Трансформатор отношений

пи 556508 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских т".ониалистических Республик) Приорит Совета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий 1.314,222088.8) 53) Опубликовано 30,04.77, БюллетеньДата опубликования описания 23.05,77 АвторизобретенЗаявитель Гурьянов(54) ТРАНСФОРМАТОР ОТНОШЕНИЙ вит нит Изобретение относится к электроизмерительной технике,Трансформатор отношений (ТО) образует плечи отношений в трансформаторных измерительных мостах переменного тока, предназ наченных для измерения емкости, индуктивности и сопротивления.Однако ТО может быть использован и в других устройствах, где необходимо иметь точно известное отношение двух или более 10 напряжений.ТО состоит из следующих основных частей: магнитопровода, первичной обмотки, вторичных обмоток и пермаллоевого экрана между первичной и вторичными обмотками. Магии топровод тороидальной формы выполнен из ленточного пермаллоя с максимальным значением магнитной проницаемости. Магнитопровод термически обработан и находится в защитном корпусе. Первичная обмотка раз мещена в один слой на защитном корпусе. Магнитопровод с первичной обмоткой размещен в экране из пермаллоя. Вторичные обмотки размещены в один слой поверх экрана. Витки вторичных обмоток соединены последо вательно и совместно образуют вторичные обмотки.Отличительная опропорциональностьвторичных обмоток 0 собенность ТО - точнаямежду числом виткови напряжениями ня них. 3 Чем ближе отношение напряжений на витках вторичных обмоток к отношению витков этих обмоток, тем точнее ТО.Все указанные конструкции имеют один общий недостаток - у магнитопровода неравномерное магнитное сопротивление по периметру. Особенно заметна неравномерность магнитного сопротивления магнитопровода в начале и в конце ленты, из которой он намотан, Введение пермаллоевого экрана между первичной и вторичными обмотками уменьшает неравномерность магнитного потока примерно в 100 раз. Но и после введения экрана отклонения напряжений вторичных обмоток от среднего значения существенно больше - 1 10 -отн. величины. Выполнение пермаллоевого экрана для тороидальных магнитопроводов в сложн технологическая операция, так, как, с одной стороны, части экрана, состоящего обычно из двух частей, должны быть точных размеров (для уменьшения магнитного "опротивления), а с другой - - хорошо отожжены для получения высоких магнитных свойств. При отжиге экран коробится и теряет точную форму, а при попытке выпра ь форму экрана после отжига теряются маг ные свойства.Для уменьшения влияния неравномерности магнитного потока вторичные обмотки следует выполнять жгутовыми. Однако провода3жгутовых обмоток не могут иметь диаметрболее 0,6 - 0,8 мм, так как жгут цз проводовбольшего диаметра трудно намотать на магнитопровод (такой жгут при намотке теряет форму, и симметрия витков нарушается),В жгутовых обмотках емкости между проводами значительно возрастают по сравнению,например, с однослойной намоткой, а это приводит к погрешностям отношений напряженийвторйчных обмоток за счет емкостных токов.Погрешности тем больше, чем тоньше провод,Погрешности от емкостных токов и от искривления толстых проводов при намотке могут быть больше погрешностей однослойнойобмотки от неравномерности магнитного потока. Поэтому. все конструкции имеют однослойную намотку вторичных обмоток.Размер магнптопровода для ТО не можетбыть более 130 - 150 мм, так как для эталонных работ, которые обычно ведутся на частоте 1000 Гц, требуется лента толщиной 0,02 -0,1 мм. Из такой ленты магнитопровод большего диаметра навить невозможно вследствиенарушения межвитковой изоляции при намотке,Известны также трансформаторы с обмотками, расположенными внутри магнитопроводов. Магнитопроводы замкнутой формыразмещены равномерно по радиусу. Внутриокон магнитопроводов размещены первичнаяи вторичная обмотки.В этой конструкции обмотки могут иметьсколь угодно большой диаметр (малую кривизну) при сравнительно небольших размерах магнитопроводов. Недостаток этой конструкции - существенная неравномерность магнитного, потока по периметру магнитопровода,так как размещение первичной обмотки внутри окон равнозначно размещению ее на какой-либо части магнитопровода. Но как отмечено ранее, магнитный поток желательноиметь равномерный. Чем равномернее поток,тем равномернее ЭДС на витках вторичныхобмоток.Цель изобретения - повышение точнос иотношения напряжений на витках вторичнойобмотки ТО.Это достигается тем, что предлагаемыи 1 Оснабжен корпусом-экраном и имеет не менеедвух каркасов, выполненных из ферромагнитного материала и укрепленных своими концами в отверстиях противоположных стенокэкрана, причем первичные обмотки соединенысогласно-параллельно.Внутри каждого каркаса размещен вкладыш со сквозными отверстиями, в которыхрасположены провода вторичной обмотки,Между стенками каждого каркаса и вкладышем размещен экран из магнитомягкогоматериала. Направление укладки витков в соседних слоях и направление укладки одноименных слоев первичных обмоток на соседних магнитопроводах противоположны. 510 15 20 25 3 ) 35 40 40 53 55 СО 65 4На фиг, 1 показан предлагаемый ТО; на фиг. 2 - разрез по А - А на фиг. 1.Корпус-экран имеет форму параллелепипеда и состоит из отдельных частей: передней стенки 1, задней стенки 2, боковых стенок 3 и верхней и нижней стенок 4. Все стенки собраны вперекрышку, т. е. соседние части находят одна на другую. Это сделано для уменьшения магнитного сопротивления. Материал корпуса-экрана - пермаллой или электротехническая сталь. В задней стенке 2 укреплены перпендикулярно к стенке две стальные трубы 5. Трубы 5 проходят внутри корпуса-экрана и несколько выступают наружу над передней стенкой 1, Трубы 5 изолированы от стенки 1, чтобы не получилась короткозамкнутого витка. Если трубы 5 выполнить из феррпта, то изоляция не требуется, На трубы 5 надеты замкнутые магнитопроводы 6. Их число на каждой трубе 5 одинаковое и четное. На магнитопроводах 6 предварительно намотаны равномерно по всему периметру слоями обмотки 7, причем число слоев обмотки 7 четное, а направление укладки проводов каждого слоя противоположное, например нечетные слои по часовой, а четные - против часовой стрелки, В соседних магнитопроводах направление укладки одноименных слоев противоположное, Все обмотки 7 соединены параллельно и согласно и совместно образуют первичную обмотку ТО. Возможно и смешанное последовательно-параллельное соединение, но в этом случае необходимо подбирать магнитопроводы с одинаковыми магнитными характеристиками, Внутри каждой трубы 5 размещен экран 8, выполненный из листового пермаллоя толщиной 0,05 - 0,1 мм, свернутого в рулон. ь 1 исло витков в рулоне - 10 - 20. Длина рулона несколько меньше длины труб 5. Витки экранов 8 плотно прилегают к внутренним стенкам труб 5, так как листовой пермаллой хорошо пружинит. Задняя стенка 2 с трубами 5 и экранами 8 предварительно отожжена при высокой температуре, Отожжены также до сборки и остальные части корпуса- экрана - 1, 3, 4. Внутри каждой трубы 5 размещен вкладыш 9 из твердого материала. Вкладыш 9 закреплен на концах труб 5 и служит для размещения вторичных обмоток 10. Вкладыш 9 точно фиксирует положение вторичных обмоток 10 в окне магнитопровода и исключает какие-либо искривления. Выступающие части вторичных обмоток 10 (лобовые части) закрыты крышками 11, выполненными из того же материала, что и корпус- экран. Начало и концы 12 вторичных обмоток 10 выведены из корпуса-экрана через отверстия в одной из крышек 11. Начала и концы 12 вторичных обмоток 10 соединены последовательно, и от мест соединения, а также от начала и конца обмотки 10 сделаны отводы. Эти отводы позволяют получить разные отношения напряжений на вторичных обмотках 10, Для уменьшения магнитного сопротивления между трубами 5 и стенкой 1 на концах10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5труб 5 надеты шайбы 13 из магнитомягкого материала. Шайбы 13 изолированы или от труб 5 или от стенки 1.Равномерная намотка первичной обмотки 7 на магнитопроводэх 6 во много раз уменьшает неравномерность магнитного потока внутри окна магнитопровода по сравнению с прототипом и тем самым уменьшает погрешности отношения напряжений па вторичных обмотках 10. Корпус-экран совместно с экраном 8 обеспечивает минимальное поле рассеяния внутри экранов 8 и тем самым одинаковые потокосцепления всех витков вторичных обмоток, а следовательно, и одинаковые ЭДС на них. Причем экраны 8 усиливают действие корпуса-экрапа и труб 5 в месте расположения вторичных обмоток 10. Увеличение числа магнитопроводов 6 приводит к уменьшению вредного действия неравномерностей м агнитного сопротивления каждого магнитопровода на общий магнитный поток, так как при большом числе магнитопроводов неоднородность магнитного потока какдого из них оказывает значительно меньшее влияние на общий магнитный поток. Размещение вторичных обмоток 10 внутри магнитопроводов 6 позволяет выполнить эти обмотки из сравнительно толстых проводов, например экранированных, При этом провода вторичных обмоток 10 легко свить, например, в толстый жгут, и при продевании в отверстия вкладышей 9 он не теряет своей формы, так как радиус закругления жгута большой. Большая часть вторичных обмоток 10, находящаяся внутри магнитопроводов, благодаря вкладышам 9 не имеет искривлен,:й, что улучшает симметрию проводов относительно магнитопровода и, следовательно, уменьшает разницу ЭДС между любыми витками вторичных обмоток 10. В месте изгибов вторичных обмоток 10 практически отсутствуют поля рассеяния благодаря экранирующему действию корпуса-экрана, Разное направление укладки слоев первичных обмоток 7 значительно уменьшает эффект одного витка тора, который мог бы привести к неравенству ЭДС на витках вторичных обмоток 10 за счет полей рассеяния, а чередование укладки одноименных слоев в соседних магнитопроводах дает компенсацию остатков упомянутого эффекта от соседних магнптопроводов, Общее сечение магнптопровода 30 см и более при средних (наружный диаметр 80 - 90 мм) размерах магнитопроводов 6, при которых еще не возникают какие-либо технологические трудности. Увеличение сечения общего магнитопровода позволяет сократить число витков вторичных обмоток 10, сократить их длину и тем самым уменьшить вредное влияние емкостных межвитковых токов.Сравнительно толстый провод вторичных обмоток 10 также уменьшает влияние межвитковых емкостей. Это позволяет снизить треоования к магнитному сопротивлению магнитопроводов. Их можно изготовить из низконикелевых пермаллоев, имеющих примерно в 2 - 2,5 раза большую индукцию насыщения, чем высоконикелевые, обычно применяемые в ТО. При этом сокращаются размеры и масса ТО, длина его вторичных обмоток. Параллельное соединение первичных обмоток обеспечивает одинаковую индукцию во всех магнитопроводах 6, при равном числе витков первичных обмоток и одинаковых размерах магнитопроводов 6, При этом уменьшается опасность нелинейных искажений. Можно получить на вторичных обмотках напряжение до 1000 В и выше, так как можно набрать большое число отдельных магнитопроводов 6 и провода с достаточно прочной изоляцией. Точность предлагаемого ТО возрастает не менее чем на порядок за счет уменьшения неравномерностей магнитного потока, связанного с виткамп вторичных обмоток, и сокращения длины вторичных обмоток, а конструкция проще известных - намного проще изготовление корпуса-экрана, никаких трудностей не вызывает продевание вторичных обмоток, например, свитых в жгут.Испытания показали, что отклонения напряжений секций вторичных обмоток, имеющих одинаковое число витков, от среднего д:я всех секций (число секций 1) не превышает 30 10 -отн. ед. в диапазоне частот от 1 до 10 кГц и де более 12 10 -отн. ед. на частоте 1 кГд. По сравнению с лучшими известными конструкциями погрешность уменьшена в 10 и более раз. При работе ТО в словиях сильных магнитных помех число труб 5 может оыть больше двух например 4 и вторичные обмотки могут иметь разное направление намотки в каждой паре труб - намотка, аналогичная астатическим катушкам пндуктив ности,Формула изобретения 1. Трансформатор отношений, содеркащий первичные обмотки, размещенные на тороидальных магнитопроводах, расположенных на цилиндрическом каркасе, внутри которого расположена, например, одна вторичная обмотка, отличающийся тем, что, с целью повышения то.ности отношения напряжений на витках вторичной обмотки, он снабжен корпусом-экраном и имеет не менее двух кар касов, выполненных из ферромагнитного материала и укрепленных своимп концами в отверстиях противоположных стенок экрана, причем первичные обмотки соединены согласно-параллельно.2. Трансформатор по п. 1, отл ич ающийся тем, что внутри каждого каркаса размещен вкладыш со сквозными отверстиями, в которых расположены провода вторичной оомотки.3, Трансформатор по п. 1, отл дч ающ йс я те.1, что между стенка ми каждого каркаса и вкладышем размещен экран из магнитомягкого материала.по делам изо113035, Москва, Ж каз 996/1 О Изд.389 Подписное ЦНИИПИ Государственного РТираж 992комитета Совета Министров СССретепий и открытий35, Раушская наб., д, 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 4. Трансформатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что направление укладки витков в соседних слоях и направление укладки одноименных слоев первичных обмоток на соседних магнитопроводах противополохкчы.