CN103280285B - 一种电磁驱动的液体金属变阻器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，其由外壳、石蜡、铜丝、连通器、液体金属及电磁泵组成。石蜡与铜丝填充于外壳内，连通器位于外壳一侧，并与铜丝的一端相连。连通器内盛有液体金属，底部装有电磁泵，液体金属在电磁泵驱动下上下运动，与不同高度位置处的铜丝相接触，改变铜丝接入电路中的长度，达到变电阻的效果。本发明以铜丝作为变阻器的主体，利用电磁泵驱动液态金属运动来调节铜丝电阻，并采用石蜡吸收焦耳热，使整个系统稳定可靠、体积小、质量轻且成本低廉，可广泛用于电动机的软启动领域。

Description

一种电磁驱动的液体金属变阻器

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动的液体金属变阻器，以铜丝作为变阻器的主体，采用电磁泵驱动液体金属运动来调节铜丝电阻，并利用石蜡吸收焦耳热。本发明提供的液体金属变阻器稳定可靠、体积小、质量轻且成本低廉，可广泛用于电动机的软启动。

背景技术

交流电动机由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的特点，而广泛作为电力拖动生产机械的动力，在各种行业有大量的应用。电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的6-12倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。特别是高压电动机在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。

液体变阻器是目前应用最广泛的交流电动机软启动的方法。液体变阻器以化学盐溶液（如碳酸钠或氯化钠的水溶液）为导电介质，将液体电阻串入电动机的转子回路，通过伺服电动机改变极板间距，从而改变液体电阻的大小，达到无级连续调整电动机起动转矩和启动电流的目的。液体变阻器具有结构简单、无级变电阻的特点，但液体变阻器使用的是碳酸钠或氯化钠的水溶液，一方面由于盐溶液具有较强的腐蚀性,常出现行程开关外壳锈蚀和导电接点接触不良等故障；另一方面，盐溶液在高温下易沸腾蒸发，因此需增加盐溶液的量来增加热容量，造成设备体积庞大；且盐溶液在常温下易挥发，需要不断补充，增加操作复杂性。

为解决此方面问题，本发明提出一种电磁驱动的液体金属变阻器，通过电磁泵调节连通器中液体金属液面高低，进而调节与液体金属相连的铜丝的电阻，达到变电阻效果。其典型优点如下：（1）电磁驱动方式零噪音、无运动部件，且节能；（2）液体金属电导率高、性质稳定不易挥发，无毒无害，环保；（3）石蜡比水有更大的相变潜热，且密度比水小，因而系统比水溶液变阻器体积小、重量轻；（4）稳定可靠，整个系统无运动部件，不易发生电化学腐蚀、不易生锈；（5）成本低廉，石蜡、铜丝等成本低廉，而液体金属在连通器中用量少。综合来说，整个系统成本较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁驱动的液体金属变阻器，通过电磁泵调节连通器中液体金属液面高低，进而调节与液体金属相连的铜丝的电阻，达到变阻效果。本发明可广泛应用于交流电动机的软启动领域。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种电磁驱动的液体金属变阻器，如图1所示，其组成如下：

一外壳1，所述外壳1内填充石蜡与铜丝；

一石蜡2，所述石蜡2包裹铜丝，并通过固液相变吸收铜丝通电产生的焦耳热；

一铜丝3，所述铜丝3为变阻器的主体，其一端与连通器相接，通过连通器内液体金属液位的变化来调节铜丝接入电路中的电阻；

一连通器4，所述连通器4与所述铜丝3相连，内盛液体金属，底部装有电磁泵；

一液体金属5，所述液体金属5盛于所述连通器4，并通过电磁泵驱动；

一电磁泵6，所述电磁泵6位于连通器底部，用于驱动所述液体金属5产生液位变化。

所述外壳1可为圆柱体、长方体，材质为铝、铜、不锈钢。

所述铜丝3可盘绕成S型或Z型，同时每隔一定长度引出电接头接入连通器中。

所述连通器4呈U型，材质可为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯。

所述液体金属5主要包括镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金。

所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铋合金或镓锡合金。

所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

所述铋基合金为铋铟锡合金或铋锡合金。

所述电磁泵6为直流电磁泵或交流电磁泵。

电动机启动时，通过控制电磁泵6的电流来控制液体金属5的流动，使连通器4左侧与铜丝3相连的液体金属5液位由低逐渐升高。随着液体金属5不断接触更高液位处的铜丝3，铜丝3接入电动机中的电阻不断减小，从而达到软启动的目的。待液体金属5与全部的铜丝3端部接触，电阻降至最小，电动机启动完成。整个过程中，铜丝3因通电流而产生的焦耳热通过石蜡2的相变过程吸收。

本发明所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器具有如下优点：

（1）电磁驱动方式零噪音、无运动部件，且更加节能；

（2）液体金属电导率高、性质稳定不易挥发，无毒无害，环保；

（3）石蜡比水有更大的相变潜热，且密度比水小，因而系统比水溶液变阻器体积小、重量轻；

（4）稳定可靠，整个系统无运动部件，不易发生电化学腐蚀、不易生锈；

（5）成本低廉，石蜡、铜丝等成本低廉，而液体金属用量少。综合来说，整个系统成本较低。

附图说明

图1为实施例1中电磁驱动的液体金属变阻器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

实施例1展示了本发明的电磁驱动的液体金属变阻器的一种典型应用。图1为电磁驱动的液体金属变阻器结构示意图。

如图1所示，本实施例的电磁驱动的液体金属变阻器由外壳1、石蜡2、铜丝3、连通器4、液体金属5及电磁泵6组成。

本实施例中，外壳1为长方体，尺寸为20cm×2cm×20cm，材质为不锈钢。

石蜡2充满整个外壳1内部，其熔点为50℃。

铜丝3直径1mm，总长度15m，盘绕成S型。

连通器4为聚乙烯材质，呈U型。

液体金属5为镓铟锡锌合金（质量分数：61%Ga，25%In，13%Sn，1%Zn），其安全无毒，熔点为8oC，体积80ml。

电磁泵6为直流电磁泵，其通过永磁铁磁场和直流电场的相互作用，使液态金属受到电磁力而产生压力梯度。其最大压力为1兆帕，最大流量为6000m³/h。

电动机启动时，通过控制电磁泵6的电流来控制液体金属5的流动，使连通器4左侧与铜丝3相连的液体金属5液位由低逐渐升高。随着液体金属5不断接触更高液位处的铜丝3，铜丝3接入电动机中的电阻不断减小，从而达到软启动的目的。

本实施例中，最开始电磁泵6驱动液态金属5向连通器4右侧流动，液态金属5仅仅接触铜丝3的最底部，铜丝3接入电机电路中的电阻最大（3欧姆）。随后，随着电流的逐渐变小到零和反向增加的过程，液体金属5不断接触更高液位处的铜丝3，铜丝3接入电动机中的电阻不断减小。待液体金属5与全部的铜丝3端部接触，电阻降至最小（0.01欧姆），电动机启动完成。整个过程中，铜丝3因通电流而产生的焦耳热通过石蜡2的相变过程吸收。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，其组成如下：

一外壳，所述外壳内填充石蜡与铜丝；

一石蜡，所述石蜡包裹铜丝，并通过固液相变吸收铜丝通电流产生的焦耳热；

一铜丝，所述铜丝为变阻器的主体，其一端与连通器相接，通过连通器内液体金属液位的变化来调节铜丝接入电路中的电阻；

一连通器，所述连通器与所述铜丝相连，内盛液体金属，底部装有电磁泵；

一液体金属，所述液体金属盛于所述连通器，并通过电磁泵驱动；

一电磁泵，所述电磁泵位于连通器底部，用于驱动所述液体金属产生液位变化。

2.按权利要求1所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述外壳为圆柱体、长方体，材质为铝、铜或不锈钢。

3.按权利要求1所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述铜丝盘绕成S型或Z型，同时每隔一定长度引出电接头接入连通器中。

4.按权利要求1所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述连通器呈U型，材质为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丁烯。

5.按权利要求1所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述液体金属包括镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金或铋基合金。

6.按权利要求5所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铋合金或镓锡合金。

7.按权利要求5所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

8.按权利要求5所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述铋基合金为铋铟锡合金或铋锡合金。

9.按权利要求1所述的一种电磁驱动的液体金属变阻器，其特征在于，所述电磁泵为直流电磁泵或交流电磁泵。