Кабель обмотки енергоприймача безконтактного електровоза

Кабель обмотки енергоприймача безконтактного електровоза, який має першу провідну оболонку, розміщену поверх циліндричного осердя із ізоляційного матеріалу, другу провідну оболонку, які звиті або скручені із тонких ізольованих проводів і розділені між собою шаром діелектрика, який відрізняється тим, що містить третю провідну оболонку, яка відділена від другої провідної оболонки шаром діелектрика та з’єднана з першою провідною оболонкою з одного кінця кабелю, причому зовнішній радіус першої провідної оболонки, внутрішні радіуси другої та третьої оболонок вибирають згідно із співвідношеннями: Відомий кабель обмотки енергоприймача [Розенфельд В. Е., Староскольский Н. А. Высокочастотный бесконтактный электрический транспорт. М.: Транспорт, 1975. - 208с., С.22], що має пластмасове або гумове осердя, на яке навиті стренги із мідних ізольованих проводів діаметром 0,35 0,45мм. Поверх стренг накладена зовнішня гнучка ізоляція. Зроблена із такого кабелю обмотка енергоприймача розміщується в пазах магнітопроводу. Недоліком такої конструкції кабелю є те, що обмотка, зроблена з нього, має значну індуктивність, що змушує вмикати послідовно з її витками конденсатори значної реактивної потужності для досягнення в контурі електроприймача стану резонансу напруг на частоті струму тягової мережі. Остання умова необхідна для забезпечення ефек тивної передачі енергії від тягової мережі в енергоприймач електровоза. Відомий коаксіальний кабель [Белоруссов Н.И., Саакян А. Е., Яковлева А. И. Электрические кабели, провода и шнуры: справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 536с., С.300] має центральний внутрішній провідник, звитий із тонких проводів. Поверх внутрішнього провідника концентричнj накладено шар поліетиленової ізоляції. Зовнішній провідник, звитий або скручений із тонких проводів, розміщено поверх цього шару ізоляції. Кабель має зовнішню ізоляцію. Недоліком такої конструкції кабелю при виготовленні з нього обмотки енергоприймача є, по-перше, недостатня ємність, що змушує вмикати послідовно в обмотку зовнішні конденсатори для забезпечення в її контурі стану r1  12  23 12   23   1 h  12    1 ;  2  2L l   2 3 0 r e   r2  r1  23 ; r3  r1  h  12   23 , де 12 , 23 - товщини шарів діелектрика між першою і другою та другою і третьою провідними оболонками відповідно;  0 - електрична стала; (19) UA (11) 59945 (13) h - товщина другої провідної оболонки; l - довжина кабелю. C2 r - відносна діелектрична проникність діелектрика (прийнята однаковою в обох шарах діелектрика);  - кутова частота струму в обмотці; L e - індуктивність обмотки; 3 59945 4 резонансу напруг. По-друге, конструкція кабелю не індуктивність обмотки; h - товщина другої провідзабезпечує ефективний тепловідвід від внутрішної оболонки;  - довжина кабелю. нього проводу(очікувальний струм в обмотці енерНа фігурі зображено поперечний переріз прогоприймача біля 300А, що супроводжується видіпонованої конструкції кабелю обмотки енергопленням значної кількості тепла). риймача. Кабель має осердя 1 циліндричної форНайбільш близьким по технічній суті до пропоми з ізоляційного матеріалу, на поверхні якого нованого винаходу є радіочастотний спіральний розташована перша провідна оболонка 2, яка звикабель обмотки енергоприймача [Белоруссов Н.И., та або скручена із тонких мідних ізольованих проСаакян А. Е., Яковлева А. И. Электрические кабеводів. Зовнішній радіус цієї провідної оболонки r1. ли, провода и шнуры: справочник. - М.: ЭнергоаПоверх першої провідної оболонки 2 концентрично томиздат, 1987. - 536с., С.321], в якому внутрішній розміщено шар діелектрика 3 товщиною 1-2, який провідник зроблений спіральним із емальованих відділяє від неї другу провідну оболонку 4 товщипроводів намотуванням на поліетиленове осердя. ною h та внутрішнім радіусом r2. Поверх другої Зверху внутрішній провідник обмотаний двома провідної оболонки 4, також концентрично, розміполіетиленовими стрічками. Далі розміщено зовщено ще один шар діелектрика 5 товщиною 2-3. нішній провідник, виготовлений звивкою або скруДалі поверх шару діелектрика 5 розташовано треченням тонких ізольованих проводів, який поверх тю провідну оболонку 6 із внутрішнім радіусом r 3. має полівінілхлоридну оболонку. Недоліками такоОстання оболонка(зовнішня) 7 виконана із гнучкого кабелю, при виготовленні з нього обмотки енерго ізоляційного матеріалу. гоприймача, є, по-перше, недостатня ємність для Друга та третя провідні оболонки звиті або забезпечення в обмотці стану резонансу напруг; скручені із тонких мідних ізольованих проводів. по-друге, напружений тепловий стан роботи внутПерша та третя провідні оболонки електрично рішньої провідної оболонки, в якій виділяється з'єднані між собою з одного кінця кабелю. стільки ж теплоти, скільки і в зовнішній провідній Зовнішній радіус r1, першої провідної оболоноболонці(струми оболонок однакові, а тепловідвід ки, внутрішні радіуси r2 другої та r3, третьої оболовід внутрішньої оболонки утруднений); по-третє, нок вибирають згідно співвідношень: значні витрати провідникового матеріалу для оде    1 h  12 r1  12 23    1 ржання потрібної ємності.  12   23  20r 2Le  2 3 (1)   В основу винаходу поставлено завдання удоr2  r1  12 r3  r1  h  12   23 сконалювання кабелю обмотки енергоприймача безконтактного електровоза, в якому шляхом інде 12 23 - товщини шарів діелектрика шого виконання провідних елементів та схеми їх між першою і другою та другою і третьою провідз'єднання забезпечується: одержання ємності і ними оболонками відповідно; 0 - електрична ставідповідного на частоті струму ємнісного реактивла; r - відносна діелектрична проникність діелектного опору, достатнього для повної компенсації в рика(прийнята однаковою в обох шарах);  стані резонанса напруг індуктивного реактивного кутова частота струму в обмотці; Le - індуктивність опору обмотки, зменшення кількості теплової енеобмотки; h - товщина другої провідної оболонки; ргії, що виділяється внутрішньою провідною обо - довжина кабелю. лонкою кабелю, зменшення витрат провідникового Вибір радіусів провідних оболонок згідно (1) матеріалу. За рахунок цього спрощується конструпри заданих величинах 12 23 , г, , h, Le і кція обмотки енергоприймача електровоза та подібних пристроїв. довжині  дає змогу одержати між оболонками Завдання вирішується тим, що у відомій конскабелю ємність і відповідний частоті струму ємніструкції кабелю, який має першу(внутрішню), розний реактивний опір, який повністю компенсує у міщену поверх циліндричного гнучкого осердя з стані резонансу напруг індуктивний реактивний ізоляційного матеріалу, та другу зовнішню провідні опір обмотки, виготовленої із кабелю. Це дозволяє оболонки, які звиті або скручені із тонких ізольовавідмовитись від використання зовнішніх конденсаних проводів і розділені між собою шаром діелектторів для досягнення стану резонансу напруг в рика, згідно з винаходом, застосована треобмотці енергоприймача безконтактного електротя(зовнішня) провідна оболонка, відділена від воза і в інших аналогічних випадках, що приведе другої шаром діелектрика та з'єднана електричко з до зменшення витрат та габаритів енергоприймапершою провідною оболонкою з одного кінця кача або подібних пристроїв. белю, причому зовнішній радіус r1 першої провідЗастосування третьої провідної оболонки у каної оболонки, внутрішні радіуси другої r2 та третьої белі дозволяє одержати площу циліндричних конr3 провідних оболонок вибирають згідно співвідноденсаторів, які створені у кабелі провідними обошень: лонками та шарами ізоляції між ними, у два рази  більшою порівняно з випадком двох провідних 12   23  1 h  12   r1   1 оболонок при однаковій витраті провідникового  2  2L   12   23   2 3 0 r e  матеріалу. Це дає змогу зменшити витрати провіr2  r1  12 r3  r1  h  12   23 дникового матеріалу для одержання потрібної ємності кабелю. де 12 23 - товщини шарів діелектрика Загальний струм у пропонованому кабелі проміж першою і другою та другою і третьою провідсторово розподілений по трьох провідних оболонними оболонками відповідно; ε0 - електрична стаках та робить більш ефективніший(більша площа) ла; εr - відносна діелектрична проникність діелекттепловідвід від нагрітих провідників кабелю. рика; ω - кутова частота струму в обмотці; Le Дійсно, ємність на одиницю довжини кабелю 5 59945 6 між першою та другою провідними оболонками  2r1  r r C0(12)  0r 2 1  0r   1 (3)   r2  r1 20r  12  C0(12)  r де для перетворення використано співвідно(2) n 2 r1 шення 12  r2  r1 При відносно малій товщині шару діелектрика Питома ємність між другою та третьою провідміж провідними оболонками вираз (2) можна спроними оболонками кабелю стити: C0(12)  0r  r2  r3  h r  h  12  (  C0( 23)  0r 1  1  r3  (r2  h) 23 4)   де для перетворення застосовані вирази (1) та 23  r3  (r2  h) . За умови що перша та третя провідні оболон ки електрично з'єднані між собою сумарна питома ємність кабелю дорівнює     23 h  12 C0  C0(1,32)  C0(12)  C0( 23)  20r  r1 12   1 (    23 5) 12 23   Після підстановки виразів (1) для r1 в (5) одержимо 1 1 C0  2 або C0  Le  Le Останній вираз - це умова, при виконанні якої в обмотці має місце стан резонансу напруг. При виконанні конструкції кабелю згідно з пропонованим винаходом і при виборі радіусів провідних оболонок згідно співвідношень (1), має місце повна компенсація індуктивного опору обмотки, зробленої з такого кабелю. Приклад застосування 1. Для енергоприймача безконтактного електровоза діючої системи електропостачання транспорту маємо   2f, f  5000Гц, Le  0,73  103Гн,   50м r1  1 2   2 3 1 2   2 3   (0,1 0,1)·103 1 h  1 2    1   2  2L    2 3 (0,1  0,1) 0 r e   r = 2,5. Амплітудне значення напруги в обмотці енергоприймача не перевищує 550В. Напруженість електричного поля в діелектрику буде скла550  5,5МВ / м . Прийнявши коефіцієнт дати 0,1 103 запасу по електричній міцності рівним 2, одержимо значення потрібної електричної міцності діелектрика - 11МВ/м. Більшість відомих полімерних плівок та просочених волокнистих ізоляційних матеріалів забезпечують таку електричну міцність. 3. Зовнішній радіус першої провідної оболонки(попередньо приймемо h = 2мм)   2·103  1    1  1  8,9·103 м 12 2 3  0,1·103   2·3,14·8,85·10 2,5(6,28·5000) ·0,73·10 ·50    4. Середній діаметр другої провідної оболонки d2cp 2. Товщина шарів діелектрика 12  23    0,1 ; діелектрична проникність мм h   2 r1      2(8,9  0,1 1)·103  20·103 м  20мм 2  5. Знайдемо товщину цієї оболонки, прийнявши площу поперечного перерізу другої провідної 2 оболонки 120мм : S 120 h   191 , мм d2cp 3,14·20 1,91  2,1мм , що близько до раніше при0,9 йнятого значення. 6. Внутрішні радіуси другої та третьої провідних оболонок: щину h  r2  r1  12  (8,9  0,1)·103  9,0·103  9,0·103 м 7. Питома ємність кабелю З урахуванням коефіцієнта заповнення оболонки провідниковою масою k = 0,9, одержимо тов  0,1  0,1 2,1  0,1     23 h  12  C0  20r  r1 12   1  2·3,14·8,85·1012 ·2,58,9   1  0,0279·106 Ф / м      2 3 0,1 0,12 12 23     8. Ємнісний опір кабелю довжиною 50м 9. Індуктивний опір обмотки енергоприймача 1 1 xc    22,81Ом C0 6,28·5000·0,0279·10 6 ·50 xL  Lc  6,28·5000·0,73·103  22,92Ом 10. Результуючий реактивний опір обмотки 7 59945 8 ближеннями за п.п.4 - 10, одержимо ємність, яка xp  xL  xC  22,92  22,81  0,11 Ом достатня для повної компенсації у стані резонансу що складає 0,48% від xL, тобто практично занапруг індуктивного опору обмотки енергоприймабезпечується у стані резонансу напруг компенсача. ція індуктивного опору обмотки. 11. Корегуючи значення h за наступними на Комп’ютерна верстка M. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601