Трансформатор отношений Советский патент 1977 года по МПК H01F38/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Трансформатор отношений (ТО) образует плечи отношений в трансформаторных измерительных мостах переменного тока, предназначенных для измерения емкости, индуктивности и сопротивления.

Однако ТО может быть использован и в других устройствах, где необходимо иметь точно известное отношение двух или более напряжений.

ТО состоит из следующих основных частей: магнитопровода, первичной обмотки, вторичных обмоток и пермаллоевого экрана между первичной и вторичными обмотками. Магнитопровод тороидальной формы выполнен из ленточного пермаллоя с максимальным значением магнитной проницаемости. Магнитопровод термически обработан и находится в защитном корпусе. Первичная обмотка размещена в один слой на защитном корпусе. Магпитопровод с первичной обмоткой размещен в экране из пермаллоя. Вторичные обмотки размещены в один слой поверх экрана. Витки вторичных обмоток соединены последовательно и совместно образуют вторичные обмотки.

Отличительная особенность ТО - точная пропорциональность между числом витков вторичных обмоток и напряжениями ня них.

Чем ближе отношение напряжений на витках вторичных обмоток к отношению витков этих обмоток, тем точнее ТО.

Все указанные конструкции имеют один общий недостаток - у магнитопровода неравномерное магнитное сопротивление по периметру. Особенно заметна неравномерность магнитного сопротивления магнитопровода в начале и в конце ленты, из которой он намотан. Введение пермаллоевого экрана между первичной и вторичными обмотками уменьшает неравномерность магнитного потока примерно в 100 раз. Но и после введения экрана отклонения напряжений вторичных обмоток от среднего значения существенно больше - 1 10- отн. величины. Выполнение пермаллоевого экрана для тороидальных магнитопроводов-слол ная технологическая операция, так, как, с одной стороны, части экрана, состоящего обычно из двух частей, должны быть точных размеров (для уменьшения магнитного сопротивления), а с другой - хорошо отожжены для получения высоких магнитных свойств. При отжиге экран коробится и теряет точную форму, а при попытке выправить форму экрана после отжига теряются магнитные свойства.

Для уменьшения влияния неравномерности магнитного потока вторичные обмотки следует выполнять жгутовыми. Однако провода

жгутовых обмоток не могут иметь диаметр более 0,6-0,8 мм, так как жгут из проводов большего диаметра трудио намотать на магнитопровод (такой жгут нрн намотке теряет форму, н симметрия витков нарушается). В жгутовых обмотках емкости между проводами значительно возрастают по сравнению, например, с однослойной намоткой, а это приводит к погрешностям отношений напряжений вторичных обмоток за счет емкостных токов. Погрешности тем больше, чем тоньше провод. Погрешности от емкостных токов и от искривления толстых проводов при намотке могут быть больше погрешностей однослойной обмотки от неравномерности магнитного потока. Поэтому все конструкции имеют однослойную намотку вторичных обмоток.

Размер магнитопровода для ТО не может быть более 130-150 мм, так как для эталонных работ, которые обычно ведутся на частоте 1000 Гц, требуется лента толщиной 0,02- 0,1 мм. Из такой ленты магнитопровод большего диаметра навить невозможно вследствие нарушения межвитковой изоляции при намотке.

Известны также трансформаторы с обмотками, расположенными внутри магнитопроводов. Магнитопроводы замкнутой формы размещены равномерно по радиусу. Внутри ОКОЙ магнитопроводов размещены первичная и вторичная обмотки.

В этой конструкции обмотки могут иметь сколь угодно большой диаметр (малую кривизну) при сравнительно небольших размерах магнитопроводов. Недостаток этой конструкдии - существенная неравномерность магнитного, потока по периметру, магнитонровода, так как раЗлМещение первичной обмотки внутри окон ра-внозначно размещению ее на какой-либо части магнитопровода. Но,, как отмечено ранее, магнитный поток желательно иметь равномерный. Чем равномернее поток, тем равномернее ЭДС на витках вторичных обмоток.

Цель изобретения - повышение точности огношения напряжений на витках вторичной обмотки ТО.

Это достигается тем, что предлагаемый. ТО снабжен корпусом-экраном и имеет не менее двух каркасов, выполненных из ферромагнитного материала и укрепленных своими концами в отверстиях противоноложных стенок экрана, причем первичные обмотки соединены согласно-параллельно.

Внутри каждого каркаса размещен вкладыш со сквозными отверстиями, в которых расположены провода вторичной обмотки.

Между стенками каждого каркаса и вкладышем размещен экран из магнитомягкого материала.

Направление укладки витков в соседних слоях и направление укладки одноименных слоев первичных обмоток на соседних магнитопроводах противоположны.

На фиг. 1 показан предлагаемый ТО; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. I.

Корпус-экран имеет форму параллелепипеда и состоит из отдельных частей: нередней стенки 1, задней стенки 2, боковых стенок 3 и верхней и нижней стенок 4. Все стенки собраны «вперекрышку, т. е. -..соседние части находят одна на другую. Это сделано для уменьшения магнитного сопротивления. Материал корпуса-экрана - пермаллой или электротехническая сталь. В задней стенке 2 укреплены перпендикулярпо к стенке две стальные трубы 5. Трубы 5 проходят внутри корпуса-экрана и несколько выступают наружу над передней стенкой 1. Трубы 5 изолированы от стенки 1, .чтобы не иолучилась короткозамкнутого витка. Если трубы 5 выполнить из феррита, то изоляция не требуется. На трубы 5 надеты замкнутые магнитонроводы 5.

Их число на каждой трубе 5 одинаковое и четное. На магнитонроводах 6 предварительно намотаны равномерно по всему периметру слоями обмотки 7, причем число слоев обмотки 7 четное, а направление укладки проводов

каждого слоя противоположное, например нечетные слои по часовой, а четные - против часовой стрелки. В соседних магнитопроводах направленне укладки одноимеииых слоев нротивоположное. Все обмотки 7 соедииены нараллельно и согласно и совместно образуют первичную обмотку ТО. Возможно и смешанное последовательно-параллельное соединение, но в этом случае необходимо нодбирать Магнитопроводы с одинаковыми магнитными

характеристиками. каждой трубы 5 размещен экран 8, выполненный из листового пермаллоя толщиной 0,05-0,1 мм, свернутого в рулон. Число витков в рулоне-10-20. Длина рулона несколько меньше длины труб

5. Витки экранов 8 плотно прилегают к внутренним стенкам труб 5, так как листовой нермаллой хорошо нружинит. Задняя стенка 2 с трубами 5 и экранами 8 предварительно отожжена нри высокой температуре. Отожжены также до сборки и остальные части корпусаэкрана - 1, 3, 4. Внутри каждой трубы 5 размещен вкладыш 9 из твердого материала. Вкладыш 9 закреплен на концах труб 5 и служит для размещения вторичных об.моток

10. Вкладыш 9 точно фиксирует положение вторичных обмоток 10 в окне магнитопровода и исключает какие-либо искривления. Выступающие части вторичных обмоток 10 («лобовые части) закрыты крышками 11, выполненными из того же материала, что и корпусэкран. Начало и концы 12 вторичных обмоток 10 выведены из корпуса-экрана через отверстия в одной из крышек 11. Начала и концы 12- вторнчных обмоток 10 соединены последовательно, и от мест соединения, а также от начала и конца обмотки 10 сделаны отводы. Эти отводы позволяют иолучить разные отношения напряжений на вторичных обмотках 10. Для уменьшения магнитного сопротивлеПИЯ..между трубами 5 и стенкой 1 на концах

труб 5 надеты шайбы 13 из магнитомягкого материала. Шайбы 13 изолированы или от труб 5 или от стенки 1.

Равномерная намотка первичной обмотки 7 на магнитонроводах 6 во много раз уменьшает неравномерность магнитного нотока внутри окна магнитоировода по сравнению с прототипом и тем самым уменьшает погрешности отношения напряжений на вторичных обмотках 10. Корпус-экран совместно с экраном 8 обеспечивает минимальное ноле рассеяния внутри экранов 8 и тем самым одинаковые потокосненления всех витков вторичных обмоток, а следовательно, и одинаковые ЭДС на них. Причем экраны 8 усиливают действие корпуса-экрана и труб 5 в месте расположения вторичных обмоток 10. Увеличение числа магнитоироводов б приводит к уменьшению вредного действия неравномериостей магнитного сопротивления каждого магиитопровода на обший магнитный поток, так как при большом числе магнитопроводов неоднородность магнитного нотока каждого из них оказывает значительно меньшее влияние на обший магнитный поток. Размеш,ение вторичных обмоток 10 внутри магнитопроводов 6 позволяет выполнить эти обмотки из сравнительно толстых проводов, например экранированных. При этом провода вторичных обмоток 10 легко свить, например, в толстый жгут, и при продевании в отверстия вкладышей 9 он не теряет своей формы, так как радиус закругления жгута большой. Большая часть вторичных обмоток 10, находяш,аяся внутри магиитонроводов, благодаря вкладышам 9 не имеет искривлений, что улучшает симметрию нроводов относительно магпитопровода и, следовательно, уменьшает разницу ЭДС между любыми витками вторичных обмоток 10. В месте изгибов вторичных обмоток 10 практически отсутствуют поля рассеяния благодаря экранируюш,ему действию корпуса-экрана. Разное направление укладки слоев иервичных обмоток 7 значительно уменьшает «эффект одного витка тора, который мог бы привести к неравенству ЭДС на витках вторичных обмоток 10 за счет полей рассеяния, а чередование укладки одноименных слоев в соседних магнитопроводах дает компенсацию остатков упомянутого эффекта от соседних магнитопроводов. Общее сечение магнитопровода 30 см и более при средних (наружный диаметр 80-90 мм) размерах магннтопроводов б, при которых еще не возникают какие-либо технологические трудности. Увеличение сечения общего магнитонровода позволяет сократить число витков вторичных обмоток 10, сократить их длину и тем самым уменьшить вредное влияние емкостных межвитковых токов.

Сравнительно толстый провод вторичных обмоток 10 также уменьшает влияние межвитковых емкостей. Это позволяет снизить требования к магнитному сопротивлению магнитопроводов. Их можно изготовить из низконикелевых пермаллоев, имеющих примерно в 2-2,5 раза большую индукцию насыщения, чем высоконикелевые, обычно нрименяемые в ТО. При этом сокращаются размеры и масса ТО, длина его вторичных обмоток. Параллельное соединение первичных обмоток обеспечивает одинаковую индукцию во всех магнитопроводах 6, при равном числе витков первичных обмоток и одинаковых размерах магнитопроводов 6. При этом уменьшается опасность нелинейных искажений. получить на вторичных обмотках напряжение до 1000 В и выше, так как можно набрать большое число отдельиых магнитопроводов б и

нровода с достаточно нрочной изоляцией. Точность предлагаемого ТО возрастает не менее чем на норядок за счет уменьшения неравномериостей магнитного нотока, связанного с витками вторичных обмоток, и сокращения длины вторичных обмоток, а конструкция проще известных - намного проще изготовление корпуса-экраиа, никаких трудностей не вызывает продевание вторичных обмоток, например, свитых в жгут.

Испытания иоказали, что отклонения напряжений секций вторичных обмоток, имеющих одинаковое число витков, от среднего для всех секций (число секций F) не превышает 30-10 8 отн. ед. в диапазоне частот от 1

ДО 10 кГц и не более 12-10 отн. ед. на частоте 1 кГц. По сравнению с лучшими известными конструкциями погрешность уменьшена в 10 и более раз. При работе ТО в условиях сильных магнитных помех число труб 5 может быть больше двух, например 4, и вторичные обмотки могут иметь разное направление намотки в каждой паре труб - намотка, аналогичная астатическим катушкам индуктивности.

Формула изобретения

1.Трансформатор отношений, содержащий первичные обмотки, размещенные на тороидальных магнитопроводах, расположенных на цилиндрическом каркасе, внутри которого расположена, например, одна вторичная обмотка, отлпчающийся тем, что, с целью повышения точности отношения напряжений

на витках вторичной обмотки, он снабжен корпусом-экраном и имеет не менее двух каркасов, выполненных из ферромагнитного материала и укрепленных своими концами в отверстиях противоположных стенок экрана,

прпчем первичные обмотки соедииены согласпо-параллельно.

2.Трансформатор но п. 1, отличающийся тем, что внутрн каждого каркаса размешен вкладыш со сквозными отверстиями, в

которых расположены провода вторичной обмотки.

3.Трансформатор по п. 1, отличающлйся тем, что между стенками каждого каркаса и вкладышем размещен экран из магнитомягкого материала.

7

4. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что направление укладки витков в соседних слоях и направление укладки одно8

именных слоев первичных обмоток на соседних магнитопроводах противоположньз.

77

ооооооооооо