PL167112B1

PL167112B1 - Transformator sprzegajacy PL

Info

Publication number: PL167112B1
Application number: PL91296241A
Authority: PL
Inventors: Michael Barry Watson
Original assignee: Michael Barry Watson
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1995-07-31
Also published as: DE69126427D1; AU661656B2; GB9006834D0; NO923772L; GR3024540T3; FI924339L; DK0522014T3; DE69126427T2; ATE154160T1; NO923772D0; WO1991015022A1; EP0522014A1; EP0522014B1; CA2079323A1; CA2079323C; FI924339A0; FI924339A7; AU7660491A; JP3304085B2; US5473300A

Abstract

1. Transformator sprzegajacy zawierajacy element o duzej przenikalnosci magnetycznej, ele- menty wtórne oraz pare umieszczonych w pewnej od siebie odleglosci przewodów elektrycznych przewodzacych w zasadzie równe i przeciwnie skie- rowane prady elektryczne, znamienny tym, ze ele- ment (10, 10', 3 2 , 32', 50, 71 , 90) o duzej przenikal- nosci magnetycznej jest sprzezony elektro- magnetycznie z przewodami elektrycznymi (22,24), przy czym element ten okresla pare torów strumie- nia magnetycznego, które dziela nastepny tor stru- mienia o malej przenikalnosci usytuowany pomie- dzy przewodami elektrycznymi (22, 24), zas para elementów wtórnych (16 i 18 , 16', i 18', 40 i 42 oraz 56, 82, 99) transformatora jest sprzezona elektro- magnetycznie z odcinkiem toru strumienia magne- tycznego wyznaczonego przez element (10, 10', 32, 32', 50, 71, 90) o duzej przenikalnosci magnety- cznej, przy czym elementy wtórne (16 i 1 8 , 16' i 18', 40 i 42 oraz 56, 82, 99) sa polaczone ze soba elektry- cznie zapewniajac sumowanie ich napiec wyjscio- wych. Fig.1. Fig. 2a PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest transformator sprzęgający przeznaczony, zwłaszcza do odbierania energii z kabla o przynajmniej dwóch przewodach lub jej indukowania w takim kablu.

Znane są transformatory sprzęgające z parą umieszczonych w pewnej od siebie odległości przewodów elektrycznych przewodzących w zasadzie równe i przeciwnie skierowane prądy elektryczne.

Znany jest z opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 2135831 przyrząd do wykrywania prądu, w którym wykrywa się przepływ prądów o nieznacznie różnych wartościach w celu przesłania ich do jednego wyjścia przyrządu. Każdy z elementów wtórnych, w których są indukowane prądy, obejmuje jeden z przeciwnych odcinków rdzenia magnetycznego. Z kolei w opisie patentowym Wielkiej Brytanii nr 1441959jest przedstawiony przewodowy układ radiofoniczny, w którym jeden z bloków zawiera parę zamkniętych torów strumienia magnetycznego ze wspólną częścią magnetyczną stanowiącą gałąź centralną. Wokół tej centralnej gałęzi jest nawinięte uzwojenie. W publikacji WO 88/02944 jest natomiast ujawniony układ energetyczny sprzężony indukcyjnie, w którym występuje tylko jeden tor strumienia magnetycznego, gdy prądy w pętlach indukcyjnych płyną w tym samym kierunku. W układzie energetycznym jest zastosowany zwykły transformator mający jedno uzwojenie zaczepione w pętlach indukcyjnych. Obwód rdzenia jest przerwany w celu ułatwienia przesuwania ślizgowego na pętlach indukcyjnych.

Istotą transformatora sprzęgającego, według wynalazku, zawierającego element o dużej przenikalności magnetycznej, elementy wtórne oraz parę umieszczonych w pewnej od siebie odległości przewodów elektrycznych przewodzących w zasadzie równe i przeciwnie skierowane prądy elektryczneJest to, że element o dużej przenikalności magnetycznej jest sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi, przy czym element ten określa parę torów strumienia magnetycznego, które dzielą następny tor strumienia magnetycznego o małej przenikalności usytuowany pomiędzy przewodami elektrycznymi, zaś para elementów wtórnych transformatora jest sprzężona elektromagnetycznie z odcinkiem toru strumienia magnetycznego wyznaczonego przez element o dużej przenikalności magnetycznej, przy czym elementy wtórne są połączone ze sobą elektrycznie zapewniając sumowanie ich napięć wyjściowych.

Korzystnie jest, jeżeli zgodnie z wynalazkiem sprzężenie elektromagnetyczne między torem strumienia magnetycznego o dużej przenikalności magnetycznej i elementem wtórym stanowi sprzężenie przez pole magnetyczne, magnetorezystywne bądź z wykorzystaniem zjawiska Halla oraz gdy sprzężony elektrmagnetycznie z przewodami elektrycznymi element o dużej przenikalności magnetycznej przynajmniej częściowo tworzy przestrzeń, w której umieszczone są przewody elektryczne.

Dalsze korzyści z wynalazku uzyskuje się, gdy sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi element o dużej przenikalności magnetycznej przynajmniej częściowo tworzy tunel otaczający przewody elektryczne, przy czym w tym tunelu znajduje się, pomiędzy przewodami elektrycznymi, odcinek toru strumienia magnetycznego zaś ścianki tunelu są płaskie albo łukowate.

Inne korzyści z wynalazku uzyskuje się, gdy sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi element o dużej przenikalności magnetycznej przynajmniej częściowo tworzy kanał, przy czym w tym kanale znajduje się, pomiędzy przewodami elektrycznymi, odcinek toru strumienia magnetycznego, a ponadto kanał ma przekrój w kształcie zbliżonym do litery V, zaś ścianki kanału są płaskie albo łukowate.

167 112

Następnie zgodnie z wynalazkiem każdy ze sprzężonych elektromagnetycznie z odcinkiem toru strumienia magnetycznego elementów wtórnych stanowi co najmniej jeden przewód elektryczny przyporządkowany części elementu o dużej przenikalności magnetycznej, przy czym część ta odpowiada odcinkowi toru strumienłiia magnetycznego dla każdego z przewodów elektrycznych, albo stanowi uzwojenie, przy czym każde z uzwojeń jest nawinięte wokół odpowiadającego jemu odcinkowi toru strumienia magnetycznego.

Ponadto zgodnie z wynalazkiem w znajdujący się pomiędzy przewodami elektrycznymi odcinek toru strumienia magnetycznego, między elementem o dużej przenikalności magnetycznej i przewodami elektrycznymi, jest wstawiona częściowo wkładka o dużej przenikalności magnetycznej.

Korzystne jest także, gdy zgodnie z wynalazkiem sprzężony elektromagnetycznie z odcinkiem toru strumienia magnetycznego element o dużej przenikalności magnetycznej stanowi rdzeń ze stali laminowanej albo z litego materiału ferrytowego oraz gdy para elementów wtórnych jest dołączona do wejścia wzmacniacza. Tak więc wykorzystuje się strumień magnetyczny pomiędzy rozsuniętymi przewodami elektrycznymi przenoszącymi równe co do wielkości i przeciwnie skierowane prądy w celu otrzymania napięcia wyjściowego proporcjonalnego do prądów elektrycznych przepływających w tych przewodach.

Zaletą transformatora sprzęgającego według wynalazku jest to, że możliwe jest bardzo proste włączenie go w kabel wielożyłowy bez konieczności zdejmowania z niego izolacji lub naruszania go w inny sposób oraz następnie odbieranie energii z kabla lub jej indukowania w kablu, poprzez szczególne sprzężenie elementów transformatora z przewodami elektrycznymi kabla przenoszącymi energię.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pierwszego wykonania wynalazku, fig. 2a - w przekroju, zaś fig. 2b-w widoku perspektywicznym drugie wykonanie wynalazku, fig. 3-w przekroju zmodyfikowane wykonanie wynalazku z fig. 2a, fig. 4a - w przekroju, zaś fig. 4b - w widoku z boku trzecie wykonanie wynalazku, fig. 5a-w przekroju, zaś fig. 5b-w widoku z boku zmodyfikowane wykonanie wynalazku z fig. 4a i fig. 4b, fig. 6a - w wyrwaniu, zaś fig. 6b - w widoku z góry czwarte wykonanie wynalazku, fig. 7-schemat wzmacniacza do zastosowania z transformatorem sprzęgającym według wynalazku, fig. 8 - w wyrwaniu piąte wykonanie wynalazku, fig. 9 - w widoku perspektywicznym szóste wykonanie wynalazku, a fig. 10-schemat układu łączności z zastosowaniem transformatorów sprzęgających według wynalazku.

W celu zrozumienia poniższych przykładów wykonania wynalazku należy wyjaśnić, że w przypadku przepływu przez przewód prądu elektrycznego, w otaczającym go pierścieniu wykonanym z materiału o dużej przenikalności magnetycznej występuje zjawisko wzbudzania strumienia magnetycznego. Z kolei para współosiowych przewodów elektrycznych przewodzących równe co do wielkości i skierowane przeciwnie prądy elektryczne daje znoszące się całkowicie strumienie magnetyczne. Jeżeli przewody elektryczne są rozdzielone, to para przeciwnie skierowanych torów strumieni magnetycznych jest utworzona przez pierścień i obszar o małej przenikalności znajdujący się pomiędzy dwoma przewodami. Znajdujący się pomiędzy przewodami obszar rozdzielający przewodzi strumień znacznie mniejszy od strumienia, który powstałby w przypadku pojedynczego przewodu elektrycznego przewodzącego ten sam prąd indukujący strumień magnetyczny w pierścieniu. Jednakże wielkość tego strumienia nie jest do pominięcia. Składa się on z płynących w tym samym kierunku przez odcinek wspólny pomiędzy przewodami składowymi strumieni od obu torów strumienia magnetycznego, powstających przy przepływie przez przewody elektryczne prądów o kierunkach przeciwnych.

Na figurze 1 przedstawiono pierwsze wykonanie transformatora sprzęgającego według wynalazku, w którym przeciwległe ściany 12 i 14 płaskościennego pierścienia 10, stanowiącego element o dużej przenikalności magnetycznej otoczone są przez cewki 16 i 18 stanowiące elementy wtórne transformatora. Cewki 16 i 18 są nawinięte wokół przeciwległych ścian 12 i 14 w przeciwnych kierunkach. Dolne końce cewek 16 i 18 są połączone elektrycznie za pomocą przewodu łączącego 20. Górne końce tych cewek stanowią zaciski A i B.

Przez pierścień 10 przechodzi kabel elektryczny zawierający dwa emaliowane przewody elektryczne 22 i 24. Kiedy przez przewody kabla elektrycznego przepływają w przeciwfazie równe

161 112 co do wartości prądy przemienne w pierścieniu 10 jest indukowany strumień magnetyczny mający tory o przeciwnych znakach, jak to pokazano na rysunku za pomocą strzałek, przechodzące pomiędzy przewodami 22 i 24. Indukuje on napięcie w każdym z połączonych sumacyjnie za pośrednictwem przewodu łączącego 20 uzwojeń cewek 16, 18, tak że pomiędzy zaciskami A iB występuje napięcie proporcjonalne do tych dwóch równych i przeciwnie skierowanych prądów w obu przewodach. W innym rozwiązaniu cewki 16 i 18 zastąpione są odcinkami wiązek przewodów umieszczonych w narożnikach tunelu 10' o przekroju prostokątnym, stanowiącego element dużej przenikalności, przyległych do każdego z przewodów elektrycznych 22 i 24. Rozwiązanie to jest przedstawione, jako drugie wykonanie wynalazku, na fig. 2a i 2b. Tunel 10' składa się z części kanałowej 10a i części tworzącej pokrywę 10b. W narożach części kanałowej 10a umieszczone są boczne ramiona 28 cewki 16' i 18' stanowiącej element wtórny transformatora. Korzystne jest, jeżeli części łączące 26 umieszczone są w zasadzie pod kątem 90° w stosunku do przewodów 22,24 kabla w tym celu, aby nie indukowały się w nich napięcia. Te części łączące 26 umieszczone są w zagłębieniu części kanałowej 10a w celu usunivęcia ich z przeznaczonej do przeprowadzenia kabla części przestrzeni.

Korzystne jest, jeżeli proste odcinki cewki 16' i 18' w tunelu 10' zatopione są w substancji o niewielkiej przenikalności magnetycznej, na przykład w żywicy epoksydowej. Efektywność transformatora według wynalazku zależy od wielkości szczeliny powietrznej lub innej drogi magnetycznej o niewielkiej przenikalności pomiędzy przewodami 22, 24. Efektywność można zwiększyć przez umieszczenie w szczelinie powietrznej odstępnika z materiału o większej przenikalności magnetycznej. Możliwe jest również zmodyfikowanie kształtu części tunelowej przy zmniejszeniu wielkości ścian bocznych w celu zminimalizowania szczeliny powietrznej.

Jak to pokazano na fig. 3, przedstawiającej modyfikację transformatora z fig. 2a, w wolnej przestrzeni pomiędzy pokrywą 10b i ścianami bocznymi części kanałowej 10a można umieścić dodatkowe uzwojenie 29. Uzwojenie to może być włączone w celu zwiększenia napięcia proporcjonalnego do prądu płynącego w przewodach 22 i 24. Jednakże zastosowanie tego dodatkowego uzwojenia 29 powoduje dalsze komplikacje przy montażu transformatora i łączeniajego cewek 16', 18'. Korzystne jest, jeżeli rdzeń utworzony przez tunel 10' jest laminowany poprzecznie do długości kabla.

W trzecim wykonaniu wynalazku przedstawionym na fig.4a i 4b kabel w postaci pętli przechodzi wewnątrz okrągłego kanału 30 o średnicy 12 mm w korpusie 32 z pokrywą 34 stanowiących element dużej przenikalności magnetycznej, i w centralny rdzeń 36 o średnicy 5 mm i długości 17 mm. Pokrywa 34 zaopatrzona jest w otwór 38, przez który kabel przechodzi do wnętrza korpusu 32, gdzie otacza centralny rdzeń 36. Korpus 32 może mieć inny dogodny kształt, na przykład płaskościenny, tworząc prostokątne pudełko. Po każdej stronie pętli kabla owiniętej wokół centralnego rdzenia 36 nawinięte są połączone między sobą cewki 40,42 stanowiące elementy wtórne transformatora, mające po około 2500 zwojów przewodu elektrycznego.

Droga strumienia magnetycznego okreśłona jest przez korpus 32 i przegrodę o znacznie mniejszej przenikalności, znajdującą się pomiędzy przewodami elektrycznymi 22, 24 oraz przez centralny rdzeń 36. Centralny rdzeń 36 służy jako wkładka z materiału o stosunkowo dużej przenikalności magnetycznej, zwiększającej przenikalność wspólnego odcinka toru strumienia magnetycznego. W celu zwiększenia efektywności tego wariantu transformatora sprzęgającego można zwiększyć obwód rdzenia, dzięki czemu wzrośnie długość nawiniętego wokół niego kabla.

Kolejny wariant wynalazku przedstawiony na fig. 5a i 5b mieści więcej niż jeden zwój kabla. Otwór 46' w rdzeniu centralnym umożliwia centralne wprowadzenie kabla. Korpus 32', stanowiący element o dużej przenikalności magnetycznej, również w tym przypadku dzieli się na pokrywę 34 i wnękę 46 w celu umożliwienia dostępu do jej wnętrza.

W jeszcze innym ukształtowaniu wynalazku element o dużej przenikalności magnetycznej zestawiony jest z pary kształtek E zwróconych ku sobie tak, że ich zewnętrzne i środkowe odgałęzienia tworzą prostokątne przestrzenie, wokół których nawinięte są cewki po każdej stronie wolnej przestrzeni, z pozostawieniem miejsca na nawinięcie kabla. W tym konkretnym ukształtowaniu widać, że szczelina powietrzna, którą stanowi otwór w opisanym powyżej rdzeniu centralnym jest skutecznie wypełniona przez środkowe odgałęzienia kształtek w kształcie litery E. W zasadzie to ukształtowanie wynalazku można uznać za podobne do przedstawionego w przekroju na fig. 4b.

167 112

Stwierdzono, że w przypadku wykonania wynalazku przedstawionego na fig. 1 obszar, w którym dwie części strumienia magnetycznego schodzą się przed przeniknięciem w szczelinę powietrzną, na przykład pomiędzy przewodami elektrycznymi 22,24 kabla, jest zerowy. Można to wykorzystać do skonstruowania kolejnego wariantu wynalazku, w którym przestrzeń do umieszczenia przewodów elektrycznych kabla stanowi otwarty kanał, a nie zamknięty tunel, jak w poprzednich wariantach wynalazku. Na fig. 6a i 6b przedstawiono inne wykonanie wynalazku wykorzystujące tę zasadę zerowego obszaru strumienia magnetycznego.

Transformator sprzęgający według wariantu wynalazku przedstawionego na fig. 6a i 6b składa się z rdzenia 50, stanowiącego element o dużej przenikalności magnetycznej, złożonego z kształtek o obrysie E wykonanych ze stali niklowej lub wysokogatunkowej stali transformatorowej. Szerokość przekroju rdzenia 50 wynosi 25 mm, zaś każde z jego odgałęzień zewnętrznych 52 ma grubość około 2,5 mm. Szerokość krótszego, wewnętrznego odgałęzienia 54 rdzenia 50 wynosi około 5 mm. Rdzeń 50 ma długość około 48 mm. Na karkasie 58, otaczającym wewnętrzne odgałęzienie 54 rdzenia 50 nawinięte są cewki 56, stanowiące elementy wtórne transformatora, przy czym każda z nich zawiera po 7000 zwojów przewodu elektrycznego.

Transformator o tej konstrukcji zatopiony jest w zalewie z żywicy styrenowej tworzącej jego obudowę 60, która zaopatrzona jest w płaskodenny kanał 62 w kształcie litery V, którego podstawa znajduje się dokładnie nad swobodnym końcem wewnętrznego odgałęzienia 54 rdzenia 50. Boczne odgałęzienia kanału w kształcie litery V wznoszą się ku wewnętrznym krawędziom szczytów zewnętrznych odgałęzień 52 rdzenia 50. Transformator w zalewie żywicowej zamknięty jest w mosiężnej osłonie, nie pokazanej na rysunku, w celu zapewnienia ekranowania elektrostatycznego i/lub elektromagnetycznego, przy czym możliwe jest stosowanie innego znanego sposobu ekranowania.

Warto zaznaczyć, że zalewa żywicowa tworzy parę występów bocznych 64 znajdujących się po zewnętrznej stronie odgałęzień zewnętrznych 52. Występy boczne 64 zawierają wzmacniacze, do których dołączone są końcówki cewek. Jeden z takich wzmacniaczy przedstawiono na fig. 7. Wzmocnienie sygnału indukowanego w cewkach 56 osiąga się za pomocą tranzystora polowego 66 typu BFW 10. Cewki 56 włączone są pomiędzy bramkę tranzystora 66 i masę. Dren tranzystora 66 dołączony jest do szyny zasilającej 9 V za pośrednictwem rezystora polaryzującego 70 o wartości 4,7 k Ω. Rezystor polaryzujący 70 może być umieszczony z dala od transformatora sprzęgającego i nie może być zatopiony w zalewie żywicowej. Źródło tranzystora 66 dołączone jest do masy za pośrednictwem równolegle dołączonych rezystora o wartości 2,2 kQ i kondensatora 68 o pojemności 22 μΈ.

Ukształtowanie transformatora z fig. 6a i 6b tworzy samodzielny blok odbiorczy. Blok ten, przy pominięciu i zastosowaniu dodatkowego wzmacniacza nadawczego nadaje się do wykorzystania również w charakterze bloku nadawczego. Jednakże duża szczelina powietrzna powoduje straty transmisyjne, czyniąc całość mniej efektywną i bardziej podatną na wpływ zakłóceń.

Kable z dwoma przewodami elektrycznymi umieszcza się na dnie kanału 62 o przekroju w kształcie litery V tak, że przewody znajdują się jeden obok drugiego. Stwierdzono, że równorzędne sprzężenie osiąga się również wtedy, kiedy kabel jest lekko skręcony i/lub uniesiony względem dna kanału 62. Okazało się, że kanał 62 w kształcie litery Vjest szczególnie korzystny w przypadku kabli o różnych średnicach i różnych przekrojach, dlatego że pozwala na centrowanie kabli o różnych średnicach i różnych przekrojach względem wewnętrznego odgałęzienia 54 rdzenia 50. Ponieważ ta konstrukcja transformatora sprzęgającego nie wymaga, aby przewody elektryczne znajdowały się na samym dnie kanału 62, to różne umiejscowienie przewodów, przy różnych wielkościach kabli nie odbija się na efektywności pracy transformatora sprzęgającego.

Figura 8 przedstawia kolejne wykonanie wynalazku, szczególnie dobrze nadające się do zastosowania jako nadajnik. W tym wykonaniu rdzeń 71, stanowiący element o dużej przenikalności magnetycznej, wykonany jest z kształtek o zmodyfikowanym profilu E ze stali niklowej lub stali transformatorowej, a jego zewnętrzne odgałęzienia 72 mają wchodzące do wewnątrz występy 74 tworzące krawędzie kwadratowego kanału 76, powyżej odgałęzienia wewnętrznego 78. Jak w poprzednim wykonaniu, zewnętrzne odgałęzienia 72 mają grubość 5 mm. Zewnętrzne odgałęzienia 72 mają wysokość 20 mm, a długość rdzenia 71 wynosi około 75 mm. Także jak w poprzednim wykonaniu, transformator zamknięty jest w obudowie 80 z zalewy z żywicy styrenowej. Możliwe

112 jest stosowanie każdej innej nadającej się do tego żywicy, na przykład akrylowej lub epoksydowej. Możliwe jest także stosowanie poprzednich mieszanin. Zewnętrzne odgałęzienia 72 mają cewki 82 stanowiące elementy wtórne transformatora, zawierające każda po 100 zwojów przewodu elektrycznego nawiniętego na karkasach 86, połączone ze wzmacniaczem i przekazujące do niego sygnał sumacyjny indukowany przez płynące w przeciwnych kierunkach prądy obu przewodów elektrycznych kabla. W tym wykonaniu wynalazku, w celu zmniejszenia wartości impedancji transformatora dołączonej do wzmacniacza, uzwojenia cewek 82 połączone są równolegle a nie szeregowo.

Dla ułatwienia wytwarzania transformatora, każde z zewnętrznych odgałęzień 72 podzie1one jest na pierwszą część 72a połączoną z częścią podstawową rdzenia 71, i oddzielną drugą część 72b. Przy montażu pozwala to na umieszczenie każdego karkasu 86 na odpowiadającej mu pierwszej części 72a odgałęzienia zewnętrznego 72, po czym wewnątrz otworu w karkasie 86 umieszcza się drugą część 72b tego odgałęzienia. Transformator sprzęgający zamykany jest w razie potrzeby w ekranie elektrostatycznym.

Stwierdzono, że występy 74 rdzenia 71 minimalizują tor strumienia o stosunkowo małej przenikalności magnetycznej w kanałach pozwalając na stosowanie kanału otwartego, w którym możliwe jest układanie kabla. W celu dalszego zmniejszania charakteryzującego się małą przenikalnością magnetyczną odcinka toru strumienia magnetycznego, możliwe jest stosowanie pokrywy w kształcie odwróconej litery V skierowanej w stronę podstawy profilu o kształcie litery E, w której może być osadzany i unieruchamiany kabel o kształcie owalnym. W niektórych zastosowaniach może być wymagane stosowanie grubszych kabli wkładanych od jednej strony do kanału. Kabel taki może przy tym być unieruchamiany za pomocą rdzenia o obrysie odwróconej litery V.

Jeszcze inne wykonanie wynalazku przedstawiono na fig. 9. Ma ono pełnić rolę nadawczoodbiorczego transformatora sprzęgającego dla dwukierunkowej łączności na linii zawartej na końcach. Transformator w tym wykonaniu składa się z dwuczęściowego rdzenia 90, stanowiącego element o dużej przenikalności magnetycznej, wykonanego z ferrytu. Każda z dwóch połówek 92 i 94 rdzenia 90 ma płaską część podstawową 96 o wymiarach 60 mm X 28 mm X 6 mm oraz parę przeciwległych ścianek 98 o wysokości 1 mm. Boczne elementy każdej z połówek 92 i 94 złożone razem w zmontowanym transformatorze tworzą tunel, przez który przechodzi zwarta na końcach linia. Jak to przedstawiono na rysunku, na górnej części podstawowej 96 nawinięte są dwa jednowarstwowe połączone ze sobą uzwojenia 99 zawierające po 15 zwojów przewodu elektrycznego. Uzwojenia 99, stanowiące elementy wtórne transformatora, nawinięte są w przeciwnych kierunkach i połączone są poprzecznym przewodem 100, który biegnie prostopadle do zwojów 99 eliminując w zasadzie całkowicie jego wpływ na przewody elektryczne kabla przechodzące przez tunel utworzony przez rdzeń 90. W tym wykonaniu tor strumienia magnetycznego o stosunkowo dużej przenikalności magnetycznej tworzy ferrytowy rdzeń 90. Jak wspomniano powyżej, tory strumienia magnetycznego w rdzeniu 90 zbiegają się pomiędzy uzwojeniami 99 i stanowią obszar zerowy. Część toru strumienia magnetycznego o stosunkowo małej przenikalności magnetycznej znajduje się pomiędzy częścią podstawową 96 i kablem umieszczonym w tunelu utworzonym przez rdzeń 90.

Na figurze 10 przedstawiono nadawczo-odbiorczy układ łączności z wykorzystaniem przedstawionego na fig. 9 transformatora według wynalazku. Układ składa się z pary sprzęgających błoków nadawczo-odbiorczych 102, obejmujących 300-omowy zrównoważony kabel 104, zawierający dwa przewody elektryczne 22, 24, który jest zwarty na obu końcach. Kabel 104 jest umocowany w tunelu każdego z tych bloków za pomocą odstępników tak, że środek toru strumienia magnetycznego o stosunkowo małej przenikalności magnetycznej w zasadzie pokrywa się z położeniem szczeliny pomiędzy przewodami kabla. Otrzymano dobry odbiór sygnałów przy częstotliwości sygnału 2 MHz i przy rozmieszczeniu bloków nadawczo-odbiorczych 102 w odległości po wyżej 100 m od siebie oraz przy stosowaniu odpowiedniego do odległości wzmocnienia. Stwierdzono, że z podobnym wynikiem na tej samej linii można instakjwać więcej niż dwa takie bloki nadawczo-odbiorcze 102. Liczba tych bloków nie zmniejsza w istotny sposób efektywności układu łączności. Głównym czynnikiem wpływającym na natężenie sygnału jest odległość pomiędzy blokiem nadającym i blokiem odbierającym.

Zastosowania wynalazku odnoszące się do wielkich częstotliwości można rozszerzyć na łączność radiową po odpowiednim dobraniu materiałów i konstrukcji transformatora sprzęgającego przy wykorzystaniu zasad stanowiących istotę wynalazku.

167 112

Układ łączności może być stosowany do łączności fonicznej, sygnalizacji, zdalnego sterowania (telemetrii oraz nadawania) odbioru danych. Określenie „łączność obejmuje wszystkie te zastosowania. Wynalazek nie tylko nadaje się do adaptacji do wielu zastosowań w różnych środowiskach lądowych, lecz również szczególnie dobrze spełnia wymagania łączności podwodnej, w której odcinek toru strumienia magnetycznego o stosunkowo małej przenikalności magnetycznej stanowi w większości woda. Z tego względu pożądane jest przeprojektowanie konstrukcji transformatora w celu zoptymalizowania jego parametrów przy uwzględnieniu różnic przenikalności magnetycznej powietrza i wody. Jednakże stwierdzono, że ten sam blok nadawczo-odbiorczy może zadowalająco pracować w obu środowiskach.

Szczególne zalety wynalazku, polegające na prostocie konstrukcji i na tym, że transformator wymaga tylko odpowiedniego sprzężenia z wiązką przewodów elektrycznych kabla przenoszących energię, lub z wiązką na którą energia ma być przenoszona z transformatora, czynią wynalazek szczególnie korzystnym przy stosowaniu pod wodą, kiedy szczególnie ostro występują problemy wodoszczelności oraz zmniejszonej sprawności transformatora sprzęgającego.

Wynalazek jest również przydatny w przypadku konieczności zbierania informacji lub sterowania za pośrednictwem kabla z wieloma przewodami elektrycznymi w środowiskach uciążliwych i agresywnych. I w tym przypadku szczególną zaletą transformatora sprzęgającego według wynalazku, jako urządzenia łączności, jest jego prostotoa.

Transformator może mieć wiele innych zastosowań, na przykład może służyć do sprzęgania wielu czujników przeciwwłamaniowych lub przeciwpożarowych ze wspólnym kablem. Każdy czujnik jest dołączany do wspólnego kabla bez jego przecinania, przy czym czujniki mogą być instalowane lub odłączane, zależnie od aktualnych wymagań. Szczególnie użyteczne jest zastosowanie rozwiązania według wynalazku w charakterze rozgałęzienia linii telefonicznej lub dowolnej innej linii przenoszącej sygnały w zakresie od częstotliwości akustycznych, aż do wielkich częstotliwości, a nawet częstotliwości radiowych.

22\ 24 30

Fig. 4b

Fig.4a

Fig. 5a

Fig. 5b

16*7112

Fig.7

Fig. 8

Fig.9

OBCIĄŻENIE

Fig. 2a

ZASILANIE LUB SYGNAŁ MOCY

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Transformator sprzęgający zawierający element o dużej przenikalności magnetycznej, elementy wtórne oraz parę umieszczonych w pewnej od siebie odległości przewodów elektrycznych przewodzących w zasadzie równe i przeciwnie skierowane prądy elektryczne, znamienny tym, że element (10,10', 32,32', 50, 71,90) o dużej przenikalności magnetycznej jest sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi (22,24), przy czym element ten określa parę torów strumienia magnetycznego, które dzielą następny tor strumienia o małej przenikalności usytuowany pomiędzy przewodami elektrycznymi (22,24), zaś para elementów wtórnych (16 i 18,16', i 18', 40 i 42 oraz 56,82,99) transformatora jest sprzężona elektromagnetycznie z odcinkiem toru strumienia magnetycznego wyznaczonego przez element (10,10', 32, 32', 50, 71, 90) o dużej przenikalności magnetycznej, przy czym elementy wtórne (16 i 18,16' i 18', 40 i 42 oraz 56,82,99) są połączone ze sobą elektrycznie zapewniając sumowanie ich napięć wyjściowych.

2. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że sprzężenie elektromagnetyczne między torem strumienia magnetycznego o dużej przenikalności magnetycznej i elementem wtórnym (16, 18,16', 18', 40,42,56,82,49,92) stanowi sprzężenie przez pole magnetyczne, magnetorezystywne bądź z wykorzystaniem zjawiska Halla.

3. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi (22, 24) element (10, 10', 32, 32', 50, 71, 90) o dużej przenikalności magnetycznej przynajmniej częściowo tworzy przestrzeń, w której umieszczone są przewody elektryczne (22, 24).

4. Transformator według zastrz. 3, znamienny tym, że sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi (22, 24) element (1®, 10', 32, 32', 90) o dużej przenikalności magnetycznej przynajmniej częściowo tworzy tunel otaczający przewody elektryczne (22,24), przy czym w tym tunelu znajduje się, pomiędzy przewodami elektrycznymi (22, 24), odcinek toru strumienia magnetycznego.

5. Transformator według zastrz. 4, znamienny tym, że ścianki tunelu są płaskie.

6. Transformator według zastrz. 4, znamienny tym, że ścianki tunelu są łukowate.

7. Transformator według zastrz. 3, znamienny tym, że sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi (22,24) element (50, 71) o dużej przenikalności magnetycznej przynajmniej częściowo tworzy kanał (62, 76), przy czym w tym kanale znajduje się, pomiędzy przewodami elektrycznymi (22, 24), odcinek toru strumienia magnetycznego.

8. Transformator według zastrz. 7, znamienny tym, że kanał (62) ma przekrój w kształcie zbliżonym do litery „V.

9. Transformator według zastrz. 7, znamienny tym, że ścianki kanału są płaskie.

10. Transformator według zastrz. 7, znamienny tym, że ścianki kanału są łukowate.

11. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy ze sprzężonych elektromagnetycznie z odcinkiem toru strumienia magnetycznego elementów wtórnych (16,18,16', 18', 40,42,56, 82,99) stanowi co najmniej jeden przewód elektryczny przyporządkowany części elementu (10,10', 32, 32', 50, 71,90) o dużej przenikalności magnetycznej, przy czym część ta odpowiada odcinkowi toru strumienia magnetycznego dla tego przewodu elektrycznego.

12. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy ze sprzężonych elektromagnetycznie z odcinkiem toru strumienia magnetycznego elementów wtórnych (16,18,18', 18', 40,42,56, 82, 99) stanowi uzwojenie cewki.

13. Transformator według zastrz. 12, znamienny tym, że każde z uzwojeń jest nawinięte wokół odpowiadającego jemu odcinkowi toru strumienia magnetycznego.

14. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że w znajdujący się pomiędzy przewodami elektrycznymi (22,24) odcinek toru strumienia magnetycznego, między elementem (5®, 71) o dużej przenikalności magnetycznej i przewodami elektrycznymi (22, 24), jest wstawiona częściowo wkładka (54, 78) o dużej przenikalności magnetycznej.

167 112

15. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi (22, 24) element (10, 10', 32, 32', 50, 71, 90) o dużej przenikalności magnetycznej stanowi rdzeń ze stali laminowanej.

16. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że sprzężony elektromagnetycznie z przewodami elektrycznymi (22, 24) element (10,10', 32, 32', 50, 71, 90) o dużej przenikalności magnetycznej stanowi rdzeń z litego materiału ferrytowego.

17. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że para elementów wtórnych (16 i 18,16' i 18', 40 i 42 oraz 56, 82, 99) jest dołączona do wejścia wzmacniacza (66, 68, 70).