Bobina electrica
US2977556A
Estados Unidos
- Inventor
Willard FM Gris René O Moser - Asignatario actual
- General Electric Co.
Aplicaciones en todo el mundo
1957 A NOSOTROS
Aplicación US646313A eventos
1957-03-15
1960-06-08
1961-03-28
Solicitud concedida
1961-03-28
1978-03-28
Caducidad anticipada
Estado
Caducado - De por vida
Descripción
BOBINA ELECTRICA 2 Hojas-Hoja 1 Presentada el 15 de marzo de 1957 En evfors, M'l/qrd M. GM
René QMOSG)",
28 de marzo de 1961 w. FM GRIS ETAL 2.977.556
BOBINA ELECTRICA Presentada el 15 de marzo de 1957 2 Hojas-Hoja 2 fig. 3.
Patente de los Estados Unidos BOBINA ELÉCTRICA Willard FM Gray y Rene 0. Moser, Pittsfield, Mass., cedentes a General Electric Company, una corporación de Nueva York Presentada el 15 de marzo de 1957, Ser. Nº 646.313
' 1 Reclamo. (Cl. 336-185) La presente invención se refiere a bobinas o devanados eléctricos, y más particularmente a bobinas de inducción enrolladas en lámina y a un método para fabricarlas, en el que las bobinas incorporan conductos para la circulación de medios de refrigeración y están adaptadas especialmente para cargas comparativamente grandes. transformadores y otros aparatos eléctricos de inducción.
Por el término bobina de inducción enrollada en lámina se entiende una bobina de longitud axial determinada formada por el enrollamiento plano sobre sí misma de una cinta o tira adecuadamente aislada de material de baja resistencia eléctrica específica cuyo ancho es sustancialmente igual a la longitud axial de la bobina y cuyo espesor corresponde a la de la forma de lámina del material, es decir, no más de unas pocas milésimas de pulgada, de modo que cada vuelta de la cinta o tira constituya una capa completa de la bobina.
El uso de devanados de lámina para transformadores, especialmente grandes transformadores de potencia de frecuencia comercial, ofrece varias ventajas. Se logra una reducción sustancial en el espacio ocupado por las bobinas, y el núcleo magnético también se puede hacer más pequeño, sin sacrificar la capacidad eléctrica del transformador. Además, la configuración de lámina del material de la bobina facilita los procedimientos de inserción de derivaciones y bobinado y se presta más fácilmente a la mecanización de estas operaciones en comparación con las disposiciones de bobina de alambre más convencionales para transformadores.
Otras ventajas son una mayor resistencia mecánica para resistir las fuerzas electromagnéticas internas que resultan de las corrientes de cortocircuito, en particular los cortocircuitos entre derivaciones, y una distribución inherente mucho más uniforme de las tensiones de voltaje transitorio, como las sobretensiones de rayos, en todo el devanado en comparación con las bobinas enrolladas de alambre convencionales.
- En el bobinado continuo del efecto primario y secundario que lo somete a un desgaste indebido y puede causar daños a las láminas en bobinado.
Aparte de las dificultades que se presentan al intentar enrollar grandes bobinas de inducción con bobinas de lámina como se ha mencionado, no se ha considerado viable anteriormente por otras razones fabricar transformadores de gran tamaño usando conductores de lámina. Hasta ahora, se pensó que si la longitud axial de las bobinas enrolladas en lámina se extendía a transformadores de potencia de frecuencia comerciales de gran tamaño, es decir, del orden de la altura de un hombre o más, la corriente en el corre y radialmente.
bobinas de un transformador con bobinado de lámina, es importante que las vueltas de la lámina y el aislamiento en la bobina tengan una apariencia suave especialmente en los intentos de "bobinar" material de lámina de gran ancho, como 6 0 pulgadas o más, para para formar bobinas enrolladas con láminas de gran tamaño para transformadores de potencia y otros aparatos de inducción de alta potencia. ,Semejante
las hojas grandes están particularmente sujetas a arrugas y otras irregularidades en la superficie, tanto al ser manipuladas antes del; a
procedimiento de bobinado y en el curso de bobinado. Tg, superar esta dificultad, se ha encontrado deseable; coloque un rodillo en contacto a presión con el.
sábanas a medida que se colocan. bobinado,
conductos generalmente espaciados de forma preferencial a intervalos a través de la construcción radial de la estructura de lámina enrollada para la circulación del fluido refrigerante y aislante, la superficie de la bobina mientras se está la bobina no presenta una base continua lo suficientemente lisa sobre la que pueda desplazarse el rodillo de presión y, como resultado, la lámina y las láminas aislantes asociadas pueden deformarse, el viento no tendrá la suavidad y uniformidad deseadas,
Sin embargo, debido a la necesaria provisión de circunvalación, es un objeto de la presente invención proporcionar bobinas de inducción mejoradas formadas de material laminar, especialmente bobinas de transformador enrolladas con lámina, y un método para fabricarlas.
Es otro objeto de la invención proporcionar bobinas eléctricas enrolladas en lámina, especialmente para transformadores de gran tamaño, en las que la bobina enrollada en lámina incorpora conductos para la circulación de medios aislantes y de refrigeración y en las que las capas de lámina y el aislamiento asociado son suaves, arrugadas. -libre y herméticamente enrollado.
Es un objeto adicional de la invención proporcionar bobinas enrolladas en lámina que incorporen miembros espaciadores que forman conductos en los que se proporciona una base continua y lisa para soportar los medios de presión utilizados en la formación de las bobinas enrolladas en lámina, y para evitar sacudidas intermitentes de los medios de presión a medida que se mueven. cabalga sobre la bobina que se está enrollando.
Todavía otro objeto de la invención es proporcionar un método para fabricar bobinas enrolladas con papel de aluminio del tipo anterior en el que los espaciadores formadores de conductos se colocan y mantienen en posiciones separadas apropiadamente durante el proceso de bobinado.
De acuerdo con la invención, se proporciona una bobina enrollada en lámina para aparatos de inducción eléctrica que comprende capas concéntricas de lámina aislada que tiene al menos 30 pulgadas de ancho y hasta 6090 pulgadas de ancho, e incluye medios entre capas adyacentes de la bobina. para formar conductos que se extienden a través del serpentín para permitir la circulación de los medios de enfriamiento, el serpentín enrollado en lámina se caracteriza por capas extremadamente apretadas, lisas y sin arrugas y tiene una alta resistencia mecánica para resistir tensiones tales como las que pueden producirse por condiciones de cortocircuito en un alto 'Transformador de voltage.
Para producir una bobina enrollada con lámina del tipo anterior, la invención proporciona un método para fabricar una bobina enrollada con lámina que incorpora conductos de enfriamiento que comprende enrollar el material laminar aislado en una bobina mientras se ejerce presión sobre el material laminar tal como está. estando enrollado para formar capas apretadas y sin arrugas sobre la bobina, y
1 que introduce medios de formación de conductos en la bobina a medida que se enrolla el material laminar mientras se proporciona soporte en la bobina para mantener continuamente la presión que se ejerce sobre el material laminar.
En una de sus realizaciones, el presente método comprende enrollar una bobina de material de lámina aislante, introduciendo durante el proceso de enrollado entre las vueltas de la bobina una pluralidad de elementos alargados permanentes y auxiliares yuxtapuestos; que se extiende a lo largo de la bobina, y luego el aparato de bobinado sufrirá un fuerte golpe después de retirar los miembros alargados auxiliares de cada capa de lámina.
elemento enrollado en lámina después de haber sido formado, dejando así conductos de refrigeración espaciados que se extienden a través del elemento enrollado en lámina. De este modo, la pluralidad de elementos auxiliares y permanentes descritos anteriormente proporciona un soporte firme y continuo sobre el que los medios de presión, que fuerzan el material laminar contra la bobina, pueden desplazarse suavemente. V
La invención se entenderá mejor a partir de la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato para enrollar bobinas de material laminar de acuerdo con la presente invención;
la figura 2 ilustra una realización del presente método de bobinado;
la figura 3 ilustra otra realización del presente método de bobinado;
num, del rollo de suministro 1a es simultáneamente WOLlIlCl'con una lámina de aislamiento' 2, como papel kraft, del rollo de suministro 2a concéntricamente alrededor de un soporte adecuado, preferiblemente un cilindro aislante 4 (véanse las Figs. 2 y 3), montado para girar sobre mandril 3. Como se muestra, la lámina aislante 2 es generalmente más ancha que la lámina metálica 1, de modo que las capas de aislamiento interpuestas entre las vueltas de la lámina adyacentes se extienden sustancialmente más allá de los bordes de la lámina y, por lo tanto, evitan la formación de arcos entre los bordes de las diferentes vueltas de la lámina durante la operación de la bobina en un transformador.
Las dimensiones relativas de las piezas que se muestran en los dibujos están exageradas para fines de claridad y no pretenden representar la escala real de los componentes tal como se usan en la práctica. Para grandes aparatos de inducción, tales como transformadores de potencia a los que la presente invención es particularmente aplicable, la lámina y las láminas aislantes 1, 2 tendrían, a modo de ejemplo, aproximadamente 60 pulgadas de ancho pero pueden oscilar entre 3090 pulgadas de ancho. Con. tales hojas anchas, se ha encontrado necesario proporcionar medios tales como el rodillo 5 en contacto a presión con las hojas cuando se colocan sobre la bobina para mantenerlas en una condición completamente lisa y plana y para eliminar cualquier arruga que pueda estar presente sobre ellas. En orden, además, para proporcionar la estanqueidad necesaria de las capas a medida que se enrollan para producir una bobina terminada que tenga la menor dimensión radial, se aplica una tensión considerable (por ejemplo, del orden de 6000 libras/pulgada cuadrada) sobre la lámina que se está enrollando. I
El espesor de la lámina 1 puede variar desde alrededor de mil hasta alrededor de 30 mil, usándose normalmente la lámina más delgada para el alto. bobinas de voltaje y lámina más gruesa. para
las bobinas de bajo voltaje. La hoja de aislamiento (papel) puede tener un espesor de mil a aproximadamente 6 mils por hoja, utilizándose una o más hojas de aislamiento .be-:
Para proporcionar conductos en la estructura de lámina enrollada para el paso de medios de refrigeración a través de la bobina durante el funcionamiento del transformador, la bobina de lámina enrollada 9 derecha incluye preferiblemente espaciadores alargados 6 dispuestos a intervalos en la bobina. devanado y convenientemente espaciados a canales finos de corriente continua 6 del tamaño deseado. Si los espaciadores 6. están simplemente dispuestos .axialmente' a' intervalos en el devanado, Rodillo de contacto. S', durante el proceso de bobinado, sufriría una acción de choque al “golpear intermitentemente las barras espaciadoras 6” a medida que avanza; Presión sustancial contra la periferia de la bobina. Como consecuencia, las espiras del devanado se deformarían y existiría un riesgo considerable de daño tanto para las capas de aislamiento como para las capas de lámina de aluminio, lo que finalmente podría conducir a una rotura prematura de la bobina en condiciones de funcionamiento.
Además, se transmitiría una vibración indeseable al aparato de bobinado que conduciría a su funcionamiento incorrecto y fallo prematuro.
Para obviar estas dificultades, se proporciona de acuerdo con una realización de la invención una pluralidad de tiras auxiliares extraíbles 7 dispuestas y llenando sustancialmente los espacios del conducto definidos por las barras espaciadoras permanentes 6, como se muestra en la Fig. 1, para proporcionar una base continua sustancialmente lisa sobre la que el rodillo de presión 5 puede desplazarse durante el proceso de enrollado. Preferiblemente, la dimensión radial de las tiras auxiliares 7 es durante el proceso de enrollado.
ligeramente menor que la de los espaciadores permanentes 6 para facilitar su remoción de la estructura completamente enrollada. Si se desea, las tiras auxiliares 7 pueden encerarse o lubricarse adecuadamente de otro modo para este fin. También se fabrican preferiblemente con una longitud suficiente para sobresalir del borde de la bobina, de modo que puedan agarrarse más fácilmente para retirarlos después de completar el bobinado. Tanto los espaciadores permanentes 6 como las tiras auxiliares 7 pueden ser de cualquier material, ya sea de composición aislante o metálica, y pueden ser, por ejemplo, de cartón prensado, madera, aluminio u otro material. y
Los espaciadores de formación de conductos 6 y las tiras auxiliares de relleno 7 pueden introducirse de diversas maneras en la bobina. La Fig. 2 ilustra un método de inserción de estos elementos que puede realizarse manualmente. En este proceso, los extremos iniciales de la lámina y las tiras aislantes 1, 2 se sujetan firmemente por cualquier medio adecuado a la superficie del cilindro aislante 4, y a medida que avanza el enrollamiento de estas tiras alrededor del cilindro 4, el operador se inserta en el punto de contacto entre el en la lámina aislante 2 y la superficie subyacente los espaciadores permanentes 6 y los miembros auxiliares -7 alternativamente en secuencia. La tira auxiliar 7a, como se muestra en la Fig. 2, se está insertando en su lugar adyacente a una barra espaciadora colocada previamente en la etapa de bobinado ilustrada. Generalmente,
En una construcción habitual de acuerdo con la invención, sólo se proporcionará una fila anular completa de conductos espaciadores antes de proporcionar otra serie de barras espaciadoras y tiras de relleno, como se indica en la Fig. 4.
La figura 3 muestra un método diferente para insertar las barras espaciadoras y las tiras de relleno. En este proceso, los miembros permanentes y auxiliares 6, 7 se montan sobre una hoja portadora 8 de papel o similar, estando aseguradas preferiblemente las barras 6 a la misma; superficie de la web por adhesivo u otros medios adecuados, mientras que las tiras 7 son simplemente colocadas libremente en el. espacios entre ellos. Luego, el extremo de la red 8 se inserta de cualquier manera deseada en el punto de contacto inicial al comienzo del bobinado y se alimenta continuamente en el devanado w a medida que gira el cilindro 4. Como se comprenderá,
la longitud de la red será equivalente a la circunferencia del cilindro 4 (o la periferia de la superficie del serpentín subyacente es formaciones posteriores del conducto) para proporcionar la hilera de conductos de circunferencia completa deseada. En ambos procedimientos descritos, después de que se completa el bobinado de la bobina, las tiras de relleno auxiliares salientes "I 7" se agarran simplemente por sus extremos y se deslizan a lo largo de la estructura enrollada con papel de aluminio, dejando una serie de conductos de enfriamiento regularmente espaciados. conductos 6 entre las vueltas de un devanado de lámina aislado hermético y liso, como se muestra en la Fig. 4.
No es necesario en todos los casos que la longitud de los elementos auxiliares 7 sea tan grande como el ancho de la bobina. Si la bobina es inusualmente ancha, de modo que se encuentra dificultad para quitar una sola tira larga de relleno 7 de entre las vueltas, puede ser deseable usar dos tiras auxiliares cortas que se extiendan hacia adentro desde lados opuestos de la bobina. Incluso si se dejara un espacio dentro de la bobina entre los extremos internos de dos tiras de relleno cortas de este tipo, las tiras separadas proporcionarán suficiente soporte para el rodillo de contacto 5 para evitar que se sacuda.
Aunque no se muestra, las derivaciones conductoras del tipo deseado se pueden unir a la lámina de cualquier manera adecuada en diferentes etapas del proceso de bobinado.
Se entenderá que en cualquier serie de conductos en los que los conductos se extiendan sustancialmente de forma axial como se muestra en las Figs. 2 y 3, la anchura de las barras espaciadoras 6, los intervalos en los que están separadas y la anchura de las tiras auxiliares 7 deben ser proporcionadas para llenar sustancialmente todo el espacio en la fila involucrada. Dado que la periferia de la bobina se vuelve más grande a medida que avanza el bobinado, puede ser conveniente modificar adecuadamente el ancho de las barras, conductos y tiras de relleno para las filas de conductos posteriores para garantizar una superficie de apoyo continua, firme y lisa sobre la cual se colocará el rodillo de presión. 5 pueden montar.
En una bobina enrollada con lámina típica, las barras espaciadoras 6 tendrán una dimensión radial de aproximadamente Aa /z pulgadas, y el espacio entre las barras adyacentes variará de 4 a 3 pulgadas, dependiendo generalmente de la distancia de la fila espaciadora desde el centro de la bobina. la bobina.
La disposición de las barras espaciadoras 6 en la bobina puede diferir de la que se muestra en la Fig. 4. En ciertos casos, por ejemplo, es deseable disponer las barras espaciadoras en una alineación radial definida en lugar de como se muestra, habiéndose encontrado dicha alineación radial. proporcionar a la bobina una resistencia mejorada a las tensiones radiales que pueden producirse en la bobina por condiciones de cortocircuito.
La figura 5 muestra una realización diferente de la invención, en la que los espaciadores permanentes 6b y las tiras auxiliares extraíbles 7b están dispuestos en el devanado formando un ángulo con el eje de la bobina. Con esta disposición, será evidente que los propios espaciadores en ángulo 6b proporcionan un soporte continuo. para el rodillo de contacto a presión 5 descrito anteriormente, ya que el eje de este último es normalmente paralelo al eje de la bobina y, por lo tanto, el rodillo siempre estará soportado por una pluralidad de barras espaciadoras 6b. Dado que en este caso no es necesario que las tiras 712 llenen toda la profundidad del espacio del conducto para proporcionar un soporte adecuado para el rodillo de presión, estas tiras auxiliares pueden tener una altura menor que las barras espaciadoras 6b contiguas para facilitar su extracción de la bobina enrollada.
Las bobinas enrolladas con lámina producidas de acuerdo con la invención se caracterizan por vueltas enrolladas tanto de la lámina como de las láminas aislantes que están completamente libres de arrugas, pliegues u otras irregularidades, que de otro modo contribuirían a las malas propiedades eléctricas de la bobina y conducirían a una falla prematura. avería del transformador. Además, las bobinas enrolladas con papel aluminio de la presente invención están muy apretadas y son extremadamente compactas, y se caracterizan por una sobreconstrucción de alrededor del 1%. La sobreconstrucción, como se usa aquí, pretende significar la diferencia porcentual entre la dimensión radial real de la bobina enrollada y la suma de las dimensiones radiales de los componentes de la bobina superpuestos. Como será evidente, cuanto más apretada esté la bobina, menor será su sobredimensionamiento.
Por lo tanto, la invención proporciona bobinas enrolladas en lámina que son particularmente adecuadas para uso en transformadores de alto voltaje, y un método económico y práctico para enrollar dichas bobinas mientras se incorporan conductos de enfriamiento en ellas sin deformar o dañar los componentes de la bobina.
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, la reivindicación adjunta pretende 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:
Una bobina de transformador enrollada en lámina que comprende capas concéntricas de medios de lámina aislados de al menos 30 pulgadas de ancho, miembros espaciadores alargados que se extienden en ángulo con el eje de la bobina y forman una pluralidad de filas anulares de conductos espaciados radialmente que se extienden a través de dicha bobina entre ciertas capas de la misma. dichas filas están separadas por una pluralidad de vueltas de dichos medios de lámina aislante, la bobina tiene capas apretadas y sin arrugas y una sobreconstrucción no sustancialmente superior al 1% Referencias citadas en el archivo de esta patente PATENTES DE LOS ESTADOS UNIDOS 1,641,272 Horelick 6 de septiembre, 1927 2,344,334 Vienauu 14 de marzo de 1944 2,467,804 Balmer 19 de abril de 1949 2,521,513 Gray 5 de septiembre, 1950 2,550,592 Pearce 24 de abril de 1951 2,622,135 Olivier 16 de diciembre de 1952 2,696,659 de abril de abril de 1951.
No hay comentarios:
Publicar un comentario