Номер патента: 2309

Опубликовано: 28.02.2002

Автор: Леийон Матс

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Электромагнитное устройство, содержащее, по меньшей мере, одну магнитную цепь (1) и, по меньшей мере, одну электрическую цепь (2, 3), имеющую, по меньшей мере, одну обмотку (4, 5), причем магнитная и электрическая цепи индуктивно связаны друг с другом, а также схему (7) управления для осуществления управления его работой, отличающееся тем, что схема (7) управления выполнена с возможностью управления частотой, амплитудой и/или фазой электрической энергии, подводимой к устройству и отводимой от него с помощью содержащихся в ней средств (9) для управления магнитным потоком в магнитной цепи, причем, по меньшей мере, одна обмотка (4, 5) или, по меньшей мере, ее часть выполнена из кабеля, имеющего, по меньшей мере, один электрический проводник (42) и изоляционную систему, содержащую электрическую изоляцию (44), образованную сплошным изоляционным материалом, под изоляцией находится внутренний слой (43), а снаружи изоляции - наружный слой (45), причем эти слои выполнены из полупроводникового материала, при этом, по меньшей мере, один электрический проводник (42) расположен внутри внутреннего слоя (43), а электропроводность внутреннего слоя меньше электропроводности электрического проводника и достаточна для выполнения этим слоем функции уравнивания электрического поля снаружи внутреннего слоя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства управления содержат, по меньшей мере, одну обмотку (9) управления, индуктивно связанную с магнитной цепью.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что схема (7) управления предназначена для управления магнитным сопротивлением магнитной цепи.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что схема управления предназначена для добавления магнитного потока к магнитному потоку магнитной цепи.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в магнитную цепь включен материал с магнитной проницаемостью более 1, при этом схема (7) управления предназначена для управления магнитным сопротивлением магнитной цепи путем изменения магнитной проницаемости одной или более таких зон магнитной цепи, которые обладают переменной магнитной проницаемостью.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что зона или зоны, обладающие переменной магнитной проницаемостью, содержат один или более зазоров в магнитной цепи.

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что обмотка (4, 5) является воздушной обмоткой.

8. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что обмотка навита вокруг магнитного сердечника (6).

9. Устройство по любому из пп.2-8, отличающееся тем, что обмотка (9) управления и обмотка (4, 5) электрической цепи расположены так, чтобы через них проходил, по существу, один и тот же магнитный поток.

10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что оно представляет собой реактор, способный управлять посредством, по меньшей мере, одной обмотки управления частотой, амплитудой и/или фазой электрической энергии, переносимой по обмотке (4,5) электрической цепи.

11. Устройство по любому из пп.1-8 или 10, отличающееся тем, что электрическая цепь (2) содержит, по меньшей мере, две обмотки (23, 24), соединенные последовательно, при этом магнитная цепь обеспечивает наличие, по меньшей мере, двух альтернативных путей (18, 19) магнитного потока, причем, по меньшей мере, одна обмотка управления предназначена для управления магнитным потоком так, чтобы он шел по любому из указанных путей или по ним обоим, а две обмотки электрической цепи расположены таким образом, что одна из них может отключаться от магнитного потока посредством указанной, по меньшей мере, одной обмоткой управления.

12. Устройство по любому из пп.1-9 или 11, отличающееся тем, что магнитная цепь расположена в статоре или роторе вращающейся электрической машины.

13. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что магнитная цепь (1) представляет собой магнитную цепь трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки (4, 5), причем первичная и вторичная обмотки, а также обмотка (9) управления расположены так, чтобы через них проходил один и тот же магнитный поток.

14. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что магнитная цепь представляет собой магнитную цепь трансформатора, причем вторичная обмотка трансформатора содержит, по меньшей мере, две соединенных последовательно части обмотки, магнитная цепь обеспечивает наличие, по меньшей мере, двух альтернативных путей (18, 19) магнитного потока, а, по меньшей мере, две существующих обмотки (9b1, 9b2, 9с1, 9с2) управления предназначены для управления магнитным потоком так, чтобы он шел по одному или обоим указанным путям, причем две части вторичной обмотки расположены таким образом, что одна из них может отключаться от магнитного потока посредством обмоток управления.

15. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что оно содержит магнитный сердечник, имеющий, по меньшей мере, три соединенных параллельно стержня, причем через два из них проходят различные пути магнитных потоков, в то время как третий стержень является общим для двух путей магнитных потоков.

16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что изоляционная система снаружи изоляции содержит наружный слой (45), электропроводность которого выше, чем у изоляции, что делает наружный слой способным при его заземлении или же при соединении с относительно низким потенциалом выполнять функцию уравнивания потенциала.

17. Устройство по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что наружный слой (45) расположен так, что он, по существу, заключает внутри себя электрическое поле, создаваемое указанным электрическим проводником (42).

18. Устройство по любому из пп.1-17, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и сплошная изоляция обладают, по существу, подобными тепловыми свойствами.

19. Устройство по любому из пп.1-18, отличающееся тем, что наружный слой (45) и сплошная изоляция обладают, по существу, подобными тепловыми свойствами.

20. Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один кабель образует, по меньшей мере, один индуктивный виток.

21. Устройство по любому из пп.1-20, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) имеют удельное сопротивление в диапазоне 10-6 Ом ъ см -100 кОм× см, годное 10-3-1000 Ом ъ см, предпочтительное 1-500 Ом ъ см.

22. Устройство по любому из пп.1-21, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) имеют сопротивление, которое на 1 метр длины проводника/изоляционной системы составляет 50 мкОм - 5 МОм.

23. Устройство по любому из пп.1-22, отличающееся тем, что сплошная изоляция (44), внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) выполнены из полимерных материалов.

24. Устройство по любому из пп.1-23, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) и сплошная изоляция (44) жестко связаны друг с другом, по существу, по всей поверхности раздела для обеспечения также сцепления между ними при изгибе и изменении температуры.

25. Устройство по любому из пп.1-24, отличающееся тем, что сплошная изоляция, внутренний слой и/или наружный слой выполнены из материалов, обладающих высокой эластичностью, способствующей их взаимному сцеплению при деформациях в течение работы.

26. Устройство по любому из пп.1-25, отличающееся тем, что сплошная изоляция, внутренний слой и/или наружный слой выполнены из материалов, имеющих, по существу одинаковые модули эластичности (Е - модули).

27. Устройство по любому из пп.1-26, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) и сплошная изоляция (44) выполнены из материалов, имеющих, по существу, одинаковые коэффициенты теплового расширения.

28. Устройство по любому из пп.1-27, отличающееся тем, что проводник (42) и его изоляционная система составляют обмотку, образованную гибким кабелем (41).

29. Устройство по любому из пп.1-28, отличающееся тем, что внутренний слой (43) находится в электрическом контакте, по меньшей мере, с одним электрическим проводником (42).

30. Устройство по п.29, отличающееёя, тем, что, по меньшей мере, один электрический проводник (42) содержит ряд жил, причем, по меньшей мере, одна жила электрического проводника (42), по меньшей мере, частично не изолирована и находится в электрическом контакте с внутренним слоем (43).

31. Устройство по любому из пп.1-30, отличающееся тем, что проводник (42) и его изоляционная система предназначены для высокого напряжения свыше 10 кВ, в частности, свыше 36 кВ и, предпочтительно, выше 72,5 кВ.

32. Устройство по п.12, отличающееся тем, что магнитная цепь содержит один или более магнитный сердечник (48) с пазами (50) для обмотки (41).

33. Устройство по любому из пп.12 или 31-32, отличающееся тем, что оно представляет собой генератор, двигатель или синхронный компенсатор.

34. Устройство по любому из пп.12 или 32-33, отличающееся тем, что оно непосредственно без промежуточного трансформатора подключается к силовой энергосети, работающей под высоким напряжением, порядка 36 кВ и более.

35. Устройство по любому из пп.11 или 13-31, отличающееся тем, что оно представляет собой силовой трансформатор или реактор.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область техники Настоящее изобретение относится к электромагнитному устройству, содержащему, по меньшей мере, одну магнитную цепь и, по меньшей мере, одну электрическую цепь, включающую, по меньшей мере, одну обмотку, причем упомянутые цепи индуктивно связаны друг с другом, а устройство содержит схему управления для управления его работой. Электромагнитное устройство может использоваться в любой электротехнической схеме. Оно может работать в диапазоне мощностей от ВА до 1000 МВА. Высокие напряжения используются, среди прочих применений, в современных высоковольтных линиях электропередач. В соответствии с первым аспектом изобретения, рассматривается вращающаяся электрическая машина. Такие электрические машины включают синхронные машины, используемые,в основном, в качестве генераторов в схемах распределительных и передающих сетей, называемых ниже, энергосетями или энергосистемами. Синхронные машины используют также в качестве двигателей, а также для фазовой компенсации и регулирования напряжения при использовании их в качестве машин холостого хода. Такие машины относятся к области техники, охватывающей также машины с двойным питанием, асинхронные конвертерные каскады,машины с явными полюсами, машины с синхронными магнитными потоками и асинхронные падины. В соответствии со вторым аспектом изобретения, электромагнитное устройство образовано силовым трансформатором или реактором. Трансформаторы используют во всех системах распределения и передач электроэнергии, и они служат для обмена электроэнергией между двумя или более энергосистемами, для чего применяют хорошо известную электромагнитную индукцию. Относящиеся к настоящему изобретению трансформаторы принадлежат к классу так называемых силовых трансформаторов с номинальной мощностью от нескольких сотен КВА до более 1000 МВА и номинальным напряжением от 3-4 кВ до очень высоких передаваемых напряжений - от 400 до 800 кВ или выше. Хотя нижеследующее описание существующего уровня техники, имеющего отношение ко второму аспекту изобретения, касается, главным образом, силовых трансформаторов, настоящее изобретение применимо также к реакторам, которые могут быть однофазными или трехфазными. Что касается изоляции и охлаждения реакторов, то они такие же как и для трансформаторов. Таким образом, изобретение применимо к изолированным от воздуха и масла, самоохлаждаемым, охлаждаемым маслом под давлением и т.д. реакторам. Хотя реакторы имеют одну обмотку на фазу и могут быть с магнитным сердечником и без него, описание 2 уровня техники, тем не менее, в большой степени относится также к реакторам. По меньшей мере, одна обмотка электрической пени может быть в некоторых примерах осуществления воздушнонамотанной, т.е. без сердечника, но, как правило, такая обмотка включает магнитный сердечник из пакета обычных или ориентированных пластин или из другого, например, аморфного или на основе порошка материала, обеспечивающих переменный магнитный поток, и саму обмотку. Трансформатор на основе такой цепи часто предусматривают с какой-либо охлаждающей системой. В случае вращающейся электрической машины обмотка может находиться в статоре или роторе или там и там. Проблема известных конструкций электромагнитных устройств упомянутого типа заключается в том, что в них относительно сложно обеспечить эффективное регулирование ряда определенных параметров, и в том, что такие схемы регулирования (управления) относительно дороги. Известно предусмотрение в генераторах схемы управления рабочими параметрами с помощью обмотки возбуждения. Если ротор содержит электромагниты, такая обмотка возбуждения выполняется на роторе, что удорожает и усложняет конструкцию. Если ротор содержит постоянные магниты, такое управление с помощью обмотки возбуждения практически невозможно. Вс это, конечно, в целом усложняет осуществление такого управления в целом,а также особенно тонкое регулирование, в частности. Проблема известных устройств состоит ещ и в том, что сама технология изготовления обмоток является дорогостоящей. В известных устройствах имеют место существенные потери энергии, что связано с некоторыми ограничениями по расположению обмоток в магнитной цепи. Краткое изложение сущности изобретения Задачей настоящего изобретения является создание способов упрощения и усовершенствования управляемой работы электромагнитных устройств, в соответствии с ограничительной частью приложенного п.1 формулы изобретения, а также улучшения условий рационального изготовления и монтажа обмоток. Основная задача настоящего изобретения решается с помощью схемы управления, содержащей средства для управления магнитным потоком в магнитной цепи с целью управления частотой, амплитудой и/или фазой, относящимся к энергии, подводимой к устройству и отводимой от него. Таким образом, основная концепция настоящего изобретения заключается в создании возможности управления работой устройства путем непосредственного воздействия на магнитный поток в магнитной цепи. Это позволяет создать очень рациональную и недорогую кон 3 струкцию устройства и, кроме того, получить увеличенные возможности управления устройством с целью его оптимальной работы. В соответствии с особенно предпочтительным примером осуществления изобретения,средства управления содержат, по меньшей мере, одну обмотку управления, индуктивно связанную с магнитной цепью. Соответственно,схема управления может работать через обмотку управления, при этом требуемое управление магнитным потоком в магнитной цепи осуществляется через упомянутую обмотку путем приложения через последнюю таких управляющих параметров, которые в требуемой степени воздействуют на упомянутый магнитный поток. Обмотка управления может быть даже короткозамкнутой. В таких случаях магнитный поток в определенных вариантах осуществления может не пройти через эту обмотку. В зависимости от схемы магнитной цепи может иметь место частичная или полная блокировка магнитного потока. Примерами управляющих функций, которые могут быть получены при использовании настоящего изобретения являются изменение напряжения и стабилизация напряжения, устранение переходных процессов, демпфирование колебаний энергетических параметров в энергосистеме, фильтрация гармоник, регулирование частот и регулирование фаз (предусмотрена возможность отдельного управления для фаз). Схема управления, в соответствии с изобретением, может быть приспособлена для увеличения магнитного потока в магнитной цепи, т.е. схема управления может работать при прямом подводе энергии. Управление магнитным потоком в магнитной цепи, в соответствии с изобретением, например, в трансформаторе, означает возможность осуществления требуемого контроля напряжения вторичной обмотки, несмотря на нежелательные колебания первичного напряжения или нагрузки на вторичную обмотку. Другие детали и преимущества управления магнитным потоком в магнитной цепи будут очевиднее из нижеследующего подробного описания. Также, в соответствии с изобретением, по меньшей мере, одна из обмоток электромагнитного устройства или, по меньшей мере, часть такой обмотки содержит, по меньшей мере,один гибкий электрический проводник, имеющий оболочку, которая, обладая магнитной проницаемостью, способна, по существу, заключать в себе электрическое поле, существующее вокруг проводника. Другими словами,это означает, что гибкий проводник и его оболочка (в форме изоляционной системы) представляют собой гибкий кабель. Это дат существенные преимущества при изготовлении и монтаже таких обмоток по сравнению со стандартными жесткими обмотками заданной фор 002309 4 мы, изготавлявшимися до сих пор. Изоляционная система, в соответствии с изобретением, не содержит, кроме того, газообразные и жидкие изоляционные материалы. Поскольку существующее вокруг проводника кабеля электрическое поле, по существу,заключено, в соответствии с изобретением, в изоляционную систему, снижаются имеющие место потери настолько, что устройство может работать с более высокой эффективностью. Снижение потерь ведт, в свою очередь, к уменьшению температуры устройства и, соответственно, к уменьшению потребности в охлаждении, и позволяет конструировать более простые, чем до изобретения, возможно используемые охлаждающие устройства. Что касается аспекта изобретения, относящегося к вращающимся электрическим машинам, то оно делает возможной работу машины при таком высоком напряжении, что отпадает необходимость в использовании стандартных повышающих трансформаторов. Это означает,что машина может работать при значительно более высоком напряжении по сравнению с известными машинами, что позволяет непосредственно включать машину в силовые сети. Это подразумевает значительное уменьшение капиталовложений в системы с вращающей электрической машиной при увеличении полной эффективности всей системы. Изобретение устраняет необходимость отдельных контрольных измерений поля в определнных зонах обмотки, которые были обязательнымив известных устройствах. Другое преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет более просто обеспечить подмагничивание и перемагничивание, с целью уменьшения реактивных эффектов,имеющих место при несовпадении фаз напряжения и тока по отношению друг к другу. Что касается аспекта изобретения, относящегося к силовому трансформатору/реактору, то оно, прежде всего, устраняет необходимость заполнения маслом силовых трансформаторов и, соответственно, связанные с этим проблемы и недостатки. Конструкция обмотки такова, что она содержит, по меньшей мере, вдоль части ее длины изоляцию из сплошного изоляционного материала, причем внутри изоляции находится внутренний слой, а снаружи ее наружный слой, причм оба указанных слоя выполнены из полупроводникового материала, что позволяет заключить электрическое поле всего устройства внутри обмотки. Используемый здесь термин"Сплошной изоляционный материал" означает,что обмотка не предусмотрена с жидкой или газообразной изоляцией, например, в случае жидкости в виде масла. В настоящем случае изоляцию выполняют из полимерного материала. Указанные внутренний и наружный слои также выполняют из полимерного, хотя и полупроводникового материала. 5 Внутренний слой и сплошная изоляция жестко связаны друг с другом, по существу, по всей поверхности раздела. Наружный слой и сплошная изоляция также жестко связаны друг с другом, по существу, по всей поверхности раздела между ними. Внутренний слой, благодаря полупроводниковым свойствам, выполняет функцию уравнивания потенциала и, соответственно, уравнивания электрического поля снаружи этого слоя. Наружный слой также выполняют из полупроводникового материала, при этом его электропроводность, по меньшей мере, выше, чем изоляция, вследствие чего при его заземлении или при подсоединении к относительно низкому потенциалу он выполняет функцию уравнивания потенциала и, по существу, заключает в себе электрическое поле проводника. С другой стороны, удельное сопротивление наружного слоя должно быть достаточным, чтобы свести к минимуму электрические потери в нем. Жесткая взаимосвязь между материалом изоляции и внутренним и наружным полупроводниковыми слоями должна быть одинаковой по всей поверхности раздела между ними с тем,чтобы вдоль нее не образовывались полости,поры и т.п. Высокие напряжения, используемые в изобретении, и связанные с ними электрические и тепловые нагрузки, побуждают предъявлять очень высокие требования к изоляционному материалу. Известно, что так называемые частичные разряды (PD) являются серьезной проблемой для изоляционного материала в высоковольтных установках. В случае появления в изолирующем слое полостей, пор и т.п. при высоких напряжениях могут возникнуть внутренние коронные разряды, вызывающие постепенное ослабление свойств изоляционного материала с последующим, в результате, электрическим пробоем изоляции. Это может привести к серьезным неисправностям электромагнитного устройства. Таким образом, изоляция должна быть однородной. Расположенный внутри изоляции внутренний слой должен иметь более низкую, чем у проводника, электропроводность, но достаточную, чтобы этот слой выполнял функцию уравнивания потенциала и, соответственно, электрического поля снаружи этого слоя. Такая функция внутреннего слоя в комбинации с его жесткой связью с изоляционным материалом, практически, по всей поверхности их раздела при отсутствии упомянутых полостей, пор и т.п. обеспечивает одинаковое электрическое поле снаружи внутреннего слоя и минимальный риск частичных разрядов. Предпочтительно, чтобы внутренний слой и сплошная изоляция были выполнены из материалов, по существу, с равными коэффициентами теплового расширения. То же предпочтительно для наружного слоя и сплошной изоляции. Это означает, что внутренний и наружный слои и сплошная электрическая изоляция обра 002309 6 зуют изоляционную систему, которая при изменениях температуры будет равномерно, как единое целое, расширяться и сжиматься без какого-либо разрушения или разъединения в зоне поверхности раздела, вызываемых до сих пор изменениями температуры. Таким образом, гарантируется плотный поверхностный контакт между поверхностями внутреннего и наружного слоев и сплошной изоляции и созданы условия для поддержания такого контакта в течение длительных рабочих периодов. Должен гарантироваться также указанный контакт, т.е. сцепление между, по меньшей мере, внутренним слоем и сплошной изоляцией и, предпочтительно, также между наружным слоем и сплошной изоляцией при сгибах проводника и изоляционной системы. Следует указать, что кабель должен обладать такой сгибаемостью или гибкостью, чтобы при навивании из него обмотки радиус кривизны в местах его сгиба составлял менее 25-ти диаметров кабеля, предпочтительно менее 15-ти его диаметров. Наиболее предпочтительно, чтобы радиус кривизны в местах сгиба кабеля был менее или, по существу, равен 8 ми его диаметрам. Важно, чтобы изоляционная система состояла из материалов, обладающих хорошей эластичностью. Модуль эластичности (Емодуль) материалов должен быть относительно низким, т.е. сопротивление материала деформации должно быть относительно низким. С целью избежания опасных напряжений сдвига в зоне поверхности раздела между различными слоями изоляционной системы, предпочтительно, чтобы эластичность указанных слоев была,по существу, равной. Вследствие того, что расположенные внутри и снаружи вокруг изоляции внутренний и наружный слои из полупроводникового материала будут стремиться образовывать, по существу, эквипотенциальные поверхности (поверхности равных потенциалов), а электрическое поле, в результате, будет распределяться относительно равномерно по толщине изоляции,электрическая нагрузка на изоляционную систему будет уменьшенной. Известны, сами по себе, высоковольтные кабели для передачи электроэнергии с проводниками с изоляцией из сплошного материала,предусмотренной с внутренним и наружным слоями из полупроводникового материала. Давно известно, что в изоляции для проводников,служащих для передачи электроэнергии, не должно быть дефектов. Однако в высоковольтных кабелях упомянутого назначения электрический потенциал не изменяется вдоль длины кабеля, оставаясь, в основном, на одном и том же уровне. Также, однако, в таких высоковольтных кабелях, вследствие кратковременных явлений, таких как разряд, может возникнуть мгновенная разница потенциалов. В соответствии с настоящим изобретением, в качестве об 7 мотки в электромагнитном устройстве используют гибкий кабель, определнный приложенными пунктами формулы изобретения. Дополнительного усовершенствования можно достичь путем выполнения проводника обмотки из меньших по размеру так называемых жил, по меньшей мере, некоторые из которых изолированы друг от друга. Благодаря выполнению жил с относительно небольшим,предпочтительно, почти круглым сечением,пронизывающее их магнитное поле будет иметь постоянную конфигурацию, а случаи вихревых токов будут сведены до минимума. В соответствии с изобретением, обмотку изготавливают, предпочтительно, в виде кабеля,содержащего, по меньшей мере, один проводник и ранее описанную здесь изоляционную систему, внутренний слой которой расположен вокруг жил проводника. Снаружи указанного внутреннего полупроводникового слоя расположена основная изоляция кабеля в виде сплошного изоляционного материала. Наружный полупроводниковый слойоболочка, в соответствии с изобретением, обладает электрическими свойствами, гарантирующими уравнивание потенциала вдоль проводника. Однако наружный слой может не обладать такими электропроводящими свойствами,вследствие чего наведнный ток пойдет вдоль поверхности, что может вызвать потери, которые, в свою очередь, могут создать нежелательную тепловую нагрузку. Величины сопротивлений при 20 С внутреннего и наружного слоев,определнные в пп. 22 и 23 формулы изобретения, являются обоснованными. Внутренний полупроводниковый слой должен иметь достаточную электропроводность, чтобы гарантировать уравнивание потенциалов электрического поля,но одновременно этот слой должен иметь такое сопротивление, чтобы гарантировать охват электрического поля. Важно, чтобы внутренний слой выравнивал неровности на поверхности проводника и образовывал очень чисто отделанную эквипотенциальную поверхность (поверхность равных потенциалов) у поверхности раздела со сплошной изоляцией. Внутренний слой может быть выполнен переменной толщины, но с гарантированной ровной поверхностью, граничащей с проводником и сплошной изоляцией, причем соответствующая толщина составляет 0,5-1 мм. Такой гибкий обмоточный кабель, который используют, в соответствии с изобретением, в электромагнитном устройстве, является усовершенствованием кабеля с изоляцией из сетчатого полиэтилена (XLPE кабель) или из этиленпропиленового каучука (ЕР каучук). Усовершенствование содержит новую конструкцию жил проводников и кабеля, причем кабель, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления не имеет наружной оболочки для его механической защиты. Однако, изобретение 8 позволяет расположить проводящий металлический экран и внешнюю оболочку снаружи наружного полупроводникового слоя. Металлический экран будет выполнять функцию внешней механической и электрической защиты кабеля,например, от разрядов. Предпочтительно, чтобы внутренний полупроводниковый слой располагался в зоне потенциала проводника. С этой целью, по меньшей мере, одна из жил проводника должна быть не изолирована и расположена так,чтобы она имела хороший электрический контакт с внутренним полупроводниковым слоем. С другой стороны, различные жилы могут альтернативно располагаться в электрическом контакте с указанным внутренним слоем. Изготовление трансформаторных или реакторных обмоток из упомянутого кабеля связано с существенными различиями в распределении электрического поля в стандартных силовых трансформаторах/реакторах и силовом трансформаторе/реакторе, в соответстии с изобретением, значительное преимущество выполненной из кабеля обмотки, в соответствии с изобретением, состоит в том, что электрическое поле заключено в обмотке и что электрическое поле отсутствует снаружи наружного полупроводникового слоя. Электрическое поле, создаваемое токонесущим проводником, имеет место только в сплошной основной изоляции. С конструктивной и производственной точек зрения это дает следующие значительные преимущества: обмотки трансформатора могут быть выполнены, не принимая во внимание любое распределение электрического поля, а перемещение жил, упомянутое при описании уровня техники, не применяется; сердечник трансформатора может быть выполнен, не принимая во внимание любое распределение электрического поля; для электрической изоляции обмотки не требуется масло, т.е. средой, окружающей обмотку, может быть воздух; отсутствуют специальные связи, требующиеся для электрического соединения между наружными соединениями трансформатора и непосредственно связанными катушками/обмотками, поскольку электрическое соединение, в отличие от стандартных установок,интегрировано с обмоткой; технология производства и испытаний силового трансформатора, в соответствии с изобретением, значительно проще используемой для стандартного силового трансформатора/реактора, поскольку в настоящем случае не требуются пропитка, сушка и вакуумные обработки, упомянутые при ссылке на известное устройство, что существенно сокращает время на изготовление трансформатора. При применении изобретения к вращающейся электрической машине достигается существенно уменьшенная тепловая нагрузка на 9 статор. Таким образом, временные перегрузки машины будут менее критическими, что позволит работать машине при перегрузке в течение длительного периода без риска возникновения неисправности. Это дает значительные преимущества владельцам силовых генерирующих установок, которые оперативно, в случае производственных нарушений, быстро подключают установку к другому оборудованию, удовлетворяя тем самым требованиям поставки энергии,установленным законом. В случае использования вращающейся электрической машины, в соответствии с изобретением, могут быть значительно снижены эксплутационные расходы, поскольку в схему подключения машины к силовой энергосети не включаются трансформаторы и прерыватели цепи. Выше упоминалось, что наружный полупроводниковый слой обмоточного кабеля заземляется, т.е. подключается к потенциалу земли. Это делается для того, чтобы этот слой поддерживался, в основном, под потенциалом земли на протяжении всей длины кабеля. Допускается разделение указанного наружного слоя путм его разрезания на ряд частей, распределенных вдоль длины обмоточного кабеля, при этом каждая отдельная часть этого слоя заземляется,подключаясь к потенциалу земли. Таким способом обеспечивается лучшая равномерность заземления кабеля вдоль его длины. Как упоминалось, сплошная изоляция и внутренний и наружный слои могут быть получены, например, экструзией. Однако, могут применяться с успехом и другие способы их изготовления, например, формирование упомянутых слоев и изоляции путм напыления материала на проводник/обмотку. Предпочтительно, чтобы обмоточный кабель был выполнен круглого сечения. Однако,если требуется достичь лучшей плотности его укладки, могут использоваться и другие его сечения. Для обеспечения повышения напряжения во вращающейся электрической машине кабель располагают в пазах магнитного сердечника несколькими последовательными витками. С целью уменьшения числа пересечений на торцах катушек обмотка может быть выполнена в виде многослойной концентрической кабельной обмотки. Кабель для лучшего использования магнитного сердечника, может быть выполнен со скошенной изоляцией, для чего форма пазов может быть подогнана под скошенную изоляцию обмотки. Значительное преимущество вращающейся электрической машины, в соответствии с изобретением, заключается в том, что поле земли(Е-поле) в зоне торцов катушек снаружи наружного полупроводникового слоя близко к нулю, и в том, что при наличии наружной оболочки,находящейся под земным потенциалом, элек 002309 10 трическое поле не требует регулирования. Это означает, что поле не концентрируется ни внутри пластин, ни в зонах торцов катушек, ни в переходах между ними. При осуществлении способа изготовления устройства, в соответствии с настоящим изобретением, гибкий кабель вворачивается в отверстия пазов магнитного сердечника вращающейся электрической машины, будучи используемым в качестве обмотки. Поскольку кабель гибок, он может быть согнут, что позволяет размещать его в катушке в виде нескольких витков. В этом случае торцы катушек будут образованы участками сгиба кабелей. Кабель может быть также сочленен таким образом, что его свойства остаются постоянными по всей его длине. Настоящий способ значительно проще известных способов. Так называемые стержни Рбеля не являются гибкими, но им может быть предварительно придана требуемая форма. Применяемые при изготовлении современных вращающихся электрических машин намотка изоляции и пропитка витков катушек являются очень сложными и дорогостоящими технологическими операциями. Резюмируя, можно сказать, что электромагнитное устройство в виде вращающейся электрической машины, в соответствии с изобретением, обладает рядом значительных преимуществ по сравнению с соответствующими известными машинами. Прежде всего она может быть непосредственно подключена к силовой энергосети при всех уровнях высокого напряжения. Другое важное преимущество состоит в том, что потенциал земли последовательно распределяется вдоль, по меньшей мере, части обмотки и, предпочтительно, вдоль по всей обмотке, благодаря чему зона торцов катушек может быть выполнена компактной, а упомянутые крепежные средства в этой зоне могут находиться под практически земным потенциалом. Другое важное преимущество состоит в том, что во вращающейся электрической машине не требуются базирующиеся на масле изоляционные и охлаждающие системы, о чем говорилось выше в отношении силовых трансформаторов/реакторов. Это означает отсутствие проблем уплотнения и отказ от применения упомянутого диэлектрического кольца. Важно также, что все принудительное охлаждение может быть выполнено в конструкции, наводящейся под земным потенциалом. Краткие описание чертежей Ниже будет дано более конкретное описание примеров осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых фиг. 1 - схема устройства, в соответствии с изобретением, в виде трансформатора; фиг. 2 - схема варианта трансформатора; фиг. 3 - схема другого варианта трансформатора; 11 фиг. 4 - схема варианта осуществления,подобная показанной на фиг. 3, но относящаяся к реактору; фиг. 5 - схема примера осуществления генератора; фиг. 6 - вид с частичным вырывом, иллюстрирующий элементы, содержащиеся в электрическом модифицированном стандартном кабеле; фиг. 7 - осевой вид торца сектора или полюсного деления магнитной пени, в соответствии с изобретением; фиг. 8 - вид, иллюстрирующий распределение электрического поля вокруг обмотки стандартного силового трансформатора/реактора; фиг. 9 - перспективный вид, иллюстрирующий пример осуществления силового трансформатора, в соответствии с изобретением; фиг. 10 - поперечное сечение кабеля, модифицированного по отношению к кабелю, показанному на фиг. 6 и содержащему несколько электрических проводников; и фиг. 11 - поперечное сечение другого кабеля, содержащего несколько проводников, но иной, чем на фиг. 10 конструкции. Описание предпочтительных примеров осуществления На фиг. 1 показана схема электромагнитного устройства, являющегося трансформатором. Трансформатор содержит магнитную цепь 1 и две электрических цепи 2,3, каждая содержащая, по меньшей мере, одну обмотку 4 и 5,соответственно. Трансформатор содержит также сердечник 6 из магнитного материала. С целью уменьшения потерь от вихревых токов, сердечник состоит из соответствующего пакета магнитных пластин. Однако сердечник не является необходимым условием осуществления изобретения. В пределах границ изобретения возможен пример осуществления и с воздушной обмоткой т.е. без сердечника. Из этого следует, что термин "магнитная цепь" следует интерпретировать в широком смысле. Соответственно, этот термин означает не более того, что магнитное поле, генерируемое обмотками 4,5, может генерировать магнитный поток. Устройство, в соответствии с изобретением, содержит схему 7, предназначенную для управления работой трансформатора. Схема 7 управления служит для регулирования частоты,амплитуды и/или фазы, которые относятся к электрической энергии на выходе трансформатора. Электрическая цепь 2 образует первичную сторону, а электрическая цепь 3 вторичную сторону трансформатора. Соответственно, мощность снимается с устройства через вторичную цепь 3, с которой связана схематично показанная нагрузка 8. Эта нагрузка может быть произ 002309 12 вольной, например, она может относиться к нуждам потребителя или являться распределительными и передающими энергосетями. Схема 7 управления содержит средства 9 для управления магнитным потоком в магнитной цепи 1. Средства 9 включают, например, по меньшей мере, одну обмотку управления, индуктивно связанную с магнитной цепью 1. В иллюстрируемом примере осуществления изобретения (фиг. 1) обмотка 9 намотана вокруг участка сердечника 6. В трансформаторе без сердечника обмотка 9 управления должна так взаимодействовать с первичной и вторичной обмотками 4 и 5, соответственно, чтобы магнитный поток, индуцированный в магнитной цепи без сердечника был индуктивно связан с обмоткой 9. Схема 7 управления в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения, должна быть активного типа, т.е. схема 7 управления должна активно управлять через обмотку 9 управления магнитным потоком в магнитной цепи 1 с целью получения требуемого результата. Схема 7 управления, содержит, предпочтительно, внешний источник энергии для того, чтобы она могла управлять магнитным потоком через магнитную цепь 1,вызывая ток через обмотку 9. Изобретение особенно предпочтительно в случаях, где требуется приложение высокого напряжения. Соответственно, это означает, что электрические цепи 2 и 3 работают обычно под относительно высоким напряжением. Однако для целей управления достаточно, чтобы схема 7 управления создавала в обмотке 9 ток, идущий при относительно низком напряжении. Для целей управления схема 7 управления может создавать дополнительный магнитный поток к магнитному потоку в магнитной цепи 1. Дополнительный магнитный поток может быть добавлен к существующему магнитному потоку и при соответствующем управлении этим дополнительным потоком на выходе вторичной электрической цепи 3 могут быть получены требуемые параметры отводимой энергии. Схема 7 управления может воспринимать в качестве основы, для выполнения ею функции управления, информацию о напряжении от измерителя 10 напряжения во вторичной цепи 3 и/или на нагрузке 8. Для измерения тока во вторичной цепи 3 служит измеритель II тока. Дополнительный магнитный поток, генерируемый с помощью схемы 7 управления, может, как упоминалось выше, использоваться для управления частотой, амплитудой и/или фазой,которые относятся к энергии на выходе вторичной цепи 3. Следует отметить, что схема 7 управления может получать внешние управляющие команды через ввод 12. Кроме того, схема 7 может быть приспособлена для осуществления пассивного управления с помощью обмотки 9. Пассивное управ 13 ление означает, что для управления не используется энергия от некоторого внешнего источника. В этом отношении следует указать, что схема 7 управления может объединить один или более пассивных элементов, таких как сопротивления, емкости или индуктивности, соединяемые последовательно или параллельно через обмотку 9 управления. Такие пассивные элементы, соединнные с обмоткой 9, служат для оказания различных влияний на магнитный поток и, как результат, на частоту, амплитуду и/или фазу, которые относятся к энергии, отводимой от устройства. Из фиг. 1 видно также, что устройство, с его первичной стороны, содержит измеритель 13 напряжения и измеритель 14 тока, подобные упомянутым в отношении вторичной стороны устройства. На фиг. 2 показан пример осуществления трансформатора, отличающийся от показанного на фиг. 1 только тем, что сердечник 6 магнитной цепи 1 содержит дополнительный стержень 16,кроме стержней 15 и 17, расположенных, соответственно, на вторичной и первичной сторонах устройства. Это означает, что сердечник 6, как показано на фиг. 2, образует два различных пути магнитного потока, схематично обозначенные позициями 18 и 19, соответственно. В этом случае обмотка 9 а управления расположена вокруг центрального стержня 16, т.е. вокруг пути 18 магнитного потока, который проходит через первичную обмотку 4 трансформатора. Напротив, второй путь 19 магнитного потока проходит вокруг обмотки 9 а через вторичную обмотку 5 трансформатора. В этом случае становится возможным влиять через схему 7 управления на магнитный поток в стержне 16 с помощью обмотки 9 а, которая, в свою очередь, будет влиять на магнитный поток в стержне 15 через вторичную обмотку 5. Другими словами, обмотка 9 а управления здесь только связана с одним из двух путей магнитного потока. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 3, к уже существующей обмотке 9b1 добавлена другая обмотка 9b2 управления. Обе указанных обмотки управления расположены вокруг их собственных стержней 16b, 15b, т.е. обмотки 9b1 и 9b2 будут располагаться па путях 18, 19 магнитных потоков, соответственно. Схема 7b управления содержит блок 20 управления, который, в свою очередь, воздействует на элементы 21 и 22 управления,взаимодействующие с обмотками 9b1 и 9b2,соответственно. Путем активного или пассивного управления элементами 21, 22 через блок 20 управления может осуществляться такое регулирование, в результате которого магнитный поток пойдет только по одному из путей 18, 19 или разделится по каждому. Как видно на фиг. 3, вторичная обмотка 5b трансформатора содержит, по меньшей мере,две части 23 и 24 обмотки, соединенные, соот 002309 14 ветственно, последовательно. Через основную часть 23 обмотки пойдет магнитный поток,идущий по путям 18, 19, в то время как через часть 24 обмотки пойдет магнитный поток,идущий по пути 19. Это означает, что когда магнитный поток пойдет только через стержень 16b, благодаря обмоткам 9b1 и 9b2, соответственно он не пойдет через часть 24 обмотки. Это приведет к снижению выходного напряжения по сравнению со случаем, когда магнитный поток полностью пойдет по пути 19, т.е. через обе части 23 и 24 вторичной обмотки. Таким образом,обмотка 9b1 управления будет выполнять в этом случае функцию полного или, по меньшей мере,частичного прерывания магнитного потока через стержень 16b. На фиг. 4 проиллюстрирован пример осуществления реактора, до некоторой степени напоминающего трансформатор, в соответствии с фиг. 3. Различие состоит в том, что реактор не имеет никакой вторичной стороны, а вместо этого силовая обмотка разделена на две части 25, 26 обмотки. Как и в предыдущем примере осуществления, здесь имеются две обмотки 9 с 1 и 9 с 2 управления, посредством которых может таким образом управляться магнитный поток,который, как требуется, пойдет через часть 26 обмотки. Полный магнитный поток всегда пойдет через часть 25 обмотки. На фиг. 5 показана очень упрощенная схема примера осуществления генератора с ротором 26. Ротор здесь является постоянным магнитом. Однако, возможна также конструкция ротора с обмотками возбуждения. Магнитная цепь 1d содержит здесь электрическую выходную цепь 5d, индуктивно связанную с магнитным потоком в сердечнике 6d. Сердечник 6d имеет участки, расположенные смежно с ротором 26, благодаря чему в течение вращения ротора его постоянные магниты будут генерировать в сердечнике магнитный поток. Этот поток пойдет через выходную обмотку 5d, создавая на выходе соответствующий эффект. Схема 7d управления содержит, как упоминалось выше,обмотку 9d управления, индуктивно связанную с магнитной цепью 1d. Для контроля на выходе снимаемой мощности здесь также предусмотрены измеритель 10d напряжения и измеритель 11d тока. С помощью схемы 7d управления обмотка 9d управления будет пассивно или активно выполнять функцию поддержания на выходе от генератора мощности с требуемыми значениями частоты, амплитуды и/или фазы. Следует отметить, что на чертежах проиллюстрированы очень упрощенные примеры осуществления устройств, точнее говоря, только с одной фазой. Фактически, такие устройства могут быть намного сложнее, являясь, в частности, многофазными. Количество обмоток и частей обмоток может быть намного больше показанных, причем это относится не только к первичным и вторичным обмоткам, но и к обмот 15 кам управления. Кроме того, магнитные цепи, в зависимости от функций, могут иметь различные конструкции. Особенно следует указать на то обстоятельство, что в соответствии с изобретением, по меньшей мере, одна из существующих обмоток содержит проводник, окружнный двумя эквипотенциальными слоями со сплошной изоляцией между ними, что означает, что электрическое поле вокруг проводника будет, по существу,заключено в кабеле таким образом, что первичная и вторичная обмотки могут быть помещены где угодно на магнитной цепи с очень большой степенью свободы такого размещения. Возможно, даже, вставление обмоток друг в друга. В этой связи следует заметить, что упомянутая схема управления может быть использована для трансформаторов обоих типов - с сердечником и броневого. В частности, указанная конструкция обмотки подходит для высоковольтных устройств. Поскольку обмотка/обмотки 9 управления обычно находятся под более низким потенциалом, чем силовые обмотки, обмотка/обмотки управления не обязательно должны быть предусмотрены с такой изоляционной системой, как,по меньшей мере, одна из силовых обмоток. Важным условием для возможности создания электромагнитного устройства, в соответствии с изобретением, является использование, по меньшей мере, для одной обмотки электрического кабеля со сплошной электрической изоляцией с внутренним полупроводниковым слоем или оболочкой между изоляцией и одним или более проводниками, расположенными внутри этого слоя, и наружным полупроводниковым слоем или оболочкой, расположенными снаружи изоляции. Такие кабели используют в качестве стандартных кабелей в других инженерных областях, связанных с силовыми установками, а именно для передач энергии. Для возможности описания примера осуществления изобретения сначала будет дано краткое описание стандартного кабеля. Внутренний токонесущий проводник содержит ряд жил. Вокруг жил расположен внутренний полупроводниковый слой. Вокруг этого полупроводникового слоя расположен слой сплошной изоляции. Сплошная изоляция выполняется из полимерного материала, характеризуемого низкими электрическими потерями и высокой прочностью на пробой. В качестве примеров конкретных полимерных материалов можно упомянуть полиэтилен (РЕ) и особенно сетчатый полиэтилен (XLPE), а также этиленпропилен (ЕР). Вокруг наружного полупроводникового слоя могут быть предусмотрены металлический экран и наружная изоляционная оболочка. Полупроводниковые слои выполнены из полимерного материала, например, сополимера этилена с электропроводящей составляющей, например, проводящей сажей или углерод 002309 16 ной сажей. Такие кабели названы ниже силовыми кабелями. Предпочтительный пример осуществления кабеля для обмотки вращающейся электрической машины показан на фиг. 6. Кабель 41 содержит токонесущий проводник 42, включающий сгруппированные неизолированные и изолированные жилы. Могут также использоваться электромеханически сгруппированные жилы со сплошной изоляцией. Эти жилы могут быть скручены/сгруппированы в несколько слоев. Вокруг проводника 42 расположен внутренний полупроводниковый слой 43, который, в свою очередь, окружен однородным слоем сплошного изоляционного материала. Изоляция 44 не является изоляцией жидкого или газообразного типа. Слой 44 изоляции окружен наружным полупроводниковым слоем 45. Кабель, используемый в предпочтительном примере осуществления в качестве обмотки, может быть предусмотрен с металлическим экраном и наружной оболочкой, но это нежелательно. С целью устранения наведенных токов и связанных с ними потерь в наружном полупроводниковом слое 45,этот слой разделяют разрезкой предпочтительно в торце катушки, т.е. в переходах от листового пакета к торцевым обмоткам. Разрезку осуществляют так, чтобы этот слой разделялся на несколько частей, расположенных вдоль кабеля,которые полностью или частично электрически разделены друг от друга. Каждая отдельная часть слоя 45 затем заземляется, благодаря чему этот слой оказывается на протяжении всего кабеля под потенциалом земли или близким к нему потенциалом. Это означает, что вокруг обмотки, изолированной сплошной изоляцией у торцов катушек, контактные поверхности, а также поверхности, загрязненные после некоторого периода эксплуатации, будут находиться под очень незначительным потенциалом по отношению к земле, который вызовет очень незначительные электрические поля. Для оптимизации работы вращающейся электрической машины, конструкция элементов магнитной цепи, таких как пазы и зубцы, имеет решающее значение. Как упоминалось, пазы должны располагаться насколько возможно близко к оболочке сторон катушек. Желательно также, чтобы зубцы на каждом радиальном уровне были насколько возможно широкими. Это важно для сведения к минимуму потерь, для удовлетворения требованиям намагничивания и т.д. машины. При использовании в качестве проводника для обмотки, например, описанного выше кабеля появляются большие возможности оптимизации магнитного сердечника с нескольких точек зрения. Ниже будет описана магнитная цепь статора вращающейся электрической машины. На фиг. 7 показан осевой вид с торца сектора 46 с делением полюсов машины, в соответствии с изобретением. На этой фигуре ротор с ротор 17 ным полюсом обозначен позицией 47. Статор,как обычно, состоит из пластинчатого сердечника, набранного из выполненных из электротехнической стали пластин или листов, которым удачно придана форма сектора. Из тыльной части 48 сердечника, расположенной у радиально крайнего торца, радиально внутрь в направлении ротора выступают ряд зубцов 49. Между зубцами расположен соответствующий ряд пазов 10. Использование кабелей 51, описанных выше, кроме всего прочего, позволяет увеличить глубину пазов для высоковольтных машин по сравнению с известными машинами. Пазы имеют поперечное сечение, суживающееся в направлении ротора, поскольку для каждого слоя обмотки необходимость изоляции кабеля в направлении ротора уменьшается. Как видно на фиг. 7, паз имеет, по существу, круглое поперечное сечение 52 и расположен вокруг каждого слоя обмотки с суживающимися участками 53 между слоями. С некоторой оговоркой такое сечение паза может быть названо "циклическим цепным пазом". Поскольку в такой высоковольтной машине требуется использование относительного большого числа упомянутых слоев, а наличие кабелей соответствующих размеров, имеющих соответствующую изоляцию и наружные полупроводниковые слои, ограничено, на практике могут возникнуть трудности по осуществлению желаемого непрерывного сужения изоляции и кабеля и статорного паза, соответственно. В примере осуществления, показанном на фиг. 7, используют кабели трех различных размеров, расположенных посекционно в трех секциях 54, 55 и 56 соответствующих размеров, т.е. с получением на практике модифицированного циклического цепного паза. На этой фигуре также видно, что зубцы 49 статора имеют практически постоянную радиальную ширину по всей глубине паза. Следует снова указать на то, что секции 54, 55 и 56 обмотки на фиг. 7 соответствуют обмотке 5d на фиг. 5. И наоборот, на фиг. 7 одна или более обмоток 40 соответствуют обмотке 9d управления на фиг. 5. Эти обмотки 40 управления в иллюстрируемом примере осуществления расположены радиально снаружи ротора. Следует отметить, что необязательно располагать обмотку 9d на месте расположения обмоток 40 на фиг. 7. В соответствии с альтернативным примером осуществления, используемый в качестве обмотки кабель может быть стандартным силовым кабелем, описанным выше. Заземление наружного полупроводникового слоя осуществляют через металлический экран и оболочку кабеля, вскрывая их для этой цели в соответствующих местах. Изобретение охватывает большое число альтернативных вариантов осуществления в зависимости от размеров имеющегося кабеля,когда речь идет об изоляции наружного полу 002309 18 проводникового слоя и т.д. Кроме того, примеры осуществления с так называемыми циклическими цепными пазами могут быть модифицированы в большей степени, чем здесь описано. Как упоминалось выше, магнитная цепь может находиться в статоре и/или роторе вращающейся электрической машины. Однако,конструкция магнитной цепи будет, главным образом, соответствовать данному выше описанию независимо от того, расположена ли она в статоре и/или роторе. В качестве обмотки используют предпочтительно, многослойную концентрическую кабельную обмотку. Такая обмотка до минимума сводит число пересечений у торцов катушек путем помещения всех катушек внутри одной группы радиально снаружи друг друга. Это также обеспечивает упрощенный способ изготовления статорной обмотки и ее вворачивания в различные пазы. Поскольку используемый, в соответствии с изобретением, кабель относительно легко сгибаем, обмотку можно получить с помощью сравнительно простой операции вворачивания гибкого кабеля в отверстия 52 пазов 50. На фиг. 8 показан упрощенный, основной вид, иллюстрирующий распределение электрического поля вокруг обмотки стандартного силового трансформатора/реактора, где позицией 57 обозначена обмотка, позицией 58 - сердечник и позицией 59 - эквипотенциальные линии, т.е. линии, где электрическое поле имеет одинаковую величину. Предполагается, что нижняя обмотка заземлена, т.е. находится под потенциалом земли. Распределение потенциала определяет структуру изоляционной системы, поскольку необходимо иметь достаточную изоляцию между смежными витками обмотки и между каждым витком и землей. На фиг. 8, таким образом,показано, что изоляция верхней части обмотки подвержена очень высоким нагрузкам. Конструкция и расположение обмотки относительно сердечника определяются, таким образом, в основном, распределением электрического поля в окошке сердечника. Кабель, который может быть использован в обмотках сухих трансформаторов/реакторов, в соответствии с изобретением, описан со ссылкой на фиг. 6. Как указывалось ранее, кабель может быть предусмотрен с другими дополнительными наружными слоями для специальных целей, например, для предотвращения чрезмерных электрических нагрузок на другие зоны трансформатора/реактора. Площадь проводников кабеля составляет 2-3000 мм 2, а наружный диаметр кабеля - 20-250 мм. Обмотки силового трансформатора/реактора, изготовленные из кабеля, описанного в разделе "Краткое изложение сущности изобретения", могут быть использованы для однофазных, трехфазных и многофазных транс 19 форматоров/реакторов независимо от формы сердечника. На фиг. 9 показан пример осуществления трехфазного трансформатора с пластинчатым сердечником. Сердечник содержит, как обычно, три стержня 60, 61 и 62 и удерживающие ярма 63 и 64. В этом примере осуществления стержни и ярма имеют суживающееся по их длине поперечное сечение. Вокруг стержней сердечника концентрически расположены образованные кабелем обмотки. Как следует из фиг. 9, этот пример осуществления имеет обмотки, причем каждая образована тремя концентрическими витками 65, 66 и 67. Крайний внутренний виток 65 может служить в качестве первичной обмотки, а два других витка 63 и 64 обмотки в качестве вторичных обмоток. Чтобы не перегружать фиг. 9 слишком большим количеством деталей, не показаны соединения обмоток. С другой стороны, на этой фигуре видно, что в определенных местах вокруг обмоток расположены промежуточные стержни 68 и 69, выполняющие несколько различных функций. Указанные промежуточные стержни, которые могут быть выполнены из изоляционного материала, предназначены для обеспечения определенного пространства между концентрическими витками обмотки для их охлаждения, крепления и т.д. Эти стержни могут быть также выполнены из электропроводящего материала с тем, чтобы составлять, таким образом, часть системы заземления обмоток. На фиг. 9 не показаны обмотки 9 управления. Альтернативные конструкции кабеля В варианте конструкции кабеля, показанной на фиг. 10, используются те же ссылочные позиции, что и на фиг. 6, но только с добавлением буквы "а". В этом примере осуществления кабель содержит несколько электрических проводников 42 а, разделенных изоляцией 44 а. Другими словами, изоляция 44 а служит в качестве изоляции между отдельными смежными проводниками 42 а и между последними и окружающими их элементами. Различные проводники 42 а могут располагаться различным образом в кабелях различного сечения. Как показано на фиг. 10, проводники 42 а располагаются по прямой линии при относительно плоском поперечном сечении кабеля. Из этого можно сделать вывод, что форма сечения кабеля может изменяться в широких пределах. В примере осуществления, показанном на фиг. 10, напряжение между смежными проводниками предположительно меньше фазного напряжения. Точнее говоря, предполагается, что проводники 42 а по-разному намотаны в обмотке, вследствие чего напряжение между смежными проводниками является сравнительно низким. Как упоминалось выше, полупроводниковый наружный слой 45 а снаружи изоляции 44 а образуют из сплошного электроизоляционного 20 материала. Вокруг каждого проводника 42 а расположен внутренний слой 43 а из полупроводникового материала, т.е. каждый проводник имеет свой собственный окружающий его внутренний полупроводниковый слой 43 а. Этот слой 43 а будет, соответственно, служить для уравнивания потенциала в отношении отдельного проводника. В варианте конструкции кабеля, показанной на фиг. 11, используются те же ссылочные позиции, что и на фиг. 6, но с добавлением буквы "b". В этом варианте предусмотрены несколько, точнее три проводника 42b. Предполагается, что между этими проводниками существует фазное, т.е., по существу, значительно более высокое напряжение, чем между проводниками 42 а в примере осуществления, в соответствии с фиг. 10. Как показано на фиг. 11, внутри внутреннего полупроводникового слоя 43b расположено три проводника 42b. Однако, каждый проводник 42b окружен дополнительным собственным слоем 70, свойства которого соответствуют свойствам упомянутого внутреннего слоя 43b. Между каждым слоем 70 и слоем 43b расположен изоляционный материал. Соответственно, слой 43b будет служить в качестве уравнивающего потенциал слоя снаружи дополнительных слоев 70 из полупроводникового материала, являющихся, таким образом, электрическими проводниками, причем слои 70, будучи связанными с соответствующим электропроводником 42b, находятся под тем же потенциалом, что и соответствующий проводник. Возможные модификации Очевидно, что изобретение не ограничивается только описанными выше примерами осуществления. Специалисту понятно, что в пределах основной концепции изобретения, определенной приложенными пунктами формулы изобретения, возможен ряд соответствующих детализированных модификаций. Например, изобретение не ограничивается только особыми материалами, приведенными выше в качестве примеров. Вместо них могут использоваться другие материалы, соответственно, с подобными функциональными назначениями. При изготовлении изоляции в соответствии с изобретением возможны иные, чем экструзия и напыление, технологические приемы для обеспечения плотного контакта между различными слоями. Кроме того, могут быть предусмотрены дополнительные эквипотенциальные слои. Например,один или более эквипотенциальных слоев из полупроводникового материала могут быть расположены между упомянутыми выше "внутренним" и "наружным" слоями изоляции. Следует снова упомянуть, что, в соответствии с изобретением, не обязательно образование обмоток 9 управления посредством описанного выше гибкого кабеля, вследствие того, что обмотка или обмотки управления находятся обычно под более низким напряжением, чем остальные обмот 21 ки электромагнитного устройства. Точнее говоря, остальные обмотки фактически являются высоковольтными обмотками. В остальном,следует указать, что точный принцип управления при осуществлении способа, в соответствии с изобретением, может меняться различными путями в пределах диапазона целевых функций управления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электромагнитное устройство, содержащее,по меньшей мере, одну магнитную цепь (1) и, по меньшей мере, одну электрическую цепь (2, 3),имеющую, по меньшей мере, одну обмотку (4, 5),причем магнитная и электрическая цепи индуктивно связаны друг с другом, а также схему (7) управления для осуществления управления его работой, отличающееся тем, что схема (7) управления выполнена с возможностью управления частотой, амплитудой и/или фазой электрической энергии, подводимой к устройству и отводимой от него с помощью содержащихся в ней средств (9) для управления магнитным потоком в магнитной цепи, причем, по меньшей мере, одна обмотка (4, 5) или, по меньшей мере, ее часть выполнена из кабеля, имеющего, по меньшей мере, один электрический проводник (42) и изоляционную систему, содержащую электрическую изоляцию (44), образованную сплошным изоляционным материалом, под изоляцией находится внутренний слой (43), а снаружи изоляции - наружный слой (45),причем эти слои выполнены из полупроводникового материала, при этом, по меньшей мере, один электрический проводник (42) расположен внутри внутреннего слоя (43), а электропроводность внутреннего слоя меньше электропроводности электрического проводника и достаточна для выполнения этим слоем функции уравнивания электрического поля снаружи внутреннего слоя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства управления содержат, по меньшей мере,одну обмотку (9) управления, индуктивно связанную с магнитной цепью. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем,что схема (7) управления предназначена для управления магнитным сопротивлением магнитной цепи. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что схема управления предназначена для добавления магнитного потока к магнитному потоку магнитной цепи. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в магнитную цепь включен материал с магнитной проницаемостью более 1, при этом схема (7) управления предназначена для управления магнитным сопротивлением магнитной цепи путем изменения магнитной проницаемости одной или более таких зон магнитной цепи, которые обладают переменной магнитной проницаемостью. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что зона или зоны, обладающие переменной магнитной проницаемостью, содержат один или более зазоров в магнитной цепи. 22 7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что обмотка (4, 5) является воздушной обмоткой. 8. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что обмотка навита вокруг магнитного сердечника (6). 9. Устройство по любому из пп.2-8, отличающееся тем, что обмотка (9) управления и обмотка (4,5) электрической цепи расположены так, чтобы через них проходил, по существу, один и тот же магнитный поток. 10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что оно представляет собой реактор,способный управлять посредством, по меньшей мере, одной обмотки управления частотой, амплитудой и/или фазой электрической энергии, переносимой по обмотке (4,5) электрической цепи. 11. Устройство по любому из пп.1-8 или 10,отличающееся тем, что электрическая цепь (2) содержит, по меньшей мере, две обмотки (23, 24), соединенные последовательно, при этом магнитная цепь обеспечивает наличие, по меньшей мере, двух альтернативных путей (18, 19) магнитного потока,причем, по меньшей мере, одна обмотка управления предназначена для управления магнитным потоком так, чтобы он шел по любому из указанных путей или по ним обоим, а две обмотки электрической цепи расположены таким образом, что одна из них может отключаться от магнитного потока посредством указанной, по меньшей мере, одной обмоткой управления. 12. Устройство по любому из пп.1-9 или 11,отличающееся тем, что магнитная цепь расположена в статоре или роторе вращающейся электрической машины. 13. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что магнитная цепь (1) представляет собой магнитную цепь трансформатора, имеющего первичную и вторичную обмотки (4, 5), причем первичная и вторичная обмотки, а также обмотка (9) управления расположены так, чтобы через них проходил один и тот же магнитный поток. 14. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что магнитная цепь представляет собой магнитную цепь трансформатора, причем вторичная обмотка трансформатора содержит, по меньшей мере, две соединенных последовательно части обмотки, магнитная цепь обеспечивает наличие, по меньшей мере, двух альтернативных путей(18, 19) магнитного потока, а, по меньшей мере, две существующих обмотки (9b1, 9b2, 9 с 1, 9 с 2) управления предназначены для управления магнитным потоком так, чтобы он шел по одному или обоим указанным путям, причем две части вторичной обмотки расположены таким образом, что одна из них может отключаться от магнитного потока посредством обмоток управления. 15. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что оно содержит магнитный сердечник, имеющий, по меньшей мере, три соединенных параллельно стержня, причем через два из них проходят различные пути магнитных потоков, в то вре 23 мя как третий стержень является общим для двух путей магнитных потоков. 16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что изоляционная система снаружи изоляции содержит наружный слой (45), электропроводность которого выше, чем у изоляции, что делает наружный слой способным при его заземлении или же при соединении с относительно низким потенциалом выполнять функцию уравнивания потенциала. 17. Устройство по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что наружный слой (45) расположен так, что он, по существу, заключает внутри себя электрическое поле, создаваемое указанным электрическим проводником (42). 18. Устройство по любому из пп.1-17, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и сплошная изоляция обладают, по существу, подобными тепловыми свойствами. 19. Устройство по любому из пп.1-18, отличающееся тем, что наружный слой (45) и сплошная изоляция обладают, по существу, подобными тепловыми свойствами. 20. Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один кабель образует, по меньшей мере, один индуктивный виток. 21. Устройство по любому из пп.1-20, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) имеют удельное сопротивление в диапазоне 10-6 Омсм -100 кОмсм, годное 10-3-1000 Омсм, предпочтительное 1-500 Омсм. 22. Устройство по любому из пп.1-21, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) имеют сопротивление, которое на 1 метр длины проводника/изоляционной системы составляет 50 мкОм - 5 МОм. 23. Устройство по любому из пп.1-22, отличающееся тем, что сплошная изоляция (44), внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) выполнены из полимерных материалов. 24. Устройство по любому из пп.1-23, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) и сплошная изоляция (44) жестко связаны друг с другом, по существу, по всей поверхности раздела для обеспечения также сцепления между ними при изгибе и изменении температуры. 25. Устройство по любому из пп.1-24, отличающееся тем, что сплошная изоляция, внутренний 24 слой и/или наружный слой выполнены из материалов, обладающих высокой эластичностью, способствующей их взаимному сцеплению при деформациях в течение работы. 26. Устройство по любому из пп.1-25, отличающееся тем, что сплошная изоляция, внутренний слой и/или наружный слой выполнены из материалов, имеющих, по существу одинаковые модули эластичности (Е - модули). 27. Устройство по любому из пп.1-26, отличающееся тем, что внутренний слой (43) и/или наружный слой (45) и сплошная изоляция (44) выполнены из материалов, имеющих, по существу, одинаковые коэффициенты теплового расширения. 28. Устройство по любому из пп.1-27, отличающееся тем, что проводник (42) и его изоляционная система составляют обмотку, образованную гибким кабелем (41). 29. Устройство по любому из пп.1-28, отличающееся тем, что внутренний слой (43) находится в электрическом контакте, по меньшей мере, с одним электрическим проводником (42). 30. Устройство по п.29, отличающееся, тем,что, по меньшей мере, один электрический проводник (42) содержит ряд жил, причем, по меньшей мере, одна жила электрического проводника (42), по меньшей мере, частично не изолирована и находится в электрическом контакте с внутренним слоем (43). 31. Устройство по любому из пп.1-30, отличающееся тем, что проводник (42) и его изоляционная система предназначены для высокого напряжения свыше 10 кВ, в частности, свыше 36 кВ и, предпочтительно, выше 72,5 кВ. 32. Устройство по п.12, отличающееся тем, что магнитная цепь содержит один или более магнитный сердечник (48) с пазами (50) для обмотки (41). 33. Устройство по любому из пп.12 или 31-32,отличающееся тем, что оно представляет собой генератор, двигатель или синхронный компенсатор. 34. Устройство по любому из пп.12 или 32-33,отличающееся тем, что оно непосредственно без промежуточного трансформатора подключается к силовой энергосети, работающей под высоким напряжением, порядка 36 кВ и более. 35. Устройство по любому из пп.11 или 13-31,отличающееся тем, что оно представляет собой силовой трансформатор или реактор.

МПК / Метки

МПК: H01B 9/02, H01F 29/14, H02K 3/30

Метки: устройство, электромагнитное

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/14-2309-elektromagnitnoe-ustrojjstvo.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Электромагнитное устройство</a>

Похожие патенты