RU2809802C1

RU2809802C1 - Transformer

Info

Publication number: RU2809802C1
Application number: RU2023111035A
Authority: RU
Inventors: Константин Константинович Ким; Александр Юрьевич Панычев; Людмила Сергеевна Блажко; Тамила Семеновна Титова; Татьяна Павловна Сацук; Елена Борисовна Королева
Filing date: 2023-04-27
Publication date: 2023-12-19

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electromagnetic transformers. The transformer contains an insulated cylindrical ferromagnetic magnetic core, concentrically located primary and secondary windings. At the ends of the cylindrical ferromagnetic magnetic circuit, the upper and lower contact pads to which the circuit is connected are rigidly fixed. The circuit consists of a resistor, power supply and contactor connected in series. A primary winding made in the form of a spring is rigidly attached to the upper contact pad to ensure electrical contact, to the other end of which a rod is rigidly attached, ending with a movable contact that, in the de-energized state, is in contact with the lower contact pad. On the inner side surface of the cylindrical ferromagnetic magnetic core there is a cylindrical secondary winding covering the primary winding and intended for connection to the load.

EFFECT: expanding the functionality of using a transformer due to the ability to interrupt the direct current flowing through the primary winding, which makes it possible to induce an EMF in the secondary winding when the primary winding is energized with direct current.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным трансформаторам.The invention relates to electrical engineering, in particular to electromagnetic transformers.

Известен трансформатор (SU 630654, H01F 27/24, 01.11.78), содержащий две системы, каждая из которых выполнена в виде отдельно намотанных обмоток. Обмотки размещены концентрично одна в другой, при этом каждая из систем выполнена с внутренней полостью, в которой частично размещена другая система так, что системы сцеплены друг с другом и расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Причем обмотки выполнены в виде лент, состоящих из слоев биметалла. Один из слоев является ферромагнитным, а другой изготовлен из высокоэлектропроводящего материала. При этом подключение обмоток к источнику напряжения и нагрузке выполнено с возможностью формирования первичной и вторичной обмоток в одной из систем и магнитопровода в другой системе, а также одновременного формирования первичной и вторичной обмоток и магнитопровода в каждой из систем, слои обмоток и обмотки разделены изоляцией. Каждая система может состоять из двух и более концентрически расположенных обмоток. При подключении концов биметаллической ленты любой из обмоток первой катушки к полюсам источника электропитания ток этой обмотки создает переменное магнитное поле, замыкающееся через вторую катушку. Это магнитное поле наводит электрическое напряжение между концами другой обмотки первой катушки. Для этой системы первая катушка выполняет роль обмоток трансформатора, а вторая - роль магнитопровода. Одновременно, можно подключить концы биметаллической ленты любой из обмоток второй катушки к полюсам другого источника электропитания, ток этой обмотки создает магнитное поле, замыкающееся через первую катушку. Это магнитное поле наводит электрическое напряжение между концами другой обмотки второй катушки. Для второй системы вторая катушка выполняет роль обмоток трансформатора, а первая катушка - роль магнитопровода. Таким образом, в одном и том же объеме размещены два трансформатора вместо одного, что уменьшает объем и массу трансформатора.A transformer is known (SU 630654, H01F 27/24, 01.11.78) containing two systems, each of which is made in the form of separately wound windings. The windings are placed concentrically one inside the other, and each of the systems is made with an internal cavity in which another system is partially located so that the systems are interlocked with each other and located in two mutually perpendicular planes. Moreover, the windings are made in the form of tapes consisting of layers of bimetal. One of the layers is ferromagnetic, and the other is made of highly electrically conductive material. In this case, the connection of the windings to the voltage source and load is made with the possibility of forming primary and secondary windings in one of the systems and a magnetic circuit in another system, as well as the simultaneous formation of primary and secondary windings and a magnetic circuit in each of the systems, the layers of windings and windings are separated by insulation. Each system may consist of two or more concentrically located windings. When the ends of the bimetallic strip are connected to any of the windings of the first coil to the poles of the power source, the current of this winding creates an alternating magnetic field that is closed through the second coil. This magnetic field induces an electrical voltage between the ends of the other winding of the first coil. For this system, the first coil acts as the transformer windings, and the second coil acts as the magnetic circuit. At the same time, you can connect the ends of the bimetallic strip of any of the windings of the second coil to the poles of another power source, the current of this winding creates a magnetic field that closes through the first coil. This magnetic field induces an electrical voltage between the ends of the other winding of the second coil. For the second system, the second coil acts as the transformer windings, and the first coil acts as the magnetic circuit. Thus, two transformers are placed in the same volume instead of one, which reduces the volume and weight of the transformer.

Необходимость запитывания обмоток только переменным током определяет узкий диапазон возможностей использования данного трансформатора в энергетике.The need to power the windings only with alternating current determines a narrow range of possibilities for using this transformer in the energy sector.

Известен трансформатор (RU 2320045, H01F 30/06, H01F 27/28, 20.03.2008), выбранный в качестве прототипа и содержащий изолированные магнитопровод, концентрично расположенные первичную и вторичную обмотки, каждая из которых намотана отдельно, образующие две системы, одна из систем содержит магнитопровод, выполненный из ферромагнитного низкоэлектропроводящего материала, включающий вторичную обмотку из ферромагнитного высокоэлектропроводящего материала, а другая система включает первичную обмотку из неферромагнитного высокоэлектропроводящего материала, охватывающую вторичную обмотку.A known transformer (RU 2320045, H01F 30/06, H01F 27/28, 03/20/2008), selected as a prototype and containing an insulated magnetic circuit, concentrically located primary and secondary windings, each of which is wound separately, forming two systems, one of the systems contains a magnetic core made of a ferromagnetic, low-electrically conductive material, including a secondary winding made of a ferromagnetic, highly electrically conductive material, and another system includes a primary winding of a non-ferromagnetic, highly electrically conductive material, surrounding the secondary winding.

Недостатком прототипа является то, что его работа возможна только при запитывании первичной обмотки переменным током, что определяет ограниченные возможности его использования.The disadvantage of the prototype is that its operation is possible only when the primary winding is powered with alternating current, which determines the limited possibilities of its use.

Задачей настоящего изобретения является расширение возможностей использования трансформатора за счет возможности прерывания постоянного тока, протекающего по первичной обмотке, что обусловливает возможность индуцирования электродвижущей силы во вторичной обмотке при запитывании первичной обмотки постоянным током.The objective of the present invention is to expand the possibilities of using a transformer due to the ability to interrupt the direct current flowing through the primary winding, which makes it possible to induce an electromotive force in the secondary winding when the primary winding is energized with direct current.

Технический результат достигается тем, что в трансформаторе, содержащем изолированные цилиндрический ферромагнитный магнитопровод, концентрично расположенные первичную и вторичную обмотки, на торцах цилиндрического ферромагнитного магнитопровода жестко закреплены верхняя и нижняя контактные площадки, к которым подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора, источника питания и контактора, к верхней контактной площадке жестко прикреплена с обеспечением электрического контакта первичная обмотка, выполненная в виде пружины, к другому концу которой жестко прикреплен шток, заканчивающийся подвижным контактом, в обесточенном состоянии контактирующим с нижней контактной площадкой, на внутренней боковой поверхности цилиндрического ферромагнитного магнитопровода расположена цилиндрическая вторичная обмотка, охватывающая первичную обмотку и предназначенная для подключения к нагрузке.The technical result is achieved by the fact that in a transformer containing an insulated cylindrical ferromagnetic magnetic circuit, concentrically located primary and secondary windings, at the ends of the cylindrical ferromagnetic magnetic circuit, the upper and lower contact pads are rigidly fixed, to which a circuit is connected, consisting of a series-connected resistor, power source and contactor , a primary winding made in the form of a spring is rigidly attached to the upper contact pad to ensure electrical contact, to the other end of which a rod is rigidly attached, ending with a movable contact, in a de-energized state in contact with the lower contact pad; on the inner side surface of the cylindrical ferromagnetic magnetic circuit there is a cylindrical secondary winding surrounding the primary winding and designed to be connected to a load.

Конструктивная схема трансформатора показана на чертеже.The design diagram of the transformer is shown in the drawing.

Трансформатор содержит изолированный цилиндрический ферромагнитный магнитопровод 1, Внутри которого расположены концентрические первичная 2 и цилиндрическая вторичная 3 обмотки. На торцах цилиндрического ферромагнитного магнитопровода 1 с внутренней стороны жестко закреплены верхняя 4 и нижняя 5 контактные площадки, выполненные из меди, к которым подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора 6, источника питания 7, например, аккумуляторной батареи или генератора постоянного тока, и контактора 8. К верхней контактной площадке 4 жестко прикреплена с обеспечением электрического контакта первичная обмотка 2, выполненная в виде пружины, к другому концу которой жестко прикреплен шток 9, заканчивающийся подвижным контактом 10, в обесточенном состоянии контактирующим с нижней контактной площадкой 5. На внутренней боковой поверхности цилиндрического ферромагнитного магнитопровода 1 расположена цилиндрическая вторичная обмотка 3, выполненная или по схеме многослойной цилиндрической обмотки, или многослойной цилиндрической катушечной обмотки, или винтовой обмотки (Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. С. 251-253). Цилиндрическая вторичная обмотка 3 охватывает первичную обмотку 2 и может быть подключена к нагрузке, которая на чертеже не показана.The transformer contains an insulated cylindrical ferromagnetic magnetic core 1, inside of which there are concentric primary 2 and cylindrical secondary 3 windings. At the ends of the cylindrical ferromagnetic magnetic circuit 1, the upper 4 and lower 5 contact pads, made of copper, are rigidly fixed on the inside, to which is connected a circuit consisting of a series-connected resistor 6, a power source 7, for example, a battery or a DC generator, and a contactor 8. A primary winding 2, made in the form of a spring, is rigidly attached to the upper contact pad 4 to ensure electrical contact, to the other end of which a rod 9 is rigidly attached, ending with a movable contact 10, which in the de-energized state is in contact with the lower contact pad 5. On the inner side surface of the cylindrical ferromagnetic magnetic core 1 there is a cylindrical secondary winding 3, made either according to the scheme of a multilayer cylindrical winding, or a multilayer cylindrical coil winding, or a screw winding (Woldek A.I. Electrical machines. L.: Energia, 1974. P. 251-253). The cylindrical secondary winding 3 encloses the primary winding 2 and can be connected to a load, which is not shown in the drawing.

Работа трансформатора происходит следующим образом. Под действием силы тяжести цилиндрической первичной обмотки 2, штока 9 и подвижного контакта 10 последний находится в механическом и электрическом контакте с нижней контактной площадкой 5. Затем замыкается контактор 8 и по цепи, состоящей из источника питания 7, ограничительного резистора 6, контактора 8, первичной обмотки 2, штока 9, подвижного контакта 10, верхней и нижней контактных площадок 4 и 5 начинает протекать ток. В результате протекания этого тока по виткам пружины, в виде которой выполнена первичная обмотка 2, между соседними витками возникнет сила притяжения, которая превысит силу тяжести цилиндрической первичной обмотки 2, штока 9 и подвижного контакта 10, в результате сказанного, цилиндрическая первичная обмотка 2 начнет сокращаться и подвижный контакт 10 отходит от нижней контактной площадки 5. Ток, протекающий по цепи из источника питания 7, резистора 6, контактора 8, первичной обмотки 2, штока 9, подвижного контакта 10 и верхней и нижней контактных площадок 4 и 5, начинает уменьшаться со скоростью, определяемой индуктивностью данной цепи. Уменьшается и магнитный поток, созданный этим током, и сцепляющийся с витками цилиндрической вторичной обмотки 3. Сказанное приводит к уменьшению электродвижущей силы, индуцированной в цилиндрической вторичной обмотке 3. Одновременно происходит сжатие пружины, в виде которой выполнена первичная обмотка 2, когда сила упругости пружины превысит силу сжатия, обусловленную кинетической энергией, шток 9 и подвижный контакт 10 начинают движение вниз до касания подвижного контакта 10 нижней контактной площадки 5, и в цепи появляется ток, а, следовательно, в цилиндрической вторичной обмотке 3 индуцируется максимальная электродвижущая сила. Затем процесс повторяется.The transformer operates as follows. Under the influence of gravity of the cylindrical primary winding 2, rod 9 and movable contact 10, the latter is in mechanical and electrical contact with the lower contact pad 5. Then the contactor 8 closes and along a circuit consisting of a power source 7, a limiting resistor 6, a contactor 8, a primary winding 2, rod 9, movable contact 10, upper and lower contact pads 4 and 5, current begins to flow. As a result of the flow of this current through the coils of the spring, in the form of which the primary winding 2 is made, an attractive force will arise between adjacent coils, which will exceed the force of gravity of the cylindrical primary winding 2, rod 9 and movable contact 10, as a result of the above, the cylindrical primary winding 2 will begin to contract and the movable contact 10 moves away from the lower contact pad 5. The current flowing through the circuit from the power source 7, resistor 6, contactor 8, primary winding 2, rod 9, movable contact 10 and the upper and lower contact pads 4 and 5 begins to decrease with speed determined by the inductance of a given circuit. The magnetic flux created by this current and interlocking with the turns of the cylindrical secondary winding 3 also decreases. This leads to a decrease in the electromotive force induced in the cylindrical secondary winding 3. At the same time, compression of the spring occurs, in the form of which the primary winding 2 is made, when the elastic force of the spring exceeds the compression force caused by kinetic energy, the rod 9 and the movable contact 10 begin to move downwards until the movable contact 10 touches the lower contact pad 5, and a current appears in the circuit, and, consequently, a maximum electromotive force is induced in the cylindrical secondary winding 3. Then the process is repeated.

Как можно заметить, заявляемый трансформатор способен преобразовывать постоянный ток в переменный, благодаря чему в цилиндрической вторичной обмотке 3 индуцируется электродвижущая сила. В случае использования источника переменного напряжения описанный процесс имеет место, однако амплитуда и частота сокращений первичной обмотки 2 будет зависеть от действующего значения и частоты напряжения источника питания 7. Отмеченный факт подтверждает расширение возможностей использования трансформатора.As you can see, the inventive transformer is capable of converting direct current into alternating current, due to which an electromotive force is induced in the cylindrical secondary winding 3. In the case of using an alternating voltage source, the described process takes place, however, the amplitude and frequency of contractions of the primary winding 2 will depend on the effective value and frequency of the voltage of the power source 7. This fact confirms the expansion of the possibilities of using a transformer.

Claims

A transformer containing an isolated cylindrical ferromagnetic magnetic circuit, concentrically located primary and secondary windings, characterized in that at the ends of the cylindrical ferromagnetic magnetic circuit the upper and lower contact pads are rigidly fixed, to which a circuit consisting of a series-connected resistor, power source and contactor is connected to the upper the contact pad is rigidly attached to ensure electrical contact, the primary winding is made in the form of a spring, to the other end of which a rod is rigidly attached, ending with a movable contact, in a de-energized state contacting the lower contact pad; on the inner side surface of the cylindrical ferromagnetic magnetic circuit there is a cylindrical secondary winding covering primary winding and intended for connection to the load.