DE2343815A1

DE2343815A1 - Transducer system with two coils - has rectangular section core in cylindrical hollow prism with annular coils

Info

Publication number: DE2343815A1
Application number: DE19732343815
Authority: DE
Inventors: Walter Haberzeth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1975-04-03
Also published as: DE2343815B2; NL153711B; NL7411536A

Abstract

The transductor for telecommunications comprises a primary coil wound round a hollow cylindrical body with a cross-section in the shape of two rectangular sections. The secondaries are flat annular rings embedded in a solidified body of hardened plastics material which is also an electrical insulator. THe control coils are connected in series, (a, b, d, c) with rectifying coil (Dr). The output transformer coils (Ta, Tb) are also connected in series. Insulation resistance is capable of resisting a high tension up to 5KV.

Description

Transductor circuit arrangement

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Transduktor-Schaltungsanordnung, bestehend aus zwei Transduktordrosseln mit je einer Arbeite- und Steuerwicklung, deren Verbraucherseitiger Ausgang von einer Wechselspannungsquelle am Eingang der Transduktor-Schaltungsanordnung galvanisch getrennt ist.The invention "relates to a transductor circuit arrangement, consisting of two transductor chokes, each with a labor and tax winding, its consumer side Output is galvanically isolated from an AC voltage source at the input of the transducer circuit arrangement.

Es ist bekannt, Transduktordrosseln in stromsteuernden Magnetverstärkern zu verwenden und den Ausgang durch einen Transformator galvanisch vom Wechselstromeingang zu trennen (Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechnik, Band 6, 1961, Seite 521, Bild 10).It is known to use transductor chokes in current-controlling magnetic amplifiers and the output through a Galvanic isolation of the transformer from the AC input (Handbook for High Frequency and Electrical Engineering, Volume 6, 1961, page 521, Fig. 10).

Aus einer Magnetverstärkerschaltung mit nachgeschaltetem Gleichrichter ist es auch bekannt, den Magnetisierungsstrom in den Steuerwicklungen der Transduktordrosseln in Abhängigkeit von der geregelten Ausgangsgröße zu steuern (Der Fernmelde-Ingenieur, Jahrgang 1954, Heft 7, Seite 14» Bild H).From a magnetic amplifier circuit with a downstream It is also known to rectify the magnetizing current in the control windings of the transductor chokes to be controlled by the regulated output variable (Der Fernmelde-Ingenieur, born 1954, issue 7, page 14 » Picture H).

Bei Verwendung von Magnetverstärkern in geschlossenen Regelkreisen ist die Steuerwicklung im allg. galvanisch mit dem geregelten Ausgangskreis verbunden. Bei großen Potentialunterschieden zwischen Eingang und Ausgang ist es daher erforderlich, die Transduktordrosseln hochspannungsfest auszubilden.When using magnetic amplifiers in closed control loops the control winding is generally galvanically connected to the regulated output circuit. With large differences in potential It is therefore necessary to ensure that the transductor chokes are high-voltage resistant between input and output to train.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Durchführung einer galvanischen Trannung zwischen Eingang und Ausgang von Transduktorschaltungen zu verein-The invention is based on the task of carrying out a galvanic separation between To combine input and output of transducer circuits

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fachen. Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Transduktordrosseln und ein zur galvanischen Trennung zwischen Eingang und Ausgang "verwendeter Übertrager zu einer Transduktor-Übertrager-Einheit zusammengefaßt sind, derart, daß eine als !Transduktor -Arbeitswicklung und als Übertrager-Primärwicklung wirkende gemeinsame Eingangswicklung (Primärwicklung) über wenigstens drei geschlossene Eisenkerne gewickelt ist, von denen zwei als Sättigungskerne ausgebildete Eisenkerne je eine Transduktor-Steuerwicklung und wenigstens ein weiterer Eisenkern eine Aus-.gangswicklung (Sekundärwicklung) für den VerbraucherStromkreis aufweisen.fold. According to the invention this is achieved in that the transductor chokes and a galvanic isolation between the input and output "the transformer used are combined to form a transducer-transformer unit, in such a way that one as a transductor working winding and as a Transformer primary winding acting common input winding (primary winding) via at least three closed Iron cores is wound, of which two iron cores designed as saturation cores each have a transducer control winding and at least one further iron core has an output winding (Secondary winding) for the consumer circuit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind alle mit je einer Wicklung versehenen Eisenkerne der Transduktor-Übertrager-Einheit unter Verwendung von isolierenden Zwischenschichten zu einem hohlprisma- oder hohlzylinderförmigen Aggregat mit einer Primärwicklung zusammengefaßt. Die mit Wicklungen versehenen Eisenkerne können in einen isolierenden aushärtbaren Kunststoff eingebettet werden. Die Isolation aller Eisenkernwicklungen kann in einfacher Weise hochspannungsfest gegen die gemeinsame Primärwicklung ausgeführt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, all iron cores each provided with a winding are the Transductor-transformer unit using insulating intermediate layers to form a hollow prism or Hollow cylindrical unit combined with a primary winding. The iron cores with windings can be embedded in an insulating, hardenable plastic. The isolation of all iron core windings can be implemented in a simple manner high-voltage-proof against the common primary winding.

Durch die Zusammenfassung von Transduktordrosseln und Übertrager zu einer Schaltungs- und Baueinheit ergeben sich mehrere Vorteile für die Herstellung und Anwendung von Transduktorschaltungen. Die Eisenkerne brauchen nur noch mit einer Wicklung versehen zu werden. Durch Wahl des Abstandes der Einzelwicklungen von der Primärwicklung lassen sich auch bei galvanischer Verbindung des Ausgangs mit den Steuerwicklungen ohne zusätzlichen Aufwand hohe Spannuhgsbeanspruchungen beherrschen. Der vergrößerte Wickelraum kann zur Verringerung der Strombelastung aller· Wicklungen ausgenutzt werden, wodurch eine VerringerungBy combining transductor chokes and Transformer result in a circuit and structural unit several advantages for the manufacture and use of transductor circuits. The iron cores just need still to be provided with a winding. By choosing the distance between the individual windings and the primary winding can be achieved without additional effort, even with a galvanic connection of the output to the control windings Master tension loads. The enlarged changing room can reduce the current load on all Windings are exploited, thereby reducing

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der Verlustleistung bewirkt wird. Das Einbauvolumen wird gegenüber der herkömmlichen getrennten Bauweise erheblich verringert.the power loss is caused. The installation volume is considerably reduced compared to the conventional separate construction.

Bei Verwendung der Transduktor-Übertrager-Einheit als stromsteuernder Transduktor zur Erzeugung eines konstanten Gleichstromes ergibt sich eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, wenn die Steuerwicklungen mit einem Lastwiderstand am Gleichrichterausgang der Transduktor-Übertrager-Einheit in Reihe, geschaltet sind und wenn das Ampere-Windungsζah!verhältnis der Steuerwicklungen zu den Arbeitswicklungen der Transduktordrosseln größer als 1 bemessen ist. Die Transduktor-Schaltung kann so in Selbsterregerschaltung arbeiten, wodurch eine eigene Konstantstromquelle für die Erzeugung eines konstanten Steuergleichstromes vermieden wird. Wenn die galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang einer Transduktorschaltung gefordert wird, kann in dieser Schaltung außerdem ein gegebenenfalls hochspannungsfest ausgebildeter Übertrager im Stromversorgungsteil für die Steuerwicklungen eingespart werden.When using the transducer-transformer unit as a current-controlling transducer to generate a constant Direct current results in a further advantageous development of the invention when the control windings with a Load resistance at the rectifier output of the transducer-transformer unit are connected in series and if that Ampere-turn ratio of the control windings to the Working windings of the transductor chokes are larger than 1 is. The transductor circuit can be self-excited work, whereby its own constant current source for the generation of a constant control direct current is avoided. If galvanic isolation between the input and output of a transducer circuit is required, In this circuit, an optionally high-voltage-resistant transformer in the power supply unit can also be used for the control windings can be saved.

Die Erfindung wird anhand der Pig. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is based on the Pig. 1 to 3 explained in more detail.

In Pig. 1 ist eine stromsteuernde Transduktorschaltung im Prinzip dargestellt. Pig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Transduktorschaltung, Pig. 3 gibt die konstruktive Ausbildung einer Transduktor-Übertrager-Einheit wieder.In Pig. 1 is a current-controlling transductor circuit in the Principle shown. Pig. 2 shows a transducer circuit according to the invention, Pig. 3 gives the constructive training a transducer-transformer unit again.

In Pig. 1 sind die Arbeitswicklungen I und die Steuerwicklungen II von zwei Transduktoren Tr1 und Tr2 in Reihe geschaltet. Eine am Eingang der Schaltungsanordnung liegende Wechselspannung gelangt über die Arbeitswicklungen I der beiden Transduktordrosseln Tr1 und Tr2 zum Ausgang der Schaltung, der aus einem als Stromwandler arbeitenden Übertrager Ü besteht. An dessen Sekundärwicklung ist einIn Pig. 1 are the working windings I and the control windings II connected in series by two transducers Tr1 and Tr2. An alternating voltage present at the input of the circuit arrangement passes through the working windings I der two transductor chokes Tr1 and Tr2 to the output of the Circuit consisting of a transformer Ü working as a current transformer. On its secondary winding is a

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veranderbarer Lastwiderstand RL angeschlossen. Die Steuerwicklungen II durchfließt ein einstellbarer konstanter Steuergleichstrom in gegensinniger Richtung. Eine Drossel Dr vermeidet, daß ein Wechselstrom über die Steuergleichspannung squelle fließt, der durch Induktion einer Wechselspannung in den Steuerwicklungen entstehen würde.adjustable load resistance RL connected. The control windings II an adjustable constant control direct current flows in the opposite direction. A thrush Dr prevents an alternating current from flowing via the control direct voltage source, which is caused by the induction of an alternating voltage would arise in the control windings.

Pur eine idealisierte Magnetisierungskennlinie eines Drosselkernes gilt, daß die Ampere-W.indungszah.1 der Steuerwicklung gleich ist der Ampere-Windungszahl der Arbeitswicklung, d.h. daß die Transduktordrosseln innerhalb der Grenzen ihrer Aussteuerbarkeit einen konstanten mit dem Steuergleichstrom einstellbaren Laststrom durch die Arbeitswicklung fließen lassen. Dieser Strom ist dann unabhängig von der Größe des Lastwiderstandes bis zu dessen Maximalwert.Pur an idealized magnetization characteristic of a As a choke core, the number of ampere turns. 1 of the control winding The number of ampere turns of the working winding is the same, i.e. the transductor chokes within the Limits of their controllability a constant with the Control direct current allow adjustable load current to flow through the working winding. This current is then independent from the size of the load resistance to its maximum value.

Bei Kurzschluß des Lastwiderstandes liegt die volle Eingangsspannung an den Arbeitswicklungen I der Transduktordrosseln, und zwar, wegen der gegensinnigen Durchflutung der Steuerwicklungen, jeweils eine Halbwelle der Wechselspannung, an Tr 1 und die andere an Tr2. Bei maximalem Lastwiderstand liegt die ganze Eingangsspannung am Lastwiderstand. In the event of a short circuit in the load resistor, the full input voltage is applied on the working windings I of the transducer chokes, namely, because of the opposing flow of the control windings, one half-wave of the alternating voltage, at Tr 1 and the other at Tr2. At maximum load resistance, the entire input voltage is applied to the load resistance.

Die Konstantstromerzeugung erfolgt, idealisiert gesehen, verlustlos, da der Eingangsstrom bei Vollast (max. Lastwiderstand) in Phase mit der Eingangsspannung und bei Kurzschluß 90° phasenverschoben (nacheilend) zur Eingangsspannung ist (induktive Last des Transduktors). Bei jedem Zwischenwert des Lastwiderstandes ist der Strom im Bereich von 0° bis 90° entsprechend phasenverschoben (nacheilend) zur Eingangsspannung. Um einer idealisierten Magnetisierungskennlinie in der Praxis nahe zu kommen, werden für den Transduktor Ringbandkerne mit Z-Charakteristik verwendet.In idealized terms, the constant current is generated without loss, since the input current at full load (max.load resistance) in phase with the input voltage and in the event of a short circuit 90 ° out of phase (lagging) with respect to the input voltage is (inductive load of the transducer). The current is in the range for every intermediate value of the load resistance from 0 ° to 90 ° correspondingly phase-shifted (lagging) to the input voltage. To an idealized magnetization curve In practice, toroidal cores with a Z characteristic are used for the transducer.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sind die Trans-In the circuit arrangement according to FIG. 2, the trans-

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duktoren Tr1 und Tr2 und der Ausgangsübertrager Ü schaltungsmäßig und konstruktiv in einer Transduktor-Übertrager-Einheit vereinigt. Die beiden Arbeitswicklungen der Transduktoren und die Primärwicklung des Übertragers sind zu einer gemeinsamen Primärwicklung I, die den Eingang der Schaltungsanordnung darstellt und an eine Wechselspannungsquelle 111 angeschlossen wird, zusammengefaßt. Der Primärwicklung des Übertragers Ü in Fig. 1 der Steuerwicklung sind vier Ringbandkerne mit je einer Wicklung zugeordnet, von denen zwei mit normalem Kern die unterteilte Sekundärwicklung Üa, Üb des Ausgangsübertragers Ü und zwei Sättigungskerne die Transduktor-Steuerwicklungen II aufweisen. Die Primärwicklung kann zum Anschluß an einen Umrichter in Mittelpunktschaltung mit einem Mittelabgriff ausgebildet sein. Die auf zwei Kerne aufgeteilte Sekundärwicklung des Übertragers kann auch aus einer auf einen Kern angeordneten Wicklungen bestehen.Ductors Tr1 and Tr2 and the output transformer Ü circuit-wise and constructively in a transducer-transformer unit united. The two working windings of the transducers and the primary winding of the transformer are to a common primary winding I, which is the input of the Representing circuit arrangement and is connected to an AC voltage source 111, summarized. Of the Primary winding of the transformer Ü in Fig. 1 of the control winding are assigned four toroidal tape cores, each with one winding, Of which two with a normal core, the subdivided secondary winding Üa, Ub of the output transformer Ü and two Saturation cores have the transductor control windings II. The primary winding can be connected to a converter formed in mid-point circuit with a center tap be. The secondary winding of the transformer, which is split between two cores, can also consist of one core arranged windings exist.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Transduktor -Übertrager-Einheit mit vier Ringbandkernen Rk dargestellt. Alle Ringbandkerne haben vorzugsweise gleiche Abmessungen. Durch Einbetten in einen isolierenden aushärtbaren Kunststoff V sind die Kerne mit ihren Wicklungen in einem festen Abstand zueinander so zu einer hohlzvlinderförmigen Baueinheit zusammengefaßt, daß die Primärwicklung als eine alle Ringbandkerne umfassende . Ringwicklung aufgebracht werden kann. Die Wicklungsenden a bis d der Steuerwicklungen der Transduktoren Tr1, Tr2 und die Wicklungsenden e bis a der unterteilten Sekundärwicklung des Übertragers Ü sind durch die Vergußmassen herausgeführt. Die auf den hohlzjlindrischen Körper aufgebrachte Primärwicklung I kann mit einem nicht -dargestellten isolierenden Überzug versehen werden. Die Isolation der vier Einzelkerne gegeneinander muß etwa der maximalen Ausgangsspannung entsprechen und ist unkritisch. Die Isolation gegen die gemeinsame PrimärwicklungIn Fig. 5 is a section through a transducer transfer unit shown with four toroidal cores Rk. All toroidal tape cores preferably have the same dimensions. By embedding in an insulating, hardenable plastic V, the cores with their windings are in a solid state Distance from one another so combined to form a hollow cylinder-shaped unit that the primary winding is all Toroidal cores comprehensive. Ring winding are applied can. The winding ends a to d of the control windings of the transducers Tr1, Tr2 and the winding ends e to a of The subdivided secondary winding of the transformer Ü are led out through the potting compound. The ones on the hollow cylinder Primary winding I applied to the body can be provided with an insulating coating (not shown). The isolation of the four individual cores from one another must correspond approximately to the maximum output voltage and is not critical. The isolation from the common primary winding

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kann durch entsprechende Wahl des Abstandes von den Einzelwicklungen so bemesoen wei'den, daß die galvanische Trennung der Wicklungen leicht hochspannungsfest ausgeführt werden kann.can by choosing the distance from the individual windings accordingly so bemesoen that the galvanic separation of the windings are slightly resistant to high voltages can.

Die konstruktive Ausgestaltung der Transduktor-Übertrager-Einheit ist nicht an die ?erwend\mg von Ringbandkernen gebunden. Es können Eisenkerne aus gestanzten Blechen oder aus Ferrit ring- oder rechteckförmig ausgebildet werden. Ebenso können Schnittbandkerne verwendet werden. Ein Aggregat aus drei oder mehr rechteckförraigen Eisenkernen bildet einen hohlpriamaformigen Körper, der die gemeinsame Primärwicklung als Ringwicklung aufnimmt. Soweit andere Körperformen der in einem Aggregat zusammengefaßten Eisenkerne und deren Wicklungen verwendet werden, ist nur zu beachten, daß der magnetische Hauptfluß der Primärwicklung mit allen Eisenkernspulen gekoppelt ist.The structural design of the transducer-transformer unit is not bound to the use of toroidal cores. There can be iron cores made of stamped sheets or can be made of ferrite ring or rectangular. Cut tape cores can also be used. A Aggregate of three or more rectangular iron cores forms a hollow priama-shaped body that supports the joint Primary winding takes up as a ring winding. As far as others Body shapes of the iron cores combined in an aggregate and their windings are only used Note that the main magnetic flux of the primary winding is coupled to all iron core coils.

Die in Kunststoff eingebettete Transduktor-Übertrager-Einheit kann in einen Becher gesetzt und vergossen werden. Das Einbetten der Transduktor-Übertrager-Einheit in einen Kunststoff ist nicht zwingend erforderlich.The transducer-transformer unit embedded in plastic can be placed in a cup and potted. Embedding the transducer-transformer unit in a Plastic is not absolutely necessary.

Die Transduktor-Übertrager-Einheit kann in vorteilhafter Weise in einer stromsteuernden Transduktor-Regelschaltung zur Konstantstrom-Fernspeisung von Zwischenverstärkern in Nachrichten-Übertragungsstrecken benutzt werden. Die Transduktor schaltung nach Fig. 2 kann zu diesem Zweck am Ausgang mit einem Brückengleichrichter ausgerüstet werden. Urn einen Speisegleichstrom mit ausreichender Konstanz zu erhalten, muß der konstante Steuergleichstrom durch die Steuerwicklungen über ein Puegelglied in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom nachgestellt werden.The transductor-transformer unit can advantageously be used in a current-controlling transductor regulating circuit for remote constant current supply of repeaters in Message transmission links are used. the Transductor circuit according to FIG. 2 can be used for this purpose on Output can be equipped with a bridge rectifier. Urn a direct feed current with sufficient constancy received, the constant DC control current through the control windings via a pusher element as a function of Output current can be adjusted.

Da Nachrichten-Übertragungsstrecken und damit auch derSince message transmission routes and thus also the

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Fernspeisekreis mit dem Ausgang des Fernspeisegerätes z.B. durch Blitzschlag hohen Spannungsbeanspruchungen bis zu 5 kV ausgesetzt sind, eignet sich der Transduktorübertrager, der durch seinen konstruktiven Aufbau eine hochspannungsfeste galvanische Trennung der Übertrager-Sekundärwicklung und der Transduktor-Steuerwicklungen gegenüber der Primärwicklung gewährleistet, in besonderem Maße für seine Verwendung in Fernspeisegeräten.Remote feed circuit with the output of the remote feed device are exposed to high voltage loads of up to 5 kV due to lightning strikes, the transducer transformer is suitable, the high-voltage galvanic isolation of the transformer secondary winding due to its construction and the transducer control windings compared to the primary winding are guaranteed, especially for its use in remote power supplies.

9 Patentansprüche
3 Figuren9 claims
3 figures

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Claims

P a te n claims

1. Transductor circuit arrangement, consisting of two Transductor chokes with one working and one control winding, the consumer-side output of which comes from an AC voltage source at the input of the transducer circuit arrangement is galvanically isolated, characterized in that the Transductor chokes and a transformer used for galvanic isolation between input and output combined in a transductor-transformer unit are in such a way that one acting as a transducer working winding and a transformer primary winding is common Input winding (primary winding) is wound over at least three closed iron cores, two of which as Saturated cores formed iron cores, each with a transductor control unit and at least one further iron core an output winding (secondary winding) for the Have consumer circuit.

2. Transductor circuit arrangement according to claim 1, characterized in that all each with a winding provided iron cores of the transducer-transformer unit using insulating Intermediate layers to form a hollow prismatic or hollow cylindrical unit with a primary winding are summarized.

3. transducer circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the assembly of iron cores provided with windings is built into "an insulating, hardenable plastic.

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4. Transductor circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the iron cores act as toroidal cores are made from tape material.

5. Transductor circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized that the iron cores are designed as rectangular nested sheet metal cores.

6. Transductor circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the secondary winding of the transducer-transformer unit divided into several windings of the same size and connected in series Iron cores is arranged.

7. Transductor circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the insulation of all iron core windings is designed to be high-voltage resistant to the common primary winding.

8. Transductor circuit arrangement according to one of the preceding Claims for generating a constant direct current using a control circuit, characterized in that the control windings with a load resistor at the rectifier output the Iransduktor-transformer-unit are connected in series, and that the ampere-Windimgs.zahl ratio of the control windings to the working windings of the transducer chokes is larger than 1.

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Transductor circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the transductor circuitry as a current-controlling transducer control circuit for constant current remote powering for message transmission ssysterne is formed.

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