RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 43025 KI. 21 d2 49 Zygmunt Gogolewski Gliwice, Polska Arkadiusz Puchala Katowice -Ocnojec, Polska Uzwojenie o minimalnych stratach na cieplo Joule'a9 w szczególnosci do transformatora, cewki prqdu zmiennego lub pieca indukcyjnego Patent trwa od dnia 21 stycznia 1959 r.Straty energii wystepujace w uzwojeniach transformatorów lub cewek pradu zmiennego dziela sile zasadniczo na dwie czesci: na tzw. straty podstawowe i dodatkowe.Straty podstawowe zalezne sa od wartosci oporu czynnego uzwojenia, mierzonego pradem stalym. Straty dodatkowe, powstajace na sku¬ tek zjawiska wypierania pradu, wzrastaja wraz z czestotliwoscia i szerokoscia przekroju prze¬ wodów tworzacych uzwojenie, mierzona w kie¬ runku prostopadlym do kierunku linii indukcji magnetycznej.Istota wynalazku jest taki dobór przekrojów w poszczególnych warstwach uzwojenia, aby straty calkowite, powstajace w uzwojeniu, byly minimalne przy zachowaniu stalych wymliaTÓw gabarytowych cewki i niezmienionego ciezaru materialu przewodzacego. Dla osiagniecia tego celu uzwojenie wielowarstwowe wykonuje sie w ten sposób, ze poszczególne warstwy uzwo¬ jenia nawiniete sa przewodem profilowym o róznej szerokosci promieniowej.Szerokosc przewodów w poszczególnych war¬ stwach uzwojenia wyznacza sie z warunków na minimum funkcjonalu J, utworzonego z su¬ my strat podstawowych i dodatkowych, które spelniaja sie wówczas, gdy wariacja funkcjonalu jest równa zeru,: 5J (yi, y*... yi... yn) = 0 gdzie J = Jpodst (yi, y*... yi... yn) + Jdo (yi, y*... yi.. ? yn) przy czym symbol J oznacza zaleznosc funkcjo¬ nalna dla sumy strat. Wspólrzedne warstw yi wyznaczaja krawedzie przekrojów i przedsta^wione sa na fig. 1: Litera „i" jest indeksem oznaczajacym numer warstwy.Jpodst (yi, y*... yi. yn) oznacza straty podstawowe jako funkcjonal ukladów wspólrzednych warstw, Jdod (yi,y«... yn) — straty dodatkowe jako funkcjonal ukladów wspólrzednych warstw.Praktycznie wspólrzedne warstw wyznacza sie z ukladu równan aj dyi = 0 dla i = 1, 2, ... n Ze zwiazków tych mozna otrzymac stosunki miedzy szerokosciami przekrojów w sasiednich warstwach uzwojenia, co pozwala na zaprojekto¬ wanie- uzwojenia o minimalnycli stratach na cieplo Joule'a. ¦'- ¦ :.'':.Inna korzyscia wynikajaca z wynalazku jest bardziej równomierny rozklad strat na cieplo Joule'ia w uzwojeniu, przez co najwiekszy gra¬ dient temperatury, szkodliwy dla izolacji, po¬ siada mniejsza wartosc od odpowiedniej war¬ tosci dla uzwojenia, nawinietego przewodni¬ kiem o tej samej szerokosci we wszystkich warstwach. Na przyklad dla pewnego siedmio- warstwowegO' miedzianego uzwojenia cylindrycz¬ nego wedlug wynalazku dla pradu 50 Hz roz¬ klad szerokosci przekrojów wynosi: 10; 7,4; 6; 5,23; 4,68; 4,28; 3,96 (mm) W porównaniu z równowaznym uzwojeniem siedmiowarstwowym o jednakowej dla wszyst¬ kich warstw szerokosci profilów 5,94 mm tak wykonanego, ze ciezary miedzi i wymiary ze¬ wnetrzne uzwojenia pozostaja identyczne, uzwo¬ jenie wedlug wynalazku wykazuje obnizenie sie strat w miedzi o okolo 20o/0 przy czestotli¬ wosci 50 Hz a 24,5% przy czestotliwosci 60 Hz.Na fig.,, 1—6 przedstawiono przyklady zasto¬ sowania wynalazku, przy czym fig. 1 wyjasnia sposób istopniowania zewnetrznej cewki uzwoje¬ nia cylindrycznego, fig 2 przedstawia wykona¬ nie cewki wewnetrznej wedlug wynalazku, fig. 3 — wykonanie wewnetrznej i zewnetrznej cewki wedlug wynalazku, fig. 4 — cewke uzwoje¬ nia krazkowego, wykonana wedlug wynalazku, gdzie stopniowanie jest zgodne z wyzej wymie¬ niona zasada tj. prostopadle do kierunku linii indukcji pola rozproszenia uzwojenia krazko¬ wego. Na fig. 4 przedstawiono szczególny przy¬ padek uzwojenia krazkowego symetrycznego, a fig. 5 — przypadek wykonania cewki uzwo¬ jenia krazkowego z fig. 4 z ta róznica, ze cewka jest wykonana w postaol dwóch pólcewek.Fig. 4 i 5 przedstawiaja wykonanie tylko jed¬ nej cewki uzwojenia krazkowego wedlug wy¬ nalazku z tym, ze uzwojenie krazkowe moze byc wykonane w podobnych alternatywach jak uwidoczniono dla uzwojenia cylindrycznego.Zgodnie z zasada wynalazku rozklad przekro¬ jów cewki przyjmie ogólnie postac przedsta¬ wiona na fig. 6. (W ogólnosci os /symetrii pola rozproszenia nie pokrywa sie z geometryczna osia symetrii figury przekroju uzwojenia, przez co rozklad szerokosci przekrojów cewki nie jest symetryczny.Kazde szczególne rozwiazanie i charakter stopniowania okreslony jest podanym wyzej ukladem równan.W celu uproszczenia produkcji transformato¬ rów i cewek wedlug wynalazku mozna stosowac znormalizowane szerokosci profilów, najblizsze szerokosciom, wyznaczonym powyzszym ukla¬ dem równan. PL