способ независимой одновременной передачи нескольких сигналов через один трансформатор

Формула изобретения

1. Способ независимой одновременной передачи нескольких сигналов через один трансформатор, заключающийся в том, что трансформатор состоит из магнитопровода 1 с центральным керном и, по меньшей мере, двух боковых кернов, при этом на центральном керне намотаны обмотки 2 и 3, на левом боковом керне намотаны обмотки 4 и 5, на правом боковом керне намотаны обмотки 6 и 7, причем обмотки 4 и 6, обмотки 5 и 7 имеют одинаковое число витков соответственно, отличающийся тем, что один из выводов обмотки 4 соединен с одним из выводов обмотки 6, при этом магнитный поток, создаваемый электрическим током, протекающим по обмоткам 4 и 6, которые включены встречно, взаимно компенсируется в центральном керне сердечника, один из выводов обмотки 5 соединен с одним из выводов обмотки 7, при этом магнитный поток, создаваемый электрическим током, протекающим по обмоткам 5 и 7, которые включены встречно, взаимно компенсируется в центральном керне сердечника, сигнал подают на обмотку 2, а снимают с обмотки 3, а сигнал, поданный на пару обмоток 4 и 6, передают на пару обмоток 5 и 7.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число боковых кернов магнитопровода трансформатора равно произвольному четному числу, а на каждой дополнительной паре боковых кернов размещены дополнительные четыре обмотки, служащие для независимой передачи независимого сигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, электроники, энергетики, телекоммуникаций, связи в применениях, связанных с передачей энергии и информации, и может быть использовано в устройствах электропитания, импульсных преобразователях и конверторах.

Из уровня техники известно много способов одновременной передачи нескольких сигналов через один трансформатор. Как наиболее распространенный, возьмем способ передачи двух сигналов через трансформатор, состоящий из двух обмоток, в обе из которых включены источники переменной ЭДС и токоограничивающие элементы - генераторы тока. При изменении величины ЭДС в одной из обмоток в другой обмотке наводится соответствующее изменение и таким образом осуществляется передача информации в обоих направлениях.

Известен также способ передачи информации через трансформатор в различных частотных диапазонах с использованием фильтров.

Однако все известные способы требуют применения дополнительных устройств для разделения сигналов - дифференциальных систем, фильтров, устройств временной или амплитудной селекции. Это усложняет и удорожает устройство, снижает надежность, увеличивает габариты и энергопотребление.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является простая передача нескольких электрических сигналов через один трансформатор без использования дополнительных устройств.

Это достигается тем, что в трансформаторе, состоящем из обмоток и магнитопровода с центральным керном и некоторым числом боковых кернов, обмотки размещают таким образом, что размещенные на центральном керне магнитопровода обмотки передают один сигнал, а размещенные на боковых кернах обмотки передают остальные сигналы. Для этого пара обмоток, размещенная на первой группе боковых кернов, соединена между собой так, что создаваемый ими в центральном керне магнитный поток взаимно компенсируется. Соответственно и создаваемый обмотками, размещенными на центральном керне, магнитный поток также компенсируется в соединенной таким образом паре обмоток первой группы боковых кернов. Если на боковых кернах первой группы разместить еще несколько пар обмоток, соединенных так же, то сигнал с первой пары обмоток будет передаваться на дополнительные пары обмоток и обратно независимо от сигнала, передаваемого по обмоткам, размещенным на центральном керне магнитопровода трансформатора. Третий сигнал передается через пары обмоток, размещенных на второй группе боковых кернов магнитопровода трансформатора, соединенных так, что магнитный поток, создаваемый обмотками центрального керна и обмотками первой группы боковых кернов, взаимно компенсируется в соответственно соединенных парах обмоток второй группы боковых кернов. Четвертый и последующие сигналы передаются через пары обмоток, размещенные на боковых кернах третьей и последующих групп, соединенных так, что в паре обмоток, размещенных на боковых кернах N+1 группы, компенсируется магнитный поток, создаваемый обмотками центрального керна и всеми обмотками, размещенными на боковых кернах предыдущих групп (1, 2,... N).

Таким образом, при таком способе включения обмоток через один трансформатор без применения дополнительных устройств передаются одновременно и независимо несколько сигналов.

В качестве примера рассмотрим схему трансформатора, изображенную на фигуре 1, состоящую из Е-образного магнитопровода 1 с шестью обмотками 2, 3, 4, 5, 6, 7. Примем для простоты рассуждений, что все обмотки имеют равное число витков, причем обмотки 2 и 3 намотаны на центральном керне магнитопровода трансформатора, обмотки 4 и 5 намотаны на левом керне магнитопровода, обмотки 6 и 7 намотаны на правом керне магнитопровода трансформатора. Примем для определенности, что трансформатор симметричен относительно середины центрального керна магнитопровода. Начало обмоток на фигуре 1 обозначим точками.

Подключив источник сигнала к катушке 2, получим такой же сигнал на обмотке 3, что тривиально. Но соединив конец обмотки 4 с концом обмотки 6, между началом обмотки 4 и началом обмотки 6 сигнала с обмоток 2 и 3 мы не получим. Если соединить также конец обмотки 5 и конец обмотки 7, то между началом обмотки 5 и началом обмотки 7 сигнал с обмоток 2 и 3 наводиться не будет. Это следует из того, что магнитный поток от обмоток 2 и 3 действует на пару обмоток 4 и 6, включенных встречно (так же, как и на пару обмоток 5 и 7), одинаково и поэтому компенсирует друг друга. А сигнал, поданный на пару обмоток 4 и 6, соединенных встречно, передается на пару обмоток 5 и 7, также соединенных встречно. Таким образом, происходит независимая передача двух различных сигналов через один трансформатор только при помощи обмоток, без дополнительных устройств.

Для доказательства этого утверждения рассмотрим создаваемые в этом трансформаторе магнитные потоки. Очевидно, что создаваемый обмотками 2 и 3 магнитный поток распределится на два равных потока в левом и правом боковом керне. Следовательно, эти потоки создадут в одинаковых катушках 4, 5, 6, 7 одинаковую ЭДС. При встречном соединении катушек 4 и 6 (5 и 7) наводимая в них ЭДС будет компенсирована. Создаваемый парами обмоток 4-6 магнитный поток в центральном керне магнитопровода также будет компенсирован, так как через них протекает один и тот же ток и обмотки одинаковы. Но в боковых кернах магнитный поток скомпенсирован не будет и создаст ЭДС в паре обмоток 5-7.

Следовательно, ЭДС, индуцированная в обмотке 3 магнитным потоком, созданным током, протекающим через обмотку 2, не влияет на ЭДС, индуцируемую в паре обмоток 5-7 магнитным потоком, созданным током, протекающим в паре обмоток 4-6. Таким образом через магнитопровод 1 трансформатора только при помощи обмоток 2, 3, 4, 5, 6, 7 без применения дополнительных устройств можно одновременно передавать два независимых друг от друга различных сигнала.

Предположим для определенности, что сигнал А подается на обмотку 2 и снимается с обмотки 3, сигнал Б подается на обмотки 4 и 6 и снимается с обмоток 5 и 7, то есть обмотка 2 и обмотки 4, 6 -первичные, а обмотка 3 и обмотки 5 и 7 - вторичные.

Назовем обмотки 2 и 3 вместе как комплект обмоток А, обмотки 4, 5, 6, 7 вместе как комплект обмоток Б.

Тогда можно сказать, что в трансформаторе 1 размещено два комплекта обмоток А и Б, каждый из этих комплектов передает свой сигнал через трансформатор 1 одновременно и независимо от другого сигнала и каждый из комплектов состоит из нескольких первичных и вторичных обмоток.

Если к данному трансформатору добавить еще два боковых керна 8 и 9 с размещенными на них обмотками с одинаковым числом витков 10, 11, 12, 13, причем обмотки 10 и 11 разместить на дополнительном левом керне 8, а обмотки 12 и 13 - на дополнительном правом керне 9, то, соединив встречно обмотку 10 с обмоткой 12, а обмотку 11 с обмоткой 13, как показано на фигуре 2, получим возможность передавать по этим двум парам обмоток 10, 12 и 11, 13 через трансформатор 1 еще один независимый сигнал.

Для доказательства отсутствия влияния обмоток 2, 3 и пар обмоток 4-6, 5-7 на пары обмоток 10-12 и 11-13 рассмотрим трансформатор 1 без дополнительных боковых кернов 8, 9 и обмоток 10, 11, 12, 13 как центральный керн магнитопровода для дополнительных боковых кернов 8, 9 и пар обмоток 10-12 и 11-13.

Так как трансформатор 1 имеет замкнутый магнитопровод, то очевидно, что весь магнитный поток, создаваемый всеми обмотками, циркулирует только в магнитопроводе и не выходит за его пределы. Следовательно, создаваемый в трансформаторе 1 магнитный поток не изменится при добавлении дополнительных боковых кернов 8 и 9, а перераспределится так, что в кернах 8 и 9 будет течь одинаковая по величине, но направленная навстречу друг другу часть потока, созданного всеми обмотками трансформатора 1. Добавление новых боковых кернов можно рассматривать аналогично, считая, что имеющийся трансформатор с N боковыми кернами служит центральным керном при добавлении N+1 и N+2 керна.

Назовем обмотки 10, 11, 12, 13 вместе как комплект обмоток В, передающих через трансформатор 1 третий сигнал В независимо от сигналов А и Б и одновременно с ними.

Очевидно, что простым наращиванием комплектов обмоток и дополнительных боковых кернов можно передавать через трансформатор произвольное число независимых сигналов.