Трансформатор отношений

 

O П И С А Н И Е (и) 55650 8

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских т"ониалистических

Республик (61) дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.08.75 (21) 2167124/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.04.77. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 23.05,77 (51) М. Кл."- Н 01F 40/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.314.222. .8(088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. С. Гурьянов (71) Заявитель (54) ТРАНСФОРМАТОР ОТНО1ИЕНИЙ

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Трансформатор отношений (ТО) образует плечи отношений в трансформаторных измерительных мостах перем нного 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. Первичн ая обмотка размещена в один слой на защитном корпусе.

Магнитопровод 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 ТΠ— 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 об5 щий недостаток — у магнитопровода неравномерное магнитное сопротивление по периметру. Особенно заметна неравномерность магнитного сопротивления магнитопровода в начале и в конце ленты, из которой он намотан.

1о 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

15 среднего значения существенно больше — 1. .10 — отн. величины. Выполнение пермаллоевого экрана для тороидальных магнитопроводов — сложная технологическая операция, так, как, с одной стороны, части экрана, состоя20 щего обычно из двух частей, должны быть точных размеров (для уменьшения магнитного "опротивления), а с другой - — хорошо отожжены для получения высоких магнитных свойств. При отжиге экран коробится и те25 ряет точную форму, а при попытке выправить форму экрана после отжига теряются магнитные свойства.

Для уменьшения влияния неравномерности магнитного потока вторичные обмотки следу30 ет выполнять жгутовыми. Однако провода

3 жгутовых обмоток не могут иметь диаметр более 0,6 — 0,8 мм, так как жгут цз проводов большего диаметра трудно намотать на магнитопровод (такой жгут при намотке теряет форму, и симметрия витков нарушается).

В жгутовых обмотках емкости между проводами значительно возрастают по сравнению, например, с однослойной намоткой, а это приводит к погрешностям отношений напряжений вторйчных 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 магнптопровода 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 окон 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 конструкции — существенная неравномерность магнитного, потока по периметру магнитопровода, так как размещение первичной обмотки внутри окон равнозначно 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 точнос и отношения напряжений на витках вторичной обмотки ТО.

Это достигается тем, что предлагаемыи 10 снабжен корпусом-экраном и имеет не менее двух каркасов, выполненных из ферромагнитt.ñão материала и укрепленных своими концами в отверстиях противоположных 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.

556508

3 )

CO

4

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

Корпус-экран имеет форму параллелепипеда и состоит из отдельных частей: передней 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 перпендикулярно 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 получилась короткозамкнутого витка. Если трубы 5 выполнить из феррпта, то изоляция не требуется. На трубы 5 надеты замкнутые магнитопроводы 6.

Их число на каждой трубе 5 одинаковое и четное. На магнитопроводах 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 направление укладки одноименных слоев противоположное. Все обмотки 7 соединены параллельно и согласно и совместно образуют первичную обмотку ТО. Возможно и смешанное последовательно-параллельное соединение, но в этом случае необходимо подбирать магнитопроводы с одинаковыми магнитными характеристиками. Внутри каждой трубы 5 размещен экран 8, выполненный из листового пермаллоя толщиной 0,05 — 0,1 мм, свернутого в рулон. ьIисло 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 пермаллой хорошо пружинит. Задняя стенка 2 с трубами 5 и экранами 8 предварительно отожжена при 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 обмоток

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 вторичных обмоток 10 соединены последовательно, и от мест соединения, а также от начала и конца обмотки 10 сделаны отводы.

Эти отводы позволяют получить разные отношения напряжений на вторичных обмотках

10. Для уменьшения магнитного сопротивления между трубами 5 и стенкой 1 на концах

556508

ЗО

5 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 магнитопроводэх 6 во много раз уменьшает неравномерность магнитного потока внутри окна магнитопровода по сравнению с прототипом и тем самым уменьшает погрешности отношения напряжений па вторичных обмотках 10. Корпус-экран совместно с экраном 8 обеспечивает минимальное поле рассеяния внутри экранов 8 и тем самым одинаковые потокосцепл ения 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 магнитопроводов 6 приводит к уменьшению вредного действия неравномерностей м агнитного сопротивления каждого магнитопровода на общий магнитный поток, так как при большом числе магнитопроводов неоднородность магнитного потока каждого из них оказывает значительно меньшее влияние на общий магнитный поток. Размещение вторичных обмоток 10 внутри магнитопроводов 6 позволяет выполнить эти обмотки из сравнительно толстых проводов, например экранированных. При этом провода вторичных обмоток 10 легко свить, напри:пер, 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, находящаяся внутри магнитопроводов, благодаря вкладышам 9 не имеет искривлен,:й, что улучшает симметрию проводов относительно»агнитопровода и, следовательно, уменьшает разницу ЭДС между любыми витками вторичных обмоток 10. В месте изгибов вторичных обмоток 10 практически отсутствуют поля рассеяния благодаря экранирующему действию корпуса-экрана. Разное направление укладки слоев первичных 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 магнптопроводов. Общее сечение магнптопровода 30 cvr и более при средних (наружный диаметр 80 — 90 мм) размерах магнитопроводов 6, при которых еще не возникают какие-либо технологические трудности. Увеличение сечения общего магнитопровода 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 треоования к магнитному сопрот11влени10 ivIBI нитопроводов. Их можно изготовить из низконикелевых пермаллоев, имеющих примерно в 2 — 2,5 раза большую индукцию насыщения, re» высоконикелевые, обычно применяемые в TO. 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 neparI rIrbIv. обмоток и одинаковых размерах магнитопроводов 6, При этом уменьшается опасность нелинейных искажений. Можно получить на вторичных обмотках напряжение до

1000 В и выше, так как можно набрать большое число отдельных магнитопроводов 6 и провода с достаточно прочной изоляцией.

Точность предлагаемого ТО возрастает не менее чем на порядок за счет уменьшения неравномерностей магнитного потока, связанного с витками вторичных обмоток, и сокращения длины вторичных обмоток, а конструкция проще известных — намного проще изготовление корпуса-экрана, никаких трудностей не вызывает продевание вторичных обмоток, например, свитых в жгут.

Испытания показали, что отклонения напряжений секций вторичных обмоток, имеющих одинаковое число витков, от среднего д: я всех секций (число секций 1 ) не превышает 30.10 — отн. ед. в диапазоне частот от 1 до 10 кГц и це более 12 10 — отн. ед. на частоте 1 кГц. По сравнению с лучшими известными конструкциями погрешность уменьшена в

l0 и более раз. При работе ТО в условиях сильных магнитных помех число труб 5 может Оыть больше двух> например 4> и Вторичные обмотки могут иметь разное направление намотки в каждой паре труб — намотка, аналогичная астатическим катушкам пндуктив ности.

Формула изобретения

1. Трансформатор отношений, содержащий перви шые обмотки, размещенные на тороидальных магнитопроводах, расположенных на цилиндрическом каркасе, внутри которого расположена, например, одна вторичная обмотка, отличающийся тем, что, с целью повышения то.ности отношения напряжений на витках вторичной обмотки, он снабжен корпусом-экрано» и имеет не менее двух кар. касов, выполненных из ферромагнитного материала и укрепленных своими концами в отверстиях противоположных стенок экрана, причем первичные обмотки соединены согласно-параллельно.

2. Трансформатор по п. 1, от л ич а ю щи йся revr, что внутри каждого каркаса ðàç»åщен вкладыш со сквозными отверстиями, в которых расположены провода вторичной оомотки.

3. Трансформатор по п. 1, о тл пч а и щ йс я тем, что между стенками каждого каркаса и вкладышем размещен экран из магнитомягкого материала.

556508

Составитель Б. Никоноров

Техред 3, Тарасова

Редактор С. Заика

Корректоры: 3. Тарасова и E. Хмелева

Заказ 996/10 Изд. № 389 Тираж 992 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

4. Трансформатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что направление укладки витков в соседних слоях и направление укладки одноименных слоев первичных обмоток на соседних магнитопроводах противополохкчы.

Трансформатор отношений Трансформатор отношений Трансформатор отношений Трансформатор отношений 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при контроле режимов электрических цепей переменного тока

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям постоянных токов в электроэнергетике
Наверх