Pierwszenstwo: Opublikowano: 31.111.19^9 57151 24e $S/oi MKP <*°U rt/oz UKD Wspóltwórcy wynalazku: dr inz. Slawoj Gwiazdowski, prof. dr Marian Lapinski Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska (Katedra Elektrotechniki Teoretycznej „A"), Warszawa (Polska) Szerokopasmowy transformator róznicowy o przekladni róznej od jednosci z ferromagnetycznym rdzeniem toroidalnym Przedmiotem wynalazku jest 'szerokopasmowy transformator róznicowy o przekladni róznej od jednosci z ferromagnetycznym rdzeniem toroidal¬ nym, trójuzwojeniowy, stosowany w pomiarowym ukladzie róznicowym.Znane, stosowane transformatory róznicowe nie maja skompensowanego wplywu parametrów szczatkowych uzwojen na stalosc przekladni po¬ miarowej w funkcji czestotliwosci. Transformato¬ ry takie przy zmianie czestotliwosci pracy wyma¬ gaja korygowania przekladni pomiarowej, na przy¬ klad za pomoca odczepów uzwojen lub zmiany ich rezystancji i pojemnosci. Uniemozliwia to prace impulsowa transformatora róznicowego, utrudnia i wydluza pomiar oraz zmniejsza jego dokladnosc.Aby transformator róznicowy mógl pracowac w szerokim pasmie czestotliwpsci, miedzy wielkoscia¬ mi szczatkowymi jego uzwojen musza byc spel¬ nione zaleznosci matematyczne, a mianowicie sto¬ sunek analogicznych, wypadkowych wielkosci szczatkowych uzwojenia obwodu pomiarowego i wzorcowego musi byc równy przekladni zwojowej transformatora lub jej odwrotnosci. Najtrudniej jest spelnic ten warunek dla wypadkowych induk- cyjnosci rozproszenia uzwojen, gdyz indukcyjnosc wzajemna rozproszenia dodaje sie do jednej induk- cyjnosci wlasnej rozproszenia mnozona przez prze^ kladnie zwojowa, a do drugiej dzielona przez te przekladnie. Powoduje to niesymetrie magnetycz¬ na transformatora. Zesymetryzowanie magnetyczne 10 15 20 25 30 jest mozliwe wówczas, gdy strumien magnetyczny wzajemny rozproszenia jest mniejszy od kazdego ze strumieni magnetycznych wlasnych rozproszen poszczególnych uzwojen.Symetrie magnetyczna transformatora róznico¬ wego osiaga sie przez celowa niesymetrie geome¬ tryczna uzwojen. Na przyklad w transformatorze z rdzeniem plaszczowym kazde z trzech uzwojen transformatora jest nawiniete na osobnym karkasie o sciankach plaskich i poprzecznym przekroju pro¬ stokatnym, przy czym przekroje karkasów kolej¬ nych uzwojen sa coraz wieksze co umozliwia na¬ lozenie uzwojen jedno na drugie. Uzwojenia te na¬ lozone na srodkowa kolumne rdzenia plaszczowego nachodza na siebie jedynie czescia swojej dlugosci, dzieki czemu strumien wzajemny rozproszenia jest mniejszy od strumieni wlasnych. Poniewaz w przypadku tym nie daja sie obliczyc dokladnie parametry szczatkowe,, karkasy te wraz z uzwoje¬ niami sa przesuwalne poosiowo w celu doswiad¬ czalnego zesymetryzowania magnetycznego trans¬ formatora.Jednak transformator róznicowy z rdzeniem pla¬ szczowym posiada dwie zasadnicze wady. W obwo¬ dzie magnetycznym rdzenia wystepuje zawsze pe¬ wna szczelina powietrzna, nawet przy skladaniu blach na przemian przecieciem (przy ksztaltach typu M). Szczelina ta obniza wypadkowa przeni- kalnosc magnetyczna rdzenia, co powoduje zmniej¬ szenie czulosci ukladu róznicowego. Poza tym w 5715157151 3 przypadku rdzenia plaszczowego uzwojenia sa umieszczone na srodkowej kolumnie i przechodza przez okna rdzenia. Uzwojenia wewnatrz okien zblizone sa do jarzm rdzenia, wskutek czego czesc strumienia magnetycznego przebiegajacego w po¬ wietrzu w obrebie uzwojen, po wyjsciu z uzwoje¬ nia przebiega przez jarzmo i boczne kolumny. Jest to efekt zblizenia uzwojen do jarzma.Powoduje on zwiekszenie indukcyjnosci szczat^ kowych i wynosi niesymetrycznie opornosc strat w rdzeniu do obwodów uzwojen glównych. Ponie¬ waz w celu-* skompensowania wplywu indukcyj¬ nosci szczatkowych uzwojenia sa ustawione niesy¬ metrycznie wzgledem srodka, przeto kazdy z kon¬ ców uzwojenia znajduje sie w innych warunkach pola magnetycznego. Przy zblizaniu uzwojenia do jarzma rosnie indukcyjnosc szczatkowa. Z tego powodu jest trudno dokladnie skompensowac wplyw indukcyjnosci szczatkowych, gdyz w stanie skompensowania uklad róznicowy jest bardzo czu¬ ly na minimalne przesuniecie uzwojen.Kompensacja doswiadczalna wymaga przesuwa¬ nia uzwojen przy pomocy mechanizmu srubowego.Silne wstrzasy lub uderzenia wyprowadzaja trans¬ formator z rdzeniem plaszczowym ze stanu do¬ kladnej kompensacji wplywu indukcyjnosci szczat¬ kowych. Nie pomaga tutaj zalewanie transforma¬ tora zalewami lub zywicami utwardzalnymi, gdyz zalewy lub zywice krzepnac kurcza sie i zmieniaja indukcyjnosc rozproszenia uzwojen.Stosowane dotychczas tr^frsfofmatbry z rdze¬ niem toroidalnym maj$ silniejszy struniien magnetyczny niz transformatory z rdzeniem pla¬ szczowym, gdyz nie wystepuje w nich szczelina magnetyczna, dzieki czemu uzyskuje sie wieksza czulosc ukladu pomiarowego. Transformatory te maja uzwojenia nawijane wzdluz calej dlugosci obwodu rdzenia, co uniemozliwia skompensowanie wplywu indukcyjnosci rozproszen na stalosc prze¬ kladni pomiarowej. Poszerzenie pasma czestotli¬ wosci pracy uzyskuje sie w nich przez zminimali¬ zowanie indukcji rozproszonych. Nie pozwala to jednak na calkowite usuniecie ich wplywu.Celem wynalazku jest budowa1 transformatora róznicowego z rdzeniem toroidalnym ze skompen¬ sowanym wplywem indukcyjnosci szczatkowych zwiazanych ze strumieniem magnetycznym w po¬ wietrzu na stalosc przekladni pomiarowej w funkcji czestotliwosci.Istota Wynalazku polega na. niesymetrycznym rozmieszczeniu uzwojen transformatora róznico¬ wego wzdluz obwodu ferromagnetycznego rdzenia toroidalnegó, tak ze uzwojenia nawiniete war¬ stwowo nachodza na siebie tylko czesciami dlugo¬ sci swoich luków, oraz na zastosowaniu uzwojen nawinietych na osobnych lukowych karkasach, przesuwalnych wzdluz obwodu rdzenia w celu doswiadczalnej regulacji indukcyjnosci szczatko¬ wych.W tym przypadku przesuwanie uzwojen wzgle¬ dem siebie przy doswiadczalnym kompensowaniu wplywu indukcyjnosci szczatkowych na stalosc przekladni w funkcji czestotliwosci nie powoduje efektów zblizania do jarzma jak przy rdzeniu plaszczowym, gdyz uzwojenia w kazdym polozeniu znajduja sie w jednakowym polozeniu Wzgledem rdzenia toroidalnegó. Dzieki temu, stan kompen¬ sacji jest mniej czuly na drobne przesuniecia uzwojen. Uzwojenia nie sa nawiniete na calym 5 obwodzie rdzenia toroidalnegó lecz tylko na jego czesci.Osie symetrii poszczególnych uzwojen sa prosto¬ padle do glównej osi symetrii toroidu i przecina¬ jace sie z nia. Karkasy maja ksztalt wycinków 10 toroidu. Poszczególne uzwojenia maja osie syme¬ trii skrecone o kat bedacy funkcja wymiarów geometrycznych, zapewniajacy warunki kompen¬ sacji wplywu indukcyjnosci szczatkowych na sta¬ losc przekladni pomiarowej transformatora w 15 funkcji czestotliwosci.Transformator wedlug wynalazku, jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pólprze- krój pionowy, a fig. 2 przekrój poziomy transfor¬ matora. 20 Na fig. 1 uzwojenie glówne 1 jest nawiniete warstwowo na karkasie 5 w ksztalcie wycinka to¬ roidu o przekroju prostokatnym. Wewnatrz kar¬ kasu 5, znajduje sie drugie uzwojenie glówne 2 nawiniete na karkasie 6 o ksztalcie analogicznym 23 jak karkas 5 lecz o mniejszych rozmiarach po¬ przecznych, ale tej samej lub zblizonej dlugosci katowej. Wewnatrz karkasu 6 znajduje sie uzwo¬ jenie 3 obwodu wskaznika równowagi (lub gene¬ ratora) nawiniete na warstwie izolacyjnej 7 nalo- 30 zonej na ferromagnetyczny rdzen . toroidalny 4 trSrisfórrhatófa o przekroju prostokatnym najko¬ rzystniej' zwiniety z tasmy wykonanej z permal- loy'u.Uzwojenie 3 obwodu wskaznika równowagi jest 35 odizolowane i odekranowane od rdzenia i pozo¬ stalych uzwojen. Uzwojenia 1 i 2 sa nawiniete na osobnych karkasach. Miedzy karkasami leza¬ cymi wewnatrz uzwojen jest luz, tak ze mozna je przesuwac wzdluz obwodu toroidalnegó rdzenia 40 wzgledem siebie i wzgledem uzwojenia 3 obwodu wskaznika równowagi w celu doswiadczalnego skompensowania wplywu indukcyjnosci szczatko¬ wych na stalosc przekladni transformatora rózni¬ cowego w zakresie duzych czestotliwosci. Do- 45 swiadczalna kompensacja wplywu indukcyjnosci szczatkowych jest konieczna, gdyz przy nawinieciu uzwojen tylko na czesc obwodu rdzenia toroidal¬ negó wartosci indukcyjnosci szczatkowych obli¬ czyc mozna jedynie W przyblizeniu. 50 Uzwojenia glówne 1 i 2 sa naWijarie jedno lub wielowarstwowo, ale kazda warstwa uzwojenia musi byc obustronnie ekranowana elektrycznie od pozostalych warstw tego samego uzwojenia (przy nawijaniu wielowarstwowym) i od pozostalych 55 uzwojen. Ode^ranowanie jednej warstwy od po¬ zostalych warstw tego samego uzwojenia ma na celu zapewnienie identycznych warunków pola elektrycznego wszystkim zwojom danego uzwoje¬ nia. Warunki kompensacji wplywu pojemnosci 60 i opornosci uzwojen spelnia sie przez dobór gru¬ bosci izolacji miedzy zwojami a ekranami danego uzwojenia, przez dobór pojemnosci wyrównaw¬ czych polaczonych równolegle do uzwojen, oraz przez dobór stosunku przekrojów przewodów na- 65 wojowych.57151 5 6 Karkasy uzwojen glównych 1 i 2 sa skladane tak, ze po nawinieciu uzwojenia 3 obwodu wskaz¬ nika równowagi sklada sie karkas uzwojenia glównego 2 oraz nawija i ekranuje to uzwojenie 2.Po wykonaniu i zekranowaniu uzwojenia glówne¬ go 2 sklada sie karkas drugiego uzwojenia glów¬ nego 1 oraz nawija i ekranuje to drugie uzwo¬ jenie 1.P,o wykonaniu uzwojen, przesuwajac uzwojenia glówne 1 i 2 wzdluz obwodu rdzenia toroidalnego tak, aby uzwojenie glówne 2 bylo o pewien kat przesuniete wzgledem uzwojenia 3 obwodu wskaz¬ nika równowagi, a uzwojenie glówne 1 bylo o pe¬ wien kat przesuniete wzgledem uzwojenia glów¬ nego 2 i uzwojenia obwodu wskaznika równowagi 3, czyli aby uzwojenia byly nasuniete na siebie tylko na pewnych dlugosciach, kompensuje sie wplyw indukcyjnosci szczatkowych na stalosc przekladni transformatora róznicowego w zakresie duzych czestotliwosci.Wprawdzie niesymetryczna budowa uzwojen transformatorów toroidalnych jest stosowana (na przyklad w transformatorach wielouzwojeniowych) jak równiez znane jest nawijanie poszczególnych uzwojen transformatora na oddzielnych karkasach (na przyklad w celu polepszenia izolacji transfor¬ matorów wysokiego napiecia), to jednak budowa transformatora wedlug wynalazku pozwala na skompensowanie wplywu indukcyjnosci szczatko¬ wych zwiazanych ze strumieniem magnetycznym omijajacym rdzen i przebiegajacym w powietrzu i powodujacych niestalosc przekladni, transforma¬ tora w zakresie duzych czestotliwosci.Dzieki temu uzyskuje sie nowe wlasciwosci uzytkowe ukladu róznicowego, a mianowicie: zwiekszenie dokladnosci pomiarów dokonywanych ukladem róznicowym w zakresie duzych czestotli¬ wosci pomiarowych, rozszerzenie zakresli stoso¬ walnosci wzorców na wartosci mierzone wielo¬ krotne i podwielokrotne w zakresie duzych czesto¬ tliwosci przez zastosowanie przekladni p róznej od jednosci dzieki czemu uzyskuje sie mozliwosc po¬ miaru w zakresie duzych czestotliwosci bardzo duzych i bardzo malych wartosci mierzonych.Przy tym upraszcza sie pomiar i skraca sie czas jego trwania bez obnizania dokladnosci.Równiez uzyskuje sie mozliwosc zastosowania ukladu róznicowego o przekladni róznej od jed¬ nosci w pomiarach impulsowych. Ponadto zmniej¬ sza sie wrazliwosc transformatora na wstrzasy i zapewnia lepsza stalosc jego parametrów w cza¬ sie niz w przypadku transformatora róznicowego z rdzeniem plaszczowym, upraszcza sie i skraca proces kompensacji wplywu indukcyjnosci szczat¬ kowych, zwieksza sie dokladnosc kompensacji wplywu indukcyjnosci szczatkowych w stosunku do transformatora z rdzeniem plaszczowym, dzieki czemu uzyskuje sie lepsza dokladnosc pomiarów. PL