двухфазный трансформатор

Формула изобретения

Двухфазный трансформатор, содержащий витой тороидальный магнитопровод, выполненный составным с внутренним воздушным каналом, наружные первичную и вторичную обмотки, обхватывающие составной витой тороидальный магнитопровод, а во внутреннем воздушном канале составного витого тороидального магнитопровода уложены внутренние первичная и вторичная обмотки, при этом первичные обмотки подключены к сети, а вторичные обмотки - к нагрузке, отличающийся тем, что внутренний воздушный канал составного витого тороидального магнитопровода сдвинут к его наружной стороне, а в качестве сети использована двухфазная сеть.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электронных устройствах и устройствах автоматики в качестве двухфазного трансформатора, имеющего на выходе напряжения, сдвинутые на 90 электрических градусов.

Известны многообмоточные трансформаторы, в которых первичные и вторичные обмотки наматываются на магнитопровод, и магнитные потоки, образованные вторичными обмотками, распространяются в одной плоскости (Бальян Р.Х. Трансформаторы для радиоэлектроники. - М., 1971, стр.500).

Недостатком указанных трансформаторов является то, что их габаритная мощность зависит от числа обмоток, оси которые расположены в одной плоскости. Для получения двухфазного напряжения необходимы два однофазных трансформатора, в связи с чем увеличиваются массогабаритные показатели.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к трансформаторам предлагаемой конструкции является трансформатор тока с поперечным подмагничиванием (А.С. СССР №875488, кл. Н 01 F 38/28, 23.10.81, БИ №39), имеющий витой тороидальный магнитопровод, выполненный составным с внутренним воздушным каналом, в который уложена кольцевая подмагничивающая обмотка, вторичная обмотка охватывает составной магнитопровод.

Недостатком данной конструкции, выбранной в качестве прототипа, является узкая область применения, ограниченная измерительным устройством.

Задача предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем введения дополнительных обмоток, уменьшение массогабаритных показателей устройства за счет сдвига воздушного канала в сечении составного витого тороидального магнитопровода к его внешней стороне.

Задача достигается тем, что двухфазный трансформатор содержит витой тороидальный магнитопровод, выполненный составным с внутренним воздушным каналом, наружную первичную и вторичную обмотку, охватывающую составной витой тороидальный магнитопровод, в котором в отличие от прототипа наружная первичная обмотка намотана на составной витой тороидальный магнитопровод, внутренние первичная и вторичная обмотки уложены в воздушном канале составного витого тороидального магнитопровода, причем внутренняя первичная обмотка подключена к сети, а внутренняя вторичная обмотка к нагрузке, а воздушный канал в сечении составного витого тороидального магнитопровода сдвинут к его внешней стороне, из условия равенства площадей поперечных сечений магнитопровода до внутренних обмоток и после них в горизонтальной плоскости.

Существо заявляемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен предлагаемый двухфазный трансформатор, общий вид в разрезе. На фиг.2 представлен предлагаемый двухфазный трансформатор в разрезе, диаметры расположения внутренних обмоток D₃ и D₂, диаметры наружных обмоток D₁ и D ₄.

Двухфазный трансформатор содержит составной витой тороидальный магнитопровод 1, 2, наружную первичную обмотку 3 и наружную вторичную обмотку 4, внутреннюю первичную обмотку 5 и внутреннюю вторичную обмотку 6, оси которых расположены в двух перпендикулярных плоскостях, намотанные на изолирующий каркас 7 и помещенные в воздушный канал 8 составного витого тороидального магнитопровода 1,2 выводы 9 внутренней первичной обмотки 5 и внутренней вторичной обмотки 6.

Двухфазный трансформатор работает следующим образом. При подключении наружной и внутренней первичных обмоток к источнику переменного тока в витках этих обмоток протекает переменный ток, который создает в составном витом тороидальном магнитопроводе переменный магнитный поток. Этот поток сцепляется как с первичными, так и со вторичными обмотками и индуцирует в них ЭДС: в первичных обмотках ЭДС самоиндукции, а во вторичных обмотках ЭДС взаимоиндукции. При подключении нагрузки к выводам наружной и внутренней вторичных обмоток трансформатора под действием ЭДС в цепи этих обмоток создается ток, а на выводах вторичных обмоток устанавливается напряжение. В связи с тем, что оси обмоток взаимно перпендикулярны, т.е. магнитные потоки также взаимно перпендикулярны, то для уменьшения взаимного влияния обмоток друг на друга необходимо токи в обмотках сдвинуть на 90 электрических градусов, т.е. предполагается использовать двухфазную сеть. При такой конструкции вектор магнитной индукции будет вращаться в пространстве и равен

где B_A и B_B - вектора магнитной индукции фазы А и фазы В соответственно.

При расчете габаритной мощности по каждой фазе можно пользоваться известной формулой (Р.Х.Бальян. Трансформаторы для радиоэлектроники. - М., 1971, стр.500)

где N=1 - число вторичных обмоток.

Общая габаритная мощность всего устройства может быть увеличена в два раза по сравнению с обычным трансформатором, имеющим две вторичные обмотки.

Для максимально полного использования сечения стали в перпендикулярной плоскости, т.е. соблюдения равенства сечений S_H и S_B (фиг.2) были рассчитаны диаметры внутренних обмоток, которые соответственно равны

D₃=D₂-2d.

Полученные геометрические соотношения позволили рассчитать составной витой тороидальный магнитопровод с внутренними обмотками и доказать, что подобная конструкция двухфазного трансформатора имеет меньшие массогабаритные показатели по сравнению с трансформатором, имеющим две входные обмотки на 13% (Р.Х.Бальян. Трансформаторы для радиоэлектроники. - М., 1971, стр.500).

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства, использовав его в качестве двухфазного трансформатора, и уменьшить массогабаритные показатели.