RU2802752C1 - Neutral ground reactor with magnetization gain structure - Google Patents
Neutral ground reactor with magnetization gain structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802752C1 RU2802752C1 RU2022126353A RU2022126353A RU2802752C1 RU 2802752 C1 RU2802752 C1 RU 2802752C1 RU 2022126353 A RU2022126353 A RU 2022126353A RU 2022126353 A RU2022126353 A RU 2022126353A RU 2802752 C1 RU2802752 C1 RU 2802752C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yoke
- air
- core coil
- section
- denotes
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Настоящее изобретение относится к области изготовления реакторов и, в частности, к реактору заземления нейтрали с конструкцией магнитного усиления.The present invention relates to the field of reactor manufacturing and, in particular, to a neutral grounding reactor with a magnetic gain structure.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Большинство существующих реакторов имеют конструкцию, состоящую из железного сердечника и катушки. Однако, из-за высокого реактивного сопротивления таких реакторов с железным сердечником, железный сердечник может насыщаться под воздействием магнитного потока высокой плотности, что уменьшает реактивное сопротивление реакторы заземления нейтрали обладают очень сильными свойствами магнитного возбуждения и в общем сохраняют линейное и неубывающее реактивное сопротивление даже при токе, в 10 раз превышающем расчетное значение. Реактор заземления нейтрали обычно не оснащен железным сердечником и представляет собой просто катушку с воздушным сердечником. При возбуждении катушки для того чтобы предотвращать попадание создаваемого магнитного потока на стальные стенки масляного бака реактор с железным сердечником или реактор заземления нейтрали требует магнитного экранирования для предотвращения попадания магнитного потока на стенки бака и, как следствие, перегрева стенок. Для реакторов с железным сердечником магнитное экранирование часто выполняется путем соединения железного сердечника с компонентом магнитного экранирования. Например, в патенте Китая CN110349730A раскрыта конструкция магнитной цепи для реактора с железным сердечником. Однако реакторы заземления нейтрали не имеют железного сердечника, и в связи с этим используется другой механизм магнитного экранирования, который обычно представляет собой экранирующий цилиндр, обычно выбираемый с изготовлением из алюминия из-за превосходной проводимости алюминия. Экранирующий цилиндр обычно включает в себя замкнутый корпус цилиндра, окруженный внутренними поверхностями стенок бака, и две экранирующие пластины, расположенные соответственно на верхнем и нижнем концах катушки с воздушным сердечником. Экранирующий цилиндр является диамагнитным, создавая сильный вихревой ток, и может предотвращать попадание магнитного потока на стальные пластинчатые стенки масляного бака и перегрев стенок.Most existing reactors have an iron core and coil design. However, due to the high reactance of such iron core reactors, the iron core can become saturated when exposed to high density magnetic flux, which reduces the reactance. Neutral ground reactors have very strong magnetic excitation properties and generally maintain a linear and non-decreasing reactance even when current flows. , 10 times higher than the calculated value. The neutral grounding reactor usually does not have an iron core and is simply an air-core coil. When the coil is excited, in order to prevent the generated magnetic flux from reaching the steel walls of the oil tank, the iron core reactor or neutral ground reactor requires magnetic shielding to prevent the magnetic flux from reaching the tank walls and, as a result, overheating of the walls. For iron core reactors, magnetic shielding is often accomplished by connecting the iron core to a magnetic shielding component. For example, Chinese patent CN110349730A discloses a magnetic circuit design for an iron core reactor. However, neutral grounding reactors do not have an iron core and therefore a different magnetic shielding mechanism is used, which is usually a shielding cylinder, usually selected with aluminum fabrication due to aluminum's superior conductivity. The shielding cylinder typically includes an enclosed cylinder body surrounded by the inner surfaces of the tank walls, and two shielding plates located at the upper and lower ends of the air-core coil, respectively. The shielding cylinder is diamagnetic, producing strong eddy current, and can prevent magnetic flux from entering the steel plate walls of the oil tank and causing the walls to overheat.
Однако использование экранирующего цилиндра в реакторе заземления нейтрали связано со многими недостатками. Экранирующий цилиндр обеспечивает диамагнетизм, индуцируя вихревой ток, что приводит к значительным потерям. Кроме того, его взаимная индуктивность с катушкой с воздушным сердечником нейтрализуется, что приводит к более высоким общим потерям. Эксперименты показали, что использование экранирующего цилиндра для экранирования приведет к уменьшению общей индуктивности примерно на 17%, что означает, что катушка с воздушным сердечником должна будет включать в себя на 17% больше витков для того, чтобы создавать достаточную собственную индуктивность для достижения ожидаемого рабочего состояния. Дополнительно, так как экранирующий цилиндр должен быть расположен на расстоянии от катушки с воздушным сердечником для создания пути для прохождения магнитного потока, корпус цилиндра обычно имеет высоту, которая в 1,2-1,5 раз больше высоты катушки с воздушным сердечником, и внутренний диаметр, который примерно на 800 мм больше внешнего диаметра катушки с воздушным сердечником. Дополнительно каждая из экранирующих пластин, расположенных на верхнем и нижнем концах катушки с воздушным сердечником, выполнена с возможностью иметь внешний край, охватывающий внешний диаметр катушки с воздушным сердечником и расположенный на расстоянии примерно 440 мм от верха катушки с воздушным сердечником. Алюминиевый экранирующий цилиндр имеет толщину стенки 12 мм или 16 мм. Таким образом, экранирующий цилиндр является в общем громоздким и очень затратным с точки зрения пространства и изготовления.However, the use of a shield cylinder in a neutral grounding reactor has many disadvantages. The shielding cylinder provides diamagnetism, inducing an eddy current, which leads to significant losses. In addition, its mutual inductance with the air-core coil is canceled out, resulting in higher overall losses. Experiments have shown that using a shield cylinder for shielding will result in a reduction in total inductance of approximately 17%, which means that the air-core coil will have to include 17% more turns in order to produce sufficient self-inductance to achieve the expected operating condition . Additionally, since the shielding cylinder must be positioned at a distance from the air-core coil to create a path for magnetic flux to pass through, the cylinder body generally has a height that is 1.2 to 1.5 times the height of the air-core coil and the inner diameter , which is approximately 800 mm larger than the outer diameter of the air core coil. Additionally, each of the shielding plates located at the upper and lower ends of the air core coil is configured to have an outer edge encompassing the outer diameter of the air core coil and located at a distance of approximately 440 mm from the top of the air core coil. The aluminum shielding cylinder has a wall thickness of 12 mm or 16 mm. Thus, the shielding cylinder is generally bulky and very expensive in terms of space and manufacturing.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретение преодолевает недостатки, заключающиеся в высоких общих потерях и высоких затратах на изготовление, существующие в традиционных реакторах заземления нейтрали, путем представления нового реактора заземления нейтрали с конструкцией магнитного усиления. Для достижения вышеупомянутой цели настоящее изобретение использует следующее техническое решение: реактор заземления нейтрали со структурой усиления намагничивания, который включает в себя масляный бак, катушку с воздушным сердечником, расположенную внутри масляного бака и не имеющую железного сердечника, и прямоугольное железное ярмо. Железное ярмо содержит четыре участка ярма, последовательно соединенные встык и включающие в себя верхний участок ярма над катушкой с воздушным сердечником, первый боковой участок ярма с одной стороны катушки с воздушным сердечником, нижний участок ярма под катушкой с воздушным сердечником и второй боковой стержень ярма с другой стороны катушки с воздушным сердечником. Центральные оси первого бокового участка ярма, второго бокового участка ярма и катушки с воздушным сердечником параллельны и лежат в одной плоскости. Центральная ось катушки с воздушным сердечником проходит через центральную точку железного ярма. Все силовые линии магнитного поля, создаваемые при возбуждении катушки с воздушным сердечником, проходят через железное ярмо.The present invention overcomes the disadvantages of high overall losses and high manufacturing costs existing in conventional neutral grounding reactors by introducing a new neutral grounding reactor with a magnetic gain structure. To achieve the above object, the present invention adopts the following technical solution: a neutral grounding reactor with a magnetization enhancement structure that includes an oil tank, an air core coil located inside the oil tank and having no iron core, and a rectangular iron yoke. The iron yoke contains four yoke sections connected end to end in series and including an upper yoke section above the air core coil, a first side yoke section on one side of the air core coil, a lower yoke section below the air core coil and a second side yoke rod on the other. sides of the air core coil. The central axes of the first side section of the yoke, the second side section of the yoke and the air-core coil are parallel and lie in the same plane. The central axis of the air core coil passes through the center point of the iron yoke. All magnetic field lines created when the air-core coil is excited pass through the iron yoke.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения железное ярмо состоит из нескольких листов ярма, которые уложены друг на друга и изготовлены из кремнистой стали.In one preferred embodiment of the present invention, the iron yoke consists of several yoke sheets that are stacked on top of each other and made of silicon steel.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один из стержней ярма имеет вертикальное дугообразное поперечное сечение, которое выгнуто в сторону от катушки с воздушным сердечником.In one preferred embodiment of the present invention, at least one of the yoke bars has a vertical arcuate cross-section that curves away from the air core coil.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения четыре участка железного ярма имеют равные толщины δ, получаемые из уравнения 1:In one preferred embodiment of the present invention, the four sections of the iron yoke have equal thicknesses δ obtained from equation 1:
где B обозначает плотность магнитного потока; rIN обозначает внутренний радиус катушки с воздушным сердечником, p обозначает радиальную толщину катушки с воздушным сердечником; а ϕ обозначает общий магнитный поток, создаваемый катушкой с воздушным сердечником, который получается из уравнения 2:where B denotes the magnetic flux density; r IN denotes the inner radius of the air-core coil, p denotes the radial thickness of the air-core coil; and ϕ denotes the total magnetic flux produced by the air-core coil, which is obtained from Equation 2:
где w обозначает количество витков в катушке с воздушным сердечником; k обозначает коэффициент магнитного усиления; I обозначает ток через катушку с воздушным сердечником; а L обозначает индуктивность, создаваемую катушкой с воздушным сердечником, возбуждаемой без магнитного экранирования, которую получают из уравнения 3:where w denotes the number of turns in the air-core coil; k denotes the magnetic gain; I denotes the current through the air-core coil; and L denotes the inductance produced by the air-core coil driven without magnetic shielding, which is obtained from Equation 3:
где h обозначает высоту реактора, r OUT обозначает внешний радиус катушки с воздушным сердечником.where h denotes the height of the reactor, r OUT denotes the outer radius of the air-core coil.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения длина нижнего участка ярма равна длине l UPPER верхнего участка ярма, которую получают из уравнения 4:In one preferred embodiment of the present invention, the length of the lower yoke portion is equal to the length l UPPER of the upper yoke portion, which is obtained from equation 4:
где γ SIDE обозначает расчетное изоляционное расстояние для боковых стержней ярма; иwhere γ SIDE denotes the design insulation distance for the side bars of the yoke; And
высота первого бокового участка ярма равна высоте l SIDE второго бокового участка ярма, которую получают из уравнения 5:the height of the first side section of the yoke is equal to the height l SIDE of the second side section of the yoke, which is obtained from equation 5:
где γ UPPER обозначает расчетное изоляционное расстояние для верхнего участка ярма, а γ SLOWER обозначает расчетное изоляционное расстояние для нижнего участка ярма.where γ UPPER denotes the design insulation distance for the top portion of the yoke and γ SLOWER denotes the design insulation distance for the bottom portion of the yoke.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения реактор заземления нейтрали дополнительно включает в себя крепежный каркас для зажима и закрепления железного ярма. Крепежный каркас представляет собой каркас кубической формы, состоящий из крепежных пластин, и в крепежном каркасе размещается железное ярмо. Крепежный каркас включает в себя два прямоугольных каркаса и несколько соединительных пластин, соединяющих два прямоугольных каркаса. Один из прямоугольных каркасов расположен по периметру верхнего участка ярма, а другой из прямоугольных каркасов расположен по периметру нижнего участка ярма. Соединительные пластины прикреплены к углам прямоугольных каркасов для зажима первого бокового участка ярма и второго бокового участка ярма.In one preferred embodiment of the present invention, the neutral grounding reactor further includes a mounting frame for clamping and securing the iron yoke. The fastening frame is a cube-shaped frame consisting of fastening plates, and an iron yoke is placed in the fastening frame. The fastening frame includes two rectangular frames and several connecting plates connecting the two rectangular frames. One of the rectangular frames is located along the perimeter of the upper section of the yoke, and the other of the rectangular frames is located along the perimeter of the lower section of the yoke. Connecting plates are attached to the corners of the rectangular frames for clamping the first yoke side portion and the second yoke side portion.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения несколько усиливающих пластин расположены сверху и/или снизу крепежного каркаса в направлении, в котором листы в железном ярме уложены друг на друга.In one preferred embodiment of the present invention, several reinforcing plates are located on top and/or bottom of the fastening frame in the direction in which the sheets in the iron yoke are stacked on top of each other.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения железное ярмо соединено с крепежным каркасом с обеспечением изоляции.In one preferred embodiment of the present invention, the iron yoke is connected to the mounting frame to provide insulation.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждая крепежная пластина электрически соединена с другой крепежной пластиной на одном конце и соединена с дополнительной крепежной пластиной с обеспечением изоляции на другом конце.In one preferred embodiment of the present invention, each attachment plate is electrically connected to another attachment plate at one end and insulatingly connected to an additional attachment plate at the other end.
Настоящее изобретение устраняет недостатки известного уровня техники и предлагает следующие преимущества:The present invention overcomes the disadvantages of the prior art and offers the following advantages:
(1) В настоящем изобретении, так как все линии силы магнитного поля проходят через железное ярмо и поскольку железное ярмо само по себе является конструкцией с замкнутым контуром, может быть достигнут эффект магнитного экранирования для предотвращения попадания магнитного потока на стенки масляного бака во избежание роста температуры масляного бака. Другими словами, эффект магнитного экранирования обеспечивается совершенно иначе, чем в известном уровне техники.(1) In the present invention, since all the magnetic field force lines pass through the iron yoke and since the iron yoke itself is a closed-loop structure, a magnetic shielding effect can be achieved to prevent magnetic flux from entering the walls of the oil tank to avoid temperature rise oil tank. In other words, the magnetic shielding effect is achieved in a completely different way than in the prior art.
(2) В настоящем изобретении железное ярмо, изготовленное из листов кремнистой стали, показывает низкие потери на сопротивление, низкие потери, вызываемые вихревыми токами, высокую магнитную проницаемость и свойства магнитного усиления. В связи с этим оно может блокировать магнитный поток от катушки с воздушным сердечником, что приводит к более высокому реактивному сопротивлению катушки с воздушным сердечником. В результате катушка с воздушным сердечником может иметь меньшее количество витков.(2) In the present invention, the iron yoke made of silicon steel sheets exhibits low resistance loss, low eddy current loss, high magnetic permeability and magnetic enhancement properties. Due to this, it can block the magnetic flux from the air-core coil, resulting in higher reactance of the air-core coil. As a result, the air-core coil can have fewer turns.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Для более ясного описания вариантов осуществления настоящего изобретения или решений уровня техники ниже приводится краткое описание чертежей, на которые делаются ссылки в описании вариантов осуществления или решений. Очевидно, что эти чертежи представляют только некоторые варианты осуществления этого изобретения, и специалисты в данной области техники могут получать чертежи других вариантов осуществления на основе этих чертежей, не прикладывая никаких творческих усилий.To more clearly describe the embodiments of the present invention or prior art solutions, a brief description is given below of the drawings referred to in the description of the embodiments or solutions. It will be appreciated that these drawings represent only some embodiments of this invention, and those skilled in the art can derive drawings of other embodiments from these drawings without any creative effort.
Фиг. 1 представляет вид спереди реактора заземления нейтрали с конструкцией магнитного усиления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 1 is a front view of a neutral grounding reactor with a magnetic enhancement structure according to an embodiment of the present invention.
Фиг. 2 представляет вид слева реактора заземления нейтрали с конструкцией магнитного усиления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 2 is a left view of a neutral grounding reactor with a magnetic enhancement structure according to an embodiment of the present invention.
Фиг. 3 представляет вид сверху реактора заземления нейтрали с конструкцией магнитного усиления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 3 is a top view of a neutral grounding reactor with a magnetic enhancement structure according to an embodiment of the present invention.
Фиг. 4 представляет схематическое изображение, на котором показана конструкция крепежного каркаса для реактора заземления нейтрали с конструкцией магнитного усиления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 4 is a schematic diagram showing a structure of a mounting frame for a neutral grounding reactor with a magnetic enhancement structure according to an embodiment of the present invention.
На фигурах:On the figures:
10 - масляный бак; 101 - стенка бака; 20 - катушка с воздушным сердечником; 201 - концевой вывод; 30 - железное ярмо; 301 - верхний участок ярма; 302 - нижний участок ярма; 303 - первый боковой участок ярма; 304 - второй боковой участок ярма; 40 - крепежный каркас; 401 - прямоугольный каркас; 402 - соединительная пластина; 403 - усиливающая пластина.10 - oil tank; 101 - tank wall; 20 - coil with an air core; 201 - end terminal; 30 - iron yoke; 301 - upper section of the yoke; 302 - lower section of the yoke; 303 - first side section of the yoke; 304 - second side section of the yoke; 40 - mounting frame; 401 - rectangular frame; 402 - connecting plate; 403 - reinforcing plate.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Для лучшего понимания вышеупомянутых целей, признаков и преимуществ настоящего изобретения сделана ссылка на следующее описание его конкретных вариантов осуществления во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами. Все эти чертежи представляют упрощенные схематические изображения, которые предназначены всего лишь для иллюстрации основной конструкции настоящего изобретения и, таким образом, показывают только компоненты, относящиеся к изобретению. Необходимо отметить, что варианты осуществления настоящей заявки и признаки вариантов осуществления могут быть объединены, если между ними нет конфликта.For a better understanding of the above-mentioned objects, features and advantages of the present invention, reference is made to the following description of specific embodiments thereof in conjunction with the accompanying drawings. All of these drawings are simplified schematic diagrams that are intended merely to illustrate the basic structure of the present invention and thus show only the components related to the invention. It should be noted that embodiments of the present application and features of the embodiments may be combined as long as there is no conflict between them.
В данном описании необходимо понимать, что ориентационные или позиционные отношения, описанные терминами «центральный», «продольный», «поперечный», «вышележащий», «нижележащий», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «внутренний», «внешний» и т.д., основаны на ориентациях или положениях, показанных на прилагаемых чертежах. Они предназначены всего лишь для облегчения и упрощения объяснения применения и не указывают или не подразумевают, что представленные компоненты или элементы должны принимать особые ориентации или должны конструироваться или эксплуатироваться в особых ориентациях. В связи с этим они не должны толковаться как ограничивающие заявку. Дополнительно использование здесь терминов «первый», «второй» и т.п. предназначено только для иллюстрации и не должно толковаться как обозначающее или подразумевающее относительную значимость или как неявно указывающее числовой номер предмета, на который делается ссылка. Соответственно определение предмета с помощью терминов «первый», «второй» или т.п. представляет собой явное или неявное указание на наличие одного или более предметов. В данном описании, если не указано иное, значение термина «множество» равно двум или более.In this description, it is to be understood that the orientational or positional relationships described by the terms "central", "longitudinal", "transverse", "superior", "inferior", "anterior", "posterior", "left", "right", "vertical", "horizontal", "top", "bottom", "inner", "outer", etc., are based on the orientations or positions shown in the accompanying drawings. They are intended merely to facilitate and simplify the explanation of application and do not indicate or imply that the components or elements presented must assume particular orientations or must be constructed or operated in particular orientations. Accordingly, they should not be construed as limiting the application. Additionally, the use here of the terms “first”, “second”, etc. is intended for illustrative purposes only and should not be construed as denoting or implying relative importance or as implying the numerical number of the subject matter referred to. Accordingly, the definition of the subject using the terms “first”, “second” or the like. represents an explicit or implicit indication of the presence of one or more items. In this specification, unless otherwise indicated, the meaning of the term “multiple” is two or more.
В данном описании необходимо отметить, что, если прямо не указано или не определено иное, термины «установка», «сцепление» и «соединение» следует интерпретировать в широком смысле. Например, соединение может представлять собой неразъемное, разъемное или выполненное как одно целое соединение или механическое или электрическое соединение, или прямое или непрямое соединение с одним или более промежуточными средствами, или внутреннюю связь между двумя компонентами. Специалисты в данной области техники могут понять конкретные значения вышеупомянутых терминов здесь в зависимости от их контекста.In this specification, it should be noted that, unless otherwise expressly stated or defined, the terms “installation,” “engagement,” and “connection” are to be interpreted broadly. For example, the connection may be a permanent, detachable or integral connection, or a mechanical or electrical connection, or a direct or indirect connection to one or more intermediate means, or an internal connection between two components. Those skilled in the art will understand the specific meanings of the above terms herein depending on their context.
Для облегчения понимания настоящего изобретения изобретение описано более полно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления для осуществления изобретения на практике. Однако это изобретение может быть реализовано во многих различных формах и не должно толковаться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными здесь. Скорее эти варианты осуществления предоставлены для того, чтобы это раскрытие было исчерпывающим и полным.To facilitate understanding of the present invention, the invention is described more fully below with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments for putting the invention into practice. However, this invention can be implemented in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided to ensure that this disclosure is thorough and complete.
На фиг. 1-3 реактор заземления нейтрали со структурой усиления намагничивания согласно настоящему изобретению включает в себя масляный бак 10, катушку 20 с воздушным сердечником, которая расположена внутри масляного бака 10 и не имеет железного сердечника, и прямоугольное железное ярмо 30. Железное ярмо 30 включает в себя четыре участка ярма, которые последовательно соединены встык и включают в себя верхний участок 301 ярма над катушкой 20 с воздушным сердечником, первый боковой участок 303 ярма с одной стороны катушки 20 с воздушным сердечником, нижний участок 302 ярма под катушкой 20 с воздушным сердечником и второй боковой участок 304 ярма с другой стороны катушки 20 с воздушным сердечником. Как показано на фиг. 3, центральные оси первого бокового участка 303 ярма, второго бокового участка 304 ярма и катушки 20 с воздушным сердечником параллельны и лежат в одной плоскости. Центральная ось катушки 20 с воздушным сердечником проходит через центральную точку железного ярма 30, и линии магнитной силы, создаваемые при возбуждении катушки 20 с воздушным сердечником, проходят через железное ярмо 30.In fig. 1 to 3, the neutral grounding reactor with the magnetization enhancement structure according to the present invention includes an oil tank 10, an air core coil 20 that is located inside the oil tank 10 and does not have an iron core, and a rectangular iron yoke 30. The iron yoke 30 includes four yoke sections that are connected end-to-end in series and include an upper yoke section 301 above the air-core coil 20, a first side yoke section 303 on one side of the air-core coil 20, a lower yoke section 302 below the air-core coil 20, and a second side a yoke section 304 on the other side of the air core coil 20. As shown in FIG. 3, the central axes of the first yoke side portion 303, the second yoke side portion 304, and the air core coil 20 are parallel and lie in the same plane. The central axis of the air-core coil 20 passes through the center point of the iron yoke 30, and the lines of magnetic force generated by the excitation of the air-core coil 20 pass through the iron yoke 30.
Здесь, так как все силовые линии магнитного поля, создаваемые катушкой 20 с воздушным сердечником, проходят через железное ярмо 30 и поскольку железное ярмо 30 представляет собой конструкцию с замкнутым контуром, согласно принципу экранирования магнитного поля железное ярмо 30 будет экранировать магнитное поле, создаваемое при возбуждении катушки 20 с воздушным сердечником. Соответственно стенки 101 масляного бака 10 будут экранированы от магнитного поля и, таким образом, защищены от угроз безопасности, вызываемых перегревом или т.п. Верхний участок 301 ярма и нижний участок 302 ярма соединены боковыми участка ми ярма и не нуждаются в проводимости магнитного потока по воздуху. В связи с этим они оба обладают весьма малым магнитным сопротивлением, что обеспечивает большее магнитное усиление.Here, since all the magnetic field lines generated by the air-core coil 20 pass through the iron yoke 30 and since the iron yoke 30 is a closed-loop structure, according to the principle of magnetic field shielding, the iron yoke 30 will shield the magnetic field generated when energized 20 coils with air core. Accordingly, the walls 101 of the oil tank 10 will be shielded from the magnetic field and thus protected from safety hazards caused by overheating or the like. The upper yoke portion 301 and the lower yoke portion 302 are connected by the side portions of the yoke and do not require conduction of magnetic flux through the air. In this regard, they both have very low magnetic resistance, which provides greater magnetic gain.
На фиг. 1 железное ярмо 30 может удерживать в себе силовые линии магнитного поля, создаваемые электромагнитной катушкой 20 с воздушным сердечником, что приводит к более высокой эффективности. В дополнение железное ярмо 30 может состоять из нескольких листов ярма, которые плотно уложены друг на друга. Листы ярма могут представлять собой листы кремнистой стали с высокой магнитной проницаемостью. Таким образом, может быть достигнут еще лучший эффект магнитного усиления.In fig. 1, the iron yoke 30 can contain the magnetic field lines generated by the air-core electromagnetic coil 20, resulting in higher efficiency. In addition, the iron yoke 30 may be composed of multiple yoke sheets that are tightly stacked on top of each other. The yoke sheets may be high permeability silicon steel sheets. In this way, an even better magnetic enhancement effect can be achieved.
В случае железного ярма 30, состоящего из листов кремнистой стали, с одной стороны, листы кремнистой стали обеспечивают гораздо меньшие материальные затраты, чем алюминиевые компоненты экранирования; с другой стороны, благодаря способностям к магнитному усилению железного ярма 30 катушка 20 с воздушным сердечником может иметь меньшее количество витков. Такая же рабочая эффективность катушки 20 с воздушным сердечником может быть достигнута с меньшим количеством меди, используемой в катушке 20 с воздушным сердечником, что приводит к значительному сокращению затрат.In the case of the iron yoke 30 composed of silicon steel sheets, on the one hand, the silicon steel sheets provide much lower material costs than aluminum shielding components; on the other hand, due to the magnetic strengthening properties of the iron yoke 30, the air-core coil 20 can have fewer turns. The same operating efficiency of the air core coil 20 can be achieved with less copper used in the air core coil 20, resulting in a significant cost reduction.
В качестве примера для достижения заданного рабочего состояния катушка 20 с воздушным сердечником теоретически должна иметь десять витков. В случае использования экранирующего цилиндра потребуется двенадцать витков катушки 20 с воздушным сердечником для уравновешивания потерь, тогда как выполнение железного ярма 30 из листов кремнистой стали как для магнитного экранирования, так и для магнитного усиления может уменьшать количество требуемых витков катушки 20 с воздушным сердечником до девяти или даже восьми, что приводит к значительным сокращениям затрат на медь и затрат на материалы магнитного экранирования, а также к огромному снижению размеров и веса. В реакторе заземления нейтрали со структурой усиления намагничивания согласно настоящему изобретению катушка 20 с воздушным сердечником является полой, что означает, что катушка 20 с воздушным сердечником не имеет железного сердечника. Два концевых вывода 201 катушки 20 с воздушным сердечником могут выходить с передней и задней сторон железного ярма 30.As an example, to achieve a given operating condition, the air core coil 20 should theoretically have ten turns. If a shielding cylinder is used, twelve turns of the air-core coil 20 will be required to balance the losses, whereas making the iron yoke 30 from silicon steel sheets for both magnetic shielding and magnetic amplification may reduce the number of turns of the air-core coil 20 required to nine or even eight, resulting in significant reductions in copper costs and magnetic shielding material costs, as well as huge reductions in size and weight. In the neutral grounding reactor with the magnetization enhancement structure according to the present invention, the air core coil 20 is hollow, which means that the air core coil 20 does not have an iron core. Two end terminals 201 of the air-core coil 20 may exit from the front and rear sides of the iron yoke 30.
Размеры железного ярма 30 будут описаны со ссылками на фиг. 1-3. Четыре участка железного ярма 30 имеют одинаковую толщину. Во-первых, большая часть магнитного потока от катушки 20 с воздушным сердечником распределяется по периметру эквивалентного соленоида (т.е. катушки 20 с воздушным сердечником). Во-вторых, как показал конечно-элементный анализ при допущении, что толщина стопки листов в железном ярме 30 приблизительно равна диаметру эквивалентного соленоида, примерно 0,7 общего магнитного потока может попадать в железное ярмо 30. Соответственно толщина δ, участка ярма может быть вычислена по уравнению 1:The dimensions of the iron yoke 30 will be described with reference to FIGS. 1-3. The four sections of the iron yoke 30 have the same thickness. First, most of the magnetic flux from the air-core coil 20 is distributed around the perimeter of the equivalent solenoid (ie, the air-core coil 20). Secondly, as shown by finite element analysis, under the assumption that the thickness of the stack of sheets in the iron yoke 30 is approximately equal to the diameter of the equivalent solenoid, approximately 0.7 of the total magnetic flux can enter the iron yoke 30. Accordingly, the thickness δ of the yoke section can be calculated according to equation 1:
где rIN обозначает внутренний радиус катушки 20 с воздушным сердечником, p обозначает радиальную толщину катушки 20 с воздушным сердечником (т.е. е внешний радиус минус внутренний радиус); B - плотность магнитного потока, которая задана как B=,4T, а ϕ обозначает общий магнитный поток, создаваемый катушкой 20 с воздушным сердечником.where r IN denotes the inner radius of the air core coil 20, p denotes the radial thickness of the air core coil 20 (ie, the outer radius minus the inner radius); B is the magnetic flux density, which is given by B =.4T, and ϕ denotes the total magnetic flux produced by the air-core coil 20.
В том случае, если толщина участка ярма превышает вычисленное значение, требование магнитного экранирования может быть удовлетворено. В частности, может быть определено превышение для облегчения крепления участка ярма соединительными компонентами.If the thickness of the yoke section exceeds the calculated value, the magnetic shielding requirement can be satisfied. In particular, an excess may be determined to facilitate the fastening of the yoke section by connecting components.
Общий магнитный поток ϕ получают из уравнения 2:The total magnetic flux ϕ is obtained from equation 2:
где w обозначает количество витков в катушке 20 с воздушным сердечником; k-коэффициент магнитного усиления, который обычно равен k=0,06, I - ток через катушку 20 с воздушным сердечником; а L - индуктивность, создаваемых катушкой 20 с воздушным сердечником, возбуждаемой без магнитного экранирования. L - получают из уравнения 3:where w denotes the number of turns in the air-core coil 20; k is the magnetic gain, which is usually equal to k=0.06, I is the current through the air-core coil 20; and L is the inductance created by the air-core coil 20, excited without magnetic shielding. L - is obtained from equation 3:
где h - высота реактора.where h is the height of the reactor.
Длина нижнего участка 302 ярма равна длине верхнего участка 301 ярма. Длина l UPPER верхнего участка 301 ярма выражается как:The length of the lower section 302 of the yoke is equal to the length of the upper section 301 of the yoke. The length l UPPER of the upper section of the 301 yoke is expressed as:
где γ SIDE -расчетное изоляционное расстояние для бокового участка ярма; иwhere γ SIDE is the calculated insulating distance for the side section of the yoke; And
Высота первого бокового участка 303 ярма равна высоте второго бокового участка 304 ярма. Высоты l SIDE первого бокового участка 303 ярма и второго бокового участка 304 ярма выражаются как:The height of the first side yoke section 303 is equal to the height of the second side yoke section 304. The heights l SIDE of the first side yoke portion 303 and the second side yoke portion 304 are expressed as:
где γ UPPER - расчетное изоляционное расстояние для верхнего участка 301 ярма, а γ SLOWER обозначает расчетное изоляционное расстояние для нижнего участка 302 ярма.where γ UPPER is the design insulation distance for the upper yoke portion 301 and γ SLOWER is the design insulation distance for the lower yoke portion 302.
Конкретнее, изоляционные расстояния определяются номинальным напряжением реактора. Расчетное первичное напряжение реактора составляет в общем 110 кВ, 66 кВ или 35 кВ, а расчетное вторичное напряжение реактора всегда составляет 35 кВ. Например, наивысшее значение первичного напряжения, т.е. 110 кВ, может соответствовать изоляционному расстоянию 80 мм, а вторичное напряжение, т.е. 35 кВ, может соответствовать изоляционному расстоянию 60 мм. По сравнению с обычным расстоянием 440 мм достигается значительное уменьшение размера, приводящее к значительному сокращению затрат.More specifically, the insulation distances are determined by the rated voltage of the reactor. The rated primary reactor voltage is generally 110 kV, 66 kV or 35 kV, and the rated secondary reactor voltage is always 35 kV. For example, the highest value of the primary voltage, i.e. 110 kV, can correspond to an insulation distance of 80 mm, and the secondary voltage, i.e. 35KV, can match 60mm insulation distance. Compared to the conventional distance of 440 mm, a significant reduction in size is achieved, resulting in significant cost savings.
Поперечное сечение железного ярма 30, т.е. поперечное сечение проводимости магнитного потока, обычно является прямоугольным. Также возможно, чтобы по меньшей мере один из стержней ярма имел дугообразное вертикальное поперечное сечение. Здесь, например, верхний участок 301 ярма может иметь дугообразное вертикальное поперечное сечение, которое выгнуто в сторону от катушки 20 с воздушным сердечником. В этом примере дугообразная форма имеет две половины, которые являются зеркальными отражениями друг друга относительно ее центральной линии. Другими словами, участок ярма, имеющий такое дугообразное поперечное сечение, имеет толщину, увеличивающуюся с обеих сторон по направлению к середине.The cross section of the iron yoke is 30, i.e. The conduction cross-section of the magnetic flux is usually rectangular. It is also possible for at least one of the yoke bars to have an arcuate vertical cross-section. Here, for example, the upper yoke portion 301 may have an arcuate vertical cross-section that is curved away from the air core coil 20. In this example, the arc shape has two halves that are mirror images of each other about its centerline. In other words, the portion of the yoke having such an arcuate cross-section has a thickness that increases on both sides towards the middle.
Конкретнее, так как железное ярмо 30 состоит из листов кремнистой стали с высокой магнитной проницаемостью и поскольку участок ярма имеет утолщенный средний участок, его магнитное сопротивление в определенной степени уменьшается. Более того, так как большая часть магнитного потока проходит через средний участок участка ярма, утолщение этого среднего участка может достигать уравновешивания магнитного потока, обеспечивая более равномерное прохождение магнитного потока по всему железному ярму 30, что может предотвращать такие проблемы, как нагрев локального участка железного ярма 30 из-за избыточного прохождения магнитного потока через него.More specifically, since the iron yoke 30 is composed of silicon steel sheets with high magnetic permeability and since the yoke portion has a thickened middle portion, its magnetic reluctance is reduced to a certain extent. Moreover, since most of the magnetic flux passes through the middle portion of the yoke portion, thickening this middle portion can achieve balancing of the magnetic flux, allowing the magnetic flux to flow more uniformly throughout the iron yoke 30, which can prevent problems such as heating of the local portion of the iron yoke 30 due to excess magnetic flux passing through it.
Как показано на фиг. 4, реактор заземления нейтрали со структурой усиления намагничивания согласно настоящему изобретению дополнительно включает в себя крепежный каркас 40, который зажимает и закрепляет железное ярмо 30 во избежание его ненадежной установки и падения из-за шума или вибрации, создаваемой во время работы реактора. Крепежный каркас 40 представляет собой каркас кубической формы, состоящий из нескольких крепежных пластин, и внутри крепежного каркаса 40 размещается железное ярмо 30. Крепежный каркас 40 включает в себя два прямоугольных каркаса 401 и несколько соединительных пластин 402, которые соединяют два прямоугольных каркаса 401. Один из прямоугольных каркасов 401 расположен по периметру верхнего участка ярма, а другой прямоугольный каркас 401 расположен по периметру нижнего участка ярма. Соединительные пластины 402 зафиксированы в углах прямоугольных каркасов 401 для зажима первого бокового участка 303 ярма и второго бокового участка 302 ярма. Несколько усиливающих пластин 403 расположены сверху и/или снизу крепежного каркаса 40 в направлении, в котором листы в железном ярме 30 уложены друг на друга.As shown in FIG. 4, the neutral grounding reactor with the magnetization enhancement structure according to the present invention further includes a fastening frame 40 that clamps and secures the iron yoke 30 to prevent it from being loosely installed and falling due to noise or vibration generated during operation of the reactor. The fastening frame 40 is a cube-shaped frame composed of several fastening plates, and an iron yoke 30 is placed inside the fastening frame 40. The fastening frame 40 includes two rectangular frames 401 and a number of connecting plates 402 that connect the two rectangular frames 401. One of rectangular frames 401 are located around the perimeter of the upper portion of the yoke, and another rectangular frame 401 is located around the perimeter of the lower portion of the yoke. Connecting plates 402 are fixed at the corners of the rectangular frames 401 for clamping the first side yoke portion 303 and the second side yoke portion 302. A plurality of reinforcing plates 403 are located on top and/or bottom of the fastening frame 40 in the direction in which the sheets in the iron yoke 30 are stacked on top of each other.
Здесь крепежный каркас 40 введен в основном для улучшения антивибрационных характеристик железного ярма 30. Крепежный каркас 40 может быть плотно сжат в направлении, в котором листы в верхнем стержне 301 ярма и нижнем стержне 302 ярма уложены друг на друга, в направлении толщины верхнего и нижнего стрежней и в направлении толщины первого бокового участка 303 ярма и второго бокового участка 304 ярма. Это обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность железного ярма 30.Here, the fastening frame 40 is introduced mainly to improve the anti-vibration performance of the iron yoke 30. The fastening frame 40 can be tightly compressed in the direction in which the sheets in the upper yoke rod 301 and the lower yoke rod 302 are stacked on each other, in the direction of the thickness of the upper and lower rods and in the thickness direction of the first side yoke portion 303 and the second side yoke portion 304. This provides increased operational reliability of the iron yoke 30.
Железное ярмо 30 соединено с крепежным каркасом 40 с обеспечением изоляции. Каждая крепежная пластина электрически соединена с другой крепежной пластиной на одном конце и соединена с дополнительной крепежной пластиной на другом конце изолированным образом.The iron yoke 30 is connected to the mounting frame 40 to provide insulation. Each mounting plate is electrically connected to another mounting plate at one end and connected to a further mounting plate at the other end in an insulated manner.
Конкретнее, четыре соединительные пластины 402 соединены с верхним прямоугольным каркасом с обеспечением изоляции и электрически соединены с нижним прямоугольным каркасом. Каждая сторона прямоугольного каркаса соединена с двумя другими сторонами каркаса на ее противоположных концах. Конкретнее, она электрически соединена с одной стороной каркаса на одном конце и соединена с другой стороной каркаса изолированным образом на другом конце. Согласно настоящему изобретению все металлические части в крепежном каркасе 40 заземлены только с одного конца и не включают в себя какого-либо контура короткого замыкания.More specifically, four connecting plates 402 are insulatedly connected to the upper rectangular frame and electrically connected to the lower rectangular frame. Each side of the rectangular frame is connected to the other two sides of the frame at its opposite ends. More specifically, it is electrically connected to one side of the frame at one end and connected to the other side of the frame in an insulated manner at the other end. According to the present invention, all metal parts in the mounting frame 40 are grounded at only one end and do not include any short circuit.
В итоге реакторы заземления нейтрали со структурой усиления намагничивания, сконструированные согласно настоящему изобретению, имеют преимущества, включающие в себя, в числе прочих, низкие затраты, меньшие потери, высокую устойчивость и хорошую надежность.In summary, neutral grounding reactors with a magnetization enhancement structure constructed according to the present invention have advantages including, among others, low cost, lower loss, high stability and good reliability.
Выше представлено всего лишь несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Несмотря на то, что эти варианты осуществления описаны с некоторой конкретностью и с некоторыми подробностями, они не должны толковаться как ограничивающие объем настоящей заявки в каком-либо смысле. Необходимо отметить, что специалистами в данной области техники могут быть выполнены различные изменения и модификации без отклонения от идеи настоящей заявки. Соответственно, предполагается, что все такие изменения и модификации находятся в пределах объема этой заявки, который определен в приложенной формуле изобретения.The above are just a few embodiments of the present invention. Although these embodiments are described with some specificity and in some detail, they should not be construed as limiting the scope of the present application in any sense. It should be noted that various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present application. Accordingly, all such changes and modifications are intended to be within the scope of this application as defined in the appended claims.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111045077.7 | 2021-09-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802752C1 true RU2802752C1 (en) | 2023-09-01 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4485368A (en) * | 1981-11-30 | 1984-11-27 | Alsthom-Atlantique | Electrical shunt reactor coil |
| RU2392683C1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-06-20 | Юрий Константинович Ефимов | Arc-suppressing reactor with controlled magnetic gap "rdmr" |
| RU135180U1 (en) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русэлпром" | HIGH VOLTAGE INDUCTION COIL |
| CN204066967U (en) * | 2014-06-26 | 2014-12-31 | 株洲南车机电科技有限公司 | Shell type reactor |
| CN204904990U (en) * | 2015-09-10 | 2015-12-23 | 苏州吴变电气科技有限公司 | Shell type air -core type reactor |
| CN104485207B (en) * | 2014-12-31 | 2017-08-25 | 上海意兰可电力电子设备有限公司 | Conjugation-type outer iron core reactor |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4485368A (en) * | 1981-11-30 | 1984-11-27 | Alsthom-Atlantique | Electrical shunt reactor coil |
| RU2392683C1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-06-20 | Юрий Константинович Ефимов | Arc-suppressing reactor with controlled magnetic gap "rdmr" |
| RU135180U1 (en) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Русэлпром" | HIGH VOLTAGE INDUCTION COIL |
| CN204066967U (en) * | 2014-06-26 | 2014-12-31 | 株洲南车机电科技有限公司 | Shell type reactor |
| CN104485207B (en) * | 2014-12-31 | 2017-08-25 | 上海意兰可电力电子设备有限公司 | Conjugation-type outer iron core reactor |
| CN204904990U (en) * | 2015-09-10 | 2015-12-23 | 苏州吴变电气科技有限公司 | Shell type air -core type reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20150109081A1 (en) | Cast coil assembly with fins for an electrical transformer | |
| US20150109090A1 (en) | Electrical transformer with a shielded cast coil assembly | |
| US6005468A (en) | Amorphous transformer | |
| RU2802752C1 (en) | Neutral ground reactor with magnetization gain structure | |
| EP2897266B1 (en) | Superconducting field-pole magnet | |
| CN111462981A (en) | Integrated magnetic component | |
| JP2008182053A (en) | Resting induction electric appliance | |
| US2483159A (en) | Magnetic core | |
| JP2005510833A (en) | Electromagnetic induction and short circuit type liquid heating apparatus and liquid heating method using three-phase commercial frequency power supply | |
| EP0241068A1 (en) | Device comprising a core consisting of parts of amorphous ferromagnetic metal and parts of non-amorphous ferromagnetic material | |
| CN113744969B (en) | Neutral point grounding reactor with magnetism increasing structure | |
| US3362000A (en) | Means for increasing the inductance of shunt reactors | |
| US4460885A (en) | Power transformer | |
| RU108880U1 (en) | ARMORED MAGNETIC SYSTEM OF SINGLE-PHASE ELECTRIC INDUCTION DEVICE | |
| US3466582A (en) | Magnetic yoke for shunt reactor | |
| US6628191B1 (en) | Inductance arrangement | |
| CN217386864U (en) | LLC resonant type magnetic integrated transformer | |
| JP6504936B2 (en) | Transformer | |
| US3173112A (en) | Three-phase reactor | |
| CN102800466A (en) | Dry-type transformer with integrated coil structure | |
| KR102555275B1 (en) | iron core structure of transformer | |
| CN218631601U (en) | Magnetic integrated component and three-phase interleaved LLC resonant converter | |
| US20230395313A1 (en) | Heat transfer from transformer windings | |
| EP4099346A1 (en) | Helicoidal guide for the cooling of a medium-frequency transformer | |
| CN112313764B (en) | Common mode choke coil |