RU2221295C2 - Electromagnetic device - Google Patents
Electromagnetic device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2221295C2 RU2221295C2 RU2001109466/09A RU2001109466A RU2221295C2 RU 2221295 C2 RU2221295 C2 RU 2221295C2 RU 2001109466/09 A RU2001109466/09 A RU 2001109466/09A RU 2001109466 A RU2001109466 A RU 2001109466A RU 2221295 C2 RU2221295 C2 RU 2221295C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- windings
- electromagnetic device
- layers
- interconnected
- electrical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к двух- или многополюсным (по числу полюсов для внутренних соединений и числу полюсов для наружного присоединения) элементам электрических цепей с доминирующими свойствами индуктивности и (или) взаимной индуктивности, в особенности для работы в цепях переменного тока промышленной частоты (50-60 Гц), например к дросселям, трансформаторам, катушкам индуктивности, элементам фильтров, линий задержки, индуктивным балластам, и т. п. The invention relates to electrical engineering, in particular to bipolar or multipolar (in terms of the number of poles for internal connections and the number of poles for external connection) elements of electrical circuits with dominant inductance and (or) mutual inductance characteristics, in particular for operation in industrial frequency alternating current circuits (50-60 Hz), e.g. to chokes, transformers, inductors, filter elements, delay lines, inductive ballasts, etc.
Рекомендуемый диапазон мощностей от единиц В•А до единиц кВ•А. Recommended power range from units B • A to units kV • A.
Такие устройства обязательно содержат в себе две основные организующие рабочий процесс части: электро- и магнитопровод. Первая служит для канализации электрического тока и выполняется, как правило, в виде электрически изолированной проволоки, ленты, полосы из материала с высокой электропроводностью (обычно из меди или алюминия), а вторая - для канализации магнитного потока и выполняется, как правило, в виде изолированных штампованных пластин, ленты, полосы, проволоки из материала с высокой магнитной проницаемостью (обычно из низкоуглеродистой стали, технически чистого железа или его сплавов). Such devices necessarily contain two main parts organizing the working process: electrical and magnetic circuit. The first is used to channel electric current and is usually made in the form of an electrically insulated wire, tape, strip of material with high electrical conductivity (usually copper or aluminum), and the second is used to channel magnetic flux and is usually made in the form of isolated stamped plates, tapes, strips, wires of a material with high magnetic permeability (usually low-carbon steel, technically pure iron or its alloys).
Известны изобретения [1-4], в которых с целью улучшения рабочих, эксплуатационных и стоимостных характеристик, указанных выше устройств, предлагается единообразное выполнение их основных частей с тем, чтобы они могли одновременно выполнять обе функции: электро- и магнитопровода. Known inventions [1-4], in which in order to improve the working, operational and cost characteristics of the above devices, a uniform implementation of their main parts is proposed so that they can simultaneously perform both functions: electrical and magnetic circuit.
Такие устройства содержат обмотки с электрически изолированными витками из материала, обладающего одновременно электро- и магнитопроводностью, состоящие по меньшей мере из одной секции и пространственно сцепленные между собой через центральные отверстия в каждой из них. Such devices contain windings with electrically insulated turns of a material having both electrical and magnetic conductivity, consisting of at least one section and spatially interconnected through central holes in each of them.
Однако известные устройства, в которых активные материалы конструкции совмещают функции электро- и магнитопровода, обладают недостатками. However, known devices in which active materials of construction combine the functions of an electric and magnetic circuit have disadvantages.
Так, конструкции катушки индуктивности [1] и индукционного устройства [3] имеют тороидальную форму, при которой удовлетворительную плотность намотки и зависящую от нее магнитную проводимость магнитопровода можно обеспечить только у кольцевой катушки. В то же время тороидальная катушка, наматываемая на кольцевую, из-за существенного различия внутреннего и наружного диаметров последней неизбежно будет иметь зазоры между витками на внешней поверхности и, как следствие, снижение ее магнитной проводимости в качестве магнитопровода. Кроме того, выполнение обмоток катушки индуктивности согласно [1] "из проводника с ферромагнитной добавкой в виде однородного сплава" приведет одновременно к резкому ухудшению его электро- и магнитопроводности, а выполнение обмоток индукционного устройства [3] "проводом, состоящим из ферромагнитной основы, покрытой медной оболочкой с изоляцией", эквивалентно созданию короткозамкнутого витка на всем протяжении его ферромагнитной основы. Thus, the designs of the inductor [1] and induction device [3] have a toroidal shape, in which a satisfactory winding density and the magnetic conductivity of the magnetic circuit depending on it can be provided only at the ring coil. At the same time, a toroidal coil wound around an annular coil, due to a significant difference in the inner and outer diameters of the latter, will inevitably have gaps between the turns on the outer surface and, as a result, a decrease in its magnetic conductivity as a magnetic circuit. In addition, the implementation of the windings of the inductor according to [1] "from a conductor with a ferromagnetic additive in the form of a homogeneous alloy" will simultaneously lead to a sharp deterioration in its electrical and magnetic conductivity, and the implementation of the windings of the induction device [3] "by a wire consisting of a ferromagnetic base coated a copper sheath with insulation, "is equivalent to creating a short-circuited coil throughout its ferromagnetic base.
Более близкими аналогами предлагаемого электромагнитного устройства являются трансформатор [2] и электромагнитное устройство [4]. В них устранен недостаток устройств [1] и [3] благодаря выполнению обмоток из биметаллических полос фольги, "один из слоев которой является ферромагнитным, а другой слой выполнен из высокопроводящего материала". Тем не менее устройства [2] и [4] также имеют недостаточные функциональные возможности, связанные с наличием только двух пространственно сцепленных и магнитно несвязанных между собой обмоток. В частности, в электромагнитных устройствах [4] с тремя и пятью пространственно сцепленными между собой обмотками только одна является магнитно независимой от остальных соответственно двух и четырех, которые по существу представляют собой электрически несвязанные друг с другом секции второй обмотки, намотанной на первой, как на магнитопровод. Соответственно, заявленное в [4] соотношение размеров Х=0,52573 D характеризует только геометрические условия заполнения внутреннего отверстия первой обмотки секциями второй и не отражает требований оптимизации электромагнитных процессов в устройстве. Closer analogues of the proposed electromagnetic device are a transformer [2] and an electromagnetic device [4]. They eliminated the disadvantage of devices [1] and [3] due to the implementation of windings from bimetallic strips of foil, "one of the layers of which is ferromagnetic and the other layer is made of highly conductive material." Nevertheless, the devices [2] and [4] also have insufficient functionality associated with the presence of only two spatially coupled and magnetically disconnected windings. In particular, in electromagnetic devices [4] with three and five spatially interconnected windings, only one is magnetically independent of the other two and four, respectively, which are essentially electrically unconnected sections of the second winding wound on the first, as on magnetic circuit. Accordingly, the aspect ratio X = 0.52573 D, declared in [4], characterizes only the geometric conditions for filling the inner opening of the first winding with sections of the second and does not reflect the requirements for the optimization of electromagnetic processes in the device.
Наличие только двух магнитно независимых обмоток существенно ограничивает также возможности конструирования электромагнитных устройств и адаптации их габаритных размеров к требованиям компоновки. The presence of only two magnetically independent windings also significantly limits the ability to design electromagnetic devices and adapt their overall dimensions to the layout requirements.
Предлагаемое электромагнитное устройство свободно от отмеченных выше недостатков благодаря тому, что его обмотки с электрически изолированными витками из материала, обладающего одновременно электро- и магнитопроводностью, состоящие по меньшей мере из одной секции и пространственно сцепленные между собой через центральные отверстия в каждой из них, сцеплены между собой подобно звеньям якорной цепи, каждая из них состоит из одной или нескольких концентрических электрически несвязанных между собой секций, имеющих выводы для кондуктивного соединения между собой и присоединения к внешней электрической цепи, причем для любых последовательно расположенных в цепи и смежных обмоток (звеньев), например, k-й, k+1-й, k+2-й, k+3-й... n-й отношения площадей Sk, Sk+1, Sk+2, Sk+3,... Sn центральных отверстий и средних длин Lk, Lk+1, Lk+2,...Ln их витков находятся в пределах
где k=1,2,3,...n
На фиг. 1 и 2 приведены две проекции общего вида и частичного разреза предлагаемого электромагнитного устройства, в котором сцепленные между собой обмотки расположены вдоль прямой линии, совпадающей с осями их симметрии. Там же стрелками показаны направления электрических токов и магнитных потоков в обмотках при k=1. Совершенно очевидно, что все обмотки (звенья цепи) электрически и магнитно независимы друг от друга, а их количество и абсолютные геометрические размеры практически ни чем не ограничены.The proposed electromagnetic device is free from the above-mentioned disadvantages due to the fact that its windings with electrically insulated turns of a material having both electrical and magnetic conductivity, consisting of at least one section and spatially interconnected through central holes in each of them, are interlinked between like the links of the anchor chain, each of them consists of one or more concentric electrically unconnected sections with conclusions for conductive connection to each other and connection to an external electrical circuit, and for any series and adjacent windings (links), for example, k-th, k + 1st, k + 2nd, k + 3rd .. .nth ratio of the areas S k , S k + 1 , S k + 2 , S k + 3 , ... S n of the central holes and the average lengths L k , L k + 1 , L k + 2 , ... L n of their turns are within
where k = 1,2,3, ... n
In FIG. 1 and 2 show two projections of a general view and a partial section of the proposed electromagnetic device, in which the windings interlocked are located along a straight line coinciding with the axes of their symmetry. The arrows in the same direction show the directions of electric currents and magnetic fluxes in the windings at k = 1. It is completely obvious that all windings (chain links) are electrically and magnetically independent of each other, and their number and absolute geometric dimensions are practically unlimited.
Технически и экономически целесообразное ограничение может быть наложено лишь на соотношение геометрических размеров, реализующих оптимальный режим электромагнитных рабочих процессов в обмотках. В качестве оптимального прежде всего может быть принят режим, при котором достигается постоянство физических величин, характеризующих интенсивность электрического и магнитного полей во всем рабочем объеме обмоток, а точнее их активного материала. Обычно в технических проектах такими величинами являются плотность электрического тока и напряженность магнитного поля или магнитная индукция (плотность магнитного потока). Technically and economically feasible restriction can be imposed only on the ratio of geometric dimensions that implement the optimal mode of electromagnetic work processes in the windings. As an optimum, first of all, a mode can be adopted in which the constancy of physical quantities that characterize the intensity of the electric and magnetic fields in the entire working volume of the windings, or rather their active material, is achieved. Typically, in technical projects, such quantities are the electric current density and magnetic field strength or magnetic induction (magnetic flux density).
Как известно, значения плотности j электрического тока в электрической цепи и напряженности Н создаваемого этим током магнитного поля в магнитной цепи связаны между собой законом полного тока
∫Hdl = ∫jds,
где dl и ds - соответственно элементы длины силовой линии магнитного потока и площади сечения электрического тока.As is known, the values of the density j of the electric current in the electric circuit and the intensity H of the magnetic field created by this current in the magnetic circuit are interconnected by the law of the total current
∫Hdl = ∫jds,
where dl and ds are, respectively, elements of the length of the magnetic field line and the cross-sectional area of the electric current.
Если Hk и jk - средние значения напряженности магнитного поля и плотности тока в k-й обмотке, то с учетом обозначений фиг.1 и 2
Hk+1Lk+1=(JkSk+Jk+2Sk+2)Kз, (2)
где Kз - коэффициент заполнения внутреннего отверстия обмотки активным материалом.If H k and j k are the average values of the magnetic field strength and current density in the k-th winding, then taking into account the notation of FIGS. 1 and 2
H k + 1L k + 1 = (J k S k + J k + 2S k +2) K s , (2)
where K z - fill factor of the inner hole of the winding with the active material.
Если, кроме того, средние значения напряженности Н магнитного поля и плотности тока j во всех обмотках одинаковы и равны оптимальным проектным значениям, то из (2) следует условие (1), являющееся отличительным признаком предлагаемого электромагнитного устройства. If, in addition, the average values of the magnetic field strength H and the current density j in all windings are the same and equal to the optimal design values, then condition (1) follows from (2), which is the hallmark of the proposed electromagnetic device.
На фиг.3 приведен общий вид предлагаемого электромагнитного устройства, в котором сцепленные между собой обмотки расположены вдоль ломаной, в частности, замкнутой линии. По существу, на фиг.3 изображен общий вид трехфазного электромагнитного устройства, состоящего из 6 обмоток. Figure 3 shows a General view of the proposed electromagnetic device in which interconnected windings are located along a broken line, in particular, a closed line. Essentially, figure 3 shows a General view of a three-phase electromagnetic device consisting of 6 windings.
Принципиальной особенностью электромагнитных устройств с единообразным конструктивно-технологическим выполнением электро- и магнитопровода в виде витых обмоток из материала, обладающего одновременно электро- и магнитопроводностью, является необходимость применения челночной намотки для каждой второй из пары сцепленных между собой обмоток. В процессе челночной намотки обмоточный материал длиной, необходимой для выполнения одной обмотки, сначала наматывается на челнок, а затем с помощью челнока обматывается вокруг другой (других) ранее выполненных обмоток. При этом неизбежно происходит скольжение витков обмоточного материала друг о друга и возможно повреждение их межвитковой изоляции. Последнее является наиболее частой причиной снижения надежности, срока службы, а также выхода годных изделий (электромагнитных устройств) вследствие производственного брака. В предлагаемом электромагнитном устройстве отмеченный недостаток устранен благодаря тому, что обмотки выполнены из трехслойной ленты, внешние слои которой - металлические, а связующий их воедино внутренний слой - диэлектрический. A fundamental feature of electromagnetic devices with a uniform structural and technological design of an electric and magnetic circuit in the form of twisted windings from a material having both electric and magnetic conductivity is the need to use shuttle winding for every second of a pair of interconnected windings. In the process of shuttle winding, the winding material with the length required to complete one winding is first wound around the shuttle, and then, using the shuttle, it is wrapped around the other (other) previously made windings. In this case, the windings of the winding material slide in and out of each other inevitably and their inter-turn insulation may be damaged. The latter is the most frequent reason for the decrease in reliability, service life, as well as yield of suitable products (electromagnetic devices) due to manufacturing defects. In the proposed electromagnetic device, the noted drawback is eliminated due to the fact that the windings are made of a three-layer tape, the outer layers of which are metal, and the inner layer connecting them together is dielectric.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 344515 с приоритетом от 14.07.70.Sources of information
1. USSR author's certificate 344515 with priority of 07/14/70.
2. Авторское свидетельство СССР 630654 с приоритетом от 24.05.77. 2. USSR copyright certificate 630654 with priority of 05.24.77.
3. Авторское свидетельство СССР 1345267 с приоритетом от 24.02.86. 3. USSR author's certificate 1345267 with priority of 02.24.86.
4. Патент США 4916425 с приоритетом от 31.08.88. 4. US patent 4916425 with priority from 08.31.88.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109466/09A RU2221295C2 (en) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | Electromagnetic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109466/09A RU2221295C2 (en) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | Electromagnetic device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001109466A RU2001109466A (en) | 2003-03-27 |
RU2221295C2 true RU2221295C2 (en) | 2004-01-10 |
Family
ID=32090216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001109466/09A RU2221295C2 (en) | 2001-04-11 | 2001-04-11 | Electromagnetic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2221295C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444076C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2444077C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2444803C1 (en) * | 2010-06-23 | 2012-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2448384C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2524387C2 (en) * | 2011-11-28 | 2014-07-27 | Ильшат Гайсеевич Мусин | Self-induced emf pulse generator |
-
2001
- 2001-04-11 RU RU2001109466/09A patent/RU2221295C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444803C1 (en) * | 2010-06-23 | 2012-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2444076C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2444077C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2448384C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
RU2524387C2 (en) * | 2011-11-28 | 2014-07-27 | Ильшат Гайсеевич Мусин | Self-induced emf pulse generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6798039B1 (en) | Integrated circuit inductors having high quality factors | |
US6218913B1 (en) | Coaxial toroid EMI filter with discrete capacitors surrounding conductors | |
RU2221295C2 (en) | Electromagnetic device | |
US20120086536A1 (en) | High Frequency Power Transformer and Method of Forming | |
US7383625B2 (en) | Method of manufacturing continuous disk winding for high-voltage superconducting transformers | |
US6278355B1 (en) | Transformer winding | |
US9136054B1 (en) | Reduced leakage inductance transformer and winding methods | |
JPH01103808A (en) | Electric circuit for inductance conductor, transformer and motor | |
CA1122665A (en) | Ring transformer for resistance butt welders | |
US1875590A (en) | Current transformer | |
JP3805946B2 (en) | Superconducting cable power transmission device and drift prevention method using the same | |
EP1477996A1 (en) | Three phase choke coil with reduced emission of electromagnetic energy in the environment | |
US20220108823A1 (en) | Inductor | |
KR100878615B1 (en) | Power cable and manufacturing thereof | |
Quilici | Embedded magnetic power transformer | |
Ursino et al. | A Novel Mixed Planar litz Transformer for high frequency active clamp flyback converters | |
Zhang et al. | Modeling and design optimization of planar power transformer for aerospace application | |
JPS5830115A (en) | Power transformer | |
JPS59103317A (en) | Large current 3-phase electric circuit | |
US20050093671A1 (en) | Inductive devices having a wire core with wires of different shapes and methods of making the same | |
CN214624707U (en) | PFC inductor and continuous current control type PFC circuit | |
JPH03126204A (en) | High frequency coil | |
RU2647876C1 (en) | Welding transformer | |
US20230386739A1 (en) | Compact coupled inductor | |
KR0123392Y1 (en) | Discharge lamp ballast using cut core |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050412 |