线圈工艺

2024-09-13

线圈工艺（共7篇）

线圈工艺篇1

0前言

面对电炉市场呈现的活跃态势, 电炉变压器的需求量也在不断加大。为了迎合市场需要, 各个变压器制造厂家纷纷开发出110KV直降式电炉变压器、单相电炉变压器、110KV单相多等级跳级调压直降式变压器新产品。直降式电炉变压器可将66-220KV高电压直接降到电炉需要的百级伏工作电压, 节约了一台中间调压变压器, 广泛应用于冶金, 炼钢, 硅铁等行业。由于能节省一台中间调压变压器, 用户一次性投资少, 电能总的损耗水平降低, 市场前景广阔。相对常规电炉变压器产品, 无论是从设计开发上, 还是生产制造工艺都具有挑战性, 尤其变压器线圈制造工艺更是重中之重。

1 基础理论

变压器线圈是变压器的重要组成部分, 可以改变电压得到两种或几种不同的电压。线圈与铁心一起构成变压器器身。变压器线圈是由导线绕成的, 也就是导线直接与各种绝缘件组合成一个整体。不同容量和电压的变压器线圈, 其绕制形式、匝数、导线截面、并绕根数、绕向、线圈连接及绝缘结构亦不相同。

对变压器线圈的要求是:要具有高的电气性能和机械强度、耐热、防潮, 便于制造等。随着变压器的电压和容量升高, 这些要求趋于更加严格, 线圈和绝缘件结构更加复杂, 制造难度加大。在满足变压器各种性能指标的前提下, 制造出质量优良的变压器产品, 其优良的的变压器线圈制造工艺技术显得尤为重要。

2 线圈的绕制工艺及线圈的压装和干燥

在变压器线圈的绕制过程中, 主要依靠绕线工人的操作来保证线圈尺寸和各种绝缘零件的就位。因此, 绕线工人必须熟练掌握其绕制线圈的结构和技术要求, 明确图纸要求、按相应的工艺规程进行操作, 多数线圈制造 (工艺过程) 是相同的。在绕制前做好准备工作, 根据线圈结构、外形尺寸、重量, 准备工装模具。把所需的导线、撑条、垫块等送到绕制线圈的工作地点。在线圈绕制完毕后, 为了使线圈高度达到计算尺寸, 还要经过线圈压装、干燥, 以便线圈紧实和从绝缘中排出水分。

在变压器运行中的线圈要受到电动力的作用, 尤其发生短路时, 绕制内通过的电流将超过额定电流的好多倍, 辐向力和轴向力很大, 会使线圈失稳变形损坏。因此线圈绕制时要保证辐向绕制紧实, 轴向尺寸需要通过线圈的压装工艺加以保证。

对于变压器线圈绝缘干燥处理对稳定线圈轴向尺寸极其重要, 因为线圈是由导线和绝缘件材料制成的, 绝缘纸板和电缆纸是由纤维材料制成的, 具有多孔性, 有较高的吸潮和吸油率。当干燥后的绝缘材料吸油后, 其电气性能显著提高。干燥彻底程度决定了线圈定型尺寸、对压紧器身、线圈尺寸调整和控制安匝平衡有直接影响。干燥处理的好坏不仅影响线圈的轴向尺寸和质量, 还影响变压器装配质量和生产效率。

3 实例

前不久, 我厂生产的HKSSPZ-12600/110电炉变, 通过其线圈制造过程中, 需要注意的事项做以详细的介绍。

它是一种直降式电炉变压器, 就是采用增加串联变压器的调压方式, 其结构复杂对线圈的主、纵绝缘要求更严, 绝缘结构更复杂。主、串变低压线圈串连在一起, 分接开关的电流可大大降低, 调压范围广, 一次电压不受分接开关绝缘水平的限制, 可由高压直接降低到电炉所需的低压, 省去了中间变电站, 调压线圈经特殊设计可接补偿电容器, 以补偿电网的功率因数。

由于要提高高压线圈及器身的绝缘水平, 该台变压器线圈采用全绝缘结构形式, 不同于一般的110KV直降式电炉变压器高压侧接线Y接方法, 全绝缘产品要求D接, 这样就大大增加了变压器高压线圈在设计制造上的难度。主变的高压线圈为纠结连续式, 其纠结式线圈是连续式线圈段间线匝纠绕而成。线匝不以自然数列顺序排列。而是在数列相邻的两个线匝中插入一个数字不相邻线匝, 在双段纠结中, 实际上它是连续的线圈两段两段相互交换, 然后串接而成, 这种方法并绕导线比实际并联导线长度增加一倍。并且是两根不同导线始末端串接, 方能形成电气通路而没有短路线匝。它的绕制是在立式绕线机上完成的。因为高压线圈D相电压大, 匝数多, 饼间电压差大, 对线圈纵绝缘要求高, 油道要求高, 垫块采用高密度纸板并进行密化处理, 高压线圈首末端电压高, 绕制时要在线圈的首末端的绝缘均需做加强处理, 放置静电板和角环, 线圈端部打把绑扎, 同时静电板焊接处做好圆整及屏蔽处理。

辅变的高压线圈为单根并绕连续式, 绕制连续式线圈可以用卧式绕线机和立式绕线机。它的绕制特点是一段一段地绕制, 绕制时保证线圈的各种尺寸。

低压线圈为8字双饼式, 采用8字形线圈。采用8字形线圈的好处就是可以免去串变低压线圈和主变低压线圈繁琐的焊接工序, 使它们的距离缩小。每个8字形双饼为一个单元, 每相就是由这样的若干个双饼单元并联而成。这台变压器低压线圈是由6根导线并绕, 每相线圈3匝, 在卧式绕线机, 8字线圈绕线模上绕制。要求要整理好模具, 注意线圈出头位置。线圈绕完后需要带压进行干燥。

调压线圈为四螺旋20根导线并绕的螺旋式结构, 用大型卧式绕线机, 注意防止线圈反弹, 要求线圈端部打把绑扎, 并在线段间用收缩带纵向收紧, 线圈在绕完后卸下绕线机前就将上下绝缘端圈上好固定住。把线圈出头单根先固定好, 然后几根出头一起统包。用无纬玻璃丝粘带在线圈端部均匀绑扎2道, 并在玻璃丝粘带下部垫0.5mm纸板, 纸板宽度要超过粘带宽度10mm。线圈出头垫0.5mm纸板分包再统包。并要求线圈辐相尺寸做到零工差或负公差, 以满足装配要求。线圈绕完后需要带压进行干燥。

本台电炉变压器线圈所用绝缘件都必须经过特殊处理, 每个线圈的油隙垫块、撑条都要进行密压、去毛、倒角处理, 提高绝缘强度。器身绝缘垫块要用特硬纸板热压粘制作。线圈在绕制过程中要严格按照图纸和工艺守则的要求, 线圈出头位置及出头处绝缘包扎牢固紧实, 要防止线圈反弹。导线换位及接头处焊接要求平整无毛刺, 包扎到所要求的绝缘尺寸。

由于该台器身为不吊芯结构, 干燥采用最先进的煤油气相干燥法严格执行工艺守则。线圈加工好后对单个线圈进行带压干燥, 测量出线圈压缩后高度, 因为使用同一压板对高、中、低压线圈进行压装, 要将高、低、调压线圈调整到同一高度, 再用一个压板进行压装, 误差小于2mm, 并且内层线圈不得高于外层线圈, 并施加相性的压力, 最终达到设计要求的高度。以满足该台电炉变压器对线圈主绝缘和纵绝缘的更高要求。

在HKSSPZ-12600/110变压器线圈制造过程中, 加强工艺管理, 控制生产过程中每个线圈的绕制质量以及保证线圈绕制后装配尺寸的配合, 生产出合格优质的产品。

4 总结

通过以上对线圈制造工艺的简单介绍, 随着科学技术的发展, 制造水平也在不断的提高。电炉变压器产品的质量也将会达到一个新的水平。

参考文献

[1]《变压器手册》编写组.电力变压器手册[S].沈阳:辽宁科学技术出版社, 1989.

[2]谢毓成.电力变压器手册[S].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]变压器制造技术丛书编审委员会编.变压器线圈制造工艺[M].机械工业出版社, 1998.

变压器线圈工艺改进对运行的影响篇2

当前, 我国生产的电力变压器, 基本上只有一种结构形式, 即芯式变压器, 绕组也都是采用同心绕组。一般情况下, 总是将低压绕组放在里面靠近铁芯处, 将高压绕组放在外面。高电压、大容量变压器一般采用纠结式绕组, 这项绕组技术在近期已经发展比较成熟, 但以前相对较落后的工艺给设备的安全稳定运行带来很多隐患, 本文将从一个实例入手着重分析绕组工艺的改进对设备性能提升带来的影响。

1 变压器发现故障

某日公司变电检修中心在进行某变电站500k V变压器油样色谱分析试验的过程中, 发现A相总烃为192u L/L (标准为150 u L/L) , B相总烃为130.1 u L/L, 并有上升趋势。于是跟踪主变油色谱, 根据每日油样检测情况分析, A, B两相总烃呈上升趋势, 尤其以A相上升趋势比较明显, 达5%/日, 因乙炔含量几乎没有, 可排除内部放电, 判断为变压器内部局部高温过热引起, 需要尽快对A, B相停电进行检查。

变压器停电后, 对变压器的ABC三相进行了常规实验, 并进行了钻芯检查, 排除一系列可能存在的问题后, 对变压器分别测量上下串联绕组直流电阻, 测到结果显示:B相下半部比上半部直阻大12.5mΩ (5.6%) 。从测量得出初步结论, 高压线圈存在虚焊可能。将B相运至车间进行内部断股检查, 检查发现线圈下部有一处焊点断线, 断线处绝缘纸已发黑并爆开;同样检查A相, 发现类似的问题。由于现场不具备进一步解体检查条件, 决定返厂进行解体检查。

2 故障原因调查

在厂家车间, 对变压器线圈进行处理。A相, 经过拆围屏, 排查线圈, 检测到一个故障点, 此故障点位于线圈低端, 角环内部。可以明显地看到烧焦痕迹, 角环上有对应的黑点, 有明显的放电迹象, 拆掉角环, 完全拆除绝缘纸后, 发现焊口已经完全断开, 并有烧灼发黑痕迹。同样, 对B相进行相同的处理, 在低端类似位置发现类似的故障点, 拆除绝缘纸后, 发现焊接处已经断裂。具体如图1 所示。

通过线圈解体, 我们初步分析, 原因可以分为内因和外因。

内因:焊接质量不合格, 焊接的时候质量没达标, 焊头没焊透, 焊接处焊料不够充足。同时检查其他焊接处, 发现部分焊接处也存在焊接不足现象, 焊接表面有坑坑洼洼。总之, 焊接质量有问题, 这是造成故障的主要原因。

外因:短路外力的冲击, 变压器承受短路电流冲击, 会造成局部电流过大, 从而使温度极具升高, 造成焊料熔解, 形成断裂, 产生放电。经厂家介绍, 此次采用的焊料的熔化温度在640~800℃之间, 因此局部温度已经达到这个温度。

内外因相互作用, 恶性循环, 最终导致焊接点完全断裂。故障发现得很及时, 如果继续运行, 很有可能造成主绝缘击穿, 产生比较严重的后果。

3 原线圈绕制工艺及问题

分析线圈状况, 此变压器原高压线圈为全纠结式。全纠结式绕组是特殊的绕制方法, 能够使几何相邻线匝具有较大的电气位置, 此时在电容不变情况下增大了匝间电容所储藏的电荷和能量, 从而等值地增加了匝间电容, 改善了起始电压分布, 改善了冲击梯度。

该线圈是中部进线、上下并联的结构。根据线圈磁力线的分布状况, 该线圈采用了2 种规格的导线, 在上下端部, 由于轴向磁力较大, 所以采用轴向2 根并联的组合导线 (TPU) , 总共16 段 (上部末端和下部末端各8 段) , TPU导线规格为2×4.20×6.60mm, 俗称方线;在中间主体位置, 幅向作用的磁力较大, 所以采用幅向2 根并联的组合导线 (TP) , 总共120 段 (上下半部各60 段) , TP导线规格为2×2.0×13.0mm, 俗称扁线。在具体的绕组过程中, 由10 根组合导线并联绕制, 做插花纠结, 在导线接头处采用高频钎焊。

整个线圈绕制过程中, 由于采用全纠结式绕组, 需要出现3 种类型的焊接点:方线与方线连接, 方线与扁线连接, 扁线与扁线连接点。如图2 所示, 左边的为方线与方线焊接点, 右边为扁线与扁线焊接点。

这次故障点出在方线与方线焊接点处, 相同的焊接工艺和方法, 为什么会现在在方线与方线的焊接点, 而没有出现在另外两种焊接点处呢?通过分析主要有3 方面原因: (1) 焊接质量及质量控制系统不过关, 质量监控不严格; (2) 方线间的焊接点相对焊料要多, 焊接难度要相对较大; (3) 由于方线连接点位于线圈的顶端和低端, 特别由于厂方工位设计的原因, 导致在焊接下端绕组时, 操作困难, 增加了出现问题的隐患。

针对第1 方面, 焊接质量控制系统不健全, 首先要提高操作工人的焊接质量, 同时增强在控制质量方面的监管, 采用更加高效的方法确保焊接质量的合格, 从而使焊接能更加符合标准要求。对于第2, 3 方面, 方线间的焊接点相对操作困难, 并且在线圈下端焊接工位相对操作困难的部位, 恰恰全部是方线焊接点, 在困难的基础上再加上困难, 增加了出现焊接质量问题的隐患, 如何能采用另外一种方法, 能最大程度地减少焊接点, 排除出现问题的可能性, 这是需要考虑的问题。基于此, 本文提出新的绕组工艺, 在焊接工艺及焊料不变的情况下, 能大大提高绕组的绕制质量, 在不改变电气性能的基础上, 加强绕组的机械强度, 进一步降低出现缺陷的风险, 确保变压器更加安全。

4 新线圈绕制的对比

通过对比分析, 提出采用纠结连续式绕制方式, 取代原来的全纠结式绕制方式。原来的全纠结绕制方式, 也就是对整体线圈全部采用纠结式绕制, 它的缺点比较明显, 就是由于焊点较多, 在线圈机械强度的保证方面略显不足。新采用的连续纠结式, 将部分线圈进行连续式绕制, 其余部分线圈进行纠结式绕制, 将连续绕制和纠结绕制有机结合起来, 组成连续纠结式。

连续纠结式采用另外的组合导线, 代替原来的方线和扁线。首先, 在连续段采用组合换位导线, 代替原来的组合导线, 如图3 所示为组合换位导线, 所谓组合换位导线是指以一定根数 (奇数) 漆包线扁铜线组合成宽面相互接触的两列, 按要求在两列漆包铜扁线的上面和下面沿窄面做同一转向的换位, 并用电工绝缘带作多层连续紧密包绕组成的导线, 用于制造高电压、大容量变压器。组合换位导线经过连续式绕制后, 是没有焊接头的, 这样就大大减少了焊接头的数量, 起到非常明显的效果。在新线圈中, 连续段总有68 段 (上部末端和下部末端各34 段) , 导线规格为13×1.37×6.95mm, 为13 根导线换位。其次, 在纠结段, 采用另一种尺寸规格的幅相2 根并联组合导线, 共有56 段 (上下部各有28 段) , 规格为2×2.38×12.9mm。

采用新线圈绕组后, 相比较有以下方面优点:

(1) 原线圈采用全纠结, 导线接头较多, 由于焊接全部采用人工操作, 操作标准无法统一, 不可避免会出现焊接质量问题, 从而会对变压器的机械强度带来隐患。采用新绕组后, 大大减少了焊接点, 组合换位导线没有焊接点, 它与新的组合导线的焊接点也仅有1 处, 并且这处焊接点在焊接时采用铜套焊接, 大大增加了机械强度。

(2) 采用组合换位导线, 有这种导线自身的优点, 它的优点是使绕组中导线的附加损耗减少到最低的程度, 而原先采用的组合导线没有这方面的优点, 使附加损耗减少, 也就大大加强了变压器的工作效率。

(3) 在新线圈中, 中部的组合导线依然会有焊接, 但这种焊接是处于非常良好的工位展开, 对提高工人的工作质量和效率有很大的帮助, 也从另外一个侧面降低了线圈出现焊接质量缺陷的可能。

5 总结

本文通过对一台大容量变压器出现线圈缺陷实例的分析, 找出产生这种缺陷的内在和外在的根本原因, 在此基础上, 寻找到另外一种线圈的绕制方法, 通过新旧线圈的对比, 发现新绕制线圈在某些方面的优点, 从而为变压器的更加可靠运行提供保障。

摘要：高电压、大容量变压器的线圈绕制对变压器的安全稳定运行起到十分关键的作用。文章以一个线圈出现缺陷的变压器为例, 分析线圈出现故障的原因。通过对比, 对高压线圈采用一种新的组合换位导线和绕制方法, 提高线圈的机械强度, 排除焊接缺陷, 确保变压器的安全稳定运行。

线圈工艺篇3

哈尔滨电机厂有限责任公司以往采用在通风孔冲制后, 使用常规金加工倒角方式对冲制通风孔进行倒角, 此种工艺倒角刀具很难达到四周倒角后的图纸尺寸。因此, AP1000半速核电机组考虑在冲模上加装倒角功能, 通过冲模上自带的凸起, 在冲孔时通过冲头和下模突起部位接触时的瞬间挤压力进行倒角。

2 通风孔倒角关键技术分析

哈尔滨电机厂有限责任公司常规冲孔产品最大孔尺寸为51×3.4 (mm) , 核电产品冲孔尺寸为32×14 (mm) 。冲孔宽度是目前冲孔产品里最大的, 冲头与铜排接触面积增大, 极易导致冲孔后铜排变形, 因此铜排下模与冲头的配合间隙调整尤为重要。

下模凸起的形状直接影响冲孔后铜排倒角质量, 由于倒角尺寸仅为0.5-0.75mm之间, 其对精度、耐用性、可替换性均有较高的要求。

常规产品下模为光滑平面, 铜排在其上运动。加装倒角凸起后铜排拉动时易划伤铜排表面, 受模具结构要求只能加装垫高装置, 在铜排运动时该装置托起铜排高于凸起, 冲孔时铜排下落与凸起接触倒角。

3 重点研究内容

3.1 冲模各部件结构、精度的确定

在前期模具结构探讨过程中, 受冲床和拖料机构等工装工具的客观条件影响, 核电冲模按照常规冲孔类产品模具结构设计。冲孔工作过程为: (1) 冲床运动带动上模通过导柱定位向下运动; (2) 下模侧压块和上模的橡胶柱分别从铜排宽度和厚度方向对铜排进行固定; (3) 冲头与铜排接触产生剪切力冲出通风孔。

确定冲模基本结构后, 需根据倒角需要在下模上加装闭环型凸起。由于凸起部位受到的纵向剪切力较大, 因此考虑凸起必须结实耐用, 保证相当次数使用寿命的同时, 要便于更换和修磨。经过反复试验, 制作出一体式的下模 (见图1、图2) , 下模通过焊接方式与下模把配装, 当凸起磨损时方便更换。在初次制作时, 使用数控铣床加工该凸起, 其形状难以保证导致冲孔后倒角不均匀有明显棱边。经过与工装设计和工艺部门沟通, 采用坐标磨床加工, 凸起的圆R位置完全符合倒角要求。并且经过多次反复冲孔后, 凸起并无变形且倒角均匀。

为保证冲孔后断裂带长度和倒角压制后的尺寸, 根据其他冲孔类产品模具设计制造经验, 经过反复研究实验, 同时提高模具加工精度, 冲头公差控制在0.01mm总间隙控制在0.1-0.2mm之间。

3.2 铜排纵向运动时的防划伤措施

新制下模凸起与铜排相对移动时尖锐部位极易划伤铜排, 通过多次试验, 在凸起前后方加装弹性滚珠。在铜排运动时弹性滚珠托起铜排高于凸起, 在冲孔时冲头与铜排接触瞬间弹性滚珠受压下降 (工作原理见图3) , 完成冲孔运动 (见图4) 。

4 结语

AP1000核电百万转子线圈直线铜排冲孔倒角的攻关成功, 在完全保证三菱公司要求的基础上, 开发工装工具新功能和新用途, 使得直线冲孔倒角完全在一台设备一道工序上完成, 极大地提高生产效率和产品质量的同时。也使得我公司其他冲孔类产品转子线圈直线通风孔冲制水平上升到一个新的台阶, 现在该种结构的冲模已经开始陆续推广到其他冲孔产品上, 通过核电转子线圈的通风孔倒角攻关成功填补了我公司相关类型通风孔加工方式的一处空白。为将来同类产品改型奠定了坚实基础, 提高了公司的市场竞争力。

摘要：十一五来国家大力发展清洁能源, 核能、风能、太阳能将成为主导, 大容量核电机组也将成为电力市场的发展趋势。AP1000半速核电机组是我公司核电研发领域新的开辟, 作为电机核心的转子线圈, 其制造加工工艺的水平, 对整体电机制造起着关键作用, 对提高我公司的市场竞争能力起着积极的作用。AP1000核电机组是我公司引进日本“三菱公司”技术生产, 直线铜排加工采用凹排冲孔结构加工, 且通风孔为直孔型:孔长32mm、孔宽14mm。其冲孔面积远大于我公司常规产品, 并且直线有10种线规, 其中8种梯排2种矩排, 其宽度、厚度、槽深、槽宽等各项参数均不一致。能够高质量完成通风孔制造成为该机组转子线圈的关键。

线圈工艺篇4

关键词：线圈并联,磁通量,自感系数

众所周知,当两个线圈串联时,通过整个线圈的磁通量等于通过两个线圈磁通量的和。在确定两个线圈串联后的等效自感系数时,可以利用磁通量的方法,也可以用感应电动势的方法。但在确定两个线圈并联后的等效自感系数时,人们通常利用感应电动势的方法[1,2,3],迄今为止还未见到用磁通量的方法。因为这里存在一个长期困扰研究者的基本问题,即当两个线圈并联时,通过两个线圈的磁通量之间满足什么关系?文中将试图回答这一问题。

1 命题与证明

命题在不考虑线圈电阻的条件下,对于线圈并联,通过两个线圈的磁通量相等。

证明假设有线圈1和线圈2,它们的自感系数分别为L1和L2,之间的互感系数为M,不考虑它们的电阻,把两个线圈并联,如图1所示。设干路中通有电流I,两个支路中电流分别为I1和I2,则有

I=I1+I2 (1)

当电流变化时式(1)仍然成立。

对式(1)两边对时间求导,有

$\frac{d Ι}{d t} = \frac{d Ι_{1}}{d t} + \frac{d Ι_{2}}{d t}$ (2)

当电流变化时,在线圈1中会产生自感电动势εL1和互感电动势ε12,在线圈1中总的感应电动势ε1为

$ε_{1} = ε_{L 1} \pm ε_{12} = - L_{1} \frac{d Ι_{1}}{d t} \mp Μ \frac{d Ι_{2}}{d t}$ (3)

在式(3)中,符号“±”及“∓”的取法,对于顺并联取上面的符号,对于反并联取下面的符号,以下同。

同样,在线圈2中总的感应电动势ε2为

$ε_{2} = ε_{L 2} \pm ε_{21} = - L_{2} \frac{d Ι_{2}}{d t} \mp Μ \frac{d Ι_{1}}{d t}$ (4)

设两个线圈并联后的等效自感系数为L,则等效线圈的自感电动势εL为

$ε_{L} = - L \frac{d Ι}{d t}$ (5)

由于不考虑线圈的电阻,所以在任意时刻t,有

εL=ε1=ε2 (6)

将式(2)～式(6)联立,可得到两个线圈并联后的等效自感系数

$L = \frac{L_{1} L_{2} - Μ^{2}}{L_{1} + L_{2} \mp Μ^{2}}$ (7)

令Φm1=L1I1±MI2,Φm2=L2I2±MI1,Φm=LI。Φm1、Φm2和Φm分别表示t时刻通过线圈1、线圈2和等效线圈的磁通量。则式(3)～式(5)可分别表示为

$ε_{1} = - \frac{d Φ_{m 1}}{d t}$ (8)

$ε_{2} = - \frac{d Φ_{m 2}}{d t}$ (9)

$ε_{L} = - \frac{d Φ_{m}}{d t}$ (10)

式(8)～式(10)正是法拉第电磁感应定律。

由式(6)得,在任意时刻t

$\frac{d Φ_{m}}{d t} = \frac{d Φ_{m 1}}{d t} = \frac{d Φ_{m 2}}{d t}$ (11)

将上式两边同乘以dt,得

dΦm=dΦm1=dΦm2 (12)

即在相同的时间内,通过每个线圈的磁通量的增量相等,且等于等效线圈磁通量的增量。

假设在t=0时刻,I=I1=I2=0,Φm=Φm1=Φm2=0,则在任意时刻t,有

Φm=Φm1=Φm2 (13)

即在任意时刻t,通过两个线圈的磁通量相等,且等于通过等效线圈的磁通量,证毕。

2 应用

下面用磁通量的方法确定两个线圈并联后的等效自感系数。在任意时刻t

I=I1+I2 (14)

通过线圈1的磁通量为

Φm1=L1I1±MI2 (15)

通过线圈2的磁通量为

Φm2=L2I2±MI1 (16)

通过等效线圈的磁通量为

Φm=LI (17)

根据文中的结论,有

Φm=Φm1=Φm2 (18)

将式(14)～式(18)联立可得到两个线圈并联后的等效自感系数

$L = \frac{L_{1} L_{2} - Μ^{2}}{L_{1} + L_{2} \mp Μ^{2}}$ (19)

显然,利用磁通量的方法确定线圈并联后的等效自感系数比用感应电动势的方法更为简单。

3 结束语

利用法拉第电磁感应定律证明了:对于理想线圈(即不考虑电阻),在线圈并联时,通过每个线圈的磁通量相等,且等于通过整个回路的磁通量。对于理想线圈的串并联可总结为:线圈串联,电流相等,磁通量相加;线圈并联,磁通量相等,电流相加。利用磁通量的方法确定线圈并联后的等效自感系数比用感应电动势的方法更为简单。

参考文献

[1]林祥立.两并联线圈总等效自感系数的确定[J].六盘水师专学报:自然科学版,1995(4):64-67.

[2]梁明智.具有互感的线圈的串联和并联[J].赤峰学院学报:自然科学版,2009,25(1):13-14.

线圈工艺篇5

自20世纪90年代以来, 我国铁路开始了全面提速。高速动车组越来越多地飞驰在祖国大地上。高速动车组包括车体、转向架、牵引变流、牵引控制、牵引变压、牵引电机、列车网络控制和制动系统等核心技术。大功率高速机车的驱动系统、牵引电机、主辅发电机、交流传动控制等核心技术以及大量的配套技术我们已经掌握。运用这些技术生产的时速200公里及以上动车组和大功率机车的国产化率可达到70%以上。

针对高速列车牵引机车变压器特种线圈制造工艺, 特种线圈精密整形生产线主要用于牵引机车变压器生产中, 按工艺要求对变压器线圈进行轴向压缩整形, 保证变压器线圈轴向几何尺寸、致密度和电磁性能, 提高线圈的紧密性和抗短路变形能力, 减小线圈的载流导线在工频交变磁场中的振动, 并保证线圈的轴向尺寸达到设计和工艺要求, 是高速列车牵引机车变压器线圈整形压装的专用设备。

南车株洲电机有限公司是我国电力机车、高速动车组、城轨车辆电机和变压器专业化科研、生产基地。公司原有低速变压器加工设备和工艺不能满足高速列车牵引机车特种变压器生产需求。目前国内尚未生产高精度高速动车组牵引机车变压器线圈整形液压机, 主要依靠进口发达国家的整形液压机实现线圈精密整形加工, 投入成本高, 核心技术受制于人, 严重制约了国内高速列车车辆制造技术的快速发展。

1 数字式大范围超高精度线圈整形机系统构成

数字式大范围超高精度线圈整形机主要由提升式主机、液压控制系统、电气控制系统、冗余式多通道在线检测与控制系统等部件组成。

1.1 主机系统

主机结构采用我公司专利设计———提升式液压机主机, 该种提升式结构由上横梁、下横梁、立柱, 下横梁组成, 下横梁上固定安装有油缸, 油缸的活塞杆上端顶托着与立柱滑动配合的动滑块, 动滑块的上端固定安装有移动工作台;立柱上部为螺纹段, 下部为光轴段;立柱的螺纹段穿过上横梁, 且与上横梁上方的蜗轮内孔螺母螺纹配合, 蜗轮转动安装于上横梁上, 蜗轮与上横梁上方的蜗杆啮合传动, 蜗杆与固定安装在上横梁上端面的电动机传动连接。上滑块可以上下自由运动, 整机占用高度空间小, 节约材料。该种专利结构主要为线圈组装干燥后, 对线圈进行整形使用。

1.2 液压控制系统

液压式线圈整形机的液压控制系统是整形机主要组成部分, 其性能高低决定了线圈整形机的性能高低。为解决现有传统线圈整形机液压控制系统控制范围小、控制精度低、控制性能差的问题, 开发研制了一种数字式大范围超高精度线圈整形机液压控制系统, 可使液压系统控制压力在3%~100%范围可调, 压力控制精度误差在设定值的±0.02MPa。消除了系统元件的线性死区问题, 实现大范围系统控制, 并提高整个系统的控制精度。该技术解决了传统液压控制系统控制范围小、系统压力控制精度不高的缺点。

1.3 电气控制系统

电气系统设有独立的电气柜, 电气柜具有照明装置。电气系统设有操作控制台, 各种显示灯、按钮、选择开关等布置于操作台面板上。电气控制系统采用西门子S7-3152DP型PLC可编程序控制器。配置进口西门子277系列10.4英寸触摸式工业显示屏, 其画面设置为菜单式。可在屏幕上非常方便地预先对移动台位置、压力、温度、时间等参数进行数字预置, 并能清晰地显示程序号及各预置值。可以存储100套程序。可显示主要错误信息, 若压机出现故障, 查找原因十分方便。

采用工控机采集记录时间和采集压力曲线等。采用西门子wicc7.0程序组态软件, 配置打印机对数据进行打印。

1.4 冗余式多通道在线检测与控制系统

通过多组位置信号、光电信号、力信号和压强信号等对设备动作进行控制, 大大提高了设备的操作安全系数。位置检测装置由接近开关和直线位移传感器构成, 位置检测装置可与外部电气控制系统连接, 对滑块位置测量做冗余控制, 保证了设备安全。光电保护器设在上横梁底部两侧, 是在滑块合模前的位置检测, 能再次对位置检测装置的测量结果进行验证, 确保设备安全。

2 数字式大范围超高精度线圈整形机研制中的创新点

(1) 首创了提升式液压机 (本公司专利:ZL200910117075.7) , 上横梁采用蜗轮蜗杆传动提升上横梁。

(2) 冗余式多通道在线检测与控制系统。通过多组位置信号、光电信号、力信号和压强信号等对设备动作进行控制。大大提高了设备的操作安全系数。

(3) 开发了数字式大范围超高精度液压机压力控制系统, 主机压力通过力传感器检测, 消除了液压、机械摩擦力等影响, 能满足多种模具不同重量的控制要求, 使油压线圈整形机的柔性化得到进一步提升。

3 数字式大范围超高精度线圈整形机研制的意义和推广

数字式大范围超高精度线圈整形机是我公司技术人员同南车株洲电机有限公司技术人员经过缜密剖析, 运用现代液压传动技术和数字控制技术, 采用液压驱动方式, 应用压力闭环反馈控制技术、在线监测技术等多种先进技术, 综合运用机械、液压、电气和光栅检测等多学科知识, 设计开发的特种线圈精密整形液压机。具有压力精密多级调整、精密保压、操作自动化等特点, 劳动力成本降低50%, 压机的精度误差小于±1%, 有效提高了高速列车牵引机车变压器线圈的精密整形质量。

通过高速列车牵引机特种线圈整形机的推广应用, 大大促进我国在高速列车牵引变压器的制造水平。目前该产品应用于新型轨道交通牵引变压器“HXD1牵引变压器”、“HXD1B牵引变压器”、“HXD1C牵引变压器”的生产。通过与某世界知名公司压机产品比较, 南车株洲电力机车有限公司使用人员反馈该机具有精度高、操作方便、压制精度高、无漏油、无爬行等突出优点, 受到用户高度评价, 认为达到了世界顶级水平。

通过该项目的实施, 大大提高了国内高速列车牵引机特种线圈整形液压机产品性能水平, 满足国内外车辆制造企业需求。同时以数字式大范围超高精度线圈整形机为基础申报国家专利4项, 实用新型专利8项, 软件著作权2项, 形成了具有全套自主知识产权的高科技产品。目前国内能生产该类型数字式大范围超高精度线圈整形机的企业仅有本公司一家。

摘要：本文主要介绍数字式大范围超高精度线圈整形机的特点和应用情况。研发冗余式多通道在线检测与控制系统和数字式大范围超高精度液压机压力控制系统并集成提升式液压机等一系列核心技术研制出具有数字式大范围超高精度线圈整形机。介绍了该设备在高速列车变压器线圈整形工艺中的应用。

关键词：机械制造,整形机,数字式大范围,提升式液压机

参考文献

[1]合肥海德数控液压设备有限公司.提升式液压机.中国, 实用新型专利, ZL200910117075.7.2009-06-15.

[2]合肥海德数控液压设备有限公司.数字式大范围超高精度线圈整形机.中国, 发明专利, 201310034522.2013-01-29.

[3]西门子公司.S7-300可编程序控制器产品目录.2008.

防烧毁合闸线圈的研制篇6

1 合闸线圈烧毁的原因

经过综合自动化改造过的变电站, 其断路器通过远程遥控可以实现开关的分合操作。在实际运行中当断路器投入不成功时, 将可能发生遥控继电器接点带电分断的现象。由于合闸线圈为感性负载, 操作电源又多为220V直流电, 所以在这种情况下遥控继电器接点容易发生引弧烧毁。在当遥控继电器接点发生熔接粘连时, 由于长时间通电, 会引起合闸线圈烧毁。

2 解决办法

为了防止烧毁遥控继电器, 综合自动化厂家的解决办法是:如果合闸继电器触点带电则锁定继电器, 使其不动作, 用烧毁合闸线圈和操作保险的办法来保证遥控继电器等综合自动化设备的安全。

而笔者经研究试验, 提出改进的解决办法是在线圈内部安置温控元件PTC, 使合闸线圈可在操作电源不断电的异常情况下, 增加回路阻抗, 减小线圈中的电流强度, 从而保护线圈使其免于烧毁。图1是安装了温控元件 (PTC) 后合闸线圈剖面图。

3 原理说明

3.1 结构原理介绍

本成果结构简单, 它是在线圈内部安置一个温控元件PTC, 并将其串联在合闸线圈中, 当合闸线圈通电时间过长或线圈温度达到一定值 (但低于烧毁温度) 时, 温控元件温度上升, 电阻增大并闭锁, 此时将减小线圈中的电流强度, 阻止线圈温度上升, 从而保护线圈。

当引起线圈烧毁的故障排除后, 线圈两端电压消失, 数分钟后PTC元件温度下降, 合闸线圈的功能可以自行恢复, 为下一次合闸操作做好准备。其电路原理图如图2所示。

3.2 核心部件原理介绍

本成果的核心元件是正温度系数热敏电阻PTC。图3是这种材料的热阻曲线, 从曲线图可以看出, 温度超过居里温度 (拐点温度) 后, PTC热敏电阻阻值将急剧增大。

4 结束语

(1) 本成果成本低, 可靠性高、无触点, 寿命长, 可以有效解决合闸线圈烧毁的变电检修难题。经过1年多的实际运行测试, 可以将异常状态下合闸线圈烧毁率从100%降低到3%以下。

(2) 本成果的应用不需要改动变电设备原二次回路, 便能有效防止合闸线圈烧毁, 提高了检修人员的工作效率, 缩短了停电时间。

延时脱扣线圈装置的研制篇7

关键词：短路,跳闸,欠压脱扣,额定电压,残压

1 问题的提出

某变电站所带的高耗能用户由35k V电压等级线路供电, 供电炉负荷, 动力电源为韩桥变电站10k V侧母线供电。用户的动力负荷为0.4k V, 其变压器低压侧电源总开关装有瞬时欠压保护, 当上级电源线路故障、开关跳闸、母线失压或电压降低时, 低压侧电源总开关和一台75k W的循环水泵开关将瞬时脱扣跳闸, 以保证对用户安全、可靠恢复送电。用户的低压侧电源总开关瞬时欠压保护定值约为80-85%Ue。无论线路是否有故障, 只要动力电源消失, 75k W循环冷却水电动机停止工作, 就必须停炉, 否则, 将烧坏设备。

某公司35k V甲、乙、丙线长度均为0.8km、阻抗为0.132+j0.358Ω/km, 多次发生35k V甲线线路故障后, 10k V侧母线电压降低, 造成很多用户的动力电源低压侧总开关欠压脱扣, 非故障线路高耗能用户也被迫大量甩负荷, 每次约5-11万k W, 用户至少需要2小时方可恢复正常供电, 直接电量损失约10-22万k Wh, 降低了供电可靠性。同时, 其他变电站110k V、35k V、10k V侧母线电压急剧升高越限, 也降低了供电质量、威胁设备、电网安全。Ue——额定电压

2 某变电站母线电压分析

运行方式:韩桥变由330k V侯桥变110k V侯韩I、II线供电, 动力负荷由本所10k V母线供电, 供给75k W循环冷却水电动机。

根据年度运行方式提供的参数, 进行计算, 10k V或35k V系统短路, 10k V或35k V系统短路, 母线电压在71.6%~79.6%Ue范围内变化, 低于80~85%Ue, 将造成所有用户的0.4k V侧欠压脱扣甩负荷。为此, 为了防止35k V侧故障造成用户0.4k V侧甩负荷, 开关的欠压脱扣和循环水泵低电压定值应按小于71.6%Ue整定, 原定值80-85%Ue太高, 按规程取60~70%Ue即可。同时, 欠压脱扣装置和循环水泵低电压保护应增加延时回路, 从时间上应躲过10~35k V侧线路过流保护的最长动作时间。保护定值单上保护动作时间为0~1.5s、重合闸时间0.5s、后加速动作时间0.3s。

3 措施

用户低电压开关保护采用380V交流电, 励磁欠压回路不带延时, 当电源电压消失或下降至80-85%Ue时欠压脱扣装置和循环水泵低电压保护瞬时脱扣甩负荷;为此, 应使欠压脱扣线圈延时释放。

3.1 故障时间分析

t1:线路故障开始到故障切除 (故障持续时间, 母线欠电压) , 最长取1.5st2:线路故障切除后到开关重合闸动作 (故障隔离时间, 母线全电压) , 取0.5st3:线路开关重合后, 重合不成功, 后加速动作开关跳闸 (故障持续时间, 母线欠电压) , 取0.3s由于低压侧总电源开关和一台75k W的循环水泵开关非常重要, 既要保证本线路故障后低电压保护能可靠动作, 切除故障;又要保证其它线路故障、电压降低后, 低电压保护能可靠不动作、不甩负荷。为此, 采用阻容延时放电电路, 电路结构简单、易实现、造价低廉。如图2

3.2 确定延时时间

脱扣线圈两端的电压由额定值 (Ue) 衰减为残压值 (Ue) 的时间为延时脱扣时间根据图2、失压后, 此电路为零输入响应的二阶微分电路, 齐次方程为:

特征方程的解为:

微分方程的解为:uc=A1ep1t+A2eP2t

由于:uc (0+) =U0, iL (0+) =I0

U0——电路的稳态电压

I0——电路的稳态电流

uc (0+) =U0, iL (0+) =I0代入, 微分方程的解为:

本装置取残压 (uc%Ue) 为0.6, 得t=2.8s, 大于t1 (1.5s) 的保护动作时间。

3.3 定值调整

由以上分析可知, 调整、弹簧力, 就可调整延时时间。调整弹簧力还可调整电压定值。

设:脱扣电压U1对应的弹簧力等于电磁力F1, 脱扣电压U2对应的弹簧力等于电磁力F2。脱扣电压由U1调整为脱扣电压U2时, 根据虎克定理和电磁力公式得: