ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01F30/10 H01F27/36 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к разделительным трансформаторам, и может быть использовано для питания цифровых технических устройств с повышенной чувствительностью к помехам.

Известен помехоустойчивый трансформатор [1] содержащий магнитопровод, подключенную к сети первичную обмотку, одну и более вторичные обмотки, подключенные к нагрузке, электростатический экран, установленный между обмотками. Недостатком заявленной конструкции являются низкие помехоограничивающие свойства.

Наиболее близким к заявленному является помехоустойчивый трансформатор [2] содержащий экранирующий корпус, в котором установлен магнитопровод, состоящий из двух частей, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, и между ними установлена экранирующая пластина из материала, обладающего высокой электропроводностью и соединенная с экранирующим корпусом. Недостатком данного устройства является слабое ограничение симметричных помех. Это объясняется тем, что в известном устройстве экран выполнен в виде пластины из электропроводного материала, поэтому он обладает малым сопротивлением для симметричных помех.

Технической задачей, решаемой заявленным помехоустойчивым трансформатором, является повышение помехозащитных свойств трансформатора.

Для решения этой технической задачи заявленный помехоустойчивый трансформатор выполнен в виде экранирующего корпуса, внутри которого установлен магнитопровод, содержит первичную и вторичную обмотки, размещенные на магнитопроводе, выполненном с прорезью, в которой установлен экран, электрически связанный с корпусом, экран выполнен объемным из одного или нескольких листов изотропного магнитного материала с высоким удельным сопротивлением, которое, преимущественно, лежит в пределах от 0,5 до 10 МОм/м. Магнитопровод может быть выполнен броневым со стержнями и прорезями на ярмах, объемный экран может быть выполнен в виде полого цилиндра, первичная и вторичная обмотки в этом случае расположены на стержнях коаксиально, а объемный экран полого цилиндра установлен в прорезях ярм. Одним из возможных исполнений может быть расположение первичной и вторичной обмоток друг над другом, в этом случае объемный экран выполнен составным в виде двух частей, расположенных друг над другом, и одной части, установленной между ними в прорези магнитопровода и соединенной с экранирующим корпусом. Части объемного экрана могут быть выполнены в виде стаканов, обращенных друг к другу днищами, или в виде полого элемента сфероидальной формы. Первичная и вторичная обмотки здесь установлены внутри полостей частей.

Для усиления эффекта помехозащищенности целесообразно на вторичной обмотке подключить фильтр в виде конденсатора. Объемный экран может быть выполнен из пермаллоя, из нескольких слоев листов, склеенных между собой, преимущественно феррокомпаундом. Объемный экран может быть выполнен из аморфного железа. Прорези в магнитопроводе заполнены феррокомпаундом.

На чертежах приведен пример реализации изобретения.

На фиг. 1 изображена эквивалентная электрическая схема.

На фиг. 2 пример реализации с цилиндрическим объемным экраном.

На фиг. 3, 4 примеры использования с объемным экраном в виде нескольких частей.

На фиг. 1 помехоустойчивый трансформатор содержит подключенную к сети 1 первичную обмотку 2, магнитопровод 3, одну или более вторичные обмотки 4, подключенные к нагрузке 5, и экран 6, разделяющий первичную 2 и вторичную 4 обмотки.

На фиг. 2 изображен помехоустойчивый трансформатор с экранирующим корпусом 7, который соединен с цепями 8 отвердения симметричных помех. Магнитопровод 3 выполнен броневым с прорезями 9, в которых установлен объемный экран в виде полого цилиндра, разделяющего первичную 2 и вторичную 4 обмотки, установленные коаксиально. Прорези 9 магнитопровода могут быть заполнены феррокомпаундом. Объемный экран 6 выполнен из изотропного магнитного материала с высоким удельным сопротивлением, значения которого лежат в диапазоне от 0,5 до 10 МОм/м, поэтому при сокращении времени переходного процесса и сокращении потерь полезного сигнала повышается степень подавления симметричных помех как на высоких, так и на низких частотах. При этом толщину экрана 6 выбирают в диапазоне величин от 0,1 до 1 мм, что обусловлено необходимым уровнем подавления помех и задаваемыми электрическими характеристиками трансформатора.

На фиг. 3, 4 изображены примеры реализации изобретения, в которых первичная 2 и вторичная 4 обмотки расположены друг над другом в осевом направлении. Объемный экран 6 в обоих примерах выполнен составным из двух частей 6' и одной части 6", их соединяющей, установленной в прорези 9 в магнитопроводе и электрически соединенной с экранирующим корпусом 7.

На фиг. 3 части 6' объемного экрана выполнены в виде двух стаканов, обращенных друг к другу своими днищами. На фиг. 4 части 6' выполнены в виде сфероидальных полых элементов. Обмотки 2 и 3 в обоих примерах расположены в полостях частей 6'.

Объемный экран 6 может быть выполнен из пермаллоя из одного или нескольких слоев листов, склеенных между собой, например, феррокомпаундом. Объемный экран может быть также выполнен из аморфного железа.

Для усиления эффекта помехозащищенности можно к вторичной обмотке подключить дополнительно фильтр 10 (фиг. 1), в простейшем случае, в виде конденсатора.

Помехоустойчивый трансформатор работает следующим образом.

Первичная обмотка 2 (фиг. 1) подключается к сети 1 переменного тока. В магнитопроводе 3 возникает изменяющийся поток, который наводит во вторичной обмотке 4 напряжение, подводимое к нагрузке 5. В объемном экране 6 также наводятся напряжение и ток, но из-за большого сопротивления объемного экрана 6 и выполнения его из изотропного магнитомягкого тонкого листового материала в нормальном к поверхности листа направлении магнитное сопротивление экрана 6 мало и не оказывает существенного влияния на основной поток энергии.

Несимметричные помеха из сети 1 непосредственно через трансформатор передаваться на нагрузку 5 не могут, так как объемный экран 6 электрически связан с корпусом 7, образуя идеальное электростатическое экранирование обмотки 2 от обмотки 4. Проникшие из сети 1 в первичную обмотку 2 несимметричные помехи через экранирующий корпус 7, электрически связанный с экраном 6, и через цепь 8 отводятся, например, на "землю".

Симметричные помехи из сети 1 распространяются в нагрузку 5 преимущественно через поток рассеяния, который, исходя из первичной обмотки 2, первоначально сцепляется с объемным экраном 6, затем с вторичной обмоткой 4. Ввиду того, что объемный экран 6 электрически связан с корпусом 7, а также ввиду того, что объемный экран 6 выполнен из магнитомягкого изотропного материала, часть потока рассеяния из обмотки 2 замыкается через объемный экран 6, прорези 9 и стержни магнитопровода 3, не сцепляясь при этом с вторичной обмоткой 4. За счет этого эффекта собственное индуктивное последовательное сопротивление трансформатора возрастает и трансформатор начинает эффективно ослаблять симметричные помехи.

Высокое удельное сопротивление объемного экрана 6 позволяет выполнить его сплошным при потерях от наведенных токов, компенсируя высокое сопротивление малой протяженностью пути стекания помех на корпус. Цельнолистовой объемный экран имеет меньшее сопротивление, как и магнитопровод для полей симметричных помех, и более высокие характеристики, как электростатический экран для несимметричных помех. Магнитные потоки симметричных помех большей частью локализуются в зоне расположения первичной обмотки 2, с вторичной обмотки 4 исходит их меньшая часть, так как часть потока рассеяния из первичной обмотки 2 замыкается через объемный экран 6, прорезь и стержни магнитопровода 3, не сцепляясь с вторичной обмоткой 4. За счет этого эффекта индуктивное сопротивление трансформатора для симметричных помех возрастает и трансформатор начинает эффективно ослаблять симметричные помехи. Экран 6, выполненный из одного или нескольких листов, образующих объемный экран, имеет малую толщину, вследствие чего ответвление в него основного потока трансформатора невелико и индуктивность рассеяния для рабочей частоты меняется незначительно. Индуктивность рассеяния на высоких частотах возрастает.

Таким образом, объемный экран 6, согласно изобретению, позволяет одновременно изолировать объемы первичной и вторичной обмоток от магнитных полей рассеяния, определяющих распространение симметричных помех, причем эффект изоляции возрастает с увеличением частоты помех. В результате этого помехоустойчивость трансформатора возрастает.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к разделительным трансформаторам, и может быть использовано для питания цифровых технических устройств с повышенной чувствительностью к помехам. Помехоустойчивый трансформатор имеет экранирующий корпус 7, внутри которого установлен магнитопровод 3, на стержне которого установлены первичная 2 и вторичная 4 обмотки, разделенные объемным экраном 6, выполненным из изотропного магнитного материала с высоким удельным сопротивлением. Объемный экран 6 может быть выполнен в виде цилиндра или составным из нескольких частей. Изобретение позволяет повысить помехозащищенность трансформатора. 8 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Помехоустойчивый трансформатор, содержащий установленные в экранирующем корпусе магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку, размещенные на магнитопроводе, выполненном с прорезью, в которой между первичной и вторичной обмотками установлен экран, электрически связанный с корпусом, отличающийся тем, что экран выполнен объемным из одного или нескольких листов изотропного магнитного материала с высоким удельным сопротивлением. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что удельное сопротивление объемного изотропного материала имеет значение от 0,5 до 10 МОм/м. 3. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен броневым со стержнями и ярмами, объемный экран выполнен в виде цилиндра, первичная и вторичная обмотки расположены на стержнях коаксиально друг другу, на ярмах магнитопровода выполнены прорези, в которых установлен цилиндр. 4. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что первичная и вторичная обмотки размещены друг над другом по высоте трансформатора, объемный экран выполнен составным в виде двух частей, расположенных друг над другом, и одной части, установленной между ними в прорези магнитопровода и соединенной с экранирующим корпусом, две части выполнены в виде стаканов, обращенных друг к другу днищами, первичная и вторичная обмотки расположены соответственно внутри полостей боковых частей. 5. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что первичная и вторичная обмотки размещены друг над другом по высоте трансформатора, объемный экран выполнен составным в виде двух частей, расположенных друг над другом, и одной части, установленной между ними в прорези магнитопровода и соединенной с экранирующим корпусом, две части выполнены сфероидальными полыми, и в каждой из них установлены соответственно первичная и вторичная обмотки. 6. Трансформатор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что он имеет фильтр в виде конденсатора, подключенного к выводам вторичной обмотки. 7. Трансформатор по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что экран выполнен их пермаллоя. 8. Трансформатор по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что экран выполнен из аморфного железа. 9. Трансформатор по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, отличающийся тем, что прорези магнитопровода заполнены феррокомпаундом.