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Transformateur haute fréquence.
L'invention concerne les transformateurs électriques et particulièrement les transformateurs haute fréquence.
Dans les transformateurs travaillant à haute fréquence, comme entre 50 et 500 kilocycles, la fréquence de travail limite supérieure pour un transformateur est déterminée par le rapport entre l'inductance de fuite et la ..capacité répartie des enroule- ments du transformateur. Ces valeurs peuvent être réduites en étu- diant soigneusement la construction, mais cette réduction est d'or- dinaire limitée physiquement et il en est donc de même de la plus haute fréquence à laquelle on peut utiliser un transformateur à noyau de fer.
D'ordinaire ces enroulements sont à une seule cou- che c'est-à-dire que toutes les spires, d'une section donnée, sont enroulées en une couche sur une branche du noyau de façon à rédui- re la capacité répartie de l'enroulement à un minimum. Quand l'en- roulement est subdivisé pour diminuer l'inductance de fuite, cha- @
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que section n'a qu'une seule couche et les sections sont convena- bleirent isolées les unes des autres afin d'éviter une augmentation inconsidérée de la capacité. L'écartement entre les sections pour réaliser l'isolement nécessaire peut annuler le bénéfice obtenu par la réduction de l'inductance de fuite.
L'invention a pour but de procurer un transformateur du type susmentionné ayant une fréquence de travail limite supé- rieure plus élevée que celle que l'on peut atteindre avec le type antérieur de transformateurs.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description suivante de l'invention, faite avec référence au dessin annexé, dans lequel:
La figure 1 est un schéma de circuit dans lequel le transformateur suivant l'invention peut être utilisé.
La figure 2 est une coupe transversale d'un transformateur classique;
La figure 3 est une coupe transversale d'un transforma- teur conforme à l'invention.
La figure 1 donne le schéma d'un circuit classique dans lequel une paire de tubes à vide 1 et 2 sont connectés de façon à fournir du courant à l'enroulement primaire.d'un transformateur 3 dont le secondaire débite le courant dans une charge symétrique consistant en résistances 4 et 5. Les tubes 1 et 2 ont chacun une cathode chauffée 6, une grille de commande 7 et une plaque 8. Les cathodes 6 de chaque tube sont réunies par un conducteur 9 et mi- ses à la terre en 10 pour former une polarisation zéro pour les éléments des tubes. Les plaques 8 des tubes sont reliées*aux extré- mités ou bornes extérieures 11 et 13, respectivement, de l'enrou- lement primaire du transformateur de sortie 3, dont le point mi- lieu 12 est relié à un conducteur d'amenée de tension plaque B+.
Ce point milieu 12 peut être considéré comme mis à la terre, pour la haute fréquence, à travers le condensateur de filtrage de l'a- limentation de tension plaque classique. Les extrémités ou bornes
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extérieures 14 et 16 de l'enroulement secondaire du transformateur sont reliées, respectivement par les conducteurs 18 et 19, aux ex- trémités extérieures des résistances 4 et 5. Le point milieu 15 de l'enroulement secondaire est relié par le conducteur 21 au point milieu 22 des résistances 4 et 5, et à la terre en 23.
La figure 2 est une vue en coupe d'un transformateur classique utilisé dans le circuit de la figure 1 et comprend un noyau 24 en matière magnétique ayant une branche d'enroulement 25 sur laquelle sont placées les bobines 26, 27 et 28. La bobine 27 est un enroulement secondaire emprisonné entre les deux bobines
26 et 28 qui forment ensemble l'enroulement primaire. Des couches de matière isolante 29, 30 et 31 sont disposées respectivement sous chacune des trois bobines 26, 27 et 28. Les différentes ex- trémités de bobines 11, 12, 13, 14, 15 et 16 marquées à la figure
2, correspondent aux bornes numérotées de même à la figure 1. Un conducteur 32, représenté à la gauche de la figure 2, réunit les extrémités des bobines 26 et 28 pour former le point milieu 12 de l'enroulement primaire.
Le point milieu 33 de l'enroulement secon- daire est relié au conducteur d'extrémité 15.
La figure 3 est une vue en coupe d'un transformateur con- forme à l'invention. Les bornes de liaison des différentes bobi- nes sont numérotées de façon à correspondre aux bornes représen- tées à la figure 1. Le transformateur de la figure 3 a un noyau magné- tique enroulé 41 avec une branche d'enroulement 42 sur laquelle sont placées les différentes bobines primaires et secondaires. Toutes les bobines du transformateur sont alignées, à une extrémité, dans un plan numéroté 43 dans lequel se trouvent les points de départ d'enroulement des différentes bobines.
Dans la construction de la figure 3, il y a deux enroulements primaires désignés par P1 et P2 et deux enroulements secondaires S1 et S2.La bobine primaire Pl est comprise entre les bornes 11 et 12, et la bobine primaire P2 est mise entre les bornes 12 et 13, de sorte que l'enroulement pri- maire entier est connecté entre les bornes 11 et 13, et le point
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milieu de cet enroulement est la borne 12, correspondant à la représentation schématique de la figure 1.
De même, la bobine secondaire 81 est comprise entre les bornes 14 et 15, et la bobine secondaire S2 est mise entre les bornes 15 et 16 de sorte que l'en. roulement secondaire entier est connecté entre les bornes exté- rieures 14 et 16, et le point milieu de l'enroulement secondaire est la borne 15 intermédiaire entre les deux bobines secondaires.
La première spire dans chacune des différentes bobines primaires et secondaires S1, P1, P2 et S2 commence son enroule- ment dans le même plan 43, et les spires suivantes s'étendent le long de la branche d'enroulement 42 tour par tour vers la droite, comme indiqué à la figure 3, sur une étendue qui dépend du nombre de spires de chaque bobine. Dans la forme d'exécution de l'inven- tion représentée à la figure 3, les deux bobines secondaires S1 et
S2 occupent, comma indiqué, un espace à peu près moitié de celui des bobines primaires P1 et P2. C'est-à-dire que l'espace à droi- te des deux bobines secondaires S1 et S2 n'est pas occupé.
Les bo- bines S1 et S2 ont à peu près la moitié du nombre de tours des bo- bines P1 et P2 . Le point de connexion 15 correspondant à la pre- mière spire des bobines secondaires S1 et S2 se trouve sur la mê- me verticale que le point de connexion 12 des bobines primaires
Pl et P2 ; ces points de connexion sont à ou près du potentiel de terre au point de vue haute fréquence, et se trouvent donc prati- quement au même potentiel. Avec cette disposition des différentes bobines qui ont le même nombre de volts par spire et le même nombre de spires par pouce dans le sens horizontal le long de la branche d'enroulement, la tension existant entre les conducteurs voisins dans les paires de bobines associées P1 et S1, et P2 et S2, est faible.
Comme on peut le voir à la figure 3, il n'y a pratiquement pas de différence de potentiel haute fréquence entre des points voisins sur des spires d'enroulement des bobines S1 et Pi , ou en- tre des points voisins des bobines S2 et P2 . De ce fait, l'isole-
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ment 46 entre les bobines P1 et S1 et entre les bobines P2 et S2 peut être réduit à une mince épaisseur qui augmente le couplage magnétique entre les bobines associées P1 et S1 formant une paire, et les bobines associées P2 et S2 formant une autre paire de bo- bines de l'ensemble complet. Un tube en matière isolante 45 est prévu, sur lequel on place les différentes bobines et qui peut a- voir l'épaisseur normale ou conventionnelle nécessaire pour iso- ler la bobine S1 la plus intérieure, du noyau.
Comme indiqué plus haut, les couches isolantes 46 entre les paires associées d'en- roulements primaires et secondaires peuvent être très minces, par- ce que la disposition des spires dans les bobines associées sup- prime pratiquement toute différence de potentiel alternatif entre les spires voisines de deux bobines. D'autre part, on place un tu- be isolant 47 assez épais entre la première paire P1, S1 et la se- conde paire P2, S2 pour maintenir la capacité réelle entre les bo- bines touchant les parois opposées du tube isolant, à une valeur très faible. De la matière isolante 48 est placée dans les espace- ments vides à droite des bobines secondaires S1 et S2 .
Il faut remarquer que grâce à l'écartement susmentionné des différentes bobines, la capacité réelle entre les bobines pri- maires P1 et P2 est faible et il en est de même de la capacité réelle entre les bobines secondaires S1 et S2, parce que l'écarte- ment entre ces bobines est grand, tandis que la capacité entre les bobines Si et P1 qui sont plus rapprochées l'une de l'autre, est très élevée ; capacité entre les bobines S2 et P2 est aussi très grande. Cependant, comme la tension aux bornes de ces capacités élevées est virtuellement nulle, il en est de même de la capacité réelle.
On remarquera aussi le couplage inductif très serré entre les bobines primaire et secondaire P1 et S1, et aussi entre les bobines primaire et secondaire P2 et S2,à cause de l'absence de la plus grande partie de l'isolement 46 autrefois nécessaire dans les autres types de construction, ainsi que le montage plus serré , des bobines qu'on ne pouvait le réaliser autrement. Le couplage ca-
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pacitif est aussi élevé entre ces paires de bobines primaire; et secondaire plus serrées. A cause de ce couplage capacitif, une partie du courant de charge peut passer par couplage capacitif de P1 à. S1 et de P2 àS2 sans traverser tout l'enroulement primai- re.
Grâce à ces caractéristiques, la construction de la figure 3 augmente la limite supérieure de fréquence de 60 % par rapport au transformateur classique utilisé antérieurement et représenté à la figure 2. Un transformateur construit conformément à la fi- gure 2, incapable de donner une tension secondaire suffisante à 300 kilocycles, a été rebobiné conformément à la figure 3 et était alors capable de donner une tension de sortie convenable jusqu'à une fréquence de 500 kilocycles.
Dans la forme d'exécution représenté à la figure 3, on a un rapport de tension d'environ 2 : 1, de sorte que l'espace non utilisé à droite des bobines secondaires S1 et S2 représente à peu près 50 % de l'espace disponible. Par exemple, si l'on dé- sire un rapport 1 : 1, il n'y aura pas d'espace inutilisé; si l'on veut un rapport 3 : 1, l'espa.ce non utilisé vaudra les 2/3 de l'espace total. Si le transformateur est employé comme éléva- teur,donnant une tension secondaire plus élevée'que la tension pri- maire, les bobines primaires seront plus courtes que les bobines secondaires, les bobines secondaires s'étendant sur toute la lon- gueur de la branche d'enroulement et les bobines primaires étant plus courtes, laissant un certain espace inutilisé.
Il est clair que des modifications peuvent être appor- tées à la forme d'exécution de l'invention représentée, sans s'écar- / ter de l'invention, et celle-ci n'y est donc pas limitée.
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High frequency transformer.
The invention relates to electrical transformers and particularly to high frequency transformers.
In transformers working at high frequency, such as between 50 and 500 kilocycles, the upper limit working frequency for a transformer is determined by the ratio between the leakage inductance and the distributed capacity of the transformer windings. These values can be reduced by careful construction study, but this reduction is usually physically limited and so is the highest frequency at which an iron core transformer can be used.
Usually these windings are single-layered, i.e. all the turns, of a given section, are wound in one layer on a branch of the core so as to reduce the distributed capacitance of the core. winding to a minimum. When the winding is subdivided to decrease the leakage inductance, cha- @
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The section has only one layer and the sections are suitably isolated from each other in order to avoid undue increase in capacity. The spacing between the sections to achieve the necessary insulation can negate the benefit obtained by reducing the leakage inductance.
The object of the invention is to provide a transformer of the aforementioned type having a higher upper limit working frequency than that achievable with the prior type of transformers.
Other objects and advantages of the invention will emerge clearly from the following description of the invention, given with reference to the appended drawing, in which:
Figure 1 is a circuit diagram in which the transformer according to the invention can be used.
Figure 2 is a cross section of a conventional transformer;
Figure 3 is a cross section of a transformer according to the invention.
Figure 1 gives the diagram of a conventional circuit in which a pair of vacuum tubes 1 and 2 are connected so as to supply current to the primary winding. Of a transformer 3 whose secondary outputs current into a load symmetrical consisting of resistors 4 and 5. Tubes 1 and 2 each have a heated cathode 6, a control grid 7 and a plate 8. The cathodes 6 of each tube are joined by a conductor 9 and grounded in 10 to form a zero bias for the elements of the tubes. The plates 8 of the tubes are connected * to the outer ends or terminals 11 and 13, respectively, of the primary winding of the output transformer 3, whose midpoint 12 is connected to a supply conductor of plate voltage B +.
This midpoint 12 can be considered to be earthed, for the high frequency, through the filter capacitor of the conventional plate voltage supply. Ends or terminals
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14 and 16 of the secondary winding of the transformer are connected, respectively by conductors 18 and 19, to the external ends of resistors 4 and 5. The midpoint 15 of the secondary winding is connected by conductor 21 to point middle 22 of resistors 4 and 5, and to earth at 23.
Figure 2 is a sectional view of a conventional transformer used in the circuit of Figure 1 and comprises a core 24 of magnetic material having a winding branch 25 on which are placed the coils 26, 27 and 28. The coil 27 is a secondary winding trapped between the two coils
26 and 28 which together form the primary winding. Layers of insulating material 29, 30 and 31 are arranged respectively under each of the three coils 26, 27 and 28. The different ends of the coils 11, 12, 13, 14, 15 and 16 marked in FIG.
2, correspond to the terminals numbered in the same way in FIG. 1. A conductor 32, shown to the left of FIG. 2, joins the ends of the coils 26 and 28 to form the midpoint 12 of the primary winding.
The midpoint 33 of the secondary winding is connected to the end conductor 15.
Figure 3 is a sectional view of a transformer according to the invention. The connection terminals of the different coils are numbered so as to correspond to the terminals shown in figure 1. The transformer of figure 3 has a wound magnetic core 41 with a winding branch 42 on which are placed the various primary and secondary coils. All the coils of the transformer are aligned, at one end, in a plane numbered 43 in which are the starting points of winding of the various coils.
In the construction of figure 3, there are two primary windings designated by P1 and P2 and two secondary windings S1 and S2.The primary coil Pl is included between terminals 11 and 12, and the primary coil P2 is placed between the terminals 12 and 13, so that the entire primary winding is connected between terminals 11 and 13, and point
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middle of this winding is terminal 12, corresponding to the schematic representation of figure 1.
Likewise, the secondary coil 81 is between the terminals 14 and 15, and the secondary coil S2 is placed between the terminals 15 and 16 so that the in. The entire secondary bearing is connected between the outer terminals 14 and 16, and the midpoint of the secondary winding is the intermediate terminal 15 between the two secondary coils.
The first turn in each of the different primary and secondary coils S1, P1, P2 and S2 begins its winding in the same plane 43, and the following turns extend along the winding branch 42 in turn towards the end. straight, as shown in Figure 3, over an extent that depends on the number of turns of each coil. In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, the two secondary coils S1 and
S2 occupy, as indicated, a space approximately half that of the primary coils P1 and P2. That is to say, the space to the right of the two secondary coils S1 and S2 is not occupied.
The S1 and S2 coils have about half the number of turns of the P1 and P2 coils. The connection point 15 corresponding to the first turn of the secondary coils S1 and S2 is located on the same vertical as the connection point 12 of the primary coils.
P1 and P2; these connection points are at or near the high frequency earth potential, and therefore are found at substantially the same potential. With this arrangement of the different coils which have the same number of volts per turn and the same number of turns per inch in the horizontal direction along the winding branch, the voltage existing between neighboring conductors in the pairs of associated coils P1 and S1, and P2 and S2, is low.
As can be seen in figure 3, there is practically no high frequency potential difference between neighboring points on winding turns of coils S1 and Pi, or between neighboring points of coils S2 and P2. As a result, the
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ment 46 between coils P1 and S1 and between coils P2 and S2 can be reduced to a thin thickness which increases the magnetic coupling between the associated coils P1 and S1 forming a pair, and the associated coils P2 and S2 forming another pair of coils of the complete set. A tube of insulating material 45 is provided, on which the various coils are placed and which may have the normal or conventional thickness necessary to insulate the innermost coil S1 from the core.
As indicated above, the insulating layers 46 between the associated pairs of primary and secondary windings can be very thin, because the arrangement of the turns in the associated coils virtually eliminates any difference in alternating potential between the turns. neighboring two coils. On the other hand, a sufficiently thick insulating tube 47 is placed between the first pair P1, S1 and the second pair P2, S2 to maintain the real capacitance between the coils touching the opposite walls of the insulating tube, to a very low value. Insulating material 48 is placed in the empty spaces to the right of the secondary coils S1 and S2.
It should be noted that thanks to the aforementioned spacing of the different coils, the real capacitance between the primary coils P1 and P2 is low and the same is true of the real capacitance between the secondary coils S1 and S2, because the the distance between these coils is large, while the capacitance between the coils Si and P1 which are closer to each other is very high; capacitance between coils S2 and P2 is also very large. However, since the voltage across these high capacitors is virtually zero, so is the actual capacitor.
We will also notice the very tight inductive coupling between the primary and secondary coils P1 and S1, and also between the primary and secondary coils P2 and S2, because of the absence of most of the insulation 46 formerly necessary in the other types of construction, as well as tighter fitting, of the coils than could otherwise be achieved. The coupling ca-
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pacitive is also high between these pairs of primary coils; and secondary tighter. Because of this capacitive coupling, part of the load current can pass through capacitive coupling from P1 to. S1 and from P2 to S2 without crossing the entire primary winding.
Thanks to these characteristics, the construction of figure 3 increases the upper frequency limit by 60% compared to the conventional transformer used previously and shown in figure 2. A transformer constructed according to figure 2, unable to give a voltage secondary sufficient to 300 kilocycles, was rewound according to Figure 3 and was then able to give a suitable output voltage up to a frequency of 500 kilocycles.
In the embodiment shown in Figure 3, there is a voltage ratio of about 2: 1, so that the unused space to the right of the secondary coils S1 and S2 is roughly 50% of the available space. For example, if you want a 1: 1 ratio, there will be no unused space; if you want a 3: 1 ratio, the unused space will be worth 2/3 of the total space. If the transformer is used as a step-up, giving a secondary voltage higher than the primary voltage, the primary coils will be shorter than the secondary coils, with the secondary coils extending the full length of the branch. winding and the primary coils being shorter, leaving some unused space.
It is clear that modifications can be made to the embodiment of the invention shown without departing from the invention, and the latter is therefore not limited thereto.
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