Construcción de bobinas para aparatos de inducción electromagnética.
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US2863130A
Estados Unidos
- Inventor
Willard FM Gris Russell D. Wheeler - Asignatario actual
- General Electric Co.
Aplicaciones en todo el mundo
1957 A NOSOTROS
Aplicación US647597A eventos
1957-03-21
1958-12-02
Solicitud concedida
1958-12-02
1975-12-02
Caducidad anticipada
Estado
Caducado - De por vida
Descripción
2 de diciembre de 1958 w. FM GRIS ETAL 2.863.130
CONSTRUCCIÓN DE BOBINA PARA APARATOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Presentado el 21 de marzo de 1957 2 Hojas-Hoja 1 2 de diciembre de 1958 w. FM GRIS ETAL 2.863.130
BOBINA cousmucnou PARA AEPARATUS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA ¿Presentado el 21 de marzo de 1195? 2 Hojas-Hoja 2 Patente de los Estados Unidos CGIL CGNSTRUCTION PARA APARATOS DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Willard FM Gray, Pittstield, Mass y Russell. D.
Wheeler, Mellenviile, NY, cedentes a General Electric Company, una corporación de Nueva York Solicitud 21 de marzo de 1957, número de serie 647,597
9 Reclamaciones. (Cl. 336-207) La presente invención se refiere a aparatos de inducción electromagnética, y en particular a bobinas devanadas con láminas para aparatos de inducción electromagnética tales como transformadores, reactores y similares.
Los transformadores de lámina enrollada, es decir, los transformadores que tienen devanados de bobina formados de lámina aislada enrollada concéntricamente, ofrecen numerosas ventajas sobre los transformadores más convencionales que emplean devanados de bobina de alambre. La bobina enrollada en lámina ocupa menos espacio y sus propiedades eléctricas mejoradas hacen posible reducir el tamaño del núcleo sin sacrificar la capacidad eléctrica del transformador. De particular ventaja es la relativa facilidad de enrollar la lámina e insertar los cables de derivación en ella, operaciones que se prestan bastante fácilmente a la mecanización, en contraste con la construcción habitual de bobinas de alambre en la que son necesarias muchas operaciones manuales.
Por lo general, en las bobinas enrolladas con láminas se prevén conductos a través de los cuales pueden circular medios de enfriamiento, como aceite o aire, durante la operación del transformador. Para formar dichos conductos, normalmente se insertan barras espaciadoras a intervalos entre vueltas en la bobina durante el procedimiento de bobinado de la bobina. Un problema que surge de la provisión de estos espaciadores que forman conductos es la probabilidad de que se arruguen o dañen el aislamiento delgado y las láminas de aluminio en la región (denominada aquí punto de transición o cruce) donde pasan a través de la fila de espaciadores que forman una serie de conductos. Los daños que se produzcan en este punto en la lámina o el aislamiento pueden contribuir a las malas propiedades eléctricas del devanado de la lámina durante el funcionamiento y pueden provocar una avería prematura del transformador en condiciones de funcionamiento.
Es un objeto de la presente invención proporcionar una bobina devanada con lámina para aparatos de inducción electromagnética, especialmente para transformadores, que evita las desventajas anteriores.
Es un objeto adicional de la invención proporcionar un aparato de inducción electromagnética del tipo anterior que tenga conductos de refrigeración en su interior y en el que la bobina enrollada en lámina se caracterice por devanados apretados y suaves.
Es otro objeto de la invención proporcionar una bobina enrollada en lámina del tipo anterior que tiene espaciadores que forman conductos y en la que se proporcionan medios para proteger el devanado de lámina aislado del daño causado por los espaciadores.
Todavía otro objeto de la invención es proporcionar medios de protección del tipo anterior para el devanado de la bobina en el punto de transición en la serie de conductos, donde el medio de protección sirve como medio de soporte durante el devanado, permite el paso de medios de refrigeración a través de la transición. punto, y es fácil y económicamente construido.
Teniendo en cuenta los objetivos anteriores, la presente invención se refiere a una construcción de bobina para un aparato de inducción electromagnética, que comprende un devanado concéntrico de medios de lámina aislada, elementos espaciadores dispuestos entre vueltas adyacentes del devanado concéntrico y conductos que se extienden a través de ellos, con los medios de lámina aislada cruzando de un lado de los elementos espaciadores al otro a través de uno de los conductos, y medios ar- "hielo. La invención se entenderá mejor a partir de la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es una vista parcial en perspectiva de un transformador devanado en lámina que incorpora una construcción de bobina de acuerdo con la presente invención;
la Fig. 2 es una vista en perspectiva del miembro protector y formador de canales combinado de la invención;
la figura 3 es una vista detallada en perspectiva que muestra la disposición de los elementos protectores insertados en el devanado de la bobina; y
La figura 4 es una vista en sección transversal de la disposición que se muestra en la figura 3.
Con referencia ahora a los dibujos, y particularmente a la Fig. 1, se muestra un transformador que comprende un núcleo 1, un cilindro aislante central 2 y una bobina enrollada con lámina 3 envuelta concéntricamente alrededor del cilindro aislante 2. La bobina 3 comprende una hoja de metal hoja 4, tal como aluminio, y una o más hojas de material aislante 5, tal como papel, entrelazadas con la hoja de hoja para proporcionar capas alternas de hoja y aislamiento en la bobina enrollada. Normalmente, la lámina aislante 5 se hace más ancha que la lámina metálica 4 para extenderse lateralmente más allá de los bordes de la lámina, para servir como barrera contra corona o formación de arcos entre los bordes de la lámina metálica. En lugar de comprender láminas separadas, el devanado puede estar formado por una lámina compuesta integral de material aislante y conductor, o cualquier otra estructura de lámina aislante equivalente que proporcione vueltas de material conductor separadas por aislamiento. Tal como se usa en el presente documento, la expresión medios de lámina aislada pretende incluir cualquiera de dichas láminas integrales o separadas de material utilizadas para formar la bobina.
La bobina 3 puede constituir el devanado primario o secundario del transformador, estando dispuesto el otro devanado (no mostrado) en un tramo del núcleo diferente o colocado sobre la primera bobina concéntrica con él, de acuerdo con la práctica conocida. Para asegurar el enfriamiento adecuado de la bobina 3 durante la operación del transformador, se colocan barras espaciadoras 6 a intervalos entre ciertas vueltas de la bobina, las barras 6 se extienden generalmente axialmente entre los extremos de la bobina para definir conductos 7 a través de los cuales pueden circular medios de enfriamiento como aceite o aire durante la operación. funcionamiento del transformador.
Como se observa en el devanado de la bobina ilustrado en la Fig. 1, y mostrado con mayor detalle en la Fig. 4, la hoja de aluminio y las láminas de aislamiento asociadas 4, 5, en el curso de ser enrolladas alrededor de la serie de barras espaciadoras 6, que forman conductos. cruce entre las barras adyacentes 6a, 6b al pasar por la transición o el punto de cruce designado generalmente por el número 8. Al pasar por las esquinas de las barras espaciadoras 6a, 6b en el punto de cruce, las láminas delgadas de lámina y el aislamiento están sujetos a un riesgo sustancial de daños debidos a las esquinas que doblan o rasgan las hojas, particularmente en vista de la considerable tensión aplicada a las hojas para enrollarlas en capas uniformes apretadas. El peligro de tal daño aumenta aún más por la presión de un rodillo de contacto 9 (ver Fig. 4), normalmente usado para presionar las láminas firmemente contra la superficie de la bobina subyacente,
Para proporcionar dicho soporte para el rodillo de contacto 9, se pueden disponer miembros removibles en los conductos o se pueden usar otros medios como se describe en la solicitud en tramitación junto con la presente de Gray et al., número de serie 646.313, presentada el 15 de marzo de 1999. -957, y cedida al mismo cesionario que la presente invención. Sin embargo, tales medios no son viables para su uso en la región de los conductos de transición 8 debido al cruce de la hoja de bobinado en ellos.
Para superar esta dificultad, se proporcionan de acuerdo con la invención elementos tubulares alargados 10, 10 en lados opuestos de las láminas de aluminio 4, en los espacios triangulares en el punto de cruce 3 entre las láminas 4-, 5 y las barras espaciadoras adyacentes 6a, base de datos Los miembros protectores lit), 10 tienen una forma y proporciones preferibles en forma de lágrima o de pera, como se muestra, en donde la porción de curva ampliada lltla (ver "Fig. 2) es algo comprimible, a fin de proporcionar un soporte elástico para las láminas de aluminio y aislante enrolladas que recubren los lados opuestos de la fila de espaciadores de conductos, así como las láminas que se cruzan en el punto de transición '3. colocarse en el punto de cruce para evitar una flexión pronunciada de .
El elemento protector tubular 10, que se muestra por separado en la Fig. 2, puede fabricarse fácil y económicamente a partir de una hoja rectangular de dimensiones adecuadas que se pliega para formar un canal de configuración sustancialmente en forma de pera, las porciones de los bordes en contacto se pegan entre sí o de lo contrario unidos a lo largo de su longitud. Un material particularmente satisfactorio para los fines de la invención es una lámina de cartón prensado de unas 5 pulgadas de espesor.
La invención, sin embargo, no se limita a este material ni al método descrito para formarlo. Se pueden usar elementos protectores de otros materiales como madera, fibra de cuerno, metal u otra composición, siempre que sean estables en las condiciones prevalecientes en el transformador u otro aparato en el que se usen y sean compatibles con los medios aislantes y de enfriamiento empleados en el aparato. Sin embargo, se prefiere utilizar material que sea elástico en la forma ilustrada para evitar una tensión indebida de las láminas delgadas en el punto de cruce.
En la formación de miembros It! De la manera descrita anteriormente, es ventajoso unir los bordes opuestos en una relación superpuesta algo desplazada como se muestra en la Fig. 2, de modo que el vértice del elemento de inserción lltl encaje más cómodamente en el ángulo formado entre la parte cruzada del devanado y las porciones subyacente y suprayacente de la red enrollada. Como se ve en la Fig. 4, inserte los miembros (It) proporcionan una base de soporte sustancialmente continua algo flexible para la parte cruzada de la red y permiten una transición gradual para las láminas entre los niveles interior y exterior del bobinado en los lados opuestos de la red. fila de espaciadores 6.
El adhesivo u otros medios de sujeción empleados se aplican preferentemente en una tira lo más estrecha posible mientras se sigue proporcionando una unión segura de los bordes plegados del elemento 10, con el fin de que la región cercana al vértice del elemento de inserción 119 no se aplane a un medida sustancial, sino que comienza a divergir cerca del ápice. De este modo se consigue la configuración adecuada en forma de pera del elemento de inserción, y se proporciona un soporte más efectivo para la porción de alma cruzada en los espacios triangulares en los que se colocan los elementos protectores (10).
Aunque la invención no se limita a ninguna forma particular de introducir las piezas, el siguiente es un procedimiento típico que se puede utilizar. En una etapa del proceso de bobinado en la que se desea formar una serie de conductos, el miembro 10' se inserta primero con su vértice extendiéndose en el espacio de contacto entre la vuelta que acaba de colocarse sobre la bobina y la red subyacente. A continuación, se coloca la primera barra espaciadora 7611 contra el miembro de inserción 10 y, posteriormente, las barras espaciadoras 6 se colocan a intervalos alrededor de la bobina mientras se coloca la red sobre ellas. Cuando el espaciador final 6a de esta serie se coloca en posición, inserte el miembro contra el espaciador 6a con su vértice mirando en una dirección opuesta a la del miembro 10. La red se enrolla sobre las barras insertadas 6 y los miembros).
Por lo tanto, la invención proporciona un medio simple y económico pero eficaz para proteger la estructura de red delgada del devanado en los puntos de cruce en los conductos de la bobina, para proporcionar un soporte en estas regiones para asegurar un devanado suave incluso bajo el impacto del bobinado. rodillo de presión, y al mismo tiempo sirviendo de paso para la circulación de medios refrigerantes a través del punto de cruce.
Si bien la presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones particulares de la misma, se entenderá que los expertos en la técnica pueden realizar numerosas modificaciones sin apartarse realmente del alcance de la invención. Por lo tanto, las reivindicaciones adjuntas pretenden cubrir todas las variaciones equivalentes que entran dentro del verdadero espíritu y alcance de la invención.
Lo que reclamamos como nuevo y deseamos asegurar mediante Letters Patent of the United States es:
1. Una bobina enrollada en lámina que comprende un devanado concéntrico de medios de lámina aislados, elementos espaciadores dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen los medios de conducto que se extienden a través de dicha bobina, una parte de dichos medios de lámina aislados cruza desde un lado de dichos elementos espaciadores hasta el otro lado a través de dichos medios de conducto, y medios de soporte dispuestos en dichos medios de conducto para proteger dicha parte de dichos medios de lámina aislante.
2. Una bobina enrollada en lámina para aparatos eléctricos de inducción que comprende un devanado concéntrico de medios de láminas aisladas, miembros alargados separados dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen medios de conducto que se extienden a través de dicha bobina, una porción de dichos medios de láminas aisladas cruzando desde un lado de dichos miembros alargados separados al otro lado a través de dichos medios de conducto, y medios de soporte dispuestos en dichos medios de conducto entre dicha porción de cruce de dichos medios de lámina aislada y dichos elementos alargados separados para proteger dicha porción de dichos medios de lámina aislada mientras se deja un pasaje abierto a través de dichos medios de conducción.
3. Una bobina enrollada en lámina para un aparato de inducción electromagnética que comprende un devanado concéntrico de medios de láminas aisladas, miembros alargados separados dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen medios de conducto que se extienden a través de dicha bobina, una parte de dichos medios de láminas aisladas cruzando desde un lado de dichos miembros alargados espaciados al otro lado a través de dichos medios de conducto, y medios de inserción flexibles dispuestos en dichos medios de conducto que se extienden a lo largo de los mismos en contacto con dicha porción de cruce de dichos medios de lámina aislada y dichos miembros alargados espaciados para soportar dicha porción de dicho medios de lámina aislada mientras se proporciona un paso a través de dichos medios de conducto.
4. Una bobina enrollada en lámina para un aparato de inducción electromagnética que comprende un devanado concéntrico de medios de lámina aislados, una fila de miembros alargados espaciados dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen una serie de conductos que se extienden a través de dicha bobina, una parte de dichos medios de lámina aislados cruzando desde un lado de dicha fila de miembros alargados espaciados al otro lado a través de uno de dichos conductos, dichos miembros alargados separados, dicha porción de cruce de dichos medios de lámina aislada y el bobinado gira en lados opuestos de dichos medios de conducto definiendo mutuamente canales triangulares en lados opuestos lados de dicha porción de cruce,y un miembro hueco dispuesto en cada uno de dichos canales triangulares que se extienden a través del mismo y que forman un soporte en dicho conducto para dicha porción de cruce de dicho medio de lámina aislada y dicho bobinado gira en lados opuestos de dicho medio de conducto mientras proporciona un paso a través de dicho conducto.
5. Una bobina enrollada en lámina para aparatos de inducción electromagnética que comprende un devanado concéntrico de medios de lámina aislada que consta de láminas asociadas de material aislante y de lámina, siendo dicho material de lámina aislante más ancho y sobresaliendo lateralmente más allá de dicho material de lámina, miembros alargados espaciados dispuestos entre ciertos vueltas de dicha bobina que definen una pluralidad de filas anulares de conductos espaciados radialmente que se extienden a través de dicha bobina, una parte de dicho medio de lámina aislada que cruza desde un lado de cada una de dichas filas de conductos hacia el otro lado a través de un conducto en cada fila, y flexible miembros de inserción alargados dispuestos en cada conducto a través del cual pasa dicho medio de lámina aislante,estando dichos elementos de inserción en contacto con dicha parte transversal de dichos medios de lámina aislante y los elementos alargados espaciados adyacentes para soportar dichas partes de dichos medios de lámina aislante mientras se proporciona un paso a través de los conductos en los que están dispuestos dichos elementos de inserción.
6. Una bobina enrollada en lámina para un aparato de inducción eléctrica que comprende un devanado concéntrico de medios de lámina aislados, miembros rinconeros alargados espaciados dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que define medios de conducto que se extienden a través de dicha bobina, 9. parte de dichos medios de lámina aislados que cruzan desde de un lado de dichos elementos espaciados al otro lado a través de dichos medios de conducto y pasando sobre las esquinas de dichos elementos espaciados, dicha porción de cruce de dichos medios de lámina aislada, dichos elementos espaciados y el devanado giran en lados opuestos de dichos medios de conducto que se definen mutuamente triangulares canales en lados opuestos de dicha porción de cruce,y un elemento tubular comprimible de sección transversal aproximadamente en forma de pera dispuesto en cada uno de dichos canales triangulares que se extienden a través del mismo con los vértices de dichos elementos dispuestos de manera opuesta y extendiéndose en los ángulos respectivos formados por la parte de cruce de dichos medios de lámina aislada y el devanado adiacente vueltas y formando un soporte flexible en dicho medio de conducto para dicha porción de cruce de dicho medio de lámina aislada y dicho bobinado gira en lados opuestos de dicho medio de conducto mientras proporciona un paso a través de dicho medio de conducto.
7. Una bobina enrollada en lámina para aparatos eléctricos de inducción que comprende un devanado concéntrico de medios de lámina aislada, una fila de elementos alargados espaciados dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen una serie de conductos que se extienden a través de dicha bobina, una parte de dicha lámina aislada medios que cruzan desde un lado de dicha fila de elementos alargados separados hacia el otro lado a través de uno de dichos conductos, dichos elementos alargados separados, dicha parte de cruce de dichos medios de lámina aislada y el bobinado giran en lados opuestos de dichos medios de conducto que definen mutuamente canales triangulares en lados opuestos de dicha porción de cruce,y un miembro tubular comprimible de sección transversal aproximadamente en forma de pera dispuesto en cada uno de dichos canales triangulares que se extienden a través del mismo con los vértices de dichos miembros dispuestos de manera opuesta y extendiéndose en los ángulos respectivos formados por la porción de cruce de dichos medios de lámina aislada y el devanado adyacente gira y forma un soporte en dicho conducto para dicha porción de cruce de dicho medio de lámina aislada y dicho bobinado gira en lados opuestos de dicho medio de conducto mientras proporciona paso a través de dicho conducto, estando formado cada miembro tubular de una hoja plegada de material flexible con una porción de borde en contacto unida a la otra en relación superpuesta y descentrada.
8. Aparato de inducción eléctrica que comprende medios de núcleo, y una bobina enrollada en lámina que rodea dicho medio central, comprendiendo dicha bobina enrollada en lámina un devanado concéntrico de medios de lámina aislada, miembros espaciadores dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen medios de conducto que se extienden a través de dicho bobina, una porción de dichos medios de lámina aislante que cruzan desde un lado de dichos elementos espaciadores al otro lado a través de dichos medios de conducto, y medios de soporte dispuestos en dichos medios de conducto entre dicha porción de cruce de dichos medios de lámina aislante y algunos elementos espaciadores para proteger dichos medios parte de dicho medio de lámina aislante mientras deja un paso abierto a través de dicho medio de conducto.
9. Aparato de inducción eléctrica que comprende medios de núcleo y una bobina enrollada en lámina que rodea dicho medio central, comprendiendo dicha bobina enrollada en lámina un devanado concéntrico de medios de lámina aislados, miembros alargados espaciados dispuestos entre ciertas vueltas de dicho devanado concéntrico que definen medios de conducto que se extienden a través de dicha bobina, una porción de dichos medios de lámina aislante cruzando desde un lado de dichos miembros alargados espaciados al otro lado a través de dichos medios de conducto. y medios de inserción flexibles huecos dispuestos en dichos medios de conducto que se extienden a lo largo del mismo en contacto con dicha porción de cruce de dichos medios de lámina aislada y dichos elementos alargados espaciados para soportar dicha porción de dichos medios de lámina aislada mientras proporcionan un paso a través de dichos medios de conducto.
Referencias citadas en el archivo de esta patente PATENTES DE LOS ESTADOS UNIDOS
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