любой части моделируемой обмотки при сохранении заданных геометрических размеров, определяюн1их ее тепловое поле. Модель для тепловых исследований содержит соединенные между собой катушки 1, намотанные из изолированного провода 2. Провода вь полнены различными по толщине, увеличивающейся от одной образующей 3 к другой 4. Толн, нроводов изменяется при сохранении средней толплины провода Г / / фиг.1 и определяется д. 1я конкретного провода или одноразмерных проводов в группе, ис- хо,1,я из соотношения полных э.пектрических потерь в проводах или группах нроводов моделируемой обмотки по формуле / Ь„ („„,) Ь.-рД/ 100 + Pfe 100-f Гft /I /о где п - порядковый номер нровода или груи- пы одноразмерных проводов модели в радиальном направлении; Ь,, --расчетная толнхина п-го провода или b,,m - толп1,ина т-го провода в п-й группе одноразмерных проводов в предлагаемой модели; btp -толпхина провода в моделируемой обмотке; - средние потери от вихревых токов в проводах моделируемой обмотки или п-й группе одноразмерных проводов; P(,, потери от вихревых токов в п-м нро- воде или одноразмерной группе проводов моделируемой обмотки. Создавая в каждом проводе нрисун1ий ему одному тепловой поток, достигается имитация действительного теплового потока по периметру секции витка или слоя зз счет изменения собственных сопротивлений проводов. 2 с.п. ф-л1)1, 5 ил. 4 (О (Л ю ьо 4 ОО 4 О

.

с/

7 срие.2

UJ2

(ригА

/; 4 г 1 /f j / Я /9 S й fl /1 ff Off Off Sfj Ofjf. Off j fffi O}f зъ о i4.

, ,„ L .1 I , j

л -- f -J

O

f 4 4/Д //r 4 4-5 J. .4 Л л з