Магнитодинамика зигзагообразных обмоток

(2)

(3)

обращает внимание на принципиальную возможность решения задач симметрирования нагрузок с помощью конструктивного регулирования расстояний между взаимодействующими обмотками.

В традиционном электродинамическом анализе подобный вывод можно получить лишь путем длительных преобразований по избавлению из выражений самой величины силовой характеристики - магнитной напряженности H через многоэтапные замены переменных параметров, заранее зная на основании эмпирического закона Фарадея о существовании такой величины - электродвижущей силы электромагнитной индукции.

Для иллюстрации объективности наших выводов (2) и (3) рассмотрим несколько подобных примеров.

Зигзагообразная обмотка.

Как известно, взаимная индуктивность обмоток любых форм определяется их геометрическими размерами, взаимными расположением и ориентацией в пространстве, так что ЭДС индукции:

(4),

где потокосцепление

(5)

Так как взаимная индуктивность

(6),

то при известном:

(7)

получаем зависимость ЭДС индукции в прямом проводе при изменении тока во втором (первичном) проводе на заданном расстоянии от первого:

 (8)

Если теперь разместить провод с индуцируемым током между двумя сторонами колена изогнутого первичного провода с током по (7), то и направления соответствующих ЭДС индукции во вторичном проводе противоположны друг другу, что можно выразить уравнением:

(9).

Представим теперь системы таких колен двух изогнутых проводов в виде двух зигзагообразных обмоток, как это показано на рис. 1, сечение которого плоскостью перпендикулярно чертежу представится на рис. 2.

Рис. 1

Рис. 2

На этих рис. 1 и рис. 2 обозначены: Н1 и Н2, К1 и К2 - начала и концы этих обмоток, Х1 и Х2 - относительные расстояния между сторонами их колен, а Ф1 и Ф2 соответствующие величины и направления общих магнитных потоков этих колен. Из этих соображений становится наглядно понятным принцип управления величиной и направлением ЭДС индукции с помощью изменения относительного расстояния между проводами, который является самоочевидным с позиций магнитодинамики.

Если теперь представить трёхфазную систему таких зигзагообразных обмоток, как на рис. 3, то можно обнаружить ещё одну примечательную способность этого конструктивного исполнения - возможность создавать бегущее магнитное поле.

Рис. 3

Рис. 4

Действительно, если представить развертку поверхности с такой обмоткой в виде плоскости, изображенной на рис. 4, то при сдвиге шага зигзага фазных обмоток А, В и С между собой на величину 1/3 шага зигзага величины фазных магнитных потоков можно выразить:

(10)

Суммируя все эти три фазных магнитных потока в заданной точке, получим выражение общего трёхфазного магнитного потока такой зигзагообразной обмотки:

Так как координата амплитуды общего магнитного потока

(11),

то такая трёхфазная зигзагообразная обмотка со сдвигом фаз на 1/3 шага зигзага образует общую бегущую в направлении порядка следования фаз волну магнитного потока, амплитуда которого в три раза превышает амплитуду фазного потока данной обмотки. Таким образом, в отличие от известных и широко распространенных в промышленной электротехнике волновых и петлевых обмоток, которые образуют вращающиеся магнитные потоки, зигзагообразная обмотка образует бегущую по поверхности самой обмотки волну магнитного поля. Рассмотрим ряд конкретных технических решений, практически подтверждающих изложенные вышевыводы.

Магнитодинамические аппараты.

Трёхфазно-трёхфазный симметрирующий трансформатор по заявке № 93034018 / 07 Роспатента.

Изобретение предназначено для распределения всех фаз нагрузки по первичным фазам сети в соотношении 1:1:1 и позволяет осуществлять электропитание разнородных нагрузок трёхфазных сетей.

На приведенных выше рис. 5 и рис. 6 показаны виды трансформатора сбоку и с торца с ј выреза радиальными плоскостями, позволяющие увидеть все конструктивные особенности изобретения. Трансформатор состоит из статора 1 с пазами 2, в которые вложена первичная трёхфазная зигзагообразная обмотка 3 со сдвигом фаз относительно друг друга на 1 / 3 шага зигзага по описанному выше на рис. 3 и рис. 4, и неподвижного ротора 4 с пазами 5 , в которые вложена вторичная трёхфазная зигзагообразная обмотка 6 со сдвигом фаз относительно друг друга на 1 / 3 шага зигзага аналогично обмотке 3 статора 1.

Магнитопровод 7 трансформатора снабжен торцевыми крышками 8, которые упорами 9 закреплены на осевой трубе 10 со штуцерами 11 и отверстиями 12, выходящими в каналы между магнитопроводом 7 и крышками 8 с электроизолирующими пробками 13 с выводами 14 и 15 от начал и концов фаз обмотки 3 статора 1 и обмотки 6 неподвижного ротора 4. Трансформатор в сборе укреплен на станине 16, и в трубе 10 размещен масляный насос - задвижка 17 магнитодинамического типа системы охлаждения трансформатора.

При включении электропитания первичной обмотки 3 она в соответствии с выводом (10) образует по внутренней поверхности статора 1 и внешней поверхности неподвижного ротора 4 бегущую волну магнитного поля, которая индуцирует во вторичной обмотке 6 вторичный ток, распределенный по первичным фазам сети в соотношении 1 : 1 : 1 независимо от режима работы и характера нагрузки. Ясно также, что при необходимости обмотку 6 неподвижного ротора 4 такого симметрирующего трансформатора можно исполнить однофазной, что приведёт к упрощению конструкции для трёхфазно - однофазного симметрирования.