Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення

Реферат: Винахід стосується високовольтного перемикального приладу з пристроєм енергоживлення згідно з обмежувальною частиною першого пункту формули винаходу. Загальна винахідницька ідея полягає в розміщенні на виконаних у формі екрануючих пластин зовнішніх панелях стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу високовольтного перемикального приладу в зоні передбаченої в зовнішній панелі першої заглибини принаймні двох зустрічно намотаних перших електропровідних контурів, які електрично взаємодіють із принаймні двома іншими, також зустрічно намотаними другими електропровідними контурами, розміщеними в зоні другої заглибини, передбаченої у також виконаній у формі екрануючої пластини внутрішній панелі стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу, таким чином, що завдяки протилежному напрямку намотування обмоток обох перших електропровідних контурів і обох других електропровідних контурів напрямок протікання струму у відповідних обмотках обох перших і других електропровідних контурів також є протилежним, внаслідок чого забезпечується адитивна суперпозиція утворених відповідних протилежно напрямлених магнітних полів і взаємна компенсація вихрових струмів у зовнішній та внутрішній панелях стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу і створюється індуктивний пристрій енергоживлення для передачі енергії крізь стійкий до електромагнітного випромінювання корпус. UA 111090 C2 (12) UA 111090 C2 UA 111090 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується високовольтного перемикального приладу з пристроєм енергоживлення згідно з обмежувальною частиною першого пункту формули винаходу. Забезпечення електричною енергією керувальних, регулювальних і вимірювальних пристроїв у високовольтних перемикальних приладах переважно пов'язане з високими технічними витратами на забезпечення діелектричного екранування і керування полями. Особливі вимоги до електричної ізоляції також значною мірою обмежують вибір пристроїв енергоживлення. Принципово можливим рішенням у даному випадку є індуктивна передача енергії. Принцип, на якому ґрунтується ця технологія, є аналогічним принципу дії традиційного трансформатора з дуже великим зазором між первинною обмоткою, яка виконує роль передавача, і вторинною обмоткою, що діє як приймач. Оскільки трансформатор не оснащений залізним сердечником, в даному випадку індуктивна передача енергії має численні переваги. Перевагами застосування цієї технології для енергоживлення керувальних, регулювальних і вимірювальних пристроїв є невеликі габарити і витрати, а також відсутність кабелів між передавачем і приймачем. Технічні основи індуктивної передачі енергії здавна відомі та описані, наприклад, у статті "Безконтактна передача енергії" (Kontaktlose Energieubertragung, Peter Wambsganss, Nejila Parpour). У публікації заявника DE 10 2009 017197 A1 описаний високовольтний перемикальний прилад, а саме ступеневий перемикач з напівпровідниковими перемикальними елементами для безрозривного перемикання відводів обмотки ступеневого трансформатора. У цьому силовому перемикачі ступеневого перемикача передбачені силові напівпровідникові перемикальні елементи, які для забезпечення дотримання вимог щодо електромагнітної сумісності, скорочено ЕМС, екрановані відповідним корпусом від зовнішнього електромагнітного випромінювання. Згідно з рівнем техніки проблема, яка пов'язана з енергоживленням цих напівпровідникових елементів, є предметом постійних дискусій. У публікації DE 10 2009 017 197 А1 для вирішення цієї проблеми запропоновано забезпечення електроживлення напівпровідникових елементів за рахунок відповідної ступеневої напруги регулювальної обмотки силового трансформатора, що вимагає прокладення електричних кабелів, пов'язаного з технічними витратами на екранування. В принципі наявність подібних кабелів поблизу із перебуваючими під високою напругою конструктивними елементами із технічної точки зору є небажаною. Тому задачею винаходу є розроблення високовольтного перемикального приладу з пристроєм енергоживлення, позбавленого необхідності застосування електричних кабелів для енергозабезпечення високовольтного перемикального приладу поблизу перебуваючих під високою напругою конструктивних елементів. Цю задачу вирішено у високовольтному перемикальному приладі з пристроєм енергоживлення з ознаками першого пункту формули винаходу. Залежні пункти формули винаходу при цьому стосуються особливо переважних вдосконалених форм виконання винаходу. Загальна винахідницька ідея полягає в розміщенні на виконаній у формі екрануючої пластини зовнішній панелі стійкого до дії електромагнітного випромінювання корпусу високовольтного перемикального приладу в зоні передбаченої на зовнішній панелі першої заглибини принаймні двох зустрічно намотаних зовнішніх електропровідних контурів, які електрично взаємодіють із принаймні двома іншими, також зустрічно намотаними внутрішніми електропровідними контурами, розміщеними в області другої заглибини, передбаченої на виконаній також у формі екрануючої пластини внутрішній панелі стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу, таким чином, що внаслідок протилежного напрямку намотування обмоток зовнішніх і внутрішніх електропровідних контурів забезпечується також протилежний напрямок протікання струму у відповідних обмотках зовнішніх та внутрішніх електропровідних контурів, внаслідок чого в кожному випадку забезпечується адитивна суперпозиція утворених протилежно напрямлених магнітних полів і в результаті цього взаємна компенсація вихрових струмів у зовнішній і внутрішній панелях корпусу, стійкого до електромагнітного випромінювання, що дозволяє створити індуктивний пристрій для забезпечення енергоживлення крізь корпус, стійкий проти електромагнітного випромінювання. Хоча виключно індуктивний пристрій енергоживлення вже відомий із рівня техніки, проте, ці відомі пристрої не є придатними для забезпечення виключно індуктивного транспортування енергії крізь екран, стійкий до електромагнітного випромінювання. Спроби реалізації цієї ідеї в рівні техніки регулярно виявляються невдалими внаслідок утворення вихрових струмів у металевих екрануючих пластинах, які не вдається компенсувати. Лише спеціальна схема розміщення електропровідних контурів у поєднанні з передбаченими заглибинами в екрануючих пластинах дозволяє створити 1 UA 111090 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виключно індуктивний пристрій енергоживлення, оточений стійким проти електромагнітного випромінювання екраном. Далі винахід пояснюється докладніше на прикладах за допомогою креслень. На кресленнях наведені: Фіг. 1а Mb Схематичне зображення відповідного винаходові високовольтного перемикального приладу з індуктивним пристроєм енергоживлення у бічній та горизонтальній проекціях Фіг. 2 Переважна форма виконання відповідного винаходові високовольтного перемикального приладу з індуктивним пристроєм енергоживлення. На Фіг. 1а схематично зображена конструкція відповідного винаходові високовольтного перемикального приладу з індуктивним пристроєм енергоживлення в бічній проекції, причому високовольтний перемикальний прилад на цій схемі не зображений. Високовольтний перемикальний прилад оточений стійким до електромагнітного випромінювання корпусом 1 багатошарової конструкції, яка утворена зовнішньою панеллю 2, виконаною в формі зовнішньої екрануючої пластини, внутрішньою панеллю 3, виконаною в формі внутрішньої екрануючої пластини, і розміщеним між ними електроізоляційним засобом 4. При цьому зовнішня панель 2 і внутрішня панель З виконані з металевого матеріалу, наприклад із алюмінію. Крім цього, як у зовнішній панелі 2, так і у внутрішній панелі 3 виконані заглибини 5 і 6, що простягаються в подовжньому напрямку, у відповідних, в основному протилеглих зонах яких передбачено по два зустрічно намотаних електропровідних контури 7 і 8 та 9 і 10. При цьому обидва зовнішні зустрічно намотані електропровідні контури 7 і 8 виконують роль первинної обмотки трансформатора, тобто передавача, на відміну від чого обидва внутрішні зустрічно намотані електропровідні контури 9 і 10 виконують роль вторинної обмотки трансформатора, тобто приймача. Крім цього, обидва зовнішні електропровідні контури 7 і 8 на протилеглій зовнішній панелі 2 стороні прикриті першою феритною пластиною 11, в той час як обидва внутрішні електропровідні контури 9 і 10 симетрично до цього на протилеглій внутрішній панелі 3 стороні прикриті другою феритною пластиною 12. Наприклад, зустрічно намотані електропровідні контури 7 і 8 та 9 і 10 можуть бути виконані в формі секцій обмотки ідентичної конструкції, кожна з яких утворена 20 витками мідяного дроту. Кількість витків у електропровідних контурах 7-10 при цьому в рамках винаходу може варіювати в широких межах, тобто може становити від 1 до 200 витків. Проте, при розрахунку параметрів конструктивних елементів слід стежити за тим, щоб відповідні витки внутрішніх електропровідних контурів 7 і 8 та зовнішніх електропровідних контурів 9 і 10 мали взаємно симетричну форму, а електропровідні контури в кожному випадку мали однакову кількість витків. На відміну від цього, електропровідні контури на стороні передавача і приймача (9 і 7 та 8 і 10) не обов'язково повинні мати симетричну форму. Шляхом вибору числа витків на приймальній і передавальній сторонах можна регулювати коефіцієнт трансформації каналу передачі енергії. При навантаженні виконуючих роль первинної обмотки трансформатора зовнішніх електропровідних контурів 7 і 8 змінюваною в часі напругою внаслідок зустрічному намотуванню обмоток електропровідних контурів 7 і 8 та 9 і 10 в окремих електропровідних контурах 7 і 8 та 9 і 10 утворюються відповідні протилежно напрямлені струми, тому магнітні поля електропровідних контурів 7-10 також протилежно напрямлені. Відповідно до цього напрямки протікання утворених у зовнішній панелі 2 і внутрішній панелі 3 вихрових струмів також є протилежними. Згідно з винаходом завдяки такій схемі внаслідок адитивної суперпозиції вихрових струмів втрати від цих вихрових струмів виявляються меншими, ніж у схемах, які відомі з рівня техніки. Отже, забезпечується можливість технічної реалізації індуктивної передачі енергії крізь стійкий до електромагнітного випромінювання корпус 1 шляхом цілеспрямованого регулювання вихрових струмів. На Фіг. 1b наведена горизонтальна проекція пристрою, зображеного на Фіг. 1а, проте, без зазначеної на Фіг. 1а феритної пластини 11. Як зображено на цій схемі, зовнішні електропровідні контури 7 і 8 передбачені в зоні поздовжньої заглибини 5 зовнішньої панелі 2 корпусу 1. При цьому стрілками вказаний напрямок намотування обмоток зовнішніх електропровідних контурів 7 і 8, кожен із яких у даному прикладі зображений у вигляді одного витка. Згідно з іншою формою виконання винаходу можливим є також застосування кількох електропровідних секцій, тобто трьох, чотирьох або п'яти замість двох зображених у даному випадку електропровідних контурів 7 і 8 вздовж заглибини 5. У такому випадку на не зображеній на схемі протилеглій внутрішній панелі 3 корпусу 1 також має бути передбачена відповідна кількість взаємодіючих із ними електропровідних контурів, в основному протилеглих зовнішнім електропровідним контурам. Крім цього, згідно з суттю винаходу немає потреби в обов'язковій поздовжній орієнтації відповідних заглибин 5 і 6; навпаки, можливим є також виконання 2 UA 111090 C2 5 10 15 20 хрестоподібних або кутоподібних заглибин 5 і 6. Проте, електропровідні контури 7 і 8 та 9 і 10, як описано вище, мають бути розміщені поряд із заглибинами 5 і 6 для забезпечення взаємної компенсації утворюваних при цьому вихрових струмів у стійкому проти електромагнітного випромінювання корпусі 1 і в результаті досягнення вищого коефіцієнта корисної дії каналу передачі енергії. На Фіг. 2 зображена переважна форма виконання винаходу, в якій відповідний винаходові високовольтний перемикальний прилад із індуктивним пристроєм енергоживлення та стійким до електромагнітного випромінювання корпусом 1 закріплений на корпусі 30 трансформатора. Цей трансформатор може бути, наприклад, силовим трансформатором, відомим із рівня техніки. Всередині корпусу 30 трансформатора зображений високовольтний перемикальний прилад 31, а саме ступеневий перемикач із напівпровідниковими перемикальними елементами для безрозривного перемикання відводів обмотки зображеного на схемі силового трансформатора, який принципово описаний у публікації DE 10 2009 017 197 А1. Стосовно принципового опису ступеневого перемикача дається посилання на публікацію DE 10 2009 017 197 А1, вміст якої таким чином включений до предмету даної заявки. Високовольтний перемикальний прилад 31 містить механічну контактну систему 32 і силовий електронний перемикач 33. Проте, на відміну від DE 10 2009 017197 А1, енергозабезпечення силового електронного перемикача 33 на Фіг. 2 здійснюється не за рахунок ступеневої напруги регулювальної обмотки силового трансформатора, а особливо спрощеним шляхом за допомогою зображеного на Фіг. 1 а і 1b відповідного винаходові пристрою для індуктивної передачі енергії на високовольтний перемикальний прилад 31. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення, причому високовольтний перемикальний прилад містить стійкий проти електромагнітного випромінювання корпус, що містить електропровідну зовнішню екрануючу пластину, також електропровідну внутрішню екрануючу пластину і електроізоляційний засіб між зовнішньою тавнутрішньою екрануючими пластинами, причому всередині високовольтного перемикального приладу передбачені споживачі енергії, і причому споживачі енергії виконані з можливістю електричного живлення пристроєм енергоживлення, який відрізняється тим, що на виконаних у формі екрануючих пластин зовнішніх панелях (2) стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу (1) високовольтного перемикального приладу (31), в зоні передбаченої у зовнішній панелі (2) першої заглибини (5), пристрій енергоживлення містить принаймні два зовнішні зустрічно намотані електропровідні контури (7 і 8), а також тим, що пристрій енергоживлення містить принаймні два додаткових, також зустрічно намотаних електропровідних внутрішніх контури (9 і 10), які розміщені в зоні другої заглибини (6) передбаченої у також виконаній у формі екрануючої пластини внутрішній панелі (3) стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу (1), і виконаний із забезпеченням взаємодії між зовнішніми та внутрішніми електропровідними контурами (7-10) з можливістю взаємної компенсації вихрових струмів у зовнішній панелі (2) і внутрішній панелі (3) стійкого до електромагнітного випромінювання корпусу (1), та створення індуктивного пристрою енергоживлення для передачі енергії крізь стійкий до електромагнітного випромінювання корпус (1) шляхом адитивної суперпозиції утворюваних у відповідних обмотках обох зовнішніх і внутрішніх електропровідних контурів (7-10) протилежно напрямленими струмами протилежно напрямлених магнітних полів внаслідок зустрічного напрямку намотування обмоток зовнішніх електропровідних контурів (7 і 8) та внутрішніх електропровідних контурів (9 і 10). 2. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за пунктом 1, який відрізняється тим, що виконані у внутрішній та зовнішній сторонах (2 і 3) заглибини (5 і 6) простягаються в поздовжньому напрямку. 3. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що виконані у внутрішній та зовнішній сторонах (2 і 3) заглибини (5 і 6) мають хрестоподібну форму. 4. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за будь-яким із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що зовнішні електропровідні контури (7 і 8) на протилежній зовнішній панелі (2) стороні принаймні частково оточені феритною пластиною (11). 5. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за будь-яким із пунктів 1-4, який відрізняється тим, що внутрішні електропровідні контури (9 і 10) на протилежній внутрішній панелі (3) стороні принаймні частково оточені феритною пластиною (12). 3 UA 111090 C2 5 10 6. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за будь-яким із пунктів 1-5, який відрізняється тим, що високовольтний перемикальний прилад (31) виконаний у формі ступеневого перемикача, що містить напівпровідникові перемикальні елементи для безрозривного перемикання відводів обмотки силового трансформатора. 7. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за будь-яким із пунктів 1-6, який відрізняється тим, що високовольтний перемикальний прилад (31) містить механічну контактну систему (32) і силовий електронний перемикач (33). 8. Високовольтний перемикальний прилад із пристроєм енергоживлення за будь-яким із пунктів 1-7, який відрізняється тим, що високовольтний перемикальний прилад із індуктивним пристроєм енергоживлення та стійким до електромагнітного випромінювання корпусом (1) закріплений на корпусі (30) трансформатора. 4 UA 111090 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5