Трансформатор Советский патент 1993 года по МПК H01F27/34 

Ј

Использование: в устройствах питания электронных схем. Сущность изобретения: устройство состоит из двухстержневого металлического магнитопровода, на основных стержнях 1 которого расположены разнесенные секции первичной 2 и вторичной 3 обмоток. Поверх секций первичной обмотки 2 укладываются секции дополнительной обмотки 6. Между секциями первичной 2 и вторичной 3 обмоток поперек основных стержней 1 расположен дополнительный безобмоточный стержень 4 из высокочастотного магнитного материала. Одна пара одноименных концов секций дополнительной обмотки объединены в общую точку, которая присоединена к общей точке режек- торного RC-фильтра 5, вторая пара выводных концов секций дополнительной обмотки 4 присоединена соответственно к входному и выходному зажимам RC-фильтра 5, настроенного на основную чатоту fo сети питания, 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам питания- электронных схем, и может быть использовано для повышения помехозащищенности электронных устройств, чувствительных к индустриальным радиопомехам, при питании их от общепромышленных электрических сетей.

Цель изобретения - повышение эффективности подавления сетевых индустриальных радиопомех.

На чертеже приводится схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит рабочие стержни 1 металлического магнитопровода трансформатора, разнесенные секции первичной обмотки 2, разнесенные секции вторичной обмотки 3, дополнительный безобмоточный стержень 4 из высокочастотного магнитного

материала, режекторный фильтр 5, дополнительную секционированную обмотку 6.

Устройство состоит из трансформатора, содержащего металлический магнитопро- вод, на рабочих стержнях 1 которого располагаются разнесенные секции первичной обмотки 2, разнесенные секции вторичной обмотки 3 и установленный в проеме между секциями первичной 2 и вторичной 3 обмоток безобмоточный стержень 4 из высокочастотного магнитного материала, а также реверсивный RC-фильтр 5, общая выходная точка которого присоединена к общей точке одноименно соединенных концов секций дополнительной обмотки 6. Два других конца секций дополнительной обмотки 6 присоединены соответственно к входному и выходному зажимам RC-фильтра 5, настроенного на основную частоту fo сети питания

00

о о

Јь 00

VJ

U. Секции дополнительной обмотки б соответственно расположены поверх секций первичной обмотки 2. Секции первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 3 соединяются между собой согласно-последовательно. Выходные концы первичной обмотки 2 присоединены к зажимам сети питания U. Выходные концы вторичной обмотки 3 присоединены к зажимам нагрузки.

Режекторный фильтр 5 содержит активные сопротивления Ri, R2, R3 и емкости Ci, С2, Сз, соединенные между собой по двойной Т-образной схеме. Соотношения между Ri, R2, R3, Ci, C2, Сз определяются следующими формулами:

Ri Ra 2R3 Ci С2 0.5Сз

Ci

1 0)0 RI

Обе секции дополнительной обмотки 6 имеют одинаковые параметры и находятся в одинаковых условиях работы. RC-фильтр 5 также представляет собой симметричную схему, поэтому можно ограничиться рассмотрением работы одной секции на нагрузку, состоящую из одной симметричной половины фильтра.

Заявляемое устройство работает следующим образом. После его присоединения к общепромышленной сети U по первичной обмотке 2 начинает протекать переменный ток, создающий м.д.с. Под ее действием на участках стержней 1, охваченных секциями первичной обмотки 2, возникает магнитный поток Ф, содержащий составляющую основной рабочей частоты fo и составляющие индустриальных радиопомех частоты fn.

На стыке основных 1 и дополнительных 4 стержней из-за разницы в их магнитных сопротивлениях происходит разветвление составляющих магнитного потока. Поток основной рабочей частоты далее замыкается по рабочему контуру, в который входят металлические стержни 1, охваченные секциями первичной 2 и вторичной 3 обмоток. Другая часть магнитного потока, образуемая составляющими индустриальных радиопомех, замыкается через защитный магнитный контур, в который входят часть основных стержней 1, охваченных секциями первичной обмотки 2, и безобмоточный дополнительный стержень 4, минуя участки основных стержней 1, охваченных секциями вторичной обмотки 3.

Индуктивное сопротивление защитного магнитного контура, препятствуя попаданию сигналов помех во вторичную обмотку, тем не менее полностью не устраняют их

вредное влияние на окружающие чувствительные элементы электронных схем. Это происходит из-за того, что электромагнитная энергия помех, запасенная в индуктивности защитного магнитного контура, при

0 обратном его перемагничивании частично выделяется в виде магнитных потоков рассеяния, а остальная часть возвращается назад в сеть питания,

Повышение эффективности подавления

5 сетевых индустриальных радиопомех достигается переводом электромагнитной энергии помех, локализованных в защитном магнитном контуре, в нейтральный (тепловой) вид энергии, выделяемый в активных

0 сопротивлениях RC-фильтра при несущественных необратимых потерях энергии на ос- новной рабочей частоте. ЭДС, индуктированная в дополнительной обмотке, содержит составляющие основной час5 тоты fo и частоты помех fn. Для ЭДС основной частоты нагрузка в виде RC-фильтра представляет очень высокое сопротивление (теоретически его затухание на основной частоте равно бесконечности) в то

0 же время для высокочастотных сигналов помех сопротивление RC-фильтра практически ограничивается величиной его активных сопротивлений Ri, R2, RS. Пренебрегая емкостными сопротивлениями конденсаторов

5 Ci, C2, Сз, получим приближенное выражение для входного сопротивления фильтра RBxn на высокой частоте:

R

вхп

Ri Ra R2 R3 Ri + R2 R2 + Rs

(4)

С учетом (1), имеем:

Rexn 0,67R3.(5) Из изложенного видно, что эффективность

подавления помех в предлагаемом устройстве зависит от параметров дополнительной обмотки и RC-фильтра.

Количественная оценка эффективности подавления помех предлагаемого устройства определяется величиной Ь отношения (в дБ) электромагнитной мощности помех, подведенной к первичной обмотке, к результирующей электромагнитной мощности помех, действующей в устройстве при наличии дополнительной обмотки, нагруженной на активные сопротивления RC-фильтра.

Электромагнитная мощность помех, подведенная к первичной обмотке, пропорциональна величине Fin Ф1п, где Fin - м.д.с.

помех в первичной обмотке, Ф|П - магнитный поток помех в защитном контуре:

U ОП1« П 1п - ОП 1„ ОП ВП

Ь 2019Ф1п(Р1п-РВп)-2°19 Fon

(6)

где Fon - результирующая м.д.с. помех в защитном магнитном контуре (м.д.с. намагничивания).

Fon Ф1п -R

мп,

где RMn - магнитное сопротивление защитного контура на частоте сигналов помех fn. Магнитное сопротивление RMH является суммой сопротивлений трех участков: участка металлического магнитопровода 1 (длиной ICT, сечением Зет и эффективной проницаемостью на частоте помех/гст), безобмоточного ферритового стержня 4 (длиной ф, сечением Зф и проницаемостью/ ф) и воздушного зазора между ферритовым стержнем и стальным сердечником длиной

з.

Эффективная магнитная проницаемость участка ферритового стержня при наличии воздушного зазора з подсчитывается по формуле

1

/1ф 1ф

ЭФФ 1//ИФ ф +

Подставляя значение/гэфф из (8) в выражение для магнитного сопротивления безобмоточного стержня с воздушным зазором Нмф, получаем

РЖ- Ф +|з/Цфrq,

-г.) /U0 /Мф Зф v

RMH - RMC + Рмф ,(Ю)

где RMC - магнитное сопротивление участка металлического стержня. Подставляя в (10) значения геометрических и магнитных параметров участков защитного магнитного контура, находим:

Нмп

ф + fio ,«ст Зет /Мф Зф

+

Ток сигнала помех 1Вп, протекающий по одной секции вспомогательной обмотки, равен:

1вп

Евп 4,44 fn Ф1п WE RBXH Ъ RBRexn t RB

-вп

2 444тп Л/1Ф1п ( Rexn I RiB )

(13)

где Rib - активное сопротивление секции дополнительной обмотки.

Подставляя полученные значения для Нмп, Рвп, Fon в (6), получаем

в

10

b

20lg

1 +2 4,44 fn W|

Rexn H RIB

ф SCT Зф

+

(ДБ)

15(14)

Расчетное значение эффективности действия дополнительной обмотки на процесс подавления сетевых индустриальных помех подсчитывается на примере устрой20 ства, имеющего стандартный ленточный стержневой магнитопровод типа ПЛ 16 х 32 х 80 по НО.666.002 из стали ХВП (с активной

о

площадью сечения Зет 5,1 см , средней длиной магнитной силовой линии 1Ст 26 см,

25 проницаемостью на частоте 10 кГц/аСт 300) и безобмоточным дополнительным стержнем из феррита марки 3000 НМС (с длиной стержня ф 2,5 см, шириной 3,2 см, толщиной б 0,4 см и проницаемостью/ 2000).

30 Длина воздушного зазора з 0,1 см. Число витков одной секции дополнительной обмотки WB 200, диаметр провода d 0,2 мм, марка провода ПЭВ-2. Сопротивление одной секции обмотки R 16 Ом.

35 Для этих параметров и (RBxn + Rib) 100 Ом получены следующие значения затухания Ь (см.таблицу).

По данным таблицы можно сделать вывод, что цель изобретения достигается с

40 большим положительным эффектом.

Использование заявляемого изобретения в системах питания позволяет повысить помехозащищенность функционирования электронных устройств, чувствительных к

45 воздействию сетевых индустриальных радиопомех по сравнению с прототипом в 1,5- 2,5 раза в зависимости от частоты помех. Формула изобретения 1. Трансформатор, содержащий магни50 топровод, на рабочих стержнях которого расположены секционированные первичная и вторичная обмотки и дополнительный безобмоточный стержень из высокочастотного магнитного материала, установленный

55 поперек рабочих стержней между секциями первичной и вторичной обмоток, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности подавления сетевых индустриальных радиопомех, он снабжен режек- торным фильтром с входными и выходными

зажимами и дополнительной секционированной обмоткой, секции которой охватывают секции первичной обмотки, два одноименных конца секций дополнительной обмотки объединены в общую точку и присоединены к общей точке режекторного фильтра,настроенного на основную частоту питания, а два других конца присоединены

соответственно к входному и выходному зажимам режекторного фильтра.

2. Трансформатор по п. 1,отличающий с я тем, что, с целью использования дополнительной обмотки в качестве экранирующей, общая точка соединения одноименных концов секций дополнительной обмотки заземлена.