Scheidingstransformator.
De uitvinding heeft betrekking op een scheidingstransformator bevattende een uit zachtmagnetisch materiaal vervaardigde kern waarop een primaire en een
5 secundaire wikkeling zijn aangebracht, waarbij ten behoeve van een vereiste elektrische
isolatie tussen de primaire en secundaire wikkelingen ten minste één van de wikkelingen gevormd is uit een elektrisch geleidende draad die omgeven is door een mantel van elektrisch isolerend materiaal.
10
Een dergelijke transformator is bekend uit DE-C-1 958 750. Een scheidingstransformator heeft onder meer tot doel, een veilige scheiding aan te brengen tussen een direct of indirect met de primaire wikkeling verbonden gevaarlijke spanningsbron zoals het elektriciteitsnet en een deel van een met de secundaire
15 wikkeling verbonden apparaat, dat door een gebruiker zou kunnen worden aangeraakt.
Daartoe dient de transformator te voldoen aan bepaalde eisen die zijn vastgelegd in nationale en internationale voorschriften zoals IEC 742. Dit betekent in de praktijk dat voor een scheidingstransformator die geschikt is voor de aansluiting van een apparaat aan een elektriciteitsnet met een spanning tot 250 volt de isolatie tussen de primaire en
20 secundaire wikkelingen zodanig moet zijn, dat tussen deze wikkelingen een spanning
van 3750 volt kan worden aangebracht zonder dat doorslag optreedt. Bij de bekende transformator bestaat zowel de primaire als de secundaire wikkeling uit een elektrisch geleidende draad met een mantel van polytetrafluorethyleen. Deze draden zijn bifilair gewikkeld. Deze constructie is voor vele typen scheidingstransformatoren minder
25 geschikt omdat de isolatiemantel een betrekkelijk grote dikte moet hebben om aan de
genoemde eisen te kunnen voldoen. Daardoor is de vulfactor betrekkelijk slecht, in het bijzonder indien een van de wikkelingen betrekkelijk veel windingen omvat. De vulfactor is, zoals bekend, de verhouding van het volume aan elektrisch geleidend materiaal (bijvoorbeeld koper) tot het totale volume van de wikkelingen. Voorts is gebleken dat als gevolg van fabricagetoleranties de isolatie tussen de wikkelingen niet in alle gevallen voldoet aan de genoemde voorschriften.
5
De uitvinding heeft tot doel, een scheidingstransformator aan te geven, waarbij de isolatie tussen de primaire en secundaire wikkelingen nagenoeg altijd aan de voorschriften voldoet en waarbij de vulfactor in het algemeen beter is dan die van de bekende transformator. De transformator volgens de uitvinding heeft daartoe het
10 kenmerk, dat de mantel van elektrisch isolerend materiaal bestaat uit n over elkaar
aangebrachte lagen van een elektrisch isolerende stof, waarbij n ten minste gelijk is aan drie en waarbij de dikte en het materiaal van de lagen zo gekozen zijn, dat n-1 lagen voldoende zijn voor het verkrijgen van de vereiste isolatie tussen de primaire en secundaire wikkelingen. De uitvinding berust op het inzicht dat als gevolg van
15 fabricagetoleranties in elke laag isolatiemateriaal zwakke plekken kunnen voorkomen,
waar de doorslagspanning aanzienlijk lager is dan in de rest van de laag. In de bekende transformator worden twee isolatielagen toegepast die tezamen de vereiste doorslagspanning moeten waarborgen. Indien een van die lagen een zwakke plek vertoont, zal ter plaatse de doorslagspanning dus in het algemeen niet aan de eisen
20 voldoen. Bij de transformator volgens de uitvinding is de kans dat twee of meer lagen
op dezelfde plaats een zwakke plek vertonen, verwaarloosbaar klein zodat deze transformator in nagenoeg alle gevallen aan de eisen zal voldoen. De uitvinding berust verder op het inzicht dat voor vele toepassingen, bijvoorbeeld scheidingstransformatoren in voedingsapparaten, de secundaire wikkeling een lage spanning moet leveren en dus
25 aanzienlijk minder windingen zal hebben dan de primaire wikkeling. Het is dan gunstig,
de primaire wikkeling te vervaardigen uit een draad met een eenvoudige, dunne isolatielaag, bijvoorbeeld een laklaag, en de secundaire wikkeling te vervaardigen uit de beschreven, meervoudig geïsoleerde draad. Doordat slechts het betrekkelijk kleine aantal windingen van de secundaire wikkeling uit de betrekkelijk dikke, meervoudig
30 geïsoleerde draad bestaat, is de vulfactor beter dan bij de bekende transformator.
Teneinde een controle op het gebruik van de meervoudig geïsoleerde draad gemakkelijker te maken, heeft een voorkeursuitvoeringsvorm van de transformator volgens de uitvinding het kenmerk, dat de verschillende lagen van de mantel zich op een visueel herkenbare wijze van elkaar onderscheiden. Bij voorkeur bevatten de verschillende lagen daartoe verschillend gekleurde stoffen.
De vervaardiging van de transformator volgens de uitvinding is het eenvoudigste indien de lagen uit substantieel hetzelfde materiaal bestaan en substantieel 5 dezelfde dikte hebben. Een zeer geschikt materiaal voor het vervaardigen van de lagen
is polytetrafluorethyleen.
De veiligheid van de transformator volgens de uitvinding kan verder worden verhoogd doordat de wikkelingen in lagen over elkaar zijn aangebracht en doordat slechts de wikkeling die de buitenste van deze lagen vormt voorzien is van een
10 mantel die uit ten minste drie lagen elektrisch isolerend materiaal bestaat. De buitenste
wikkeling vormt in deze uitvoeringsvorm een isolerende mantel om de transformator, die het aanraken van de meer naar binnen gelegen wikkelingen onmogelijk maakt.
Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.
15 Figuur 1 toont schematisch een langsdoorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van een scheidingstransformator volgens de uitvinding, en Figuur 2 toont de opbouw van een wikkeldraad die kan worden toegepast
20 in de in figuur 1 getoonde transformator.
De in figuur 1 getoonde transformator bevat een uit zachtmagnetisch materiaal, bijvoorbeeld ferriet, vervaardigde kern 1 bestaande uit twee E-vormige delen
25 die zich uitstrekken in een vlak dat loodrecht op het vlak van tekening staat. De
middenbenen 3 van de E-vormige kerndelen bevinden zich in een centrale holte van een spoelkoker 5 die verder voorzien is van twee flenzen 7. Desgewenst kan zich tussen de naar elkaar toegekeerde uiteinden 9 van de benen 3 een luchtspleet bevinden (niet getekend). De kern van de transformator kan uiteraard ook een andere, op zichzelf
30 bekende vorm hebben. Tussen de flenzen 7 bevindt zich een wikkelruimte, waarin een
primaire wikkeling 11, een secundaire wikkeling 13 en een hulpwikkeling 15 zijn aangebracht. De primaire wikkeling 11 is voorzien van aansluitdraden 17, de secundaire wikkeling 13 van aansluitdraden 19 en de hulpwikkeling 15 van aansluitdraden 21. In dit uitvoeringsvoorbeeld worden alle genoemde aansluitdraden gevormd door de vrije uiteinden van de draden waaruit de desbetreffend wikkelingen vervaardigd zijn. Deze uiteinden zijn als zogenaamde flying leads direct naar buiten gevoerd. Het is ook mogelijk, de uiteinden met aansluitpennen te verbinden die daartoe op de spoelkoker 5 5 kunnen zijn aangebracht (niet getekend).
De primaire wikkeling 11 en de hulpwikkeling 15 zijn bedoeld om direct of indirect verbonden te worden met het elektrische net en de secundaire wikkeling 13 is bestemd om direct of indirect verbonden te worden met een schakeling die behoort tot een apparaat dat door een gebruiker aangeraakt zou kunnen worden. De primaire
10 wikkeling 11 en de hulpwikkeling 15 zijn gevormd uit een betrekkelijk dunne, elektrisch
geleidende draad die voorzien is van een dunne laag isolatiemateriaal die voldoende is om de in het algemeen zeer lage elektrische spanning tussen naast elkaar gelegen windingen van die wikkelingen te weerstaan. Dit kan bijvoorbeeld een laag lak of email van enkele microns dik zijn. De hulpwikkeling 15 is direct op de spoelkoker 5
15 gewikkeld en de primaire wikkeling 11 is over de hulpwikkeling heen gewikkeld.
Tussen de hulpwikkeling 15 en de primaire wikkeling 11 bevindt zich een folie 23 van elektrisch isolerend materiaal. De aansluitdraden 21 en 17 van respectievelijk de hulpwikkeling 15 en de primaire wikkeling 11 kunnen omhuld zijn met een kous van elektrisch isolerend materiaal (niet getekend), waarvan de dikte zo groot is, dat aan de
20 veiligheidsvoorschriften is voldaan.
De secundaire wikkeling 13 is gevormd uit een elektrisch geleidende draad die voorzien is van drie lagen elektrisch isolerend materiaal zoals verderop aan de hand van figuur 2 zal worden toegelicht. Deze draad is over de primaire wikkeling 11 heen gewikkeld en bevindt zich dus aan de buitenzijde van de transformator. Zoals in de
25 figuur te zien is, is het aantal windingen van de secundaire wikkeling 13 aanzienlijk
kleiner dan het aantal windingen van de primaire wikkeling 11. Daardoor is toch een goede vulfactor mogelijk ondanks het feit dat de draad waaruit de secundaire wikkeling
13 vervaardigd is dikker is dan de draad waaruit de primaire wikkeling vervaardigd is.
Dit dikteverschil is in figuur 1 overdreven ter wille van de duidelijkheid.
30 Figuur 2 toont in zijaanzicht een uitvceringsvoorbeeld van de opbouw van
de draad waaruit de secundaire wikkeling 13 vervaardigd is. Deze bestaat uit een geleider 25, bijvoorbeeld een koperdraad met een diameter van 0,4 mm, die omgeven is door een mantel bestaande uit drie over elkaar aangebrachte lagen 27, 29 en 31 van elektrisch isolerend materiaal, bijvoorbeeld polytetrafluorethyleen. Om de structuur van de draad te laten zien, zijn in figuur 2 van links naar rechts achtereenvolgens alle drie de lagen, de middelste laag 29 samen met de buitenste laag 31 en alleen de buitenste
<EMI ID=1.1>
5 Gebleken is dat twee van zulke lagen polytetrafluorethyleen voldoende zijn om zonder
doorslag een spanningsverschil van meer dan 3750 V kunnen doorstaan. De derde laag dient als extra beveiliging voor het geval dat zich in een van de beide overige lagen een zwakke plek bevindt waar de doorslagspanning lager is. De doorslagspanning van het samenstel van drie lagen zal dus in nagenoeg alle gevallen hoger zijn dan 3750 V.
10 Indien de isolatie tussen de primaire en secundaire wikkelingen aan andere eisen moet
voldoen, kunnen het materiaal, de dikte en het aantal van de lagen gemakkelijk aan deze eisen worden aangepast. De lagen 27, 29 en 31 worden na elkaar en bij voorkeur door middel van een extrusieproces op de geleider 25 aangebracht
Aan het materiaal van elke laag 27, 29 en 31 is bij voorkeur een andere
15 kleurstof toegevoegd. Daardoor kan gemakkelijk vastgesteld worden dat de
isolatiemantel inderdaad uit drie verschillende lagen bestaat. Daartoe behoeft slechts een gedeelte van de buitenste laag 31 verwijderd te worden, bijvoorbeeld mechanisch of met behulp van een oplosmiddel, zodat de anders gekleurde middelste laag 29 zichtbaar wordt. Vervolgens wordt ook een deel van de middelste laag 29 verwijderd zodat de
20 weer anders gekleurde binnenste laag 27 zichtbaar wordt.
De beschreven transformator kan zeer compact gebouwd worden doordat de volledige door de veiligheidsvoorschriften geëiste isolatie tussen de primaire wikkeling 11 en de secundaire wikkeling 13 gevormd wordt door de drievoudige isolatiemantel rondom de draad 25 waaruit de secundaire wikkeling gevormd is. Dank
25 zij het relatief kleine aantal windingen van de secundaire wikkeling 13 is de hiervoor
benodigde hoeveelheid isolatiemateriaal betrekkelijk gering, zodat een hoge vulfactor mogelijk is. Door de compacte vorm van de transformator kan ook de spreidingszelfinductie laag zijn in vergelijking met bekende transformatoren. Bovendien is de beschreven transformator uitermate geschikt voor miniaturisatie.