Aparato de inducción estacionario
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US2521513A
Estados Unidos
- Inventor
Willard FM Gris - Asignatario actual
- General Electric Co.
Aplicaciones en todo el mundo
1948 A NOSOTROS
Aplicación US44837A eventos
1948-08-18
1950-09-05
Solicitud concedida
1950-09-05
1967-09-05
Caducidad anticipada
Estado
Caducado - De por vida
Descripción
5 de septiembre de 195 w. APARATO DE INDUCCIÓN ESTACIONARIO GRIS FM 4 Hojas-Hoja 1 Presentado el 18 de agosto. 1948 DIELÉCTRICO Fig.9.
ENTRADA Inventor: WiHarcL FM Gris,
5 de septiembre de 1950 w. FM GRIS 2.521.513
APARATO DE INDUCCIÓN ESTACIONARIO Presentado el 18 de agosto; 1948 4 Hojas-Hoja 2 F7212 Fig. l5.
Inventor: Willard FTMGray,
Su Abogado.
septiembre de 1950 w. FM GRIS 2.521.513
APARATO DE INDUCCIÓN ESTACIONARIO Presentado el 18 de agosto de 1948 4 Hojas-Hoja 3 Inventor. Willard FTMGray,
5 de septiembre de 1950 w. FM GRIS 2.521.513
APARATO DE INDUCCIÓN ESTACIONARIO Presentado el 1.8 de agosto de 1948 4 Hojas-Hoja 4 IllllllllllIIWWIIliiiiullllllllllll es trtione.
Patentado el 5 de septiembre de 1950 APARATO DE INDUCCIÓN ESTACIONARIO Willard r. M. Gray, Pittsfield, Mass, cedente de General Electric Company, una corporación de Nueva York Solicitud 18 de agosto de 1948, número de serie 44,837
2 Reclamaciones.
Esta invención se refiere a aparatos de inducción estacionarios tales como reactores y transformadores que tienen cantidades significativas de reactancia tanto inductiva como capacitiva.
En circuitos que utilizan tanto reactancia inductiva como capacitiva, como circuitos resonantes, circuitos de filtro, circuitos inductivos que emplean capacitancia para la corrección del factor de potencia, etc., normalmente se suministran la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva. por dos unidades separadas. Las ventajas de incorporar tanto la inductancia como la capacitancia en una sola unidad son evidentes; los costes de fabricación: se reducen; hay utilización del mismo material para dos propósitos y, por lo tanto, mayor economía; el peso de la unidad se reduce y es más compacta. En la técnica anterior existen dispositivos, particularmente aplicables en circuitos de radiofrecuencia, que utilizan la capacidad distribuida de una inductancia para filtrar y sintonizar. También,
Esta invención describe un dispositivo simple, compacto y versátil que incorpora cantidades significativas tanto de capacitancia como de inductancia en el que la inductancia se puede variar para cumplir con los requisitos. Además su uso no se limita a circuitos de alta frecuencia; puede utilizarse ventajosamente en sistemas que funcionan a frecuencias de potencia normales, y tiene un uso particular en circuitos de lámparas fluorescentes y aplicaciones de transformadores.
Es un objeto de esta invención proporcionar un dispositivo compacto nuevo y simple que posea, en una unidad, cantidades significativas de reactancia capacitiva e inductiva. Dicho dispositivo se denominará en esta descripción reactor de caperuza. Un reactor cap puede definirse como un dispositivo de inducción eléctrica que tiene al menos un devanado electromagnéticamente inductivo montado sobre un núcleo magnético, dicho devanado que está construido de lámina conductora está aislado de una superficie conductora y en relación sustancialmente inductiva electrostática con respecto a ella. La superficie conductora puede ser, por ejemplo, un segundo devanado de lámina separado del primer devanado por un material aislante dieléctrico o, en el caso de un reactor de casquete electrolítico, puede ser la caja conductora que está separada del primer devanado por un electrolito líquido o pasta.
Es otro objeto de esta invención proporcionar un reactor de casquete que tenga una inductancia variable pero que mantenga una capacitancia constante.
Otro objeto de esta invención es proporcionar un reactor de caperuza que logre también una transformación de voltaje.
Otro objeto de esta invención es proporcionar un reactor de capuchón, para usar particularmente en circuitos de iluminación fluorescente, que logre una transformación de voltaje con el voltaje de salida dependiendo no de la relación de vueltas secundarias a primarias, sino de los valores de cap-reactor. inductancia, capacitancia y frecuencia de línea.
Todavía otro objeto de esta invención es proporcionar un reactor de tapa, principalmente para uso como filtro en circuitos que tienen un DC-C. componente, que posee un dieléctrico líquido. Un objeto adicional de esta invención es proporcionar corrección del factor de potencia, reducir la corriente de irrupción y filtrar los factores de interferencia telefónica en los transformadores.
La invención se entenderá mejor a partir de la siguiente descripción tomada en relación con los dibujos adjuntos, y su alcance se indicará en las reivindicaciones adjuntas.
En los dibujos, la figura 1 es una vista en perspectiva de una realización particular de la invención; la figura 2 es una representación simbólica de un reactor de tapa; la Fig. 3 es un símbolo de un reactor de caperuza de núcleo magnético; la Fig. 4 es un dibujo esquemático de un reactor de casquete electrolítico que emplea un electrolito líquido o en pasta; la Fig. 5 es una representación simbólica de un reactor de casquete electrolítico; y la Fig. 6 es un símbolo de un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; la Fig. 1 es una vista en perspectiva de un devanado de reactor de capuchón preparado de acuerdo con esta invención; la figura 8 muestra el bobinado de la figura 7 tal como aparecería desenrollado; la Fig. 9 representa las conexiones a un reactor de capuchón para obtener inductancia y capacitancia en serie; la Fig. 10 es un diagrama esquemático que ilustra las conexiones de la Fig. 9 tal como aparecerían si se desenrollara la bobina del reactor de caperuza; Higo. 11 es el circuito equivalente para las conexiones mostradas en las Figs. 9 y 10; la figura 12 es un diagrama esquemático de un reactor de tapa que ilustra una modificación de la figura 10; la Fig. 13 es el circuito equivalente para la conexión que se muestra en la Fig. 12; La figura 14 es un diagrama esquemático de un reactor de tapa que posee tomas para obtener la variación de la inductancia.
higos. 15 a 20 ilustran la aplicación de reactores de capuchón a redes de tres terminales aplicadas particularmente a circuitos de filtro. En la Fig. 15 se muestra un diagrama esquemático de un método de conexión de un reactor de casquete para lograr un circuito que permita el paso de alternancias de baja frecuencia y restrinja la transmisión de oscilaciones de alta frecuencia a la carga. El
El circuito equivalente para las conexiones esquemáticas que se muestran en la Fig. 15 se ilustra en la Fig. 16. En 17 se conectan filtros similares al que se muestra en la Fig. 15 para producir el circuito equivalente que se muestra en la Fig. 18. La figura 19 es un diagrama esquemático del método de conexión de un reactor de tapa a una carga para proporcionar un filtro de paso alto. La Fig. 20 es el circuito equivalente para las conexiones esquemáticas que se muestran en la Fig. 19.
Las Figuras 21 a 27 son tres redes de terminales que tienen una aplicación particular para usar como balastos de lámparas fluorescentes. La Fig. 21 ilustra la conexión de un reactor de tapa para proporcionar capacitancia a través de los terminales de línea. La figura 22 es el circuito equivalente para las conexiones esquemáticas que se muestran en la figura anterior. La figura 23 es una. Conexión esquemática de un reactor cap que logra un efecto de autotransformador. La figura 24 es el circuito equivalente para las conexiones esquemáticas que se muestran en la figura 23. La figura 25 es una vista en perspectiva de una construcción alternativa de capreactor. La Fig. 26 es un esquema y la Fig. 27 un circuito equivalente que ilustra una aplicación del capreactor mostrado en la Fig. 25. La Fig. 28 ilustra una conexión de cuatro terminales de un capreactor aplicado para usar como balasto de lámpara fluorescente. El circuito equivalente para la Fig. 28 se muestra en las Figs. 29 y 30.
higos. 31-35 ilustran la aplicación de capreactores a la construcción de transformadores. La figura 31 es una vista en perspectiva de un transformador que tiene un primario devanado de alambre y un secundario de reactor de caperuza. higos. 32 y 33 son los circuitos esquemáticos y equivalentes del que se muestra en la Fig. 31. La Fig. 34 es una vista desde arriba de un circuito que emplea un transformador de reactor de capuchón, y la Fig. 35 es su representación esquemática.
Con referencia ahora a los dibujos, en la figura 1 se muestra, a modo de ejemplo, una realización particular de esta invención aplicada a la construcción de un balasto l para lámpara fluorescente. Un balasto fluorescente sirve principalmente para tres propósitos. Debe servir para limitar la corriente del circuito ya que, una lámpara fluorescente posee características de resistencia negativa, debe, muy a menudo, suministrar voltajes más altos que los de línea para el funcionamiento de la lámpara, y debe suministrar una sobretensión de alto voltaje para el arranque de la lámpara. Una cuarta función que logra el balasto I de lámpara fluorescente capreactor es la de operación de lámpara de alto factor de potencia lograda mediante la utilización de la capacitancia incorporada del capreactor. El balasto del reactor de casquete I está construido con una bobina 2 que está enrollada con dos láminas de lámina 3 y 4 de material conductor separadas por las correspondientes láminas de material dieléctrico 5 y 5. La bobina 2 está montada sobre un núcleo I que presenta un bajo Circuito magnético de reluctancia. La construcción del reactor de casquete que se muestra en la Fig. 1 puede considerarse un reactor inductivo que tiene una bobina 2 enrollada con láminas conductoras 3 y 4 en lugar de alambre, o puede considerarse un condensador enrollado montado en un núcleo magnético 1 de baja reluctancia. , en una unidad, el balasto de lámpara fluorescente 1 que se muestra en la figura 1 incluye cantidades insignificantes de reactancia inductiva y capacitiva. En la Fig. 2 se muestra un símbolo 8 que puede usarse para representar un capreactor; la capacitancia 9 del reactor cap se muestra conectada entre la inductancia l9, indicando así que tanto la capacitancia como la inductancia están incorporadas en una unidad. El símbolo H que se muestra en la Fig. 3 puede usarse para representar un capreactor que tiene a. núcleo magnético; el núcleo se muestra con las líneas 12.
La construcción de un reactor de capuchón no se limita a unidades que solo tienen dieléctricos sólidos, como se muestra en la figura 1. En circuitos donde es necesario filtrar el componente de corriente alterna de una corriente continua, a menudo es más ventajoso usar un cap-reactor. reactor que tiene a. electrolito líquido o en pasta, ya que con una unidad electrolítica se puede lograr una mayor capacidad de almacenamiento de energía por unidad de volumen. Un reactor de tapa l3 que incorpore una bobina conductora 14, que puede estar enrollada en papel de aluminio o algún material similar, puede montarse en un recipiente conductor [5 que se llena con un electrolito (6). Para evitar la electrólisis, es deseable que la bobina l4 y el contenedor Id estarían construidos del mismo material, por lo que se logran tanto una alta inductancia como una capacitancia; la inductancia por las espiras de la bobina 14 y la capacitancia entre la bobina l4 y el electrolito Hi a la caja 15. La reactancia inductiva del reactor de casquete electrolítico se puede aumentar utilizando un núcleo magnético de baja reluctancia I! en el que se puede enrollar la bobina 14. Cabe señalar en la Fig. 4 que la bobina 14 siempre debe mantenerse a un potencial positivo con respecto a la caja l5. higos. 5 y 6 ilustran símbolos que se pueden usar para indicar un reactor de casquete electrolítico I3. Como se puede ver en el símbolo 18 en la Fig. 5, la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y la tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo l8 y se puede usar para representan un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23. La reactancia inductiva del reactor de casquete electrolítico se puede aumentar utilizando un núcleo magnético de baja reluctancia I! en el que se puede enrollar la bobina 14. Cabe señalar en la Fig. 4 que la bobina 14 siempre debe mantenerse a un potencial positivo con respecto a la caja l5. higos. 5 y 6 ilustran símbolos que se pueden usar para indicar un reactor de casquete electrolítico I3. Como se puede ver en el símbolo 18 en la Fig. 5, la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y la tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo l8 y se puede usar para representan un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23. La reactancia inductiva del reactor de casquete electrolítico se puede aumentar utilizando un núcleo magnético de baja reluctancia I! en el que se puede enrollar la bobina 14. Cabe señalar en la Fig. 4 que la bobina 14 siempre debe mantenerse a un potencial positivo con respecto a la caja l5. higos. 5 y 6 ilustran símbolos que se pueden usar para indicar un reactor de casquete electrolítico I3. Como se puede ver en el símbolo 18 en la Fig. 5, la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y la tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo l8 y se puede usar para representan un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23. Cabe señalar en la Fig. 4 que la bobina 14 siempre debe mantenerse a un potencial positivo con respecto a la caja l5. higos. 5 y 6 ilustran símbolos que se pueden usar para indicar un reactor de casquete electrolítico I3. Como se puede ver en el símbolo 18 en la Fig. 5, la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y la tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo l8 y se puede usar para representan un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23. Cabe señalar en la Fig. 4 que la bobina 14 siempre debe mantenerse a un potencial positivo con respecto a la caja l5. higos. 5 y 6 ilustran símbolos que se pueden usar para indicar un reactor de casquete electrolítico I3. Como se puede ver en el símbolo 18 en la Fig. 5, la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y la tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo l8 y se puede usar para representan un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23. la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo 18 y puede usarse para representar un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23. la capacitancia i9 se representa conectada entre la inductancia 20 y tierra 21. El símbolo 22, como se muestra en la Fig. 6, es muy similar al símbolo 18 y puede usarse para representar un reactor de casquete electrolítico que tiene un núcleo magnético; el núcleo está representado por las líneas paralelas 23.
La bobina 2, que se muestra en la figura 1, se representa en perspectiva en la figura 7. Cuando la bobina 2 se desenrolla o se coloca plana y se quitan las láminas dieléctricas 5 y 6, aparece como se muestra en la figura 8, donde S1 y S2 representa el comienzo de los devanados de la bobina y F1 y F2 representan el final de los devanados de la bobina. Se ha mostrado la representación esquemática y las figuras simbólicas de los reactores de capuchón; los higos. 9 a 35 ilustran algunos de los circuitos en los que se pueden utilizar reactores de casquete. Cabe señalar que en la mayoría de los dibujos siguientes, los reactores de tapa se mostrarán como se ilustra en la Fig. 8.
En la Fig. 9 se muestra una bobina de reactor de capuchón 24 conectada a una fuente de suministro de corriente alterna 25 de tal manera que se logra una conexión en serie de inductancia y capacitancia. Un conductor 26 de la fuente de suministro eléctrico 25 se sujeta al inicio, en el caso ilustrado S2, de una lámina 27 y el otro conductor 28 se sujeta al final o F1 de la lámina restante 29. El circuito de la Fig. 9 es mostrado más claramente en la representación esquemática de la figura 10, también la dirección del flujo de corriente en ambas láminas se indica mediante las flechas 30 y 31 para un instante particular. Se puede ver que en cualquier instante la dirección del flujo de corriente en ambas láminas es la misma. El circuito equivalente 32 de las Figs. 9 y 10 se muestra en la Fig. 11 e ilustra la conexión en serie de la inductancia 33 y la capacitancia 34 de la bobina del reactor de capuchón 24. Esta conexión en serie de inductancia y capacitancia encuentra muchas aplicaciones. Por ejemplo, puede aparecer en el circuito o en una lámpara en un sistema fluorescente de dos lámparas con el fin de cambiar de fase. También se puede usar como un filtro en serie que deja pasar una frecuencia y atenúa todas las demás.
La razón por la que la bobina del reactor de tapa 24, conectada como se muestra en la Fig. 9, es en realidad una inductancia y una capacitancia es, brevemente, porque la corriente fluye, como se muestra en la Fig. 10, en la misma dirección en cada lámina 21 y 29. Por lo tanto, la inductancia no se cancela por la proximidad de los conductores. Al viajar desde F1 en las Figs. 9 y 10, alrededor de una vuelta, la hoja 29 cambia de potencial por un voltaje proporcional a la tasa de cambio o el flujo encerrado por la hoja 29. El
lámina 29.
vfoil 21' al viajar una vuelta desde F2 encerrará desde F1 a F2, tendrán la misma o casi la misma diferencia de potencial después de una vuelta, dos vueltas o, en general, en cualquier lugar a lo largo de la bobina 24 del reactor de caperuza. simplemente significa que, independientemente del hecho de que un extremo de la lámina 29 pueda tener cientos de voltios más de potencial que el otro extremo de la misma lámina, las dos láminas 21 y 29 actúan como un condensador convencional, porque la diferencia de potencial entre ellas es el mismo en cada punto a lo largo de la longitud. El voltaje a través del capacitor debe definirse como el que puede medirse entre cualquier punto de una lámina 29 a un punto de la otra lámina 21 que es directamente opuesto o correspondiente.
La razón por la que la inductancia en serie 33 del rollo condensador 24 es la misma que la inductancia medida desde un extremo de una hoja hasta el otro extremo de la misma hoja es la siguiente: En las Figs. 9 y 10 toda la corriente fluye por F1 y ninguna por F2. Debido a que existe una diferencia de potencial constante entre las bobinas 29 y 21 a lo largo de toda su longitud, la hoja 21 toma corriente como una función lineal de su longitud, y la hoja 29 pierde corriente de la misma manera. La suma de las corrientes en las láminas 29 y 21 es siempre constante y es igual a la corriente total a través de la unidad. Dado que las láminas 29 y 21 están separadas, normalmente, por sólo unas pocas milésimas de pulgada de material dieléctrico, se puede suponer que la corriente de una lámina 29 se desplaza para coincidir con la corriente en la otra lámina.
El valor de la inductancia 33 se puede variar independientemente de la capacitancia variando la posición de las correas de derivación, como se muestra en la Fig. 12. Por lo tanto, si el rollo cap-reactor 35 de la Fig. 12 es idéntico al que se muestra en la Fig. 10 pero se agregaron correas de derivación 3B y 31 para reducir la longitud efectiva de las láminas 38 y 39, la capacitancia 34 sigue siendo la misma pero la inductancia 40 se mide como una función lineal de la longitud de una correa de derivación a la otra y su valor es reducido en consecuencia de lo que se muestra en la Fig. 10. Como se muestra en la Fig. 13, que es un circuito equivalente 40 para las conexiones esquemáticas que se muestran en la Fig. 12, la capacitancia 34' ha permanecido constante pero la inductancia M ha variado del valor indicado en la Fig. 11 para las Figs. 9 y 10. Por lo tanto, en una unidad de reactor de tapa, si se suministran correas de derivación, como se muestra en la Fig. 14 por 42,
higos. para ilustrar la aplicación de reactores de capa a tres redes de terminales principalmente para su uso como filtros de paso alto y bajo. En la Fig. 15, un reactor de tapa 45, que puede ser similar al que se muestra en las Figs. 9 y 10, está conectado para lograr un circuito que permite el paso de corriente de baja frecuencia a la carga pero restringe la transmisión de ondas de alta frecuencia. La entrada o fuente de suministro 46 está conectada de manera que un cable de entrada 41 está conectado a F1 y el otro cable de entrada 48 está conectado a S2. la carga 49,
que debe recibir corriente filtrada, se conecta a través de S1 y S2.
El circuito equivalente 50 para las conexiones mostradas en la Fig. 15 se ilustra en la Fig. 16 y muestra la capacitancia 5! del reactor de tapa 45 en paralelo con la carga 49 y la inductancia 52 conectada en la línea que conduce tanto a la capacitancia 5i como a la carga 49. Se puede conectar una serie 53 de tales filtros de paso bajo como se muestra en la Fig. 17, un el cable de entrada 54 va a F1 de la primera unidad de reactor de tapa 55 y el otro cable de entrada 56 está sujeto a S2 de todas las unidades de reactor de tapa 55, 5! y 58 para ser así conectado; S1 y F1 de los reactores de capuchón sucesivos y la carga 59 se coloca a través de S1 y S2 de la unidad de reactor de capuchón final 58. El circuito equivalente 6D para las conexiones en la Fig. 17 se muestra en la Fig. 18, ilustrando las inductancias en serie SI, 62 y 53, y las capacitancias en paralelo 64, 65 y (it) que corresponden a los reactores cap 55, 51 y 5B. Para proporcionar un filtro de paso alto 61, que limita el flujo de corriente de baja frecuencia a la carga 53 pero permite el paso de corriente de alta frecuencia, se puede conectar un reactor de tapa 59 como se muestra en la Fig. 19. De nuevo, los dos cables de entrada él y H del suministro de entrada 12 están conectados uno a F1 y el otro a S2, pero en este caso la carga 68 está conectada a través de F2 y S2. En la Fig. 20, el circuito equivalente 13 para la conexión que se muestra en la Fig. 19, la capacitancia M ahora está conectada en serie con la inductancia l5 y la carga 68 que están en paralelo. pero en este caso la carga 68 está conectada entre F2 y S2. En la Fig. 20, el circuito equivalente 13 para la conexión que se muestra en la Fig. 19, la capacitancia M ahora está conectada en serie con la inductancia l5 y la carga 68 que están en paralelo. pero en este caso la carga 68 está conectada entre F2 y S2. En la Fig. 20, el circuito equivalente 13 para la conexión que se muestra en la Fig. 19, la capacitancia M ahora está conectada en serie con la inductancia l5 y la carga 68 que están en paralelo.
La construcción de reactores de caperuza de núcleo magnético para su utilización en circuitos de lámparas fluorescentes para proporcionar las características necesarias de limitación de corriente, alto voltaje, impulso de voltajes inductivos y alto factor de potencia es un campo de aplicación aparentemente fértil para esta invención. En la Fig. 21, la fuente de energía 16 está conectada a través de F1 y F2' de las dos láminas de un balasto fluorescente de reactor de casquete 11 que tiene un núcleo magnético y la lámpara fluorescente T8 y su cebador asociado 19 están conectados a través de S1 y F2. Como se muestra en la Fig. 22, el circuito equivalente para las conexiones ilustradas en la Fig. 21, la capacitancia 81 se coloca a través de la línea de entrada y en paralelo con la inductancia 82 y la lámpara fluorescente (8 que están en serie. De esta manera , se proporciona suficiente inductancia para proporcionar lastre y sobretensiones de arranque de alto voltaje; hay suficiente capacitancia para proporcionar la corrección del factor de potencia. La aplicación de este tipo de reactor de capuchón a los balastos de lámparas fluorescentes se limita a usos que no requieren transformación de voltaje. Si es necesaria una transformación de voltaje, se pueden conectar dos reactores de tapa de núcleo magnético 83 y 84 como se muestra en la Fig. 23 y se logrará un efecto de autotransformador. La fuente de alimentación 85 está nuevamente conectada a través de F1 y F2 de una unidad 33, así como S1 y S2 de la unidad restante 84. F2 del reactor de capuchón 83 también está conectado a S1 de ambas unidades y la lámpara fluorescente 85 está conectada entre F2 del reactor de capuchón 84 y S1 de ambos reactores de capuchón 33 y 34. Esto produce el circuito equivalente 81' que se muestra en la Fig. 24 donde la capacitancia total 88 es la suma de la capacitancia de cada uno de los rollos de capacitores.
Puede ser deseable construir un reactor de casquete que tenga un valor específico de inductancia y un valor de capacitancia que no corresponda al valor de capacitancia que se lograría si el reactor de casquete estuviera enrollado con dos láminas en función de la longitud de lámina 93.
misma longitud. Así, como se muestra en las Figs. 25 y '26 construyendo las bobinas del reactor con láminas de diferentes longitudes, las reactancias capacitiva e inductiva pueden variar entre sí. El reactor cap 9| tiene una bobina 92 enrollada en dos tiras de lámina 93 y 94 separadas por material aislante dieléctrico, y la bobina 92 está montada en la pata central 95 de un núcleo magnético 96 de patas B estándar. Como se puede ver en la Fig. 26, una lámina 93 tiene una longitud sustancialmente mayor que la otra hoja 94. Por lo tanto, la capacitancia es la misma que si la longitud de ambas hojas fuera igual a la longitud de la hoja 94, pero la reactancia inductiva es En la Fig. 26 se muestra el reactor de tapa 9i en un circuito similar al ilustrado por las Figs. 21 y 22. F1 y F2 están conectados a la fuente de alimentación 91, y la lámpara fluorescente 98, y su equipo cooperante 99, están conectados entre F1 y S2. En el circuito equivalente I que se muestra en la Fig. 27, la capacitancia I0! del reactor de capuchón SM se muestra colocado a través del suministro 91 y la inductancia I02 en serie con la lámpara fluorescente 98. Si la lámina más grande, la lámina 93, de la Fig. 26 tiene la misma longitud que las láminas del balasto I1 que se muestra en Fig. 21 y la lámina 95 es más corta que la lámina 93, entonces la reactancia I02 que se muestra en la Fig. 27 será igual a la reactancia 82 que se muestra en la Fig. 22, y la capacitancia IOI será menor que la capacitancia 8I.
Las conexiones cap-reactor I03 mostradas esquemáticamente en la Fig. 28 y los circuitos equivalentes I04 e I05 mostrados en las Figs. 29 y 30 logran una transformación de voltaje, pero significativamente la relación de aumento de voltaje, la relación entre el voltaje de salida y el de entrada, no depende del número de vueltas secundarias en relación con el número de vueltas primarias como en el caso del transformador convencional. , pero es función de la frecuencia de la corriente alterna, la inductancia del balasto y la capacitancia de la bobina. ¿En esta red de cuatro terminales, un conductor I06 del suministro eléctrico I0? está conectado a F1 del capreactor I03 y el otro cable I09 está conectado a S2. La carga H0, o en el caso ilustrado la lámpara fluorescente, está conectada a través de F2 y S1. La Fig. 29 es el circuito equivalente exacto para las conexiones esquemáticas cap-reactor que se muestran en la Fig. 28. Aquí se muestran dos inductancias III y H2 que tienen acoplamiento unitario como lo muestra el núcleo de hierro y un capacitor I I3 conectado entre el punto de unión de las inductancias III y H2 y el suministro eléctrico I01. El circuito equivalente I05 que se muestra en la Fig. 30, que se aplica en condiciones de circuito monocíclico de estado estacionario, no es evidente al examinar las conexiones esquemáticas 503 de la Fig. 28, y se llega a él sobre la base de la siguiente derivación.
Dejar:
e=voltaje aplicado z'r=1corriente de carga zc=corriente del capacitor ei=voltaje inducido a lo largo de una lámina q=carga en el capacitor del reactor cap c=capacitancia del reactor cap R=resistencia de carga L=inductancia de una lámina j= frecuencia del suministro alterno Al examinar la Fig. 28 y la aplicación de las leyes de Kirchofis, el voltaje aplicado e debe ser igual al doble del voltaje a lo largo de una lámina, ya sea HG o I sf cap-reactor I38, que es 281 más la caída de voltaje a través de la carga H0 o irR. El voltaje inducido a lo largo de una lámina, e1, es la inductancia de una lámina, L, multiplicada por la tasa de cambio de la suma de las corrientes en las dos láminas, o 1 dz, dz,
y
= ei+irR (2) Combinando las Ecuaciones 1 y 2 obtenemos:
dz di, e=2L 2 7)+ La carga, q, en el capacitor es igual a la capacitancia, C, del reactor de capuchón I08, multiplicada por el voltaje del capacitor, ec. Pero el voltaje del capacitor, ec, es igual al voltaje aplicado, 6, menos el voltaje inductivo a lo largo de la lámina, e1. Por lo tanto,
Sustituyendo la Ecuación 1 en la Ecuación 5 se obtiene;
dz, dz, e =eL 2 (6) y sustituyendo la Ecuación 6 en la Ecuación 4 se llega a dz, dz, qC|:eL(2 7 También por definición,
d Definiendo dd =p y =p y diferenciando la Ecuación 7 ic=c[p8L(2p ir+p ic)] (9) Reescribiendo la Ecuación 3 e=2L(2pzr+pic) +2'1R (10) Para la constante estado o condición de funcionamiento sea p=giz0 donde w=21rj y f'es la frecuencia del suministro alterno I01, j=
Sustituyendo p=7'w en las Ecuaciones 9 y 10. Así, la relación de aumento de voltaje, representada por el coeficiente del voltaje aplicado, e, es una función de la frecuencia, la inductancia y la capacitancia. Como se ve en el circuito equivalente I05 de la figura 30, un transformador I I6 logra un cambio de voltaje, el factor de potencia se corrige mediante una capacitancia III y el lastre se logra mediante una reactancia I I8.
Los higos. 31-35 muestran las aplicaciones de los reactores cap al campo de los transformadores. Las características del reactor de tapa que se han discutido previamente lo hacen particularmente valioso en esta aplicación. Se puede mejorar el factor de potencia del transformador, disminuir la corriente de entrada, la corriente de excitación y la cantidad de interferencia telefónica. En la Fig. 31, un devanado primario I I9, que puede estar preparado en la forma convencional como una bobina de alambre enrollado o puede estar enrollado en lámina, está montado en un núcleo magnético de baja reluctancia y conectado a una fuente de corriente alterna I20 a través del lidera I2! y yo22. Puede ser deseable tener el punto medio de la bobina II9 conectado a tierra como en I23 para evitar voltajes de devanado a tierra excesivamente altos. El devanado secundario I24 que está montado en el mismo núcleo magnético de baja reluctancia que el devanado primario I I9 está preparado como un reactor de capuchón que tiene S1 y F2 conectados entre sí y F1 y S2 alimentan la carga a través de los cables de salida I25 e I26. En la Fig. 32 se muestran esquemáticamente las conexiones del transformador capreactor de la Fig. 31. En el circuito equivalente que se muestra en la Fig. 33, un devanado secundario de bajo voltaje está representado por la bobina I21, y la reactancia de la bobina del reactor de tapa I24 está ilustrada por la bobina de núcleo magnético I28. La capacitancia I29 del reactor de capuchón I2 3 se muestra en los cables de salida I25 e I26. Mediante el ajuste adecuado de la capacitancia I29 y la reactancia I28 se puede mejorar el factor de potencia, limitar la corriente de irrupción, disminuir la corriente de excitación y hacer insignificante la interferencia telefónica. Obviamente,
La Fig. 34 muestra una disposición de los devanados del transformador muy similar a la que se muestra en la Fig. 31 con la adición de un capacitor adicional que no transporta ninguna corriente de carga y está colocado en los devanados del reactor de caperuza secundaria para proporcionar una mayor capacitancia para el agregado. ajuste del factor de potencia y correcciones de corriente de irrupción, corriente de excitación e interferencia telefónica. En la pata central I30 del núcleo I3I se enrolla una pluralidad de bobinas de reactor de capuchón y, en este ejemplo particular, una bobina primaria I32 bobinada en alambre que se enrolla en dos secciones conectadas en serie y tiene su parte superior central conectada a tierra en I33. Se suministra corriente alterna al primario I32 a través de los cables I34 e I35. El secundario del transformador puede estar construido con dos bobinas de reactor de capuchón, I36 e I37, cada una formada en dos secciones conectadas en serie. Una de cada una de las secciones de las bobinas I36 e I31 está enrollada a cada lado de la bobina I32 enrollada con alambre. También enrollados en el núcleo I3I hay dos bobinas de reactor de tapa adicionales I38 e I39 formadas de manera similar cada una en dos bobinas conectadas en serie concéntrica. Las bobinas I38 e I39 están construidas y conectadas en el circuito de manera que proporcionen capacitancia adicional sin transportar una cantidad apreciable de corriente. En la Fig. 35 se ilustran esquemáticamente las conexiones del transformador mostradas en la Fig. 34. El final, F3, del devanado I36 está conectado al inicio, S4, del devanado I31. Los cables de salida I40 y MI están conectados al inicio, S3, del devanado I38 y al final, F4, de la bobina I31, respectivamente. El inicio, S5, de la bobina 538 también está conectado al cable de salida MI y F5, el final de la bobina I38, está conectado de forma conductora a S6, el inicio del devanado I39.
Si bien se han mostrado y descrito realizaciones particulares de esta invención, será obvio para los expertos en la técnica que se pueden realizar varios cambios y modificaciones: láminas aisladas entre sí y en relación sustancialmente electrostática inductiva entre sí enrolladas en dicho núcleo y que comprende al menos dos de dichos devanados en dicho núcleo, al menos un devanado de alambre convencional electromagnéticamente inductivo en dicho núcleo, una fuente de corriente alterna y un dispositivo de carga, estando dicho dispositivo de carga y dicha fuente de corriente acoplados entre sí tanto electromagnética como electrostáticamente por medio de dichos devanados, un segundo grupo de al menos dos láminas conductoras aisladas y en relación sustancialmente electrostática inductiva entre sí enrolladas en dicho núcleo,proporcionando dicho segundo grupo de devanados de hoja una capacitancia de circuito adicional y estando acoplados a dicha fuente de corriente y dicha carga para transportar corriente sin carga.
2. En combinación, un dispositivo transformador cap-reactor, una fuente de corriente alterna, 'una carga, dicho dispositivo transformador cap-reactor comprende al menos una bobina primaria y una pluralidad de bobinas secundarias, un núcleo magnético cerrado, siendo dicha bobina primaria enrollado de manera convencional en dicho núcleo, cada una de dichas bobinas secundarias está construida con dos láminas de lámina conductora separadas por láminas delgadas de material dieléctrico enrolladas muchas veces alrededor de dicho núcleo, un terminal conectado a un punto en una lámina conductora de dicha bobina secundaria , un segundo terminal conectado a la otra lámina conductora de dicha bobina secundaria en un punto que está físicamente separado de dicho primer punto en dicha primera lámina conductora únicamente por dichas láminas de material dieléctrico,un tercer terminal conectado a dicha primera hoja conductora de dicha bobina secundaria en un punto que está alejado muchas vueltas de dicho primer punto al que está conectado dicho primer terminal, un cuarto terminal conectado a dicha segunda hoja conductora de dicha bobina secundaria en un punto que está separada físicamente de dicho tercer punto en dicha primera hoja conductora de dicha bobina secundaria únicamente por dichas hojas de material dieléctrico, estando dicha fuente de corriente alterna acoplada a dicha bobina primaria de dicho dispositivo transformador cap-reactor, estando dicha carga acoplada a dicha primera terminal y dicho cuarto terminal de la primera bobina secundaria de dicho dispositivo transformador de reactor de capuchón, dicho segundo y dicho tercer terminal de dicha primera bobina secundaria estando acoplados entre sí conductivamente,estando acoplado dicho primer terminal de dicha segunda bobina secundaria de dicho dispositivo transformador cap-reactor a dicho cuarto terminal de dicha primera bobina secundaria, y estando acoplados conductivamente dicho segundo y dicho tercer terminal de dicha segunda bobina secundaria.
WILLARD FM GRIS.
REFERENCIAS ITED Las siguientes referencias están registradas en el archivo de esta patente:
PATENTES DE LOS ESTADOS UNIDOS Número Nombre Fecha 1.116.130 Schiessler 3 de noviembre de 1914 1.389.255 McDonald 30 de agosto de 1921 1.460.390 OLeary 3 de julio de 1923 1.563.426 Marbury 1 de diciembre de 1925 1.573.852 OLeary 23 de febrero de 1926 FOREIGN PAÍS Número 3 de feb. 23, 1926
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