RU111712U1

RU111712U1 - INDUCTION COIL AND THREE PHASE FILTER

Info

Publication number: RU111712U1
Application number: RU2011126970/07U
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Подкин; Денис Анатольевич Костенков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2011-12-20

Abstract

1. Катушка индуктивности, включающая обмотку из ленточного проводника и ленточного изолятора между витками проводника, закрепленную в крепежных и крепежно-установочных рамках, отличающаяся тем, что чередующиеся крепежные и крепежно-установочные рамки расположены радиально и содержат вкладыши, разделяющие пакеты из N (N≥1) витков обмотки. ! 2. Катушка индуктивности по п.1, отличающаяся тем, что чтобы начало и конец ленточного проводника были соединены с входным и выходным контактами соответственно посредством болтов. ! 3. Катушка индуктивности по п.1, отличающаяся тем, что в качестве крепежных элементов крепежно-установочных рамок использованы уголки. ! 4. Фильтр трехфазный, содержащий три катушки индуктивности, входы которых являются первым, вторым и третьим входами фильтра, а выходы - первым, вторым и третьим выходами фильтра, и блок конденсаторов, каждый из трех выходов которого соединен с выходом соответствующей катушки индуктивности, отличающийся тем, что катушки индуктивности выполнены по п.1. 1. Inductor, including a winding of tape conductor and tape insulator between the turns of the conductor, fixed in the mounting and mounting-mounting frames, characterized in that the alternating mounting and mounting-mounting frames are arranged radially and contain inserts separating packages of N (N≥ 1) winding turns. ! 2. The inductor according to claim 1, characterized in that the beginning and end of the tape conductor are connected to the input and output contacts, respectively, by means of bolts. ! 3. The inductance coil according to claim 1, characterized in that the corners are used as the fasteners of the mounting frames. ! 4. A three-phase filter containing three inductors, the inputs of which are the first, second and third inputs of the filter, and the outputs are the first, second and third outputs of the filter, and a capacitor block, each of the three outputs of which is connected to the output of the corresponding inductor, characterized in that the inductor is made according to claim 1.

Description

Предлагаемые в качестве полезных модели технические решения относятся к электротехнике, а именно к конструкции катушек индуктивности и фильтров.The technical solutions proposed as utility models relate to electrical engineering, namely to the design of inductors and filters.

Известна трехфазная трехпроводная катушка (патент РФ №2221294, 2002, Турусов М.С.), намотанную на сердечник плоским жгутом, состоящим из трех проводящих полос с изоляционными прокладками между ними. Недостатком конструкции является высокая температура нагрева, что требует достаточно энергоемкой системы охлаждения для интенсивного отвода тепла от сердечника и обмотки, а также использования изоляционных прокладок.Known three-phase three-wire coil (RF patent No. 2221294, 2002, MS Turusov), wound on the core with a flat bundle consisting of three conductive strips with insulating spacers between them. The design drawback is the high heating temperature, which requires a sufficiently energy-intensive cooling system for intensive heat removal from the core and winding, as well as the use of insulating gaskets.

Известна так же обмотка из ленточного проводника (патент РФ №1376812, 1996, Всесоюзный электротехнический институт им. В.И.Ленина), содержащая несколько ярусов, каждый из которых выполнен в виде чередующихся проводящих и изоляционных лент, склеенных на гильзе каркаса, бандаж, охватывающий ярусы, а так же герметичную систему охлаждения. Недостатком обмотки является сложность конструкции, обусловленная необходимостью интенсивного охлаждения плотно прилегающих друг к другу проводящих и изоляционных лент.Also known is a winding from a tape conductor (RF patent No. 1376812, 1996, V.I. Lenin All-Union Electrotechnical Institute), containing several tiers, each of which is made in the form of alternating conductive and insulating tapes glued on a sleeve of a frame, a bandage, covering tiers, as well as an airtight cooling system. The disadvantage of the winding is the complexity of the design, due to the need for intensive cooling of tightly adjacent conductive and insulating tapes.

Ближайшим аналогом заявляемой катушки индуктивности является катушка индуктивности выходного фильтра серии "Электон-Ф" для частотных преобразователей (ЗАО «Электон», г.Радужный Владимирская обл., http://www.elekton.ru/lc_filter.shtml - в последний раз проверено 25.05.2011, фото 1, 2, 3), выполненная без сердечника и содержащая несколько последовательно соединенных ярусов обмотки из изолированного проводника, закрепленных в бандаже. При этом ярусы и витки отделены друг от друга зазорами с помощью горизонтальных планок а витки - электроизоляционной заливкой (типа компаунда), что позволяет эффективно охлаждать обмотку. Недостатки конструкции, которые обуславливают трудоемкость и низкую технологичность изготовления изделия:The closest analogue of the claimed inductor is the inductance coil of the output filter of the "Electon-F" series for frequency converters (CJSC "Electon", Raduzhny, Vladimir Region, http://www.elekton.ru/lc_filter.shtml - the last time checked 05/25/2011, photo 1, 2, 3), made without a core and containing several series-connected tiers of windings from an insulated conductor, fixed in a bandage. At the same time, tiers and turns are separated from each other by gaps with the help of horizontal strips and turns - by an insulating fill (such as compound), which allows cooling the winding effectively. Design flaws that determine the complexity and low manufacturability of the product:

- большая толщина проводника требует существенных усилий и постоянного контроля при сгибании и формировании витков необходимого радиуса и одинаковых зазоров между ними, а также медленное охлаждение проводника с поверхностью малой площади;- the large thickness of the conductor requires significant effort and constant monitoring when bending and forming turns of the required radius and the same gaps between them, as well as slow cooling of the conductor with a small surface area;

- неудобство и трудоемкость разделения ярусов и витков обмотки;- inconvenience and the complexity of the separation of tiers and turns of the winding;

- большая толщина проводника и громоздкость бандажа, что обуславливает большую массу катушки, а так же неудобство закрепления при установке.- the large thickness of the conductor and the bulkiness of the bandage, which leads to a large mass of the coil, as well as the inconvenience of fixing during installation.

Целью предлагаемого в качестве полезной модели технического решения является создание катушки индуктивности, технологичной в изготовлении, конструкция которой позволяет легко, без увеличения себестоимости изменять расчетные рабочие характеристики (в частности, индуктивность и параметры сглаживания токов), а также предусматривает удобство установки.The aim of the proposed technical model as a useful model is to create an inductor that is technologically advanced to manufacture, the design of which allows you to easily, without increasing the cost, change the design operating characteristics (in particular, the inductance and smoothing parameters of the currents), and also provides ease of installation.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому фильтру трехфазному является синусоидальный фильтр станции управления погружными электонасосами (ЦВИЯ.656.427.006 РЭ, ОАО «Ижевский радиозавод», 2009 г.), содержащий три катушки индуктивности и шесть конденсаторов, соединенных треугольником (по два установленных параллельно конденсатора на каждую фазу).The closest in technical essence of the claimed three-phase filter is a sinusoidal filter of a submersible electric pump control station (CVVIA.656.427.006 RE, Izhevsk Radio Plant OJSC, 2009), containing three inductors and six capacitors connected by a triangle (two parallel mounted capacitors for each phase).

Целью предлагаемого в качестве полезной модели технического решения является создание фильтра трехфазного, конструкция которого является технологичной в изготовлении и позволяет минимальными затратами адаптировать его параметры для устройств различной мощности с сохранением низкого коэффициента гармонических искажений напряжения на выходе фильтра.The aim of the proposed technical model as a useful model is to create a three-phase filter, the design of which is technological in manufacture and allows to adapt its parameters for devices of various capacities at low costs while maintaining a low harmonic distortion voltage voltage at the filter output.

Поставленные задачи решаются в катушке индуктивности тем, что обмотка из ленточного проводника разделена на пакеты, содержащие N (где N≥1) витков обмотки, разделенные вкладышами чередующихся радиально расположенных крепежных и крепежно-установочных рамок бандажа. При этом между витками проводника проложен ленточный изолятор.The tasks set are solved in the inductor by the fact that the winding of the tape conductor is divided into packages containing N (where N≥1) turns of the winding, separated by inserts of alternating radially arranged fastening and fixing and mounting frames of the bandage. In this case, a tape insulator is laid between the turns of the conductor.

Предпочтительно, чтобы начало и конец ленточного проводника были соединены с входным и выходным контактами соответственно посредством болтов.Preferably, the beginning and end of the tape conductor are connected to the input and output contacts, respectively, by means of bolts.

Предпочтительно, чтобы на крепежно-установочных рамках в качестве крепежных элементов использовались уголки.It is preferable that angles are used as fasteners on the mounting frame.

Задачи решаются также в фильтре трехфазном, содержащем блок конденсаторов и три катушки индуктивности, входы которых являются первым, вторым и третьим входами фильтра, а выходы - первым, вторым и третьим выходами фильтра: Каждый из трех выходов блока конденсаторов соединен с выходом соответствующей катушки индуктивности. При этом катушка индуктивности выполнена, как описано выше.The tasks are also solved in a three-phase filter containing a block of capacitors and three inductors, the inputs of which are the first, second and third inputs of the filter, and the outputs are the first, second and third outputs of the filter: Each of the three outputs of the capacitor block is connected to the output of the corresponding inductance coil. In this case, the inductor is made as described above.

Далее конструкция катушки индуктивности в предпочтительном варианте будет описана в составе фильтра трехфазного. В описанном исполнении катушка содержит обмотку из шести пакетов с постоянным количеством витков (N=4). в каждом пакете, фиксированную бандажом из трех крепежных и трех крепежно-установочных рамок.Next, the design of the inductor in the preferred embodiment will be described as part of a three-phase filter. In the described embodiment, the coil contains a winding of six packets with a constant number of turns (N = 4). in each package, fixed with a bandage of three mounting and three mounting and mounting frames.

Фото 1 и Фото 2 - фотографии ближайшего аналога катушки индуктивности.Photo 1 and Photo 2 - photos of the closest analogue inductor.

Фото 3 - фотография ближайшего аналога катушки индуктивности, закрепленной в шкафе.Photo 3 - a photograph of the closest analogue inductor mounted in a cabinet.

Фиг.1 - общий вид катушки индуктивности в предпочтительном варианте.Figure 1 - General view of the inductor in the preferred embodiment.

Фиг.2 - электрическая схема фильтра трехфазного.Figure 2 - electrical diagram of a three-phase filter.

Катушка индуктивности 1, изображенная на Фиг.1, содержит намотку из ленточного проводника 2 с ленточным изолятором 3. Начало проводника соединено с входным контактом 4, конец - с выходным контактом 5. Намотка зафиксирована в бандаже, включающем крепежные рамки 6 и крепежно-установочные рамки 7. Рамки образованы вертикальными планками 8, горизонтальными планками 9 с образованием каркаса, а также вкладышами 10. Для крепежно-установочных рамок вертикальные и нижние горизонтальные планки, а также вкладыши имеют большую длину. Кроме того, на них предусмотрены установочные элементы 11 (в данном исполнении - уголки) для закрепления катушки на месте установки.The inductance coil 1 shown in FIG. 1 contains a winding of a tape conductor 2 with a tape insulator 3. The beginning of the conductor is connected to the input terminal 4, the end to the output terminal 5. The winding is fixed in a band including the mounting frame 6 and the mounting frame 7. The frames are formed by vertical strips 8, horizontal strips 9 with the formation of the frame, as well as inserts 10. For mounting and installation frames, the vertical and lower horizontal strips, as well as the inserts, are long. In addition, they are provided with mounting elements 11 (in this version, angles) for fixing the coil at the installation site.

Сборку изделия производят в следующем порядке. К одной вертикальной планке каждой из собираемых рамок при помощи крепежных элементов (в данном случае шпилек) крепят верхнюю и нижнюю горизонтальные планки с пазами для вкладышей. В нижней части крепежно-установочных рамок крепят уголки с отверстиями для установки изделия.Assembly of the product is carried out in the following order. To one vertical bar of each of the assembled frames with the help of fasteners (in this case, studs), the upper and lower horizontal bars with grooves for the liners are attached. At the bottom of the mounting and mounting frames, corners with holes for mounting the product are attached.

Сложенные вместе ленты проводника и изолятора наматывают на вертикальные. планки чередующихся и расположенных радиально крепежных и крепежно-установочных рамок, образуя первые N витков намотки проводника с изолятором (пакет витков), в каждую из будущих рамок устанавливают вкладыш. Наматывают следующий пакет витков, ограничивают его вкладышами. Расстояние между вкладышами выбирают достаточным для свободного размещения проводника и изоляционной ленты, исходя из его толщины. Толщина вкладышей определяет ширину зазора между пакетами витков. Количество вкладышей определяется количеством пакетов витков, зависящим от расчетных параметров катушки (количество витков, тепловыделение, тип охлаждения и т.д.), а количество витков обмотки в пакете выбирают, исходя из максимально допустимой температуры проводника.The conductor and insulator tapes wrapped together are wound on vertical ones. laths of alternating and located radially fastening and mounting-mounting frames, forming the first N turns of a winding conductor with an insulator (package of turns), an insert is installed in each of the future frames. Wrap the next package of turns, limit it to the liners. The distance between the liners is chosen sufficient for the free placement of the conductor and the insulation tape, based on its thickness. The thickness of the liners determines the width of the gap between the packages of turns. The number of inserts is determined by the number of turns packages, depending on the design parameters of the coil (number of turns, heat dissipation, type of cooling, etc.), and the number of turns of the winding in the package is selected based on the maximum permissible conductor temperature.

Закончив намотку катушки, устанавливают вторую вертикальную планку каждой из рамок, скрепляя их с горизонтальными планками (в данном случае гайками) и завершая рамки бандажа.Having finished winding the coils, they install a second vertical bar of each of the frames, fastening them with horizontal bars (in this case, nuts) and completing the bandage framework.

К отогнутым началу и концу проводника винтами крепят соответственно входной и выходной контакты с отверстиями для присоединения входной и выходной шины.The input and output contacts with holes for attaching the input and output buses, respectively, are fastened to the bent beginning and end of the conductor with screws.

Описанная конструкция позволяет подбирать индуктивность катушки и параметры сглаживания токов, меняя ширину ленты проводника и количество витков, для чего достаточно изменить лишь длину вертикальных и горизонтальных планок и вкладышей рамок. Так, при использовании проводника из достаточно легкого алюминиевого сплава необходимая ширина ленты толщиной 2 мм при входной мощности от 250 до 400 А составляет 110 мм, а при мощности от 630 до 800 А - 160 мм. При этом максимальный нагрев проводника - не выше 160°С. При этом наличие зазоров между пакетами витков позволяет эффективно охлаждать катушку, устанавливая вентиляторы перпендикулярно ленте проводника (в данном случае - под горизонтально установливаемой катушкой).The described design allows you to select the inductance of the coil and the smoothing parameters of the currents, changing the width of the conductor ribbon and the number of turns, for which it is enough to change only the length of the vertical and horizontal strips and liners of the frames. So, when using a conductor made of a fairly lightweight aluminum alloy, the required tape width of 2 mm with an input power of 250 to 400 A is 110 mm, and with a power of 630 to 800 A - 160 mm. In this case, the maximum heating of the conductor is not higher than 160 ° C. At the same time, the presence of gaps between the packages of turns allows efficient cooling of the coil by installing fans perpendicular to the conductor ribbon (in this case, under a horizontally mounted coil).

Использование недорогих, легкообрабатываемых материалов для бандажа (например, текстолита) и ленточного изолятора (например, лакоткани, изоляционные свойства которой сохраняются при нагреве до 180°С) также позволяет снизить себестоимость изделия. Таким образом, конструкция обладает высокой прочностью, простой и высокой технологичностью при изготовлении деталей и сборке (использованы только болтовые соединения), имеет оптимальные массогабаритные размеры, а также удобством при установке и обслуживании.The use of inexpensive, easily processed materials for the bandage (for example, textolite) and tape insulator (for example, varnish, the insulating properties of which are preserved when heated to 180 ° C) also allows to reduce the cost of the product. Thus, the design has high strength, simple and high manufacturability in the manufacture of parts and assembly (only bolted joints were used), has optimal overall dimensions, as well as ease of installation and maintenance.

Фильтр трехфазный, электрическая схема которого изображенная на Фиг.2, содержит блок конденсаторов 12 и три катушки индуктивности 1 (LI, L2, L3), входы Которых являются первым, вторым и третьим входами (Вх1, Вх2, Вх3) фильтра. Каждый из выходов катушек подключен к соответствующему выходу (U, V или W) блока конденсаторов. Одновременно выходы катушек индуктивности являются первым, вторым и третьим выходами (Вых1, Вых2, Вых3) фильтра. Соединение катушек с блоком конденсаторов производят проводниками, закрепляя их на соответствующих контактах болтовыми соединениями.The three-phase filter, the electrical circuit of which is shown in FIG. 2, contains a block of capacitors 12 and three inductors 1 (LI, L2, L3), the inputs of which are the first, second and third inputs (Bx1, Bx2, Bx3) of the filter. Each of the outputs of the coils is connected to the corresponding output (U, V or W) of the capacitor block. At the same time, the outputs of the inductors are the first, second and third outputs (Out1, Out2, Out3) of the filter. The coils are connected to the block of capacitors by conductors, fixing them to the corresponding contacts with bolted connections.

В качестве катушек используют описанные выше катушки индуктивности. В качестве блока конденсаторов 12 может быть использован трехфазный конденсатор, либо три и более конденсаторов (по несколько штук на одну фазу), соединенных треугольником. В данной реализации полезной модели блок конденсаторов содержит шесть конденсаторов, соединенных треугольником (на каждую фазу - по два конденсатора, установленных параллельно). Каждая из вершин треугольника является одним из выходов блока конденсаторов.As coils, the inductors described above are used. As a block of capacitors 12, a three-phase capacitor can be used, or three or more capacitors (several pieces per phase) connected by a triangle. In this implementation of the utility model, the capacitor block contains six capacitors connected by a triangle (two capacitors installed in parallel for each phase). Each of the vertices of the triangle is one of the outputs of the block of capacitors.

Описанный фильтр является синусоидальным или LC-фильтром, который работает следующим образом. На входы фильтра подаются импульсы напряжения прямоугольной формы равной амплитуды, но разной длительности. За счет реактивной составляющей LC-фильтра происходит изменение формы напряжения: длительность импульса Преобразуется в амплитуду сигнала, необходимую на данном отрезке времени. Совокупность преобразованных отрезков напряжения складывается в синусоидальную форму напряжения.The described filter is a sine or LC filter, which operates as follows. Rectangular voltage pulses of equal amplitude but different durations are applied to the filter inputs. Due to the reactive component of the LC filter, a change in the shape of the voltage occurs: pulse duration Converts to the amplitude of the signal required for a given period of time. The set of converted voltage segments is added to a sinusoidal voltage form.

При установке конденсаторов расчетной емкости, можно добиться низкого коэффициента гармонических искажений на выходах заявляемого фильтра.When installing capacitors of the calculated capacity, it is possible to achieve a low harmonic distortion coefficient at the outputs of the inventive filter.

Несмотря на то, что технические решения показаны и описаны на примерах конкретных реализации, следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию (например, другая конструкция рамок бандажа катушки индуктивности) могут быть сделаны без отступления от сущности и объема полезных моделей, определенных приведенной в заявке формулой полезной модели.Despite the fact that technical solutions are shown and described on examples of specific implementations, it should be understood that various changes in form and content (for example, a different design of the inductance coil bandage framework) can be made without departing from the essence and scope of utility models defined in Application Formula Utility Model.

Claims

1. Inductor, including a winding of tape conductor and tape insulator between the turns of the conductor, fixed in the mounting and mounting-mounting frames, characterized in that the alternating mounting and mounting-mounting frames are arranged radially and contain inserts separating packages of N (N≥ 1) winding turns.

2. The inductor according to claim 1, characterized in that the beginning and end of the tape conductor are connected to the input and output contacts, respectively, by means of bolts.

3. The inductance coil according to claim 1, characterized in that the corners are used as the fasteners of the mounting frames.

4. A three-phase filter containing three inductors, the inputs of which are the first, second and third inputs of the filter, and the outputs are the first, second and third outputs of the filter, and a capacitor block, each of the three outputs of which is connected to the output of the corresponding inductor, characterized in that the inductor is made according to claim 1.