Помехоустойчивый трансформатор

 

Помехоустойчивый трансформатор предназначен для применения в устройствах электропитания цифровых технических средств с повышенной чувствительностью к помехам.

Помехоустойчивый трансформатор содержит магнитопровод с первичной 3 и вторичной 4 обмотками. Обе обмотки залиты в оболочку 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем. Между первичной и вторичной обмотками установлен экран 5 из листа электропроводного материала с разрезом, зашунтированным резистивным элементом. Вторичная обмотка 4 разделена на секции, на торцах каждой из которой установлены магнитные шунты 15,17, между секциями также установлен шунт 16. Поверх вторичной обмотки 4 с оболочкой 8 установлен экран 6 из листа электропроводного материала. Трансформатор выполнен трехфазным с трехстержневым магнитопроводом, на каждом из стержней которого установлена на каркасе катушка с первичной и вторичной обмотками. 3 з.п. ф-лы,5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, точнее к помехозащитным устройствам, а именно к помехоустойчивым мощным трансформаторам.

Известен трансформатор источника питания (JP, В, 59-41297, 1984, HO1F 27/36), содержащий первичную и вторичную обмотки, размещенные на магнитопроводе в полости экранирующего корпуса. Первичная и вторичная обмотки вместе с соответствующими частями магнитопровода отделены друг от друга экранами, представляющими собой часть корпуса. Однако в этой конструкции велики потери электроэнергии, обусловленные токами, циркулирующими в экране и мало ослабление симметричных помех.

Наиболее технологичным является помехоразделительный трансформатор (JP, А, 60-213015, 1985, H O1F 27/36), содержащий основной магнитопровод, первичную обмотку, подключаемую к сети, и вторичную обмотку, подключаемую к нагрузке, размещенные на основном магнитопроводе, обмотки, первичная и вторичная, залиты в оболочку из смолы с наполнителем, имеющим высокую магнитную проницаемость для высоких частот (ВЧ). Однако несимметричные помехи в этой конструкции не ослабляются.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является помехоустойчивый трансформатор (патент РФ N 2022386, кл.H O1F 27/36,1994), содержащий магнитопровод, магнитный шунт, экран из нескольких гальванически связанных между собой и землей частей, первичную и вторичную обмотки, залитые в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем, часть экрана, расположенную между обмотками, снабженную разрезом, зашунтированным резистивным элементом, листовые экраны, гальванически связаны между собой и землей, один из которых установлен между первичной и вторичной обмотками, и магнитные шунты.

Недостатком этого трансформатора является увеличение пропускаемых помех при использовании в мощных трехфазных устройствах из-за увеличения длины силовой магнитной линии на больших размерах катушек, что увеличивает магнитное сопротивление для помех и снижает помехозащищенность.

Технической задачей изобретения является увеличение помехозащищенности и расширение области применения мощных трехфазных трансформаторов.

Эта задача решается выполнением помехоустойчивого трансформатора с магнитопроводом.

Помехоустойчивый трансформатор содержит магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, каждая из которых залита в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем, листовые экраны с разрезом, зашунтированным резистивным элементом, листовые экраны гальванически связаны между собой и землей, причем один из них установлен между первичной и вторичной обмотками, магнитные шунты, при этом вторичная обмотка выполнена, по крайней мере, с двумя секциями, расположенными друг над другом, между которыми установлен шунт, по краям секций размещены также магнитные шунты, поверх вторичной обмотки с оболочкой установлен другой листовой экран с разрезом, зашунтированным резистивным элементом.

Магнитные шунты помехоустойчивого трансформатора выполнены из листа материала с высокой магнитной проводимостью, размещенного между изолирующими листами. Кроме того, магнитный шунт выполнен из двух частей, имеющих между собой зазор.

Помехоустойчивый трансформатор выполнен трехфазным, магнитопровод трехстержневым, на каждом из стержней размещена катушка, содержащая по одной фазе первичной и вторичной обмотки.

На фиг. 1 показана конструкция трансформатора;на фиг.2 принципиальная электрическая схема трансформатора (возможны и иные известные схемы соединения обмоток); на фиг.3 принципиальное устройство катушки; на фиг.4 схема распространения магнитных (М) и электрических (Э) силовых линий потоков помех в экранах магнитном и электростатическом;на фиг.5 пример выполнения конструкции шунтов 15 17.

Помехоустойчивый трехфазный трансформатор содержит магнитопровод 1 (фиг. 1) с размещенными на его стержнях катушками 2. Каждая из катушек содержит первичную обмотку 3, вторичную обмотку 4, электростатический экран из нескольких 5,6 гальванически связанных между собой и землей 7 частей. Каждая из обмоток залита в оболочку из смолы 8 с высокочастотным ферромагнитным наполнителем. Экраны 5 и 6 выполнены из электропроводного листа и снабжены разрезами 9 и 10 для предотвращения образования короткозамкнутых витков, разрезы зашунтированы резистивными элементами 11 и 12 (по меньшей мере, в двух точках с противоположных торцов катушек). Вторичная обмотка 4 выполнена по меньшей мере двухсекционной. По краям секций 13 и 14 между ними размещены магнитные шунты 15-17. Шунты замыкают в магнитном отношении слои 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем. Магнитные шунты выполнены из листового ферромагнитного и электропроводного материала, например из пермаллоя или аморфного железа. Шунты имеют зазоры 18 для предотвращения возникновения короткозамкнутых витков. Каждый из шунтов 15 17 состоит из листа пермаллоя или аморфного железа 19 и изолирующих листов 20 из текстолита и т. п. Технологически удобно собирать шунт из двух половин. Каждая из катушек 2 вместе с экранами, шунтами и оболочкой установлены на каркасе 21, размещенном на одном из стержней магнитопровода 1. Магнитопровод 1 с катушками 2 залит в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем ( не показан).

Таким образом, слои феррокомпаунда, шунты и экраны заключают секции вторичной обмотки в своеобразный "кокон", непроницаемый для электрических и магнитных помех. Силовые линии магнитного и электрических помех замыкаются в этом коконе согласно приведенной схеме (фиг.4). Здесь шунты 15 17 являются одновременно проводниками магнитного и электрического полей.

Изобретение наиболее целесообразно использовать в трехфазных мощных трансформаторах. В трехфазном трансформаторе магнитопровод выполнен трехстержневым (фиг.1), на каждом из которых расположено по вышеописанной катушке с первичной и вторичной обмотками.

Деление вторичной обмотки на секции с установкой между ними их магнитных шунтов обусловлено тем, что в трехфазных мощных трансформаторах катушки имеют большие линейные размеры, в особенности по продольной оси. Вследствие этого увеличивается магнитное сопротивление слоев из феррокомпаунда по продольной оси катушки и силовые линии магнитного поля помех стремятся замкнуть слои феррокомпаунда по пространству, в котором расположена вторичная обмотка, что приводит к возникновению в ней ЭДС, наведенных потоком помех. Дополнительные магнитные шунты 15 17 создают пути с малым магнитным сопротивлением для полей помех непосредственно в теле вторичной обмотки, магнитные потоки полей помех локализуются в них, поэтому меньшая часть силовых линий магнитного поля помех ответвляется во вторичную обмотку и тем самым улучшаются помехозащитные свойства трансформатора.

Помехоустойчивый трансформатор работает следующим образом.

Первичная обмотка 3 подключается к сети переменного тока. В магнитопроводе 1 возникает изменяющийся поток, который наводит во вторичной обмотке 4 напряжение, подводимое к нагрузке. В экранах 5 и 6 также наводится ток, но из-за большого сопротивления резистивных элементов 9 и 10 и наличия разреза потери энергии от основного потока в экранах невелики. Оболочки 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем и магнитные шунты 15 17 на основной магнитный поток оказывают пренебрежительно малое влияние.

Несимметричные помехи из сети непосредственно через трансформатор на нагрузку передаваться не могут, т. к. экраны выполнены из электропроводящих листов, которые соединены гальванически между собой и землей 7, образуя высококачественный объемный электростатический экран между первичной 3 и вторичной 4 обмотками.

Электростатический экран работает также и в обратном направлении, защищая сеть от несимметричных помех, создаваемых нагрузкой. Оболочки 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем выполняют роль демпфера акустических колебаний, способствуя снижению уровня шумов устройства.

Симметричные помехи из сети распространяются в нагрузку через поток рассеяния, который исходя из первичной обмотки 3 сцепляется с объемным магнитопроводом, образованным ферромагнитным наполнителем оболочки 8 и основным магнитопроводом 1. Поток рассеяния вторичной обмотки 4 сцепляется с объемным магнитопроводом (фиг. 4), образуемым ферромагнитным наполнителем 8, магнитными шунтами 15 17, которые способствуют уменьшению магнитного сопротивления для полей помех за счет уменьшения длины силовой линии магнитного поля. Образованные вокруг секций вторичной обмотки 4 "коконы" из феррокомпаунда 8, шунтов 15 17 и экрана 6 замыкают помехи внутри себя, снижая возможность проникновения части силовых линий магнитного поля помех во вторичную обмотку. Слой экрана 6 из электропроводного листа может преобразовать магнитные потоки рассеяния в акустические шумы через взаимодействие магнитных потоков рассеяния с токами, индуцированными ими в электропроводном листе.

Уровень акустических шумов может быть ослаблен за счет увеличения толщины электропроводного листа. При воздействии высокочастотных симметричных помех, например коротких импульсов, имеет место волновой характер распределения их по виткам первичной обмотки 3. Поэтому импульсное напряжение, прикладываемое первоначально к нескольким виткам первичной обмотки, и напряжение, наводимое в витке, образованном экраном 5 с разрезом, будет велико, соответственно будет велик и ток в резистивном элементе 11, шунтирующем разрез, а значит, значительная часть энергии импульса напряжения будет преобразована в резистивном элементе в тепло и импульсное напряжение симметричной помехи на вторичной обмотке будет уменьшено.

Для усиления эффекта помехоустойчивости трансформатор имеет фильтр на первичной обмотке или на вторичной обмотке, либо фильтры на первичной и вторичной обмотке.

Изобретение позволяет более эффективно по сравнению с известными защищать электронное оборудование на большие мощности от помех из питающей сети и питающую сеть от помех, создаваемых работой нагрузки.

Помехоустойчивый трансформатор предназначен для применения в устройствах электропитания цифровых технических средств с повышенной чувствительностью к помехам, например компьютерах, станках с числовым программным управлением, а также для защиты электрических сетей жилых зданий от помех, создаваемых работой электронной техники.

Формула изобретения

1. Помехоустойчивый трансформатор, содержащий магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, залитые каждая в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем, листовые экраны с разрезом, зашунтированным резистивным элементом, листовые экраны гальванически связаны между собой и землей, а один из них установлен между первичной и вторичной обмотками, магнитные шунты, отличающийся тем, что вторичная обмотка выполнена по крайней мере с двумя секциями, расположенными друг над другом, между которыми установлен магнитный шунт, по краям секций размещены также магнитные шунты, поверх вторичной обмотки с оболочкой установлен другой листовой экран с разрезом, зашунтированным резистивным элементом.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что каждый магнитный шунт выполнен из листа материала с высокой магнитной проводимостью, размещенного между изолирующими листами.

3. Трансформатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что магнитный шунт выполнен из двух частей, имеющих между собой зазор.

4. Трансформатор по пп. 1,2 или 3, отличающийся тем, что он выполнен трехфазным, магнитопровод трехстержневым, на каждом из стержней размещена катушка, содержащая по одной фазе первичной и вторичной обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5