SI24127A

SI24127A - Namestitev navitij za doseganje uravnoteĺ˝enega magnetnega vzbujanja v ĺ˝eleznem jedru varilnega transformatorja

Info

Publication number: SI24127A
Application number: SI201200201A
Authority: SI
Inventors: Petrun Martin; KlopÄŤiÄŤ Beno; Dolinar Drago; Ĺ tumberger Gorazd
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-31

Abstract

Za doseganje homogene porazdelitve magnetnega polja v jedru transformatorja je potrebno uporabiti pravilno porazdelitev primarnih in sekundarnih navitij. Ukrep predlagane razdelitve navitij omogoča znaten dvig izhodne moči varilnega transformatorja ob hkratnem zmanjšanju izgub v navitju, ki nastanejo zaradi razsipanega magnetnega fluksa. Omogoča večjo izkoriščenost jedra, kar pomeni, da lahko za enak učinek uporabimo manjše jedro. Prav tako omogoča enostavnejšo detekcijo nasičenja jedra.

Description

Tehnični problem, ki ga rešuje predmet izuma, je neprimerna porazdelitev navitij in električnih vzbujanj pri transformatorjih za uporovno točkovno varjenje, ki povzročajo magnetno neuravnoteženo magnetno vzbujanje jedra transformatorja, kar posledično povzroča lokalna magnetna nasičenja in neprimerno delovanje celotnega sistema za uporovno točkasto varjenje.

• · • ·

STANJE TEHNIKE

Namestitev navitij na železnem jedru transformatorjev je v splošnem izvedena na tak način, da je dosežena najboljša magnetna sklopljenost med posameznimi navitji. Pri transformatorjih za posebne namene, kot na primer pri transformatorjih za uporovno točkovno varjenje z enosmernim tokom, pa je razmestitev navitij podrejena drugim prioritetam, kot je na primer čim boljša izvedba hlajenja navitij transformatorja s tekočim hladilnim medijem, kompaktna izvedba in podobno. Zaradi prioritetnega izpolnjevanja boljšega hlajenja in kompaktne konstrukcije imajo najnovejše rešitve patetntiranih izvedb navitij varilnih transformatorjev za uporovno točkovno varjenje (US 7,978,040 B2 in US 7,978,039 B2) določene elektromagnetne pomankljivosti, ki jih je mogoče sorazmerno enostavno odpraviti, kar bo podano v nadaljevanju patentne prijave.

OPIS NOVE REŠITVE

Namestitev navitij za doseganje uravnoteženega magnetnega vzbujanja v železnem jedru varilnega transformatorja obsega rešuje zgoraj predstavljeni tehnični problem na način nove razmestitve primarnih in sekundarnih navitij, ki omogoča uravnoteženo magnetno vzbujanje železnega jedra varilnega transformatorja za uporovno točkovno varjenje z enosmernim tokom, kar je mogoče doseči z zagotovitvijo dobre magnetne sklopljenosti med primarnimi in sekundarnimi navitji obravnavanega transformatorja.

Izhodni del sistema za uporovno točkovno varjenje z enosmernim tokom je podobno kot v patentih US 7,978,040 B2 in US 7,978,039 B2 predstavljen na sliki 1, ki ga sestavlja varilni transformator (130), ki je napajan s pulzno širinsko modulirano izmenično napetostjo (110), diodi (137) in (138) izhodnega usmernika in izhodna varilna napetost (140). Transformator sestavljajo primarno navitje (131), dve sekundarni navitji (132) in (133) v katerih tečeta toka (141) in (142) ter železno jedro z dvema segmentoma (134) in (135), ki sta ločena z zračno režo (136). Primarno navitje (131) je razdeljeno na več ločenih tuljav, kar velja tudi • · · · · za obe sekundami navitji (132) in (133). Razmestitev primarnih in sekundarnih tuljav na oba segmenta železnega jedra (134) in (135) mora biti uravnotežena.

Predlog uravnotežene razmestitve dvanajstih (12) tuljav primarnega navitja (131) s slike 1 na segmenta železnega jedra kaže slika 2, kjer je prav tako prikazanih šest (6) tuljav sekundarnega navitja (132) in šest (6) tuljav navitja (133) s slike 1. Število tuljav primarnega navitja (131) (slika 1) mora biti parno in enakomerno razdeljeno na segmenta (134) in (135) s slike 1, vezava navitij (vzporedna ali zaporedna) in zgradba tuljave (okrogla ali pravokotna žica) pa ni pomembna in je odvisna od izvedbe in namena transformatorja. Pomembno pa je, da sta razdalji (210) in (211) na sliki 2 enaki. V skladu s sliko 2 je vseh (primeroma) šest tuljav sekundarnih navitij (221) do (226) vezanih vzporedno (tvorijo navitje (132) s slike 1) in v njih teče tok (141) eno polovico periode, prav tako pa je vzporedno vezano tudi (primeroma) šest tuljav (231) do (236) (tvorijo navitje (133) s slike 1), v katerih pa teče tok (142) drugo polovico periode. Navitja so lahko opcijsko hlajena s tekočim ali plinastim medijem, ki se pretaka v (primeroma) dvanajstih označenih izvrtinah (240).

Primarna navitja na sliki 2 so prav tako razdeljena na dvanajst ločenih tuljav (251) do (256) na segmentu jedra (271) in (261) do (266) na segmentu železnega jedra (272).

Slika (301) kaže poteke ampemih ovojev ali angleško magneto motive forces (mmf), kjer tok teče skozi primarno navitje (131) na sliki 1 (ali tuljave (251) do (256) in (261) do (266) na sliki 2) in sekundarno navitje (132) na 1 (ali tuljave (221) do (226) na sliki 2).

Slika (302) kaže poteke ampernih ovojev ali angleško magneto motive forces (mmf), kjer tok teče skozi primarno navitje (131) na sliki 1 (ali tuljave (251) do (256) in (261) do (266) na sliki 2) in sekundarno navitje (133) na 1 (ali tuljave (231) do (236) na sliki 2).

Slika (303) kaže poteke ampernih ovojev ali angleško magneto motive forces (mmf), kjer tok teče skozi sekundarno navitje (132) na sliki 1 (ali tuljave (221) do (226) na sliki 2) in sekundarno navitje (133) na 1 (ali tuljave (231) do (236) na sliki 2).

Na slikah (301) do (303) je z Δ mmf označena razlika ampernih ovojev v oknu železnega jedra.

Mogoča je tudi alternativna razmestitev navitij na sliki 4, kjer skrajno desno ležeči tuljavi primarnega navitja (265) in (266) s slike 2 namestimo tako, da na sliki 4 namestimo tuljavo (465) na segmentu železnega jedra (434), tuljavo (466) pa na na segmentu železnega jedra (435). Sekundarno navitje (226) s slike 2 in (236) je prav tako treba razdeliti na dve polovici na sliki 4, pri čemer (426) in (436) namestimo na segment železnega jedra (434), (427) in (437) pa na segment železnega jedra (435).

Razmestitev navitij s slike 4 povzroči celo bolj uravnotežene porazdelitve ampernih ovojev (mmf), kar kažejo slike (501) do (503).

Zgradba dveh navitij sekundarja je predstavljena na sliki 6. Tuljava (611) predstavlja eno od treh tuljav sekundarnih navitj (132) s slike 1, tuljava (612) pa eno od treh tuljav sekundarnega navitja (133) s slike 1. Tuljavi električno ločuje nizkonapetostni izolacijski material (620), obe tuljavi pa sta umetno hlajeni s tekočim ali plinastim hladilnim medijem (630).

Na sliki (301) do (303) in (501) do (503) je očitno daje vsota ampernih ovojev Δ mmf v osi transformatorja (280) na sliki 2 in (480) na sliki 4 teoretično enaka vrednosti nič (0), kar predstavlja najugodnejšo porazdelitev magnetnih vzbujanj jedra varilnega transformatorja za uporovno točkovno varjenje, kar hkrati pomeni zelo dobro magnetno sklopljenost navitij.

Praktična posledica razmestitve navitij, kot je prikazana na slikah 2 in 4 je doseganje bolj homogene porazdelitve magnetnega polja v jedru transformatorja ter manjša razsipana polja v oknu jedra transformatorja. Posledično ni lokalnih nasičenj jedra, kar omogoča lažjo detekcijo nasičenja in uporabo znatno manjšega jedra pri enaki učinkovitosti sistema. Zmanjšana so tudi razsipana polja v oknu transformatorja, ki povzročajo dodatne izgube, zato se poveča tudi izkoristek sistema. Posledično lahko dosegamo tudi višje vrednosti varilnega toka. Zmanjšanje jedra omogoča tudi uporabo krajših navitij v katerih je manj izgub. Zmanjša se celotna masa transformatorja, kar pripomore k večji učinkovitosti robotske roke.

Za Univerza v Mariboru

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko dr. Juri

'mtentni zastopnik

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Namestitev navitij za doseganje uravnoteženega magnetnega vzbujanja v železnem jedru varilnega transformatorja obsegajočega primarno navitje (131), dve sekundami navitji (132) in (133) v katerih tečeta toka (141) in (142) ter železno jedro z dvema segmentoma (134) in (135), ki sta ločena z zračno režo (136), označena po tem, daje število tuljav primarnega navitja (131) parno in enakomerno razdeljeno na segmenta (134) in (135), nadalje, da sta razdalji (210) in (211) enaki, ter nadalje, da so lahko tuljave primarnega navitja izvedene s tanko žico okroglega preseka ali pa pravokotnega preseka.
2. Namestitev po zahtevku 1, označena po tem, daje število tuljav čimvečje.
3. Namestitev po zahtevku 1, označena po tem, da so vse tuljave sekundarnih navitij ((221) do (226)) vezane vzporedno (tvorijo navitje (132)) in v njih teče tok (141) eno polovico periode, prav tako pa so vzporedno vezane tudi tuljave ((231) do (236)) (tvorijo navitje (133)), v katerih pa tok (142) drugo polovico periode.
4. Namestitev po kateremkoli prejšnjem zahtevku, označena po tem, da so navitja hlajena s tekočim ali plinastim medijem, ki se pretaka v označenih izvrtinah (240).
5. Namestitev po zahtevku 1, označena po tem, da desno ležeči tuljavi primarnega navitja (265) in (266) namestimo tako, da namestimo tuljavo (465) na segmentu železnega jedra (434), tuljavo (466) pa na segmentu železnega jedra (435), pri čemer je sekundarno navitje (226) in (236) treba razdeliti na dve polovici, pri čemer (426) in (436) namestimo na segment železnega jedra (434), (427) in (437) pa na segment železnega jedra (435).
6. Namestitev po zahtevku 1, označena po tem, da tuljava (611) predstavlja eno od treh tuljav sekundarnih navitij (132), tuljava (612) pa eno od treh tuljav • · • · sekundarnega navitja (133), ter nadalje, da tuljavi električno ločuje nizkonapetostni izolacijski material (620), obe tuljavi pa sta umetno hlajeni s tekočim ali plinastim hladilnim medijem (630).
7. Tuljave za namestitev po kateremkoli prejšnjem zahtevku, označene po tem, da pri izvedbi tuljav primarnega navitja (131) v obliki tuljavic, ki so zaradi zmanjševanja negativnega vpliva izriva toka pri obratovanju na višjih frekvencah napajalne napetosti navite s tanjšo okroglo žico, se tuljave po navijanju stisnejo in zalijejo z dobro toplotno prevodno maso, ki nadomesti običajni tuljavnik.