FR2664088A1

FR2664088A1 - SYMMETRIC TRANSFORMER FOR TRANSMISSION EQUIPMENT.

Info

Publication number: FR2664088A1
Application number: FR9008259A
Authority: FR
Inventors: Jenneve Dany; Rinie Hubert
Original assignee: Alcatel Business Systemes SA
Current assignee: ALE International SAS
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-01-03
Also published as: EP0464569A1

Abstract

Transformateur symétrique, pour équipement de transmission, constitué d'un primaire, d'un secondaire et d'un écran électromagnétique intercalé entre ce primaire et ce secondaire dont il est galvaniquement isolé. Le primaire du transformateur est scindé en deux enroulements concentriques interconnectés (10, 11) entre lesquels le secondaire (2) est monté en sandwich et l'écran électromagnétique est scindé en deux éléments (30, 31) interconnectés et respectivement insérés chacun entre l'un des enroulements concentriques du primaire et le secondaire avec lesquels ces deux éléments sont coaxialement enroulés.Symmetrical transformer, for transmission equipment, consisting of a primary, a secondary and an electromagnetic screen interposed between this primary and this secondary from which it is galvanically isolated. The primary of the transformer is split into two interconnected concentric windings (10, 11) between which the secondary (2) is sandwiched and the electromagnetic screen is split into two elements (30, 31) interconnected and respectively inserted each between the one of the concentric windings of the primary and the secondary with which these two elements are coaxially wound.

Description

1 - Transformateur symétrique pour équipement de transmission L'invention1 - Symmetrical transformer for transmission equipment The invention

concerne un transformateur symétrique pour équipement de transmission, notamment pour interface normalisée de type S de réseau numérique à intégration de services. De manière connue, les transformateurs, qui sont mis en oeuvre pour la transmission de signaux impulsionnels de données par l'intermédiaire de paires de fils entre deux10 équipements de télécommunications, sont tenus au respect de contraintes relativement sévères, normalisées, telles celles qui sont établies par la norme I 430 du Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (CCITT) De telles normes définissent en particulier l'isolation galvanique minimale admissible, ainsi que des gabarits d'impédance, d'impulsion et de symétrie par rapport à la terre. Il est ainsi connu d'imposer une tenue des20 transformateurs de transmission à une tension efficace d'au moins 1,5 k V, soit une valeur très supérieure aux tensions normalement présentes en ligne. Il existe des transformateurs de transmission de données susceptibles d'assurer une isolation galvanique dans ces25 conditions, ce sont actuellement des composants relativement volumineux et dont l'association aux composants miniatures des équipements tels que l'interface évoquée plus haut n'est par conséquent pas très satisfaisante.30 De plus l'utilisation de ces transformateurs dont la symétrie par rapport à la terre est généralement imparfaite, implique de plus l'adjonction de composants correctifs auxiliaires, notamment de selfs et de capacités de filtrage.35 La présente invention propose donc un transformateur symétrique pour équipement de transmission qui ne 2 nécessite pas l'adjonction de composants correctifs supplémentaires pour assurer la transmission de données numériques sous forme impulsionnelle en différentiel en coopération avec une liaison constituée par une paire de fils et qui possède une isolation galvanique importante, malgré son faible volume. Ce transformateur symétrique est classiquement constitué d'une carcasse magnétique, d'un primaire à point milieu destiné à être relié à deux fils d'une liaison de10 transmission par ses extrémités, d'un secondaire destiné lui aussi à être relié à deux fils d'une seconde liaison de transmission par ses extrémités, ainsi que d'un écran électromagnétique intercalé entre primaire et secondaire et galvaniquement isolé de ce primaire et de ce secondaire. Selon une caractéristique de l'invention, le primaire du transformateur est divisé, de manière égale, en deux enroulements concentriques, interconnectés, entre lesquels le secondaire est monté en sandwich et en ce que20 l'écran électromagnétique est scindé en deux éléments respectivement insérés chacun entre l'un des enroulements relates to a symmetrical transformer for transmission equipment, in particular for standardized interface type S of integrated services digital network. In known manner, the transformers, which are used for the transmission of data impulse signals via pairs of wires between two telecommunications equipment, are required to respect relatively strict, standardized constraints, such as those which are established. by the I 430 standard of the International Telegraph and Telephone Consultative Committee (CCITT) Such standards define in particular the minimum permissible galvanic isolation, as well as impedance, impulse and symmetry masks with respect to the earth. It is thus known to impose a holding of the transmission transformers at an effective voltage of at least 1.5 kV, a value much higher than the voltages normally present in line. There are data transmission transformers capable of providing galvanic isolation in these conditions, they are currently relatively bulky components and the association with the miniature components of equipment such as the interface mentioned above is therefore not In addition, the use of these transformers whose symmetry with respect to the earth is generally imperfect, furthermore implies the addition of auxiliary corrective components, in particular of selfs and filtering capacitors. The present invention therefore proposes a symmetrical transformer for transmission equipment which does not require the addition of additional correction components to ensure the transmission of digital data in differential pulse form in cooperation with a link constituted by a pair of wires and which has a significant galvanic isolation, despite its low volume . This symmetrical transformer is conventionally constituted by a magnetic carcass, a mid-point primer intended to be connected to two wires of a transmission link by its ends, and a secondary which is also intended to be connected to two wires. a second transmission link by its ends, as well as an electromagnetic screen interposed between primary and secondary and galvanically isolated from the primary and secondary. According to a characteristic of the invention, the primary of the transformer is divided equally into two interconnected concentric windings, between which the secondary is sandwiched and in that the electromagnetic screen is split into two elements respectively inserted each between one of the windings

concentriques du primaire et le secondaire avec lesquels ces deux éléments sont coaxialement enroulés. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont25 précisés dans la description qui suit, en liaison avec les figures répertoriées ci-dessous. concentric primary and secondary with which these two elements are coaxially wound. The invention, its characteristics and its advantages are specified in the description which follows, in conjunction with the figures listed below.

La figure 1 présente un schéma électrique de principe d'un transformateur pour équipement de transmission. La figure 2 présente un schéma électrique de principe30 d'un transformateur selon l'invention. La figure 3 présente un schéma partiel détaillé du transformateur schématisé sur la figure 2. Le transformateur pour équipement de transmission présenté figure 1 est de manière classique constitué35 d'une carcasse magnétique non représentée, d'un primaire 1 à point milieu PM destiné à être relié à deux fils 3 d'une liaison de transmission par ses extrémités Pl et P 2, d'un secondaire destiné lui aussi à être relié à deux fils d'une seconde liaison de transmission par ses extrémités Si et 52, ainsi que d'un écran5 électromagnétique 3 intercalé entre primaire 1 et secondaire 2 Un tel transformateur est classiquement exploité pour la transmission de signaux de type au moins grossièrement alternatifs, il est mal adapté à la transmission de10 signaux impulsionnels à haut débit tels que ceux susceptibles d'être transmis par une interface S de réseau numérique à intégration de services, pour les raisons évoquées plus haut. Le primaire 1 du transformateur selon l'invention, tel15 que schématisé figure 2, comporte deux enroulements 10 et 11, quasiment identiques et physiquement distincts, il en est éventuellement de même pour le secondaire 2 qui est alors constitué d'un ou d'ici deux enroulements théoriquement identiques 20 et 21, l'ensemble est agencé20 de manière que à présenter une symétrie la plus parfaite possible, tant au point de vue des capacités parasites que des résistances. Ceci est obtenu par réalisation, d'un assemblage en sandwich du ou des enroulements secondaires du25 transformateur entre les deux enroulements primaires autour du noyau 4 de la carcasse magnétique du transformateur, ainsi qu'on le voit sur la demi-coupe selon l'axe du noyau et des enroulements 10, 11, 20, 21 qui est présentée en figure 3.30 Le positionnement du secondaire entre les deux enroulements 10 et il du primaire permet d'obtenir une self de fuite faible. La limitation du nombre de couches de fils composant les bobinages formant les enroulements permet d'obtenir une35 distance intercouche très grande et des capacités 4 - parasites faibles entre enroulements, tant au primaire Figure 1 shows an electrical schematic diagram of a transformer for transmission equipment. FIG. 2 presents an electrical schematic diagram of a transformer according to the invention. FIG. 3 shows a detailed partial diagram of the transformer shown diagrammatically in FIG. 2. The transformer for transmission equipment shown in FIG. 1 is conventionally constituted of a magnetic carcass, not shown, of a PM medium primary 1 intended to be connected to two son 3 of a transmission link by its ends Pl and P 2, a secondary also intended to be connected to two son of a second transmission link by its ends Si and 52, and d ' an electromagnetic screen 3 interposed between primary 1 and secondary 2 Such a transformer is conventionally used for the transmission of signals of at least roughly alternative type, it is not well suited to the transmission of high-speed impulse signals such as those likely to be transmitted. by an integrated services digital network interface S, for the reasons mentioned above. The primary 1 of the transformer according to the invention, as schematized in FIG. 2, comprises two windings 10 and 11, which are almost identical and physically distinct, and it is possibly the same for the secondary 2 which then consists of one or of two theoretically identical windings 20 and 21, the assembly is arranged so as to have a symmetry as perfect as possible, both from the point of view of parasitic capacitances and resistances. This is achieved by making a sandwich assembly of the secondary winding (s) of the transformer between the two primary windings around the core (4) of the transformer's magnetic housing, as can be seen on the half-section along the axis. of the core and windings 10, 11, 20, 21 which is shown in Figure 3.30 The positioning of the secondary between the two windings 10 and 11 of the primary provides a low self-leakage. The limitation of the number of layers of wires composing the windings forming the windings makes it possible to obtain a very large interlayer distance and low parasitic capacitances between the windings, both at the primary level.

qu'au secondaire. Dans un objectif de bonne reproductibilité industrielle, les nombres de spires des couches de chaque bobinage sont5 choisis pour correspondre à des nombres entiers de couches. than in high school. For purposes of good industrial reproducibility, the number of turns of the layers of each coil is chosen to correspond to integer numbers of layers.

L'équilibrage entre résistances des enroulements 10 et 11 du primaire est obtenu par modification du diamètre des fils composant ces enroulements, le fil de l'enroulement10 11, bobiné le plus à l'extérieur par rapport au noyau 4, étant choisi plus gros que celui de l'enroulement 10 qu'il entoure, afin de compenser les différences de longueur. Dans un exemple de réalisation, l'enroulement 10 comporte 32 spires d'un fil de diamètre de 0,14 mm alors que l'enroulement 11, à l'intérieur duquel il se trouve, comporte 32 spires de 0,18 mm, l'un et l'autre étant extérieurement recouverts d'une couche isolante 50, par exemple une couche de ruban isolant, telle 50 pour20 l'enroulement 10 et 51 pour l'enroulement 11. Ceci permet donc de symétriser le transformateur par rapport à la terre à laquelle il est usuellement connecté et de réduire le taux de conversion longitudinale d'un terminal supposé venir se raccorder aux bornes S, 52 du25 secondaire 2. Pour obtenir une bonne compatibilité électromagnétique en tension de mode commun et à symétriser le transformateur en capacité par rapport à la terre, la capacité parasite entre l'écran et le primaire est privilégiée par rapport30 à la capacité entre cet écran et le secondaire. De même la capacité parasite du secondaire 2 doit être The balancing between the resistances of the windings 10 and 11 of the primary is obtained by changing the diameter of the wires making up these windings, the winding wire 11, wound the outermost with respect to the core 4, being chosen larger than that of the winding 10 that it surrounds, in order to compensate for differences in length. In an exemplary embodiment, the winding 10 comprises 32 turns of a wire diameter of 0.14 mm whereas the winding 11, inside which it is located, comprises 32 turns of 0.18 mm, both are externally covered with an insulating layer 50, for example a layer of insulating tape, such as 50 for the winding 10 and 51 for the winding 11. This therefore makes it possible to symmetrize the transformer with respect to the earth to which it is usually connected and reduce the longitudinal conversion rate of a terminal assumed to be connected to the terminals S, 52 of the secondary 2. To obtain good electromagnetic compatibility in common mode voltage and to symmetrize the transformer capacitance relative to the earth, parasitic capacitance between the screen and the primary is favored over the capacity between this screen and the secondary. Similarly the parasitic capacity of secondary 2 must be

limitée au maximum d'autant plus que ce secondaire doit le plus souvent être réalisé en deux enroulements concentriques 20 et 21 vu le nombre de spires et la35 hauteur minimale de bobinage souhaités. limited to the maximum especially as this secondary must most often be made in two concentric windings 20 and 21 given the number of turns and the minimum winding height desired.

- Une couche isolante 53 est donc prévue pour réduire au maximum la capacité parasite entre les enroulements An insulating layer 53 is therefore provided to minimize the parasitic capacitance between the windings.

secondaires 20 et 21.secondary 20 and 21.

Or ces capacités dépendent notamment de l'épaisseur des couches isolantes séparant les parties conductrices formant électrodes. However, these capacities depend in particular on the thickness of the insulating layers separating the conductive parts forming electrodes.

Dans la réalisation proposée, l'écran 3 est réalisé en deux éléments 30 et 31 interconnectés qui sont individuellement insérés chacun entre l'un desj O enroulements primaires 10, 11 et l'un des enroulements secondaires 20, 21. In the proposed embodiment, the screen 3 is made of two interconnected elements 30 and 31 which are each individually inserted between one of the primary windings 10, 11 and one of the secondary windings 20, 21.

L'élément d'écran 30 est constitué d'une couche conductrice par exemple en cuivre qui est extérieurement enroulée sur la couche isolante 50, cette dernière15 recouvre elle-même l'enroulement primaire intérieur 10. Une couche isolante 52 est à son tour enroulée extérieurement sur l'élément d'écran 30, elle est ici constituée avec le même matériau isolant en ruban que la couche 50, mais sous une épaisseur double.20 Une couche isolante 53 identique à la couche 52 est enroulée sur l'enroulement secondaire 20 pour le séparer The screen element 30 consists of a conductive layer, for example copper, which is externally wound on the insulating layer 50, the latter 15 itself covers the inner primary winding 10. An insulating layer 52 is in turn wound externally on the screen member 30, it is here made of the same ribbon insulating material as the layer 50 but in a double thickness. An insulating layer 53 identical to the layer 52 is wound on the secondary winding 20 to separate it

de l'enroulement 21 à l'intérieur de l'ensemble bobiné à l'intérieur de la carcasse non représentée du transformateur dont ils font partie, étant entendu que25 ces enroulements secondaires sont électriquement raccordés, ici à l'intérieur de 1 ' ensemble bobiné. of the winding 21 inside the coil assembly inside the not shown frame of the transformer of which they form part, it being understood that these secondary windings are electrically connected, here inside the wound assembly .

Deux couches isolantes 54 et 55 sont enroulées de part et d'autre du second élément d'écran 31, elles sont respectivement de même nature et de mêmes épaisseurs que30 les couches isolantes 52 et 50 auxquelles elles correspondent respectivement. Two insulating layers 54 and 55 are wound on either side of the second screen element 31, they are respectively of the same nature and of the same thickness as the insulating layers 52 and 50 to which they respectively correspond.

L'enroulement secondaire extérieur 21 est donc séparé de l'élément d'écran 31 par une épaisseur d'isolant double de celle qui sépare ce dernier de l'enroulement35 secondaire Il sur lequel l'un et l'autre sont enroulés le premier nommé sur le second nommé. The outer secondary winding 21 is thus separated from the screen element 31 by a thickness of insulation double that which separates it from the secondary winding 35 on which both are wound the first one. on the second named.

6 - De même l'épaisseur de la couche isolante 53 entre enroulements secondaires 20 et 21 est choisie égale à celle des couches 54 et 52 diminuant en conséquence la capacité entre ces enroulements et la capacité vue du5 primaire correspondante. La capacité parasite du secondaire du transformateur est donc diminuée et le primaire est donc moins sensible à l'influence de ce secondaire et plus sensible aux effets des écrans 30 et 31, ce qui facilite son équilibrage par10 rapport à la terre. Une rigidité diélectrique importante, par exemple supérieure à 1,5 kéfir, entre primaire et secondaire est simultanément susceptible d'être obtenue, elle est ici renforcée aux niveaux des bornes d'extrémité des15 enroulements Pl, P 2, Si, 52 qui sont classiquement assemblées à très courte distance, par recouvrement des 6 - Similarly, the thickness of the insulating layer 53 between secondary windings 20 and 21 is chosen to be equal to that of the layers 54 and 52 consequently reducing the capacitance between these windings and the corresponding primary view capacitance. The parasitic capacitance of the secondary of the transformer is therefore reduced and the primary is therefore less sensitive to the influence of this secondary and more sensitive to the effects of the screens 30 and 31, which facilitates its equilibrium with respect to the earth. A significant dielectric strength, for example greater than 1.5 kefir, between primary and secondary is simultaneously obtainable, it is here reinforced at the end terminals of the windings Pl, P 2, Si, 52 which are classically assembled at a very short distance, by overlapping

picots constituant ces bornes par une goutte en matériau durcissant de haute rigidité diélectrique. pins constituting these terminals by a drop of hardening material of high dielectric strength.

7 -7 -

Claims

1) Symmetrical transformer for transmission equipment consisting of a magnetic carcass, not shown, of a primary (1) medium-point (PM) intended to be connected to two son of a transmission link by its ends (P1 and P 2), a secondary (2) also intended to be connected to two son of a second transmission link by its ends (51 and 52), and an electromagnetic screen (3) interposed between primary and secondary and galvanically isolated from this primary and secondary, characterized in that the primary (1) of the transformer is divided, equally, into two interconnected concentric windings (10, 11) between which the secondary (2) 15 is mounted sandwiched and in that the electromagnetic screen (3) is split into two elements (30, 31) respectively inserted between one of the concentric windings of the primary and the secondary

with which these two elements are coaxially wound.

2) symmetrical transformer according to claim 1, characterized in that the two primary windings (10,11), which have the same number of turns and a reduced number of layers, have the same resistance, the conductive wire chosen for winding primary (11) surrounding the other having a greater diameter than the wire selected for this other primary winding (10).

3) symmetrical transformer according to claim 1, characterized in that the electrical isolation between each of the two interconnected screen elements (30, 31) and on the one hand a primary winding (10 or 11) and on the other hand the secondary, optionally also composed of two interconnected concentric windings (20, 21), is produced using the same insulating material, the thickness of the layer (52 or 54) of insulating material between the secondary and each screen elements (30 or -8 - 31) being greater than that (50 or 55) separating a primary winding (10 or 11) from the neighboring screen element (30 or 31).

4) symmetrical transformer according to claim 3, characterized in that the electrical isolation between each of the two secondary windings (20, 21) is realized

by a layer (53) of the same thickness as those (52, 54) isolating each secondary winding of the screen element (30 or 31) that it adjoins.