RU2061975C1

RU2061975C1 - Noise-proof transformer

Info

Publication number: RU2061975C1
Application number: RU94044389A
Authority: RU
Inventors: С.А. Сухоруков
Original assignee: Акционерное научно-производственное общество закрытого типа "ЭМСОТЕХ"
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-06-10
Also published as: RU94044389A

Abstract

FIELD: electrical and radio engineering. SUBSTANCE: noise-proof transformer is designed for use in power supply sources of digital technical equipment having increased sensitivity to interference. It includes magnetic core with primary 3 and secondary 4 windings. Both windings are potted in jacket 8 of resin with high-frequency ferromagnetic filling agent. Screen 5 made of sheet of current conductive material with cut shunted by resistive element is placed between primary and secondary windings. Secondary winding 4 is divided into sections. Magnetic shunts 15, 17 are put on end faces of each section. Shunt 16 is mounted between sections. Screen 6 made of sheet of current conductive material is mounted over secondary winding 4 and jacket 8. Transformer three phases and three-leg magnetic core. Each leg of it carrier coil with primary and secondary windings. EFFECT: increased noise immunity of transformer. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, точнее к помехозащитным устройствам, а именно к помехоустойчивым мощным трансформаторам. The invention relates to electrical engineering, more specifically to noise suppression devices, namely, noise-resistant powerful transformers.

Известен трансформатор источника питания (JP, В, 59-41297, 1984, HO1F 27/36), содержащий первичную и вторичную обмотки, размещенные на магнитопроводе в полости экранирующего корпуса. Первичная и вторичная обмотки вместе с соответствующими частями магнитопровода отделены друг от друга экранами, представляющими собой часть корпуса. Однако в этой конструкции велики потери электроэнергии, обусловленные токами, циркулирующими в экране и мало ослабление симметричных помех. Known transformer power source (JP, B, 59-41297, 1984, HO1F 27/36) containing the primary and secondary windings located on the magnetic circuit in the cavity of the shielding housing. The primary and secondary windings together with the corresponding parts of the magnetic circuit are separated from each other by screens representing a part of the housing. However, in this design there are large losses of electricity due to currents circulating in the screen and little attenuation of symmetrical noise.

Наиболее технологичным является помехоразделительный трансформатор (JP, А, 60-213015, 1985, H O1F 27/36), содержащий основной магнитопровод, первичную обмотку, подключаемую к сети, и вторичную обмотку, подключаемую к нагрузке, размещенные на основном магнитопроводе, обмотки, первичная и вторичная, залиты в оболочку из смолы с наполнителем, имеющим высокую магнитную проницаемость для высоких частот (ВЧ). Однако несимметричные помехи в этой конструкции не ослабляются. The most technologically advanced is a noise isolation transformer (JP, A, 60-213015, 1985, H O1F 27/36) containing a main magnetic circuit, a primary winding connected to a network, and a secondary winding connected to a load, located on the main magnetic circuit, windings, primary and secondary, embedded in a resin sheath with a filler having high magnetic permeability for high frequencies (HF). However, asymmetrical interference in this design is not attenuated.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является помехоустойчивый трансформатор (патент РФ N 2022386, кл.H O1F 27/36,1994), содержащий магнитопровод, магнитный шунт, экран из нескольких гальванически связанных между собой и землей частей, первичную и вторичную обмотки, залитые в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем, часть экрана, расположенную между обмотками, снабженную разрезом, зашунтированным резистивным элементом, листовые экраны, гальванически связаны между собой и землей, один из которых установлен между первичной и вторичной обмотками, и магнитные шунты. Closest to the proposed invention in technical essence is a noise-resistant transformer (RF patent N 2022386, class H O1F 27 / 36,1994), containing a magnetic circuit, magnetic shunt, a screen of several parts galvanically connected to each other and the ground, primary and secondary windings, filled in a resin sheath with a high-frequency ferromagnetic filler, a part of the screen located between the windings, equipped with a cut, shunted by a resistive element, sheet screens are galvanically connected to each other and the ground, one of the cat ryh installed between the primary and secondary windings and magnetic shunts.

Недостатком этого трансформатора является увеличение пропускаемых помех при использовании в мощных трехфазных устройствах из-за увеличения длины силовой магнитной линии на больших размерах катушек, что увеличивает магнитное сопротивление для помех и снижает помехозащищенность. The disadvantage of this transformer is the increase in transmitted noise when used in powerful three-phase devices due to the increase in the length of the power magnetic line on large coil sizes, which increases the magnetic resistance for interference and reduces noise immunity.

Технической задачей изобретения является увеличение помехозащищенности и расширение области применения мощных трехфазных трансформаторов. An object of the invention is to increase noise immunity and expand the scope of powerful three-phase transformers.

Эта задача решается выполнением помехоустойчивого трансформатора с магнитопроводом. This problem is solved by the implementation of a noise-resistant transformer with a magnetic circuit.

Помехоустойчивый трансформатор содержит магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, каждая из которых залита в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем, листовые экраны с разрезом, зашунтированным резистивным элементом, листовые экраны гальванически связаны между собой и землей, причем один из них установлен между первичной и вторичной обмотками, магнитные шунты, при этом вторичная обмотка выполнена, по крайней мере, с двумя секциями, расположенными друг над другом, между которыми установлен шунт, по краям секций размещены также магнитные шунты, поверх вторичной обмотки с оболочкой установлен другой листовой экран с разрезом, зашунтированным резистивным элементом. The noise-resistant transformer contains a magnetic circuit with primary and secondary windings, each of which is embedded in a resin sheath with a high-frequency ferromagnetic filler, sheet screens with a cut, shunted by a resistive element, sheet screens are galvanically connected to each other and ground, one of which is installed between the primary and secondary windings, magnetic shunts, while the secondary winding is made with at least two sections located one above the other, between which a shunt is installed, at the edges has also projections of magnetic shunts, on top of the secondary winding with a shell mounted screen with another sheet cut, shunted by a resistor element.

Магнитные шунты помехоустойчивого трансформатора выполнены из листа материала с высокой магнитной проводимостью, размещенного между изолирующими листами. Кроме того, магнитный шунт выполнен из двух частей, имеющих между собой зазор. The magnetic shunts of the noise-resistant transformer are made of a sheet of material with high magnetic conductivity, placed between the insulating sheets. In addition, the magnetic shunt is made of two parts having a gap between them.

Помехоустойчивый трансформатор выполнен трехфазным, магнитопровод трехстержневым, на каждом из стержней размещена катушка, содержащая по одной фазе первичной и вторичной обмотки. The noise-resistant transformer is made three-phase, the magnetic core is three-rod, on each of the rods there is a coil containing one phase of the primary and secondary windings.

На фиг. 1 показана конструкция трансформатора;на фиг.2 принципиальная электрическая схема трансформатора (возможны и иные известные схемы соединения обмоток); на фиг.3 принципиальное устройство катушки; на фиг.4 схема распространения магнитных (М) и электрических (Э) силовых линий потоков помех в экранах магнитном и электростатическом;на фиг.5 пример выполнения конструкции шунтов 15 17. In FIG. 1 shows the design of the transformer; FIG. 2 is a circuit diagram of a transformer (other known schemes for connecting windings are possible); figure 3 the basic structure of the coil; figure 4 is a distribution diagram of the magnetic (M) and electric (E) field lines of the interference flow in the magnetic and electrostatic screens; figure 5 is an example of the construction of shunts 15 17.

Помехоустойчивый трехфазный трансформатор содержит магнитопровод 1 (фиг. 1) с размещенными на его стержнях катушками 2. Каждая из катушек содержит первичную обмотку 3, вторичную обмотку 4, электростатический экран из нескольких 5,6 гальванически связанных между собой и землей 7 частей. Каждая из обмоток залита в оболочку из смолы 8 с высокочастотным ферромагнитным наполнителем. Экраны 5 и 6 выполнены из электропроводного листа и снабжены разрезами 9 и 10 для предотвращения образования короткозамкнутых витков, разрезы зашунтированы резистивными элементами 11 и 12 (по меньшей мере, в двух точках с противоположных торцов катушек). Вторичная обмотка 4 выполнена по меньшей мере двухсекционной. По краям секций 13 и 14 между ними размещены магнитные шунты 15-17. Шунты замыкают в магнитном отношении слои 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем. Магнитные шунты выполнены из листового ферромагнитного и электропроводного материала, например из пермаллоя или аморфного железа. Шунты имеют зазоры 18 для предотвращения возникновения короткозамкнутых витков. Каждый из шунтов 15 17 состоит из листа пермаллоя или аморфного железа 19 и изолирующих листов 20 из текстолита и т. п. Технологически удобно собирать шунт из двух половин. Каждая из катушек 2 вместе с экранами, шунтами и оболочкой установлены на каркасе 21, размещенном на одном из стержней магнитопровода 1. Магнитопровод 1 с катушками 2 залит в оболочку из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем ( не показан). The noise-resistant three-phase transformer contains a magnetic circuit 1 (Fig. 1) with coils 2 located on its rods. Each of the coils contains a primary winding 3, a secondary winding 4, an electrostatic screen of several 5.6 galvanically connected to each other and the earth 7 parts. Each of the windings is filled in a shell of resin 8 with a high-frequency ferromagnetic filler. Screens 5 and 6 are made of an electrically conductive sheet and equipped with cuts 9 and 10 to prevent the formation of short-circuited turns, the cuts are shunted by resistive elements 11 and 12 (at least at two points from opposite ends of the coils). The secondary winding 4 is made of at least two sections. On the edges of sections 13 and 14 between them are placed magnetic shunts 15-17. The shunts magnetically close the resin layers 8 of a high-frequency ferromagnetic filler. Magnetic shunts are made of sheet ferromagnetic and electrically conductive material, for example, permalloy or amorphous iron. Shunts have gaps 18 to prevent the occurrence of short-circuited turns. Each of the shunts 15 17 consists of a sheet of permalloy or amorphous iron 19 and insulating sheets 20 of textolite, etc. It is technologically convenient to assemble a shunt from two halves. Each of the coils 2, together with shields, shunts and a sheath, is mounted on a frame 21 located on one of the rods of the magnetic circuit 1. The magnetic circuit 1 with coils 2 is embedded in a resin sheath with a high-frequency ferromagnetic filler (not shown).

Таким образом, слои феррокомпаунда, шунты и экраны заключают секции вторичной обмотки в своеобразный "кокон", непроницаемый для электрических и магнитных помех. Силовые линии магнитного и электрических помех замыкаются в этом коконе согласно приведенной схеме (фиг.4). Здесь шунты 15 17 являются одновременно проводниками магнитного и электрического полей. Thus, the layers of the ferro-compound, shunts and screens enclose the sections of the secondary winding in a kind of "cocoon", impervious to electrical and magnetic interference. The power lines of magnetic and electrical interference are closed in this cocoon according to the above diagram (figure 4). Here, the shunts 15 to 17 are simultaneously conductors of magnetic and electric fields.

Изобретение наиболее целесообразно использовать в трехфазных мощных трансформаторах. В трехфазном трансформаторе магнитопровод выполнен трехстержневым (фиг.1), на каждом из которых расположено по вышеописанной катушке с первичной и вторичной обмотками. The invention is most suitable for use in three-phase powerful transformers. In a three-phase transformer, the magnetic circuit is made of a three-core (Fig. 1), on each of which is located on the coil described above with primary and secondary windings.

Деление вторичной обмотки на секции с установкой между ними их магнитных шунтов обусловлено тем, что в трехфазных мощных трансформаторах катушки имеют большие линейные размеры, в особенности по продольной оси. Вследствие этого увеличивается магнитное сопротивление слоев из феррокомпаунда по продольной оси катушки и силовые линии магнитного поля помех стремятся замкнуть слои феррокомпаунда по пространству, в котором расположена вторичная обмотка, что приводит к возникновению в ней ЭДС, наведенных потоком помех. Дополнительные магнитные шунты 15 17 создают пути с малым магнитным сопротивлением для полей помех непосредственно в теле вторичной обмотки, магнитные потоки полей помех локализуются в них, поэтому меньшая часть силовых линий магнитного поля помех ответвляется во вторичную обмотку и тем самым улучшаются помехозащитные свойства трансформатора. The division of the secondary winding into sections with the installation of their magnetic shunts between them is due to the fact that in three-phase powerful transformers, the coils have large linear dimensions, especially along the longitudinal axis. As a result, the magnetic resistance of the layers of the ferro-compound increases along the longitudinal axis of the coil and the lines of force of the magnetic field of interference tend to close the layers of the ferro-compound in the space in which the secondary winding is located, which leads to the appearance of an EMF induced by the interference flow in it. Additional magnetic shunts 15 17 create paths with low magnetic resistance for the interference fields directly in the body of the secondary winding, the magnetic fluxes of the interference fields are localized in them, so a smaller part of the magnetic field lines of the interference field branches into the secondary winding, and thereby the noise-protective properties of the transformer are improved.

Помехоустойчивый трансформатор работает следующим образом. Immunity transformer operates as follows.

Первичная обмотка 3 подключается к сети переменного тока. В магнитопроводе 1 возникает изменяющийся поток, который наводит во вторичной обмотке 4 напряжение, подводимое к нагрузке. В экранах 5 и 6 также наводится ток, но из-за большого сопротивления резистивных элементов 9 и 10 и наличия разреза потери энергии от основного потока в экранах невелики. Оболочки 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем и магнитные шунты 15 17 на основной магнитный поток оказывают пренебрежительно малое влияние. Primary winding 3 is connected to AC power. In the magnetic circuit 1, a variable flow occurs, which induces a voltage supplied to the load in the secondary winding 4. A current is also induced in screens 5 and 6, but due to the large resistance of resistive elements 9 and 10 and the presence of a cut, the energy loss from the main stream in the screens is small. Shell 8 of resin with a high-frequency ferromagnetic filler and magnetic shunts 15 17 on the main magnetic flux have a negligible effect.

Несимметричные помехи из сети непосредственно через трансформатор на нагрузку передаваться не могут, т. к. экраны выполнены из электропроводящих листов, которые соединены гальванически между собой и землей 7, образуя высококачественный объемный электростатический экран между первичной 3 и вторичной 4 обмотками. Asymmetric interference from the network directly through the transformer cannot be transmitted to the load, since the screens are made of electrically conductive sheets that are galvanically connected to each other and to the ground 7, forming a high-quality volumetric electrostatic screen between the primary 3 and secondary 4 windings.

Электростатический экран работает также и в обратном направлении, защищая сеть от несимметричных помех, создаваемых нагрузкой. Оболочки 8 из смолы с высокочастотным ферромагнитным наполнителем выполняют роль демпфера акустических колебаний, способствуя снижению уровня шумов устройства. The electrostatic screen also works in the opposite direction, protecting the network from unbalanced interference caused by the load. Shell 8 of resin with high-frequency ferromagnetic filler act as a damper of acoustic vibrations, helping to reduce the noise level of the device.

Симметричные помехи из сети распространяются в нагрузку через поток рассеяния, который исходя из первичной обмотки 3 сцепляется с объемным магнитопроводом, образованным ферромагнитным наполнителем оболочки 8 и основным магнитопроводом 1. Поток рассеяния вторичной обмотки 4 сцепляется с объемным магнитопроводом (фиг. 4), образуемым ферромагнитным наполнителем 8, магнитными шунтами 15 17, которые способствуют уменьшению магнитного сопротивления для полей помех за счет уменьшения длины силовой линии магнитного поля. Образованные вокруг секций вторичной обмотки 4 "коконы" из феррокомпаунда 8, шунтов 15 17 и экрана 6 замыкают помехи внутри себя, снижая возможность проникновения части силовых линий магнитного поля помех во вторичную обмотку. Слой экрана 6 из электропроводного листа может преобразовать магнитные потоки рассеяния в акустические шумы через взаимодействие магнитных потоков рассеяния с токами, индуцированными ими в электропроводном листе. Symmetric interference from the network propagates to the load through the scattering stream, which, proceeding from the primary winding 3, is coupled to the bulk magnetic circuit formed by the ferromagnetic filler of the sheath 8 and the main magnetic circuit 1. The scattering stream of the secondary winding 4 is coupled to the bulk magnetic circuit (Fig. 4) formed by the ferromagnetic filler 8, magnetic shunts 15 17, which contribute to the reduction of magnetic resistance for interference fields by reducing the length of the magnetic field line. Formed around the sections of the secondary winding 4, “cocoons” of ferrocompound 8, shunts 15 17 and screen 6 close the noise inside themselves, reducing the possibility of penetration of part of the magnetic field lines of the interference field into the secondary winding. The layer of the screen 6 from the conductive sheet can convert the magnetic fluxes of the scattering into acoustic noise through the interaction of the magnetic fluxes of the scattering with the currents induced by them in the conductive sheet.

Уровень акустических шумов может быть ослаблен за счет увеличения толщины электропроводного листа. При воздействии высокочастотных симметричных помех, например коротких импульсов, имеет место волновой характер распределения их по виткам первичной обмотки 3. Поэтому импульсное напряжение, прикладываемое первоначально к нескольким виткам первичной обмотки, и напряжение, наводимое в витке, образованном экраном 5 с разрезом, будет велико, соответственно будет велик и ток в резистивном элементе 11, шунтирующем разрез, а значит, значительная часть энергии импульса напряжения будет преобразована в резистивном элементе в тепло и импульсное напряжение симметричной помехи на вторичной обмотке будет уменьшено. The level of acoustic noise can be attenuated by increasing the thickness of the conductive sheet. Under the influence of high-frequency symmetric noise, for example, short pulses, there is a wave character of their distribution over the turns of the primary winding 3. Therefore, the pulse voltage applied initially to several turns of the primary winding, and the voltage induced in the turn formed by the cut screen 5 will be large, accordingly, the current in the resistive element 11, which shunts the cut, will also be large, which means that a significant part of the energy of the voltage pulse will be converted in the resistive element into heat and pulse Symmetrical interference voltage on the secondary side will be reduced.

Для усиления эффекта помехоустойчивости трансформатор имеет фильтр на первичной обмотке или на вторичной обмотке, либо фильтры на первичной и вторичной обмотке. To enhance the effect of noise immunity, the transformer has a filter on the primary winding or on the secondary winding, or filters on the primary and secondary winding.

Изобретение позволяет более эффективно по сравнению с известными защищать электронное оборудование на большие мощности от помех из питающей сети и питающую сеть от помех, создаваемых работой нагрузки. The invention makes it possible to more efficiently protect electronic equipment at high power from interference from the supply network and the supply network from interference caused by the operation of the load compared to the known ones.

Помехоустойчивый трансформатор предназначен для применения в устройствах электропитания цифровых технических средств с повышенной чувствительностью к помехам, например компьютерах, станках с числовым программным управлением, а также для защиты электрических сетей жилых зданий от помех, создаваемых работой электронной техники. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 The noise-resistant transformer is intended for use in power devices of digital technical equipment with increased sensitivity to interference, such as computers, numerically controlled machines, as well as for protecting electrical networks of residential buildings from interference caused by electronic equipment. YYY2 YYY4

Claims

1. An interference-resistant transformer containing a magnetic circuit with primary and secondary windings, each embedded in a resin sheath with a high-frequency ferromagnetic filler, sheet screens with a cut, shunted by a resistive element, sheet screens are galvanically connected to each other and ground, and one of them is installed between the primary and secondary windings, magnetic shunts, characterized in that the secondary winding is made with at least two sections located one above the other, between which a magnetic shunt is installed t, magnetic shunts are also placed at the edges of the sections, another sheet screen with a cut, shunted by the resistive element is installed on top of the secondary winding with a sheath.

2. The transformer according to claim 1, characterized in that each magnetic shunt is made of a sheet of material with high magnetic conductivity, placed between the insulating sheets.

3. The transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic shunt is made of two parts having a gap between them.

4. The transformer according to paragraphs. 1,2 or 3, characterized in that it is made three-phase, the magnetic core is three-rod, on each of the rods there is a coil containing one phase of the primary and secondary windings.