Импульсный трансформатор Советский патент 1981 года по МПК H01F19/08 

(54) ИМПУЛЬСНЬМ ТРАНСФОРМАТОР

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторам, предназн ченным для работы на низкоомную нагрузку, и может быть использовано, н пример, для управления коммутационны ми приборами типа мифистор, используемыми в телефонных станциях, аппаратах автоматики и вычислительной техники . Из известных импульсных трансформаторов наиболее близким по своей технической сущности .к заявляемому является импульсный трансформатор, со держащий тороидальный сердечник, на котором размещены многовитковые первичные обмотки и одновитковая, вторичная обмотка, при этом одновитковая обмотка выполнена в виде металлического слоя, охватывающего весь сердечник с кольцевым зазором, расположенным на внешней поверхности сердечника l. Недостатком конструкции известного трансформатора является наличие паяных соединений, которые необходимы при вьшолнении внешних выводов вторичной обмотки от металлического слоя. Паяные соединения из-за различной толщины припоя влияют на разброс активного сопротивления цепи вторичной обмотки, при этом величина сопротивления паяного соединения соизмерима с активным сопротивлением низкоомной нагрузки и с сопротивлением металлического слоя, являющегося активной частью вторичной обмотки. Другим недостатком известного трансформатора является невозможность изготовления вторичной о бмотки в видб металлического слоя со средней точкой. Целью изобретения является создание такой конструкции импульсного трансформатора, которая при обеспечении высоких значений КПД, малой индуктивности рассеяния и малом активном сопротивлении вторичной обмотки, имеющей среднюю точку, позволяет расширить функциональные возможности имJ8пульсного трансформатора за счет вбгполнения им наряду с функцией согласования функции запоминания и времязадающего элемента, а также механизировать и автоматизировать изготовление вторичной обмотки, заменив рзгчную операцию намотки сборочными работами. Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторе, содержащем тороидальныи сердечник, многовитковые пер вичные обмотки, размещенные на указан ном сердечнике, вторичную обмотку, пе вичные обмотки выполнены из двух параллельных проводов, витки которых равномерно распределены на сердечнике из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, а вторичная обмотка, выполненная в виде двухвитковой обмотки со средней точкой, представляет собой токопроводящую скобообразную Пластину с ответвлениями, два из которых являются ее витками, отогнутыми в одном направлении, и охватывает сердечник с первичными обмотками,при этом их свободные концы служат выводами трансформатора, а третье ответвление служит средним выводом вторичной обмотки. Кроме того, витки и выводы вторичной обмотки с помощью диэлектрической пластины с пазами фиксированы симметрично относительно витков и выводов первичной обмотки. На фиг; 1 показан общий вид предлагаемого импульсного трансформатора; на фиг. 2 - вторичная обмотка предлапаемого трансформатора; на фиг. 3 электрическая схема импульсного транс форматора, подключенного к нагрузке мифистору); на фиг. 4 - петля гистерезиса ленточного сердечника из материала с ППГ. Импульсный трансформатор содержит ленточный тороидальный сердечник 1 из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, на котором размещены две первичные обмотки 2 и 3 с выводами 4, 4 , 5,5 . Обмотки 2 и 3 вьшолнены дву мя параллельными проводами, витки которых равномерно распределены на ука занном сердечнике. Вторичная обмотка трансформатора вьшолнена в виде токопроводящей пластины 6 с ответвлениями 7, В и 9 и представляет двухвитковую обмотку со средней точкой. Ответвления 7 и 8 отогнуты в одном направлении и охватывают сердечник 1 с обмотками 2 и 3. Вследствие этого ответвления 7 и 8 имеют согласно после1довательные соединения, а по отношению к направлению тока от внешнего источника - параллельно встречное. Ответвление 9 является средним выводом вторичной обмотки. Свободные концы ответвления 7 и 8 являются выводами 10 и 10 трансформатора. Предлагаемая инструкция позволяет вторичную обмотку и все выводы трансформатора изготавливать методом гальванопластики. Между первичными и вторичной обмотками размещена диэлектрическая пластина 11 с пазами, в которых расположены выводы 4, 4 , 5, 5 , 9, 10 и 10 трансформатора. Данная пластина обеспечивает симметричную фиксацию витков и выводов вторичной . обмотки относительно витков и выводов первичных обмоток. Принцип действия заявляемого импульсного трансформатора поясняется при работе его на низкоомную нагрузку, например при работе его в схеме управления мифистором (см. фиг. 3), При подаче на одну из первичных обмоток (например, на выводы 4-4) импульсного напряжения ампли-тудой U, и длительностью fvi и при прохождении под действием этого напряжения через обмотку тока Ц происходит перемагничивание сердечника из состояния - Bj в состояние + Вд и изменение магнитного потока на ЛФ, определяемого выражениемДФ BSW lOOfytU, где ДВ 8f,4Bg - остаточная индукция насыщения соответственно (гс) ; V/ - число витков Первичной обмотки; S - активное поперечное сечение сердечника. напряжение на первичной обмотке. В; Гц - длительность импульса, МКС. , При изменении магнитного потока на величину й.Ф на вторичной обмотке наводится напряжение Uri, определяемое выражением ,, ДФ Так как для магнитного материала сердечника с ППГ значение дФ имеет постоянно максимальное значение насыщения, то, как следует из выражения (), при постоянном напряжении U 58 будет постоянное значение длительноети импульса, передаваемой на выход трансформатора, т.е. в этом случае трансформатор выполняет функцию времязадающего элемента. Под действием напряжения Uij через витки вторичной обмотки трансформатора и мифистор М, сопротивление которого в замкнутом состоянии составляет 0,015+0,025 Ом, протекает импульсный ток длительностью и . Под действием количества электричества 1 V , значение которого должно находиться в пределах 500+550 А мк при токе порядка J,5-2 А, происходит надежное срабатывание мифистора, в ре зультате чего к внешнему источнику Е подключается нагрузка Ry . При этом ток нагрузки О j через замкнутые контакты мифистора разветвляется на две параллельные цепи и проходит по двум половинам вторичной обмотки и выходит через ее среднюю точку. Чтобы ток нагрузки не вызывал перемагничивания сердечника и соответственно самопроизвольное обратное срабатывание ми фистора, обе половины вторичной обмотки должны создавать встречные взаимно-исключающие магнитные потоки. Чтобы не происходило ложного срабатывания за счет разницы в токах, необходимо чтобы все цепи вторичной обмотки и ее обе половины имели одинаковое значение сопротивления, т.е. должна быть обеспечена геометрическая симметрия. Для получения высокого значения КПД трансформатора необходимо, чтобы сопротивление цепей вторичных обмоток не превьшало 0,002-0,003 Ом, что выну5кдает выполнять их из толстого провода, который, в свою очередь, невозможно применить для микроминиатюрного изделия При прекращении действия импульса и на первичной обмотке магнитное состояние сердечника изменится из состо яния +Вд в состояние +Ву.. Для реального сердечника с Ш1Г магнитньй поток имеет приращение -АФд SCBg-B,,) (обратного знака по отношению первоначального перемагничивания . Б результате во вторичной обмотке наводится напряжение помехи, от воздействия которого может произойти ложное срабатывание мифистора. С целью получения минимального зна чения напряжения помехи применяется сердечник с большим значением коэффи1циента прямоугольности петли гистерезиса (Кг,). Поэтому используется ленточный сердечник из пермаллоевых сплавов, имеющих по сравнению с ферритовыми, сердечниками большие значения Kq и большие значения приращения индукции йВ В г + BS, последнее из которых обратно пропорционально влияет на габаритные размеры трансформаторы. При прекращении подачи напряжения и на первичную обмотку магнитное состояние сердечника останется без изменения (останется в состоянии +Bf.) до тех пор, пока на вторую первичную обмотку не будет подано напряжение U. Таким образом, трансформатор выполняет функцию запоминания информации. При подаче на вторую первичную обмотку (на выводе 5-5) напряжения J и перемагничивание сердечника происходит из состояния +В г в состояние -В g (происходит считывание информации) . Под действием напряжения, наводимого на вторичной обмотке, но с противоположньгм знаком, и протекающего через нее импульса тока происходит переключение мифистора в противоположное направление, тем самым происходит подключение к внешнему источнику другой нагрузки и отключение первой нагрузки , Поскольку напряжения Uij иОг, наводимые на вторичной обмотке при записи и считывании информации, должны быть одинаковыми, необходимо обеспечить одинаковую магнитную связь вторичной обмотки с каждой из первичных обмоток. Поэтому первичные обмотки должны быть идентичны, а витки и выводы Вторичной обмотки должны симметрично располагаться относительно витков и выводов двух первичных обмоток . Так как источником входных сигна- (напряжений U и U() являются относительно высокоомные генераторы с R(.,,упорядка 75 Ом, а нагрузка является низкоомной, порядка единиц миллиом, то трансформатор в этом случае вьшолняет функции, .согласуклцего элемента с коэффициентом трансформации порядка 100:1. Поскольку трансформатор передает с допустимыми искажениями импульсное напряжение при необходимом произведении Си и , поэтому он является импульсным. Таким образом, заявленный мпульсньБ трансформатор является ногофункциональным. Ржидае№,1й экономический эффект от производства и применения данного трансформатора при объеме выпуска 100 тыс.шт. в год составляет 878,0 тыс.руб. Формула изобретения 1. №1пульсный трансформатор, содержащий тороидальный сердечник, многовитковые первичные обмотки, размещенные на указанном сердечнике, вторичную обмотку, о тличающийфункциональньгх возможностей трансформатора, а также обеспечения автоматизации и механизации изготовления вторичной обмотки, первичные обмотки выполнены из двух параллельных проводов витки которых равномерно распределены на сердечнике из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, а вторич фс/г. f ная обмотка, выполненная в виде двухвитковой обмотки со средней точкой, представляет собой токопроводящую скобообразную пластину с ответвлениями, два из которых являются ее витками, отогнутыми в одном направлении, и охватывает сердечник с первичными обмотками, при этом их свободные концы служат выводами трансформатора, а третье ответвление служит средним выводом вторичной обмотки. 2. Импульсный трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что витки и выводы вторичной обмотки фиксированы симметрично относительно витков и выводов первичной обмотки с помощью диэлектрической пластины с пазами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 75143, кл. Н 01F 19/08, 1969. Ф1/г.2

/

//

N4/U

фуг.