SE448131B

SE448131B - Transformer has PTC resistor built in

Info

Publication number: SE448131B
Application number: SE7811016A
Authority: SE
Inventors: W Jordan
Original assignee: Polyamp Ab
Priority date: 1978-10-23
Filing date: 1978-10-23
Publication date: 1987-01-19
Also published as: SE7811016L

Abstract

The transformer is fully protected against short circuits by including a PTC resistor in its design. The PTC resistor is connected in series with one of the transformer windings. The PTC resistor is thermally coupled to the transformer or to a circuit element by a mechanical, electrical or electromechanical coupler. Alternatively, the PTC resistor may be incorporated inside the transformer housing and thermally coupled to it.

Description

448 131 12. bär att särskilda extra säkringsskydd skulle behövas för- att skydda transformatorns last.l 7 7 Uppfinningen har till ändamål att åstadkomma en för- bättrad transformator av inledningsvis angiven typ, vilken undanröjer de ovan beskrivna, med nämnda kända transformator förbundna olägenheterna. Närmare angivet kan uppfinningen sägas ha till syfte att åstadkomma en transformator av nämnda typ, vilken utan någon som helst överdimensionering av densænmakan utnyttjas för matning av alla olika typer av tänkbara belast- ningsobjekt och vid vilken PTCëresistorn kan erbjuda ett *fullgott skydd för såväl transformatorn som dennas last,a oavsett den aktuella typen av last. 448 131 12. carries that special extra fuse protection would be needed to protect the load of the transformer. The object of the invention is to provide an improved transformer of the type initially indicated, which obviates the disadvantages described above, associated with said known transformer. More specifically, the invention can be said to have for its object to provide a transformer of said type, which without any oversizing of the same type is used for supplying all different types of conceivable load objects and in which the PTC resistor can offer a * full protection for both the transformer and its load, a regardless of the current type of load.

'Enligt.uppfinningen eftersträvas sålunda bl.a. att transformatorn skall kunna användas för matning av en elektrisk motor utan att den fördenskull behöver överdimensioneras l kraftigt. Härvid får PTC-resistorn icke utlösa vid start av motorn. Däremot skall den skydda såväl transformatorn som motorn mot otillàtet hög elektrisk belastning, t.ex. vid uppträdandet av en onormalt hög mekanisk belastning på motorns utgående axel. Vidare eftersträvas att transformatorn - skall kunna användas för matning av höga induktíva laster och att PTC-motståndet icke skall utlösa vid uppträdandet av en temporär överlast} som i och för sig kan ha en avsevärd storlek men vilken uppträder under en mycket måttlig tid.According to the invention, the aim is thus e.g. that the transformer can be used for supplying an electric motor without it having to be greatly oversized for this reason. In this case, the PTC resistor must not trip when starting the motor. On the other hand, it must protect both the transformer and the motor against unauthorized high electrical loads, e.g. in the event of an abnormally high mechanical load on the output shaft of the engine. It is further sought that the transformer - should be able to be used for supplying high inductive loads and that the PTC resistor should not trip at the occurrence of a temporary overload} which in itself may have a considerable size but which occurs for a very moderate time.

Såsom exempel på anordningar, som kan ge upphov till en mycket hög men kortvarig överlast kan nämnas halogenlampor. Slutligen eftersträvas också att PTC-resistorn icke skall utlösa vid- mycket kortvariga temporära kortslutningar, t.ex. av det slag som kan orsakas av överslag i en i transformatorns last ingående självläkande elektrolytkondensator.Halogen lamps can be mentioned as examples of devices which can give rise to a very high but short-term overload. Finally, it is also sought that the PTC resistor should not trigger very short-term temporary short circuits, e.g. of the kind that can be caused by overheating in a self-healing electrolytic capacitor included in the transformer load.

Den enligt uppfinningen för ovan nämnda ändamål före- dslagna transformatorn kännetecknas av att nämnda lindning s och PTC-resistorn i dess helhet tillsammans är inbäddade i en gjutmassa med förutbestämd termisk ledningsförmåga, genom vilken värme kan överföras genom ledning från lindningen till PTC-resistorn, vars karaktär såsom strömbegränsande (Q p. 448 131 i 3 element för lindningen bestäms av den termiska ledningsför- mâgan hos nämnda gjutmassa. _ .The transformer proposed according to the invention for the above-mentioned purposes is characterized in that said winding s and the PTC resistor as a whole are embedded together in a casting mass with a predetermined thermal conductivity, through which heat can be transferred by conduction from the winding to the PTC resistor, whose character as current limiting (Q p. 448 131 in 3 elements for the winding is determined by the thermal conductivity of said casting mass. _.

Den enligt uppfinningen föreslagna inbäddningen av PTC-resistorn i dess helhet och denzfserie med denna kopplade transformatorlindningen tillsammans med varandra i en gjutmassa med förutbestämd termisk ledningsförmàga resulterar i att p PTC-resistorn kommer att fylla dubbla skyddsfunktioner. Förutom att den på i och för sig känt sätt kommer att tjäna såsom ett i första hand genom egenuppvärmning utlösbart säkrings- sskydd för transformatorn, som kan skydda denna mot skada vid eventuell kortslutning, kommer den nämligen också att verka såsom ett termiskt styrt överhettningsskydd för trans- formatorn, vilket kan skydda denna mot överhettning vid lång- varig överlast och vilket härvid styrs i första hand av värme- utvecklingen i transformatorn. ' p Det förtjänar i detta sammanhang att påpekas att den termiskt ledande gjutmassan icke enbart verkar såsom en för- stärkt termisk koppling mellan PTC-resistorn och den med denna seriekopplade transformatorlindníngen utan dessutom Också ger upphov till en avsevärt förhöjd termisk tröghet hos PTC-resistorn och lindningen var för sig. Den förhöjda termiska trögheten hos PTC-resistorn är av största betydelse såväl för att man på ett invändningsfritt sätt skall kunna utnyttja transformatorn för matning av en elektrisk motor eller en hög induktiv last som för att man skall kunna medge en temporär överbelastning av transformatorn under en kortare atid. I det sistnämnda fallet är även den förhöjda termiska trögheten hos den aktuella transformatorlindningen av mycket stor betydelse. j p Uppfinningen beskrives nedan ytterligare under hänvis- ning till bifogade ritning, på vilken _ I fig. 1 visar ett principschema över en transformator enligt en såsom exempel vald utföringsform av uppfinningen, och \ fig. 2 visar ett ström-/tidsdiagram, som åskådliggör hur strömmen i en lindning hos transformatorn förändras 443-151 .4k vid en uppträdande kortslutning.The embedding of the PTC resistor proposed in its entirety according to the invention and its series with this coupled transformer winding together in a casting compound with a predetermined thermal conductivity results in the pTC resistor will fulfill dual protection functions. In addition to the fact that in a manner known per se it will serve as a fuse protection triggered primarily by self-heating for the transformer, which can protect it against damage in the event of a short circuit, it will in fact also act as a thermally controlled overheating protection for trans - the transformer, which can protect it against overheating in the event of long-term overload and which is primarily controlled by the heat development in the transformer. In this context, it is worth noting that the thermally conductive casting mass not only acts as an amplified thermal coupling between the PTC resistor and the transformer winding connected to it in series, but also gives rise to a considerably increased thermal inertia of the PTC resistor and the winding separately. The increased thermal inertia of the PTC resistor is of the utmost importance both for being able to use the transformer in an unobtrusive way for supplying an electric motor or a high inductive load and for being able to allow a temporary overload of the transformer for a shorter time. atid. In the latter case, the increased thermal inertia of the current transformer winding is also of great importance. The invention is further described below with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of a transformer according to an exemplary embodiment of the invention, and Fig. 2 shows a current / time diagram illustrating how the current in a winding of the transformer changes 443-151 .4k in the event of a short circuit occurring.

Den i fig, 1 visade transformatorn uppvisar en primär- lindning 1 och en sekundärlindning 2. Primärlindningen l ingår i en primärkrets, som vid dess ingäng matas med en spänning UÉ, medan sekundärlindningen 2 ingår i en sekundär- krets, vid vars utgång en spänning US uttages. I sekundär- kretsen ingår förutom sekundärlindningen 2 en i serie med denna kopplad PTC-resistor 3. De båda lindningarna 1 och 2 och PTC-resistorn 3 är belägna inom ett gemensamt hölje 4 och är samtliga helt inbäddade i en gjutmassa 5 med förutbe- stämd värmeledningsförmága; Gjutmassan 5 har i fig. 1 antytts genom shaffrering av det inom höljet 4 liggande området.The transformer shown in Fig. 1 has a primary winding 1 and a secondary winding 2. The primary winding 1 is included in a primary circuit, which at its input is supplied with a voltage UÉ, while the secondary winding 2 is included in a secondary circuit, at the output of which a voltage US withdrawn. In addition to the secondary winding 2, the secondary circuit 2 includes a PTC resistor 3 connected in series with this. The two windings 1 and 2 and the PTC resistor 3 are located within a common housing 4 and are all completely embedded in a casting mass 5 with predetermined thermal conductivity; The casting mass 5 has been indicated in Fig. 1 by shaving the area within the housing 4.

Vid en eventuell kortslutning av sekundärkretsens utgång kommer PTC-resistorn 3Wpâ i och för sig känt sätt att verka såsom ett strömstyrt säkringsskydd för transforma- torn. Den kommer nämligen härvid i huvudsak till följd av dess egenuppvärmning av den genom densamma passerande kort- slutningsströmmen att inom en förhållandevis kort tidsrymd erhålla en mycket kraftigt ökad resistans, vilket resulterar i att såväl den genom sekundärlindningen 2 passerande strömmen som den mot denna proportionella strömmen i primärlindningen 1 nedbringas till och stabiliseras vid ett värde som är avsevärt lägre än märkströmmen för respektive lindning.In the event of a short circuit of the secondary circuit output, the PTC resistor 3Wpâ in a manner known per se will act as a current-controlled fuse protection for the transformer. Namely, it will in this case mainly due to its self-heating of the short-circuit current passing through it, in a relatively short period of time obtain a very sharply increased resistance, which results in both the current passing through the secondary winding 2 and the proportional current in this the primary winding 1 is reduced to and stabilized at a value which is considerably lower than the rated current for the respective winding.

Eftersom PTC-resistorns 3 egen fysiska massa är för- hâllandevis liten, skulle PTC-resistorns övergång från dess làgohmsområde till dess högohmsområde vid ett kortslutnings- fall av ovannämnt slag ske mycket snabbt om höljet 4 på känt sätt vore luftfyllt, dvs. om gjutmassan 5 vore utelämnad.Since the own physical mass of the PTC resistor 3 is relatively small, the transition of the PTC resistor from its low-range range to its high-range range in a short-circuit case of the above-mentioned type would occur very quickly if the cover 4 were air-filled in a known manner, ie. if the casting compound 5 were omitted.

Genom inbäddningen av PTC-resistorn 3 i den termiskt ledande gjutmassan 5 erhålles dock en påtaglig fördröjning av PTC- resistorns övergång från làgohmsomràdet till högohmsomrâdet.However, by embedding the PTC resistor 3 in the thermally conductive casting mass 5, a significant delay of the transition of the PTC resistor from the low-rise region to the high-rise region is obtained.

Detta sammanhänger med,att gjutmassan 5 åstadkommer en kraftigt förhöja termisk trögnet hos PTcl-resistörn 3. min följa av att gjutmassan 5 också åstadkommer en kraftigt förhöjd termisk tröghet hos var och en av de båda líndningarna 1 'och 2 eliminerar den även risken för att PTC-resistorns 3 448 131 5 :, fördröjda reaktion på kortslutningsströmmen skall kunna medföra att någon av de båda lindningarna skall hinna upphettas till en för densamma skadlig temperatur under den tid den höga kortslutningsströmmen atillåtes existera.This is due to the fact that the casting mass 5 causes a greatly increased thermal inertia of the PTcl resistor 3. min consequence of the fact that the casting mass 5 also causes a greatly increased thermal inertia of each of the two windings 1 'and 2 it also eliminates the risk of The delayed response of the PTC resistor 3 448 131 5 to the short-circuit current must be able to cause one of the two windings to have time to be heated to a temperature harmful to it during the time the high short-circuit current is allowed to exist.

Den i fig. 2 visade kurvan åskådliggör hur strömmen Ipi transformatorns primärlindning 1 kommer att variera med tiden vid ett uppträdande kortslutningsfall av ovan nämnt slag; Den före kortslutningstillfället genom primär- lindningen l passerande strömmen har härvid antagits motsvara transformatorns märkström och har betecknats med Imärk. vid tidpunkten tl antages en kortslutning inträffa vid trans- formatorns utgång. Härvid stiger strömmen Ip mycket snabbt till ett värde som är avsevärt högre_än normalvärdet Imärk.The curve shown in Fig. 2 illustrates how the current Ipi of the transformer primary winding 1 will vary with time in the event of a short circuit occurring of the above-mentioned type; The current passing through the primary winding 1 before the short-circuit has in this case been assumed to correspond to the rated current of the transformer and has been denoted by Imärk. at the time tl a short circuit is assumed to occur at the output of the transformer. In this case, the current Ip rises very quickly to a value which is considerably higher_ than the normal value Note.

Detta innebär att en kraftigt förhöjd ström kommer att flyta genom såväl transformatorns primärkrets som dess sekundärkrets.This means that a greatly increased current will flow through both the primary circuit of the transformer and its secondary circuit.

Den förhöjda strömmen i de båda kretsarna medför en successiv upphettning såväl av var och en av de båda lindningarna 1 och 2 som PTC-resistorn 3. PTC-resistorn 3 kommer härvid i första hand till följd av dess egenupphettning av den genom densamma passerande höga kortslutningsströmmen att efter en tidsfördröjning, som bestäms av värmeledningsförmågan hos den omgivande gjutmassan 5, övergå från dess lågohmsområde till dess högohmsområde. Strömmen I i primärlindningen nedbringas härvid till ett värde seg är avsevärt lägre än dess utgångsvärde Imärk och företrädesvis mindre än hälften ' av utgångsvärdet.The increased current in the two circuits results in a successive heating of both of the two windings 1 and 2 as well as the PTC resistor 3. The PTC resistor 3 is in this case primarily due to its self-heating of the high short-circuit current passing through it. after a time delay, which is determined by the thermal conductivity of the surrounding casting mass 5, to change from its low-ohmic range to its high-ohmic range. The current I in the primary winding is reduced to a value which is considerably lower than its initial value. Note and preferably less than half of the initial value.

Strömmen i sekundârkretsen, dvs. den genom sekundär- lindningen 2 och PTC-resistorn 3 passerande strömmen, kommer att uppvisa ett förlopp motsvarande det i fig. 2 visade förloppet för strömmen Ip i primärlindningen. I Den_ovan beskrivna, av gjutmassan 5 orsakade fördröj- ningen av PTC-resistorns 3 övergång från lâgohmsområdet »till högohmsområdet utgör en viktig egenskap hos transformatorn enligt uppfinningen. Denna fördröjning gör det nämligen möjligt att undvika att en dylik övergång hos PTC-resistorn 3 kan orsakas även av mycket kortvariga strömtoppar, t.ex. av det slag som kan förekomma vid inkoppling av en 448 151] i s elektrisk motor eller en indnktiv last; Samtidigt kan nämnda fördröjning dock göras tillräckligt kort för att uteslutai risken för att en bestående kortslutning av transformatorn skall kunna medföra skada på transformatorlindningarna, En ytterligare viktig egenskap hos gjutmassan 5 är att den kan överföra värme genom ledning från den ena eller andra av transformatorns lindningar 1 och 2 till PTC-resistorn 3. Härigenom erhålles möjlighet att styra PTC-resistorns 3 resistansvärde icke enbart i beroende av den genom PTC- resistorn passerande strömmen utan även i beroende av värme- utvecklingen i transformatorns lindningar 1 och 2; Detta innebär att PTC~resistorn_3 kan verka såsom ett termiskt styrt överhettningsskydd för transformatorn, vilket kan skydda denna mot överhettning vid långvarig överlast.The current in the secondary circuit, ie. the current passing through the secondary winding 2 and the PTC resistor 3 will have a course corresponding to the course of the current Ip shown in Fig. 2 in the primary winding. In Den_ovan, described by the casting mass 5, the delay caused by the transition of the PTC resistor 3 from the low ohm region »to the high ohm region constitutes an important property of the transformer according to the invention. Namely, this delay makes it possible to avoid that such a transition of the PTC resistor 3 can also be caused by very short-term current peaks, e.g. of the kind which may occur when connecting a 448 151] i s electric motor or an inductive load; At the same time, however, said delay can be made short enough to exclude the risk that a permanent short circuit of the transformer could cause damage to the transformer windings. A further important feature of the casting mass 5 is that it can transfer heat through conduction from one or other of the transformer windings 1. and 2 to the PTC resistor 3. This makes it possible to control the resistance value of the PTC resistor 3 not only in dependence on the current passing through the PTC resistor but also in dependence on the heat development in the windings 1 and 2 of the transformer; This means that the PTC ~ resistor_3 can act as a thermally controlled overheating protection for the transformer, which can protect it against overheating in the event of prolonged overload.

Vid den ovan beskrivna och på ritningen visade ut- föringsformen är PTC-resistorn seriekopplad med sekundärlind- ningen. Den kan dock lika gärna anordnas seriekopplad med primärlindningen. Vidare kan man vid transformatorer med flera sekundärlindningar anordna en PTC-resistor i serie med var och en av dessa. Det är dock även möjligt att förse enbart en eller en del av dessa sekundärlindningar med var sin seriekopplad PTC-resistor, varvid en dylik resistor bör inkopplas också i serie med primärlindningen.In the embodiment described above and shown in the drawing, the PTC resistor is connected in series with the secondary winding. However, it can just as easily be arranged in series with the primary winding. Furthermore, in the case of transformers with several secondary windings, a PTC resistor can be arranged in series with each of these. However, it is also possible to supply only one or a part of these secondary windings with separate PTC resistors, each such resistor should also be connected in series with the primary winding.

Claims

An unrestricted short-circuit-proof electrical transformer of the tyo, comprising at least one winding (2) connected in series with a PTC resistor (3) acting as a current-limiting element, which is arranged to, in the event of a short-circuit of the transformer reducing the current in said winding (2) primarily as a result of the self-heating of the current passing through the PTC resistor (3), the current passing through said winding (2) and the PTC resistor (3) in their entirety are embedded in a casting compound (5) with predetermined thermal conductivity, through which heat can be transferred by conduction from the winding (2) to the PTC resistor (3), the character of which as current-limiting elements for the winding (2) is determined by the thermal conductivity of said casting mass (5).