线圈结构

线圈结构（共10篇）

线圈结构 篇1

电力变压器的电动稳定性是决定电力系统安全运行的重要因素, 而作为变压器的心脏, 绕组既是电动力的产生根源又是承受短路电动力能力较弱的部位。所以说, 所谓电力变压器的电动稳定性基本上就是绕组的电动稳定性。以下对电力变压器的绕组所受电动力进行简单分析并提出设计以及制造中能够改善其运行稳定性能的几点因素。

1 绕组受力情况分析

电力变压器绕组所受电动力是由其中流过的电流与电流在其周围产生的漏磁场相互作用产生的。力大小与电流的二次方、导体的长度成正比。所以, 当绕组中电流发生变化, 尤其是发生短路时成几十倍变化时, 对产品稳定性影响最大。

线圈在电动力作用下的通常有下述几种损坏形式:

1.1 变压器发生短路故障时横向电动力引起的线圈损坏:

以双绕组电力变压器为例, 一般将低压线圈布置在靠近铁心侧, 也就是内侧, 而高压线圈则布置在外侧。

对于内侧线圈, 由左手定则可判定其受力方向向内, 是一个试图使线圈变小的收缩应力。一般会在低压线圈内径侧布置粘有撑条的硬纸筒将力传导到铁心上阻止其变形, 但相邻撑条间的导线却会因弯矩过大而发生不可恢复的形变。此种损坏理论上会沿线圈周围镜像发生, 但不常见。而常见形式为先局部后扩大的波浪式变形。

在横向电动力作用下外侧的线圈理论上受到使导线有被拉长的趋势的拉应力。很多传统的观点认为, 外线圈不会受到向内的力, 所以其内径侧的机械强度无需特殊考虑, 曾将机械强度较差、厚度较小的瓦楞纸布置在此处用以分割油隙。而通过对发生短路变压器的故障线圈的进行观察分析可知, 外线圈在短路故障发生时, 虽有向外扩张的趋势, 可铜导线却因其自身的材料特性很难被拉长, 如此线圈实际发生的变形形式是部分凹陷、部分凸起的, 与纯理论下的破坏形式存在不小的差异。

1.2 突发短路时线圈在轴向电动力作用下的损坏

饼式线圈段间通常用燕尾垫块分割油隙, 而导线周围的横向漏磁通会使线圈受到轴向力, 相邻燕尾垫块间的悬空部分会作为受力梁而发生弯曲, 也就使得线饼间绝缘距离减小, 增加了段间场强引起电气故障或因油隙变小而引起过热现象。突发短路时线圈在纵向和横向电动力同时作用下的损坏线圈中部存在纵向和横向漏磁场, 收到的力也就是一个联合作用的力, 线圈会因此产生扭转趋势, 使相应部位的导线发生“倒摞”现象。而轴向漏磁场在线圈端部发生弯曲, 其组成也就分为横向分量和纵向分量, 绕组便受到一个联合作用的力。

2 对于提高线圈机械强度的措施和分析

2.1 从增加抗短路能力的角度考虑

2.1.1 线圈导线规格设计时, 除了考虑电密适当选的低些外, 宽厚比不要选的过大, 否则在轴向力作用下, 导线容易被压倒。

导线的宽厚比不仅影响导线的轴向许用强度, 更重要的是, 合适的宽厚比对安匝平衡产生很大的影响。一般来讲, 采用纸包铜扁线绕制的螺旋式线圈宽厚比要不小于2, 而连续式线圈则需不小于3;而组合导线在选用时宽厚比一般不小于1.35。此外, 在不影响工艺性的前提下适当增加导线屈服强度可以提高其自身的强度, 一般情况下内线圈导线屈服强度不小于160MPa。

2.1.2 线圈装配时的轴向压紧力在设计时需大于其所受轴向电动力, 而且要求沿圆周各档位受力需均衡。

特殊指出, 器身压紧时要调整端部绝缘结构使得内外线圈所受压紧力均衡, 当某一线圈松动时, 即使在工作电流下, 也会出现震动而造成进一步的损坏。

2.1.3 线圈绕制时需保证一定的拉紧措施, 线饼内导线需整齐排布, 不允许出现倾斜现象, 线圈绕制后对油隙垫块进行整理, 使其沿轴向整齐对正。

主绝缘空道内各层撑条需沿档位对齐, 不出现悬空部位, 导线换位处、出头处需有相应绑紧措施。对于撑条等绝缘件尽量在使用前对其做干燥淋油处理, 已防止在器身干燥出炉后, 辐向上出现松动, 因撑条出现错位而导致受力不均衡。

2.1.4 段匝分配时尽量遵循等安匝设计原则, 当不满匝不够集中且数量较多时, 绕制时就难以实现将每一段都用纸垫条填满, 有条件的情况下可使用成型垫条填充, 以避免由于出现凹陷区而引起的轴向失稳。

2.2 从减小电动力的角度考虑

鉴于系统对变压器电压调整率的要求, 短路阻抗的数值一般为定值, 很难以增大短路阻抗的方式减小短路电流倍数。由此, 只能通过减小漏磁的手段来减小电动力。此时, 变压器线圈安匝平衡会显得格外重要。

2.2.1 调整线饼的段匝分配、排布可以有效减小绕组安匝不平衡程度:

对若干不同段匝分配方案分析可知, 当线圈横向漏磁幅值波动小且接近零时, 沿线圈轴向产生的电动力也会相应的较小。由此, 通过合理设计线圈所用导线的规格、线饼间油道的排列、不满匝段沿线圈轴向的分布形式可以有效增加绕组安匝平衡程度, 进而达到减小轴向电动力的目的。

2.2.2 在线圈中布置分接段会在调压过程中使线圈本身沿轴向的安匝发生变化而引起轴向电动力。

对此, 可以通过合理的布置独立调压线圈来有效地避免此现象的发生。采用螺旋式或纠结式的调压线圈的优势除了体现在冲击电压作用下具有合理的电容分布外, 也会在产品调压过程中因其自身电抗高度与主线圈一致且相对稳定等原因而使产品产生的电动力很小。另外对于中部采用“腰筒”结构的调压线圈, 其位置和高度对主线圈的漏磁影响较大, 需要将极限分接等状态下的受力分析考虑其中。

2.2.3 对于国内电厂用变压器, 通常采用在高压线圈中布置分接段的形式进行无励磁调压, 此时分接段的合理设计在减小电动力产生上影响明显。

首先是分阶段的位置, 通常将其布置在线圈端部会比布置在中部的电动力大4倍左右。而当已确定将分阶段位置布置在中断点处后, 合理的确定分接段的形式就显得格外重要。采用纠结式或双连续式分接段会使得分接变化时线圈的安匝得到重新分配, 与普通连续式的分接段形式比, 分接变化时引起的电动力会小很多。

3 结论

文章简要分析了电力变压器绕组在漏磁场中各种受力情况, 并对相关线圈损坏形式做了进一步说明, 最后提出线圈设计、制作过程中能够有效减小电动力的措施和方法。

摘要：文章分析了电力变压器线圈在电动力作用下损坏的几种形式, 并提出几点如何通过线圈结构的合理化设计来增加其机械强度的观点。

关键词：电力变压器,线圈,电动力,机械强度

自主改良加热线圈形状尺寸 篇2

关键词： 热处理；加热线圈；焊缝；力学性能

中图分类号： TG457.11

Abstract： In order to improve the quality of welded joint， reducing temperature difference during the different parts of the welded joint as the head of rail， rail web and the rail flange is our target of grain？refining. We analyzed all kinds of factors about temperature difference as induction coil’s shape and dimension， heating temperature， frequency and power in this experiment. The test results indicate that the induction coil’s shape and dimension is the basis of process parameter optimization. Hong-hai Welding Rail Plant， according to the level of roller line and the actual situation of power control cabinet， the shape size proportion of the induction coil is improved by ourselves. The microstructure and grain size of the weld have been improved remarkably.

Key words： heat treatment；induction coil；weld；mechanical properties

1改良热处理加热线圈的背景

为了检测焊缝热处理加热效果，对钢轨焊接接头取样分析钢轨显微组织和晶粒度，取样部位和尺寸如图1所示，铁标TB/T 1632—2014针对接头力学性能有关规定：轨头和轨底脚晶粒度不低于8级；三角区晶粒度不低于6级。正火后的热影响区宽度应在60～80 mm之间。

红海焊轨厂现先后对热处理的加热温度、电源功率、频率、冷却温度和喷风压力5个参数进行多次不同程度的排列组合，均难以完成对焊缝热处理的工艺参数调试，实现接头力学性能达标的目的。逐渐摸索出：受热处理设备性能参数的影响，功率和频率以及加热温度等搭配的选择性不够，加热线圈的形状以及比例尺寸对参数调试和加热效果有很大的影响，容易导致整个断面的接头加热不均匀。主要表现在：①三角区温度过高，但轨底脚温度过低（测温位置为轨脚边缘10 mm以内），轨底脚温度停留在800 ℃后就难以提升，对操作者作业精度要求较高；②因为轨底脚温度不够而轨脚奥氏体化不完全，导致轨底脚组织晶粒粗大，可以通过焊缝超声波探伤检测出轨底脚晶粒度粗大而引起的粗晶波；③加热时间过长而引起的热影响区宽度过宽，容易使接头在线路上出现类似马鞍形的外观尺寸缺陷。

从多个厂商采购的加热线圈都有着不同程度的匹配差异，难以找到合乎焊轨基地实际工况的理想线圈。因此自主改良热处理加热线圈至关重要。

2热处理加热线圈优化措施

2.1加热线圈改良的依据

基地钢轨焊接采用中频感应加热的方式，加热时不同部位有各自特点： 轨头截面尺寸较大，容易使温度停留在表面，难以达到轨头心部与表面同温。轨底脚边缘处与空气对流强烈，到磁化温度（770 ℃） 以后升温慢。轨腰下部的三角区升温快，散热慢，往往是整个断面温度最高的部位，但温度过高，容易导致晶粒长大。因此保持接头各个部位加热温度相差不大，即接头加热均匀性是改良加热线圈尺寸的出发点。

2.2加热线圈改良细节

对加热的重要工装器具——热处理加热线圈进行改造，原有感应圈以及尺寸如图 2中右侧所示，经过不断的进行修改和尝试，通过试验的方法来验证，最终确定得出的感应圈尺寸如图2左侧所示，两个加热线圈的不同之处在于：加热线圈轨底板的形状变化，呈圆弧状代替直线。轨头、轨腰、轨底脚部位与待加热钢轨各个部位的间距，具体尺寸见表1。优化后的线圈，线圈与钢轨轨底表面的距离增大，减缓了轨底三角区的温度上升速度；轨头部位距离增大，增加了轨头导热时间；轨底脚部位距离减小，保证了加热速度，降低了热量对流，使接头在全断面范围内更加均匀地加热。

3结果检验

3.1为正火工艺参数调试打下基础

为了达到了钢轨全断面加热均匀的目标，改善了加热线圈形状尺寸之后，根据钢轨个各个部位截面尺寸的不同，加热间距不同，保障了接头各个部位心部温度基本相同，建立了参数调试统一性，如实际加热过程中，以轨头温度为测量基准，兼顾了轨腰和轨底等部位的温度值，表2是简单确定了加热温度和喷风压力后，就可确定正火工艺参数，跟之前相比，以轨头加热温度为设置值，为了补偿轨底脚温度而采用大幅提高轨头加热温度的方式，但为了降低轨底三角区温度又采取降低轨头加热温度措施，改良加热线圈尺寸解决了这一矛盾。

3.2宏观检验

利用焊接接头的纵断面硬度试件，对接头进行宏观检验：接头热处理后的热影响区已覆盖原焊接影响区，见图3，以焊缝两侧软化区的内边界硬度值确定的热影响区（图3中双箭头标识）宽度为70 mm，符合60～80 mm的标准。

焊缝处晶粒度检验结果如图4所示，可见焊缝和热影响区显微组织为珠光体和铁素体，未见异常组织，利用焊缝的铁素体网进行晶粒度评级，轨头晶粒度为9 级，轨底中为 7.5 级，轨底角1和轨底角2均为 10级。

3.4日常生产中效果检验

改良后的加热线圈配套工艺参数，样品送专业机构检验合格以后，在生产过程中，对接头轨头和轨底部位日常监控，温控正常，轨头温度设置成910 ℃为控制温度，轨底脚温度可以提高至830 ℃左右，大幅高于770 ℃，表3是改良加热线圈后的生产监控数据，加热温度误差小，加热时间稳定，从而保障了钢轨焊缝热处理质量稳定。

4总结

（1）合理的钢轨闪光焊接头热处理参数能够科学提高焊缝质量，仅进行热处理工艺参数的调试难以实现力学性能达标的目的。

（2）热处理工艺参数调试应该基于合理形状尺寸的加热线圈。（3）自主改良热处理加热線圈更能符合焊轨基地实际工况的要求。

经颅磁刺激线圈结构设计分析综述 篇3

早在1980 年,Merton等人[1]通过表面电极,利用瞬时高压脉冲电流刺激人体大脑运动皮层,并在相应的部位几乎同步的检测到了运动诱发电位(moto evoked potential,MEP)。这种方法叫做经颅电刺激(transcranial electrical stimulation,TES),它存在一个很大的问题,就是这种瞬时大脉冲电流会让人体产生较强的不适感。1985 年,Barker和他的同事们[2]首次成功地利用瞬时大脉冲的外部磁场刺激人体大脑运动皮层和外围神经。这种非侵入性、无痛的磁场刺激方法叫做经颅磁刺激(transcranial magnetic stimula-tion,TMS)。相对于电刺激,经颅磁刺激更容易实现脑深部刺激,人体不适感很小且与人体无接触[3]。这种技术一经问世,便引起了强烈的反响,并迅速发展成为一种非侵入性的研究人体神经系统的强有力工具。经过三十余年的发展,经颅磁刺激已经被广泛地应用到科学研究和临床治疗领域,特别是重复经颅磁刺激(re-petitive transcranial magnetic stimulation,r TMS)在研究和治疗抑郁症、帕金森病、癫痫、神经性疼痛、脊髓损伤和脑卒中等临床疾病中发挥着重要的作用[4]。Ros-sini等人[5]总结了经颅磁刺激技术在未来临床应用中的3 个关键领域:在神经疾病的治疗中人为地改变大脑皮层的兴奋度,研究在认知任务中皮层区域的功能映射,治疗精神疾病。

经颅磁刺激仪有两个重要组成部分:提供大脉冲电流的能量发生装置和产生大脉冲磁场的刺激线圈。目前临床和科研中广泛使用的线圈有两种:圆形线圈和8 字型线圈。尽管这两种线圈具备很多的优点,但在需要精确刺激靶点神经区域的情况下,这两种线圈并不能提供良好的空间分辨率[5-6]。线圈产生的磁场在空间散布范围很大,这会刺激到目标区域以外的神经组织,产生无法预料的后果。而且线圈产生的磁场随着离开线圈表面距离的增加迅速衰减,所以无法对脑深部神经区域进行有效的刺激。为了提高磁场的聚焦性,并实现深部脑刺激,科学家们设计了多种线圈的结构。

本研究对不同的线圈结构进行分析研究,为以后磁刺激线圈的设计提供参照和依据。

1 经颅磁刺激线圈

1.1 圆形线圈

圆形线圈如图1所示,它是临床和实验中最常用的并已经实现商业化的线圈之一。它产生的磁场如图2(a)所示,围绕线圈的中心轴呈对称分布。线圈中心处电场强度为零,圆形线圈电场分布如图2(b)所示。电场强度的最大值出现在线圈的平均半径处。实验数据表明,随着线圈尺寸的增加,线圈的刺激深度增加,但磁场的聚焦性下降[7]。因此在线圈的设计中,应根据所需要的刺激深度和聚焦性要求,选择最优的线圈尺寸。

(线圈S结构:内径20 mm,外径62 mm,21匝)

1.2 “8”字形线圈

8字形线圈如图3所示,由两个共面的通有相反方向电流的圆形线圈组成。它所产生的磁场强度在空间的分布如图4 所示。它产生的电场分布如图5 所示。由图5可知,8字形线圈产生的电场有两类峰值:位于两线圈交界处的主峰和位于两侧的侧峰。主峰的幅值约为侧峰幅值的两倍。这一特性使得8字形线圈的聚焦性远优于圆形线圈。所以8字形线圈在实验和临床中的到了更广泛的应用[8-9]。陈勇等人[10]对8字形线圈的一些变形结构所产生的磁场进行了有限元分析,得到了适用于刺激平面区域和适用于精确刺激目标点的线圈结构。

(线圈D结构:内径56 mm(每环),外径87 mm,匝数9(×2))

1.33D微分线圈

3D微分线圈如图6所示,由三部分组成:8字形线圈单元、2个侧翼单元、1个底部单元。底部单元位于8字形线圈单元中心处,两个侧翼单元分别位于8 字形线圈单元的两侧,且与底部单元共面。8 字形线圈单元和底部单元产生用于磁刺激的磁场。两个侧翼单元中通有方向相反的电流,产生的磁场相互叠加,用于阻止磁场在空间的散布,提高聚焦性。与圆形线圈和8字形线圈相比,3D微分线圈产生的磁场的空间分辨率得到了很大的提高[11]。

1.4Slinky线圈

Slinky线圈结构的设计灵感来源于Richard Jame发明的机灵鬼(Slinky)螺旋弹簧玩具。Ren等人[12]的研究结果表明,这种特殊的线圈结构所产生的磁场与传统的线圈相比,具有更好的聚焦性。并且这种线圈的电感很小,这使得磁刺激中线圈消耗的能量大大减小[13]。Ren及其同事对不同环数的Slinky线圈(如图所示)进行建模计算,结果发现随着环数的增加,线圈产生的电场(如图8 所示)主峰值不断增加,侧峰值相对减小,这使得线圈的聚焦性得到了加强。

1.5多信道磁刺激线圈

多信道磁刺激线圈由多个小线圈组合而成,每个线圈产生的磁场相互叠加,产生用于磁刺激的磁场。通过调节每个线圈中电流的强度和方向,多信道线圈使得磁刺激操作人员可以人为地调制磁场在空间的三维分布形态,并且在不移动线圈的情况下改变刺激位置。通过这种方法,操作人员可以借助计算机辅助设备得到期望的磁场分布形态,并且同时刺激多个目标区域。小线圈磁场的相互矢量叠加能够极大的提高磁场的聚焦性。但是多信道线圈存在的一个严重缺陷,就是能量的高消耗率和低利用率。大部分的能量或者转化成了热量或者储存在了放电电容中,只有很小一部分传递到了所要刺激的目标区域中[14-16]。

1.6带有屏蔽板的8字形线圈

为了提高磁场聚焦性,研究人员设计的带有屏蔽板的8字形线圈[17]如图9(a)所示。该屏蔽板如图9(b)所示,由中央带有矩形窗口的铜板制作而成。该屏蔽板能阻止在在空间散布的磁场刺激到非目标区域的神经组织,只允许磁场从矩形窗口通过(带有屏蔽板的线圈磁场分布如图10 所示),刺激靶区神经组织。通过改变矩形窗口的尺寸,便可以得到不同的磁场空间分辨率。屏蔽板的引入极大地提高了磁场的聚焦性。

2 深脑刺激线圈

大量的研究结果表明,大脑的深部区域对于研究治疗抑郁、运动障碍和强迫症等疾病有至关重要的作用[18-21]。普通的线圈产生的电场是距离的函数,随着距离的增加,电场强度迅速衰减[22-25]。这使得传统的经颅磁刺激只能局限于大脑皮层表层。虽然通过增加电流的强度能够提高刺激深度,但目前商业化的磁刺激器还无法提供如此高强度的电流。而且太高强度的电流会产生难以预料的副作用。因此非常有必要设计专门应用于深脑刺激的线圈结构。

Roth等人[26-28]设计了H型线圈,并通过理论计算和体模测量来评估其性能。他们的研究结果显示,H型线圈能够在不增加电场强度的前提下有效地刺激深脑区域。特殊的线圈结构和较大的线圈尺寸使得H型线圈产生的电场衰减比较慢,所以它能够刺激到大脑内部5 cm~7 cm的区域,而且不会产生不适感和其他的不良反应。

一些设计人员提出在线圈中加入高磁导率的铁芯,这样可以大大增加磁场的强度,有限元分析结果证实了这种方法的可行性[29]。

另一种深脑刺激线圈:双锥型线圈如图11 所示。在8 字形线圈中两个圆形线圈共面,而在双锥型线圈中两个圆形线圈呈95°。这种特殊的角度设计和较大的线圈尺寸使得双锥型线圈产生的电场在大脑3 cm~4 cm处仍然能够保持足够的刺激强度[30-31]。

在深脑磁刺激中,神经组织中磁场的强度和磁场强度的衰减率与线圈各部分相对于大脑目标区域表面的方向有很大关系。研究人员使用容积导体研究这种关系的时候,发现线圈结构中垂直目标组织表面的那部分结构会在组织表面产生电荷,这些电荷的积累反过来又会减弱线圈产生的电场[32,33,34]。因此在设计深脑刺激线圈的时候要尽量使线圈的各部分结构平行于组织表面,减少线圈中与组织垂直的结构。另外,研究人员在刺激外围神经系统的时候发现,当磁场沿着神经纤维的方向施加刺激时,刺激效果比沿着其他方向要好。

3结束语

巧用线圈角色 速解自感问题 篇4

1 角色一：通电瞬间——线圈相当于无穷大电阻

【问题情境一】 如图1所示的电路，两灯泡规格相同，接通开关后调节电阻R，使两个灯泡亮度相同，然后断开电路，再次接通.

【现象】 再次接通的瞬间，A2先亮，A1逐渐亮起来.

【原因分析】 由于A2支路为纯电阻不产生自感现象，而线圈L中因为电流增大产生自感电动势，感应电流方向与原来电流方向相反，阻碍A1支路电流的增大.

【自感線圈角色分析】 自感线圈总是阻碍自身电流的变化即对变化电流有阻碍的作用，阻碍作用的大小叫感抗，类似于电路中的电阻.因此，在通电的瞬间，自感线圈就扮演了一个无穷大电阻的角色，阻碍电流的增大.但是只能暂时阻碍，不能阻止，线圈中的电流会从零逐渐增大到稳定值，所以A1支路的电流虽增大的慢一些，最终还是增大了，A1逐渐亮起来.

2 角色二：电路稳定后——线圈就是普通电阻

在【问题情境一】中，当电路再次稳定后，两个灯泡亮度仍然相等.

【自感线圈角色分析】 电流不再发生变化，自感线圈就不会再有自感电动势，这时候，线圈就是一个普通的电阻.具体的阻值以题目中交代的为准.通常有这几种情况：（1）导线，没有直流电阻.（2）阻值很小的电阻（3）与题目中某一个电阻阻值相等.

3 角色三：断电时——线圈充当电源角色

【问题情境二】 如图2所示的电路，灯泡与自感线圈并联在电路中，闭合开关稳定后，再断开开关.

【现象】 断开开关的瞬间，灯泡A逐渐变暗.有时灯泡A会闪亮一下，然后逐渐变暗.

【原因分析】 如图3所示，当电流处于稳定状态时，流过L的电流为I1=Er（电源内阻不计），方向由a→b；流过灯泡A的电流I2=ER，断开S的瞬间，I2立即消失，而由于线圈的自感，I1不会马上消失，线圈总力图维持I1的存在，所以线圈上产生一个b端为正、a端为负的自感电动势，与灯泡组成abcd回路，灯泡不会马上熄灭，甚至有时会闪一下再逐渐变暗.

【自感线圈角色分析】自感线圈总是阻碍自身电流的变化，因此，在断电的瞬间，自感线圈就产生了与原来方向相同的自感电动势，扮演了一个电源的角色，为灯泡供电.断电时，线圈中的电流方向不变，电流由原来稳定时的值逐渐减小，灯泡中的电流等于线圈中的电流，方向与线圈电流构成回路.

4 断电自感拓展分析

拓展一 断电前后灯泡中电流大小及方向的变化

【问题情境三】 如图3所示电路中，L为自感系数很大，电阻为RL的线圈，A为一阻值为RA的小灯泡，已知RL>RA，电源的电动势为E，内阻不计，某物理实验小组的同学们把S闭合一段时间后开始计时，记录各支路的电流，测得流过L的电流为i1，流过灯A的电流为i2，并在t1时刻将S断开，画出了通过灯泡A的电流随时间变化的图象（图4），你认为正确的是

解析 当S闭合时，由于RL>RA，故开始一段时间内，各支路电流之间的关系为i2>i1，流过灯A的电流方向从左向右，S断开时，由于L的自感作用，流经L的电流方向从左向右不变，大小由原来的i1逐渐减小，它与灯A构成闭合回路，由此可知灯A的电流方向与原来相反，大小与L中电流相同，即由i1逐渐减小，故A、B、C错，D对.

【情境说法】 断电瞬间，线圈充当电源，通过线圈的电流方向不变，大小由稳定时的值i1逐渐变小.通过A的电由线圈电流决定，大小与方向都发生了变化：大小i2变成i1，方向由从左向右变成从右向左.

拓展二 探讨灯泡“闪一下”的条件

【问题情境四】 如图5甲、乙电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡发光.下列判断正确的是

A.在电路甲中断开S，灯泡将渐渐变暗

B.在电路甲中断开S，灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗

C.在电路乙中断开S，灯泡将渐渐变暗

D.在电路乙中断开S，灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗

解析 选A、D.电路甲稳定时，IL=I灯，断开S时，线圈L与灯泡、电阻R组成临时回路，自感电动势阻碍电流减小，线圈及灯泡中电流逐渐减小，灯泡渐渐变暗，A正确，B错误.电路乙稳定时，IL>I灯，断开S时，线圈L与灯泡、电阻R组成临时回路，由于自感作用，线圈中电流逐渐减小，灯泡中电流与线圈中电流大小相等，先变为IL，后逐渐减小，所以灯泡先变得更亮，然后渐渐变暗，C错误，D正确.故选A、D.

【情境说法】

（1）关键点：断电前后灯泡中电流的比较.

（2）灯泡中的电流是突然变大还是变小（也就是说灯泡是否突然变得更亮一下），就取决于电路稳定时IL与I灯谁大谁小，也就是取决于灯泡电阻R和线圈直流电阻r谁大谁小.

①如果R>r，就有IL>I灯，灯泡会先变得更亮一下才熄灭.

②如果R=r，灯泡会由原亮度渐渐熄灭.

③如果R

5 巧用角色速解题

现在，可以用前面总结的方法，巧用线圈角色速解自感问题了.

【针对训练】 如图6所示的电路中，a、b、c为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关.关于三盏灯泡，下列说法正确的是

A.合上开关，c、b先亮，a后亮

B.合上开关一会后，a、b一样亮

C.断开开关，b、c同时熄灭，a缓慢熄灭

D.断开开关，c马上熄灭，b闪一下后和a一起缓慢熄灭

【思路探究】 （1）闭合S时，电路中形成几个回路？哪个回路中含有自感线圈？

（2）断开S时，线圈与哪些灯泡组成回路？

（3）利用角色分析：当电路接通瞬间，自感线圈相当于断路；当电路稳定时，相当于电阻，如果线圈没有电阻，相当于导线（短路）；当电路断开瞬间，自感线圈相当于电源.

（4）断电自感现象中，灯泡闪亮与否，要看断前L中的电流与灯泡中电流的关系.

解析 闭合开关S时，由于线圈L的自感作用，流过a灯的电流逐渐增大，所以a灯后亮，b、c灯与电源构成回路，所以b、c灯先亮.故A正确，合上开关一会后，电路稳定，L是一个直流电阻为零的自感线圈，可视为导线，a、b灯完全相同，并联电压相同，故a、b灯一样亮，故B正确.断开开关瞬间，a、b灯与线圈构成闭合回路.由于L的自感作用，a、b灯的电流要逐渐减小，故c灯马上熄灭，a、b灯缓慢熄灭，C错误.由于电路稳定时，a、b灯中电流相同，故b灯无闪亮现象，D错误.

线圈结构 篇5

硬绕组复形模端部材质及形状的改进。硬绕组电机定子成型线圈在制造中,有一个关键的工序就是:张形后的复形工序。硬绕组电机定子线圈复形的主要作用是:把线圈端部的形状校准到正确的形状,以保证嵌线后定子线圈端部尺寸的正确与整齐。

2 复形是在专门的复形模上进行的

早期传统的线圈复形模的端部是用硬木制造的,是木工师傅在一块方木上按成型线圈端部形状制造的。制造起来很麻烦且与复形模直线部分是用螺钉连接在一起的,使用时间长了就会松动连接起来时较困难。其整体结构如下图所示:

端部结构如下图所示:

这种复形模的端部制造周期长,制造困难,影响成型线圈的制造工期,进而影响电机的生产效率。

3 经改进后的线圈

现在经改进后的线圈复形模的端部用的材质是常用的普通碳素钢Q235-A;其结构是按照成型线圈端部弧度的形状加工出两付弧板,再根据成型线圈的尺寸要求计算出弧板的弧度、长度及角度。然后,把两付弧板按照要求与直线部分的角铁焊接起来并进行圆滑过渡。为增加弧板强度,在弧板底下与支板底脚之间焊接两根支撑肋,直线部分的角铁焊接在两侧支板上,两支板用两个侧板进行连接并焊接起来。值得注意的是端部弧板与直线部分角铁采用焊接技术连接,连接好后将直线角铁与端部弧板连接处修整平滑,光洁、圆滑过渡;表面粗糙度要达到要求时即可使用。这样能够使线圈在复形时不至破损影响线圈性能。复形模的所有零件加工起来很方便。连接起来很容易并且牢固耐用。整个复形模操作简单、实用、制造容易,而且能够满足批量生产的需要。成型线圈复形时,把拉好形的线圈放到复形模内,先矫正线圈直线部分,矫正好后把直线部分用复形模上胎压紧并夹紧,然后矫正线圈的端接部分,把线圈端部按复形模弧板的形状进行矫正。经过复形后,线圈的形状基本上可达到要求。线圈的几何形状基本一致。其整体结构如下图:

端部结构如下图:

4 结束语

经改进后的复形模端部制造起来容易。用这种复形模制造出来的成型线圈的形状、尺寸及几何形状能达到要求,缩短了电机成型线圈的制造工期,提高了电机的生产效率。

摘要：本文分析了硬绕组电机端部复形所需工艺装备复形模。介绍了复形模的工作原理并对其进行改进。改进后的模具提高工作效率。

关键词：硬绕组,复形模

参考文献

[1]章顺勤,胡夏夏等.超声波电机定子支撑部分的结构优化分析.机电工程,2008(9):45-47.

线圈结构 篇6

本文介绍的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈的结构型式(图2),规避了图1结构的缺点,是一种值得推广的结构型式。

1两种不同的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”变压器高压线圈结构型式介绍

为了满足环氧树脂浇注大型干式电力变压器线圈散热的要求,每层导线间都必须设置一个轴向的散热气道。因“有载调压”的调压范围为额定电压的20%(±4×2.5%),受干式真空有载调压开关(如MR)调压方式为端部线性调压和环氧树脂浇注工艺的限制,高压线圈的首头端子A和尾头端子B及所有的调压端子X0、X1……Xn必须从线圈的最外层引出,且所有的调压匝数必须集中排布。因此,如何在高压线圈最外层合理的布置所有的调压匝数,是保证高压线圈内部电场均匀的关键。

根据引进技术自行转化设计的10~35k V级环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈为多层两段的结构型式(以四层为例),见图1,其调压范围为35±4×2.5%,最小档电压31500V;最大档38500V。占额定电压20%的调压匝数均排布在高压线圈第Ⅱ段的最外层,调压段第Ⅱ段的匝数约占高压线圈总匝数的70%,首段(第Ⅰ段)约占高压线圈总匝数的30%。结构型式为两段四层极不均匀排布。

本文介绍的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈为多层四段的结构型式(以四层为例)。占额定电压20%的调压匝数分别排布在高压线圈第Ⅱ段和第Ⅲ段的最外层,调压段第Ⅱ段和第Ⅲ段的匝数分别占高压线圈总匝数的27%左右;调压段第Ⅰ段和第Ⅳ段的匝数分别占高压线圈总匝数的23%左右。结构型式为四段四层均匀排布。

2环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈两种结构形式的电场分布

以35k V高压线圈“Y”接,四层为例。

根据引进技术自行转化设计的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈为四层两段的结构型式内部电场分布:

层间电压:第Ⅰ段各层间电压均约为:Ucjy=(38500V-((38500V-31500V)×4)÷4)÷√3=1516V;第Ⅱ段各层间电压均约为:Ucjy=(38500V-31500V)÷√3=4041V。

段间电压:第二层段间电压(1和2之间)约为:Udjy12=1516V+4041V=5557V;第三层段间电压(3和4之间)约为:Udjy34=(1516V+4047V)×2=11126V;第四层段间电压(5和6之间)约为:Udjy56=(1516V+4027V)×3=16629V。

本文介绍的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈为四层四段结构型式的内部电场分布:

层间电压:第Ⅱ、Ⅲ段最大层间电压(第四层和第三层之间电压)约为:Ucjy=(38500 V-31500 V)÷√3÷2=2021V;第Ⅰ、Ⅳ段各层间和第Ⅱ、Ⅲ段其他层间电压约为:Ucjy=(38500 V-(38500 V-31500 V))÷√3÷14=1299V。

段间电压:第Ⅰ、Ⅳ段二层段间电压(1和2之间)约为:Udjy12=1299V×2=2598V;第Ⅰ、Ⅳ段三层段间电压(3和4之间)约为:Udjy34=1299V×4=5196V;第Ⅰ、Ⅳ段四层段间电压(5和6之间)约为:Udjy56=1299V×6=7794V;第Ⅱ、Ⅲ段三层段间电压(7和8之间)约为:Udjy12=2021V×2=4042V;第Ⅱ、Ⅲ段段二层段间电压(9和10之间)约为:Udjy34=2021V×2+1299V×2=6640V;第Ⅱ、Ⅲ段段四层段间电压(5和6之间)约为:Udjy56=2021V×2+1299V×4=9238V。

3结论

由以上数据可知:图1结构的第Ⅱ段各层间电压(4041V)约为第Ⅰ段各层间电压(1516V)的2.7倍,层间电场极不均匀;层间环氧树脂和空气的复合绝缘结构中气道的厚度就不能仅仅以满足温升为标准,重要的是要考虑其绝缘强度,因此辐向尺寸较大,造成整个高压线圈乃至整个变压器外形尺寸增加,耗材增加,损耗增加,即制造成本及运行成本增加。

图2结构仅第Ⅱ、Ⅲ段最外层(第四层)与第三层的层间电压为2021V,其他层间与第Ⅰ段和第Ⅳ段各层间电压均为1299V,层间电场分布均匀;层间环氧树脂和空气的复合绝缘结构中气道的厚度以满足温升为标准,在满足温升的请况下绝缘强度已经足够。

图1结构的最大段间电压(16629V)约为图2结构的最大段间电压(9238V)的1.8倍,段间场强比较集中;而图2段间场强则比较分散,电气性能较好。

因此,图2结构型式与图1结构型式相比,高压线圈的辐向及轴向尺寸减小,整个变压器外形尺寸减小,耗材减小,损耗减小,制造成本及运行成本都有大幅度的降低,是一种比较合理的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈结构型式。

摘要：介绍了一种电场分布较均匀的环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器高压线圈的结构型式和技术特点。

关键词：环氧树脂浇注大型干式“有载调压”电力变压器,高压线圈,结构型式,电场分布

参考文献

[1]张宜倜.变压器温升计算原理分析[J].变压器,2009,(09):130-131.

[2]龚宜祥.变压器绕组端部场强计算[J].变压器,2008,(12):125-126.

[3]陆士元.试论变压器的发展和玻璃纤维制品在干式变压器中的应用[J].玻璃纤维,2008,(02):87-88.

[4]唐碧芳,方维雄.10k V干式有载调压变压器故障分析[J].变压器,2007,(11):106-107

合闸线圈的保护方法 篇7

(1) 定期检查辅助开关。如发现定位有偏差应及时调整, 确保切换动作及时、准确、可靠。

(2) 定期检查合闸接触器触点。触点烧损严重时应及时处理, 防止粘连。

(3) 电动合闸操作时, 合适掌握合闸位置停顿时间, 停顿1 s比较合适。时间太短的话, 可能合不上闸;时间长了, 起不到保护作用。

(4) 短时间内, 不要多次进行电动合闸。因为合闸时合闸线圈电流大线圈发热, 要留给合闸线圈必要的散热时间, 防止其过热。

线圈结构 篇8

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.

线圈结构 篇9

【关键词】感应加热；涡流；ANSYS

Abstract：Research on induction coil heating device in eddy current problems.Through the ANSYS software to analyze the alternating current coil and check in the distribution of eddy current in the coil to produce metal parts.

Keyword： Induction heating； Eddy current； ANSYS

1、电磁感应加热原理

电磁感应加热是一种新的加热方式，其高效性、无污染等优点[1]决定了其在未来工业加热装置突出地位。感应加热装置利用线圈中交变电流产生的涡流对金属工件进行加热。线圈中通入特定的频率的交流电流时，线圈产生相同频率的交变磁场，由楞次定律可知交变的磁场作用到金属工件中，会在工件中产生涡流[2]，其涡流对工件进行加热。

2、ANSYS模拟感应线圈产生涡流

通过文献[2]可知加热装置中电流频率、线圈匝数、线圈和料筒尺寸对涡流的产生有着直接的影响，运用ANSYS有限元分析软件模拟感应加热装置中线圈产生的涡流。取一段机筒模型进行分析材料45钢：机筒外经φ120mm，机筒内径φ50mm；线圈尺寸：内径φ122mm，外径：φ140mm截面尺寸：50mmx20mm；电流频率f：10kHz，线圈电流密度Js：1×105A/m2，网格划分的好坏直接影响到分析的结果，网格划分过细得到及结果更加精确，但过细的网格占用大量的系统资源和分析时间。网格划分只需根据实际情况设定参数[3]。电磁场有限元分析中，材料的各种参数都是分线性的对分析结果具有一定的影响，选择准确的材料参数是得到准确结果的关键。线圈、机筒、空气单元类型为SOLID97，在常温下机筒材料属性[4]相对磁导率：200，电阻率为15.33E-8，保温棉以空气代替。将各材料参数加载到物理模型中对模型进行网格划分，得到有限元模型如图1

2.3线圈产生的涡流

通过加载给定的线圈电流密度Js、电流频率f载荷，然后求解。通过查看分析后处理得到线圈通入交变电流时产生的磁感应强度B的云图分布如图（2）。

线圈在機筒内产生的涡流密度分布如图（3）

3、结束语

本文主要研究了电磁感应加热装置中线圈产生涡流的问题。运用ANSYS有限元分析软件对线圈内涡流进行模拟分析，直观的反应出线圈产生的磁感应强度B、涡流的分布。

参考文献

[1]常士家，注射机料筒电磁感应加热温度数学模型及数值模拟的研究[D].北京：北京化工大学，2010：11-36.

[2]梁文林.感应加热装置[M].北京；机械工业出版社，1981：7-20.

[4]孙朝明，徐彦霖.有限元方法用于涡流电磁场计算的有效性分析[J].无损检测，2006， 28（11）：561-564.

电磁阀线圈的改进 篇10

黄骅港的翻车机液压系统中, 用到了大量的电磁阀, 电磁阀的驱动电压采用直流24V。电磁阀线圈的防护等级较高, 密封较好, 但是由于翻车机作业环境恶劣, 煤块经常冲击电磁阀线圈插头, 造成线圈接线柱经常裸露在外, 再加上翻车机作业时为了抑尘必须洒水, 所以经常出现线圈接线柱腐蚀断裂的情况, 严重影响生产的顺利进行。

二、线圈插头腐蚀原因分析

由于接线柱处有水存在, 且水中含有盐分, 充当了电解质的作用, 不可避免地出现了原电池反应。

1. 对于负极, 在线圈通电的过程中, 电子全部流向负

极, 负极的接线柱表面腐蚀电流降至零或接近于零, 这样就抑制了接线柱失去电子的作用, 从而防止了接线柱的腐蚀。所以接线柱的负极都是完好无损的。

2. 对于正极, 情况则相反, 不但没有阴极保护, 反而

成了“牺牲阳极的阴极保护法”中被牺牲的阳极, 化学反应方程式为:Cu-2e=Cu2+。

因此, 即使化学性质并不活泼的铜, 也很快被腐蚀, 接线柱出现断裂, 造成故障停机。

三、改进措施

在现有线圈接线柱上镀一层锡, 如图1所示。

锡是一种比铜活泼的金属, 并且由于其熔点比较低, 非常容易操作, 用普通的电烙铁就可以完成接线柱的镀锡工作。在接线柱上镀锡后, 在原电池反应中, 锡充当了阳极, 铜充当了阴极, 从而受到了保护。这样, 可以大大延长线圈接线柱的寿命, 节约了备件成本, 降低了故障率。

四、改进成效