NL9100247A

NL9100247A - Transformator.

Info

Publication number: NL9100247A
Application number: NL9100247A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1992-09-01
Also published as: US5331271A; JPH04317307A; KR920017140A; EP0499311A1; DE69204085D1; DE69204085T2; EP0499311B1; KR100217802B1

Description

Transformator.

De uitvinding heeft betrekking op een transformator bevattende een kern van zachtmagnetisch materiaal met een eerste en een daarmee gekoppelde tweede wikkeling, elk bestaande uit ten minste één draadvormige geleider.

Een voorbeeld van een dergelijke transformator is bekend uit PIRE 47 NO.8 (augustus 1959) pp. 1337-1342. In veel gevallen is het gewenst, de spreidingszelfinductie van de transformator zo klein mogelijk te maken, dat wil zeggen, dat de koppeling tussen de wikkelingen zo sterk mogelijk is. Aan deze eis moet over een groot frequentiegebied voldaan worden indien de transformator moet worden toegepast in een systeem met grote bandbreedte. In de aangehaalde publicatie worden maatregelen beschreven voor het vergroten van de koppeling, zoals het twisten van de geleiders, waaruit de wikkelingen zijn opgebouwd. Voorts kan het gebruik van een ringkern als kern voor de transformator er toe bijdragen, dat de koppeling vergroot wordt. In de praktijk blijkt echter, dat een volledige koppeling van de wikkelingen niet voldoende benaderd kan worden, zodat enige spreidingszelfinductie onvermijdelijk is.

De uitvinding heeft tot doel, een transformator van de in de aanhef genoemde soort aan te geven, waarbij het effect van de spreidingszelfinductie over een groot frequentiegebied ongedaan gemaakt kan worden. De transformator volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat een derde, met de eerste en de tweede wikkeling gekoppelde wikkeling aanwezig is, die voorzien is van aansluitingen die met elkaar verbonden zijn door middel van een condensator.

Door een geschikte keuze van de waarde van de condensator kan men bereiken, dat het effect van de spreidingszelfinductie in een bepaald frequentiegebied grotendeels opgeheven wordt door het effect van de condensator. Daartoe kan het nuttig zijn, de condensator instelbaar uit te voeren.

Zoals verderop zal worden toegelicht kan voor hoge frequenties de condensator geacht worden in serie geschakeld te zijn met de spreidingszelfmductie en een aan de tweede wikkeling aangesloten belasting. Daarbij is het gunstig, wanneer het aantal windingen van de derde wikkeling gelijk is aan dat van de tweede wikkeling. De condensator heeft dan in de serieschakeling zijn werkelijke waarde en niet een door transformatie verhoogde of verlaagde waarde.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de transformator volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de geleiders, die de eerste, tweede en derde wikkeling vormen, over tenminste een deel van hun lengte getwist zijn. Deze maatregel vergroot, zoals op zichzelf bekend is, de koppeling tussen de wikkelingen, waardoor enerzijds de door middel van de condensator te compenseren spreidingszelfmductie zo klein mogelijk is en anderzijds de condensator zo effectief mogelijk in serie geschakeld wordt met de spreidingszelfmductie en de belasting.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin is:

Figuur 1 een principeschema van een bekende transformator met een daaraan aangesloten belasting,

Figuur 2 een vervangingsschema van de in Figuur 1 getoonde transformator,

Figuur 3 een vervangingsschema van een gemodificeerde vorm van de in Figuur 1 getoonde transformator,

Figuur 4 een diagram ter illustratie van de werking van de in Figuur 3 getoonde modificatie,

Figuur 5 een vervangingsschema van een uitvoeringsvoorbeeld van een transformator volgens de uitvinding,

Figuur 6 een principeschema van een schakeling, waarin twee uitvoeringsvoorbeelden van de transformator volgens de uitvinding zijn toegepast, en

Figuur 7 een afbeelding van de constructieve opbouw van een uitvoeringsvoorbeeld van de transformator volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een principeschema van een bekende transformator 1 met een eerste wikkeling 3 en een tweede wikkeling 5, welke wikkelingen zijn aangebracht op een kern 7 van zachtmagnetisch materiaal, bijvoorbeeld ferriet. Aan de tweede wikkeling 5 is via uitgangsklemmen 9 een belasting 11 aangesloten. De eerste wikkeling 3 is verbonden met ingangsklemmen 13. Indien op een bepaald moment de stroom in de eerste wikkeling 3 gelijk is aan it en die in de tweede wikkeling 5 gelijk aan i2, terwijl de magnetische flux in de eerste en tweede wikkeling respectievelijk gelijk is aan Φι en Φ2, geldt de volgende betrekking:

Hierin is M de wederzijdse inductie van de twee wikkelingen, K de koppelfactor, en Lj en Lj de zelfinductie van de eerste, respectievelijk de tweede wikkeling. Voor een ideale transformator is K=l. In de praktijk is K altijd kleiner dan 1 doordat de koppeling tussen de beide wikkelingen niet volmaakt is. In het in Figuur 2 getoonde vervangingsschema is de transformator 1 weergegeven als een ideale transformator 15 met een eerste wikkeling 17, waaraan een spoel 19 met een zelfinductie Lj parallel geschakeld is, en een tweede wikkeling 21, waarmee een spoel 23 in serie geschakeld is. De spoel 23 geeft de invloed van de koppelfactor K weer. Zijn zelfinductie Ls is gelijk aan I^l-K2). Deze wordt de spreidingszelfinductie genoemd. De ideale transformator 15 heeft een koppelfactor K die gelijk is aan 1 en een transformatieverhouding gelijk aan L/Mil. Indien de belasting bijvoorbeeld een weerstand R is, geldt voor de tussen de ingangsklemmen 13 gemeten conductantie Y:

Hierin is ω = 2τί, waarbij f de frequentie is van een sinusvormige wisselspanning die aan de ingangsklemmen 13 wordt toegevoerd. Uit de bovenstaande formule blijkt, dat de conductantie Y afneemt met toenemende frequentie f. Deze afname is groter naarmate K kleiner is. De verandering van Y kan reflecties veroorzaken doordat de impedantie van de door de transformator met de belasting R gevormde schakeling bij hoge frequenties steeds meer gaat afwijken van de impedantie van een aan de ingangsklemmen 13 aangesloten bron, bijvoorbeeld een leiding van een centraal antennesysteem.

In beginsel is het mogelijk, de invloed van de spreidingszelfinductie te reduceren door een geschikte condensator 25 in serie met de spoel 23 te plaatsen, zoals is aangegeven in het in Figuur 3 getoonde vervangingsschema. De waarde Cs van de condensator 25 wordt zo gekozen, dat voor een bepaalde frequentie f0 geldt: w§Lscs=1

Voor de frequentie f0 is de aan de ingangsklemmen 13 gemeten impedantie dan gelijk aan R als de transformator 15 een transformatieverhouding 1:1 heeft. Het verloop van de impedantie Z=l/Y als functie van de frequentie f is in Figuur 4 weergegeven. Uit deze Figuur blijkt, dat de impedantie een minimumwaarde R heeft bij de gekozen frequentie f0 en toeneemt voor hogere en lagere frequenties. Dit is ongewenst wanneer de schakeling ook bij relatief lage frequenties nog goed moet werken. In zulke omstandigheden is de beschreven oplossing, waarbij een condensator 25 in serie geschakeld wordt met de belasting 11, derhalve niet bruikbaar.

Figuur 5 toont een schema van een transformator 27 die de bovengenoemde bezwaren niet heeft. De transformator 27 bevat behalve een eerste wikkeling 29 en een tweede wikkeling 31 nog een derde wikkeling 33 die voorzien is van aansluitklemmen 35 die met elkaar verbonden zijn door middel van een condensator 37 welke, zoals is aangegeven, bij voorkeur instelbaar is. De drie wikkelingen 29, 31 en 33 zijn zo vast mogelijk met elkaar gekoppeld, zodat de spreidingszelfinductie zo klein mogelijk is. Doordat de condensator 37 aan de derde wikkeling 33 aangesloten is, staat hij bij lage frequenties niet in serie met de belasting 11, zodat de aan de ingangsklemmen 13 gemeten impedantie bij lage frequenties niet toeneemt. Bij hoge frequenties daarentegen kunnen de condensator 37, de belasting 11 en de spreidingszelfinductie 23 geacht worden in serie geschakeld te zijn, zodat voor de door het instellen van de waarde van de condensator gekozen frequentie de aan de ingangsklemmen gemeten impedantie gelijk is aan R (mits de transformatieverhouding gelijk is aan 1:1). Dank zij de sterke koppeling tussen de drie wikkelingen is de waarde van de spreidingszelfinductie Ls zeer laag, zodat ook de kringkwaliteit gjoL/R zeer laag is. Daardoor werkt de door de condensator 37 teweeggebrachte compensatie van de spreidingszelfinductie over een betrekkelijk groot frequentiegebied.

Figuur 6 toont een voorbeeld van een schakeling waarin twee transformatoren zijn toegepast, waarvan de spreidingszelfinductie op de aan de hand van Figuur 5 beschreven wijze is gecompenseerd. De schakeling bevat een module 39 voor een centraal antennesysteem dat via een ingangstransformator 41 en via een uitgangstransformator 43 aan het systeem is gekoppeld. De belasting 11 geeft het uitgaande kabelsysteem weer. Het inkomende antennesysteem is weergegeven als een spanningsbron 45 met een inwendige impedantie 47. De ingangstransformator 41 bevat een primaire wikkeling 49, een secundaire wikkeling 51 en een compensatiewikkeling 53, waaraan een instelbare condensator 55 is aangesloten. De transformatieverhouding is ongelijk aan 1 (bijvoorbeeld 6:5) en ter verlaging van de spreidingszelfinductie is de secundaire wikkeling uit twee draadvormige geleiders opgebouwd op de wijze die is beschreven in de oudere Nederlandse Octrooiaanvrage 90 02 005 (PHN 13.437). De compensatiewikkeling 53 bevat evenveel windingen als de primaire wikkeling 49. De geleiders, waaruit de wikkelingen gevormd zijn, zijn over een zo groot mogelijk gedeelte van hun lengte getwist om de koppeling tussen de wikkelingen zo groot mogelijk te maken. De uitgangstransformator 43 bevat een primaire wikkeling 57, een secundaire wikkeling 59 en een compensatiewikkeling 61, waaraan een instelbare condensator 63 is aangesloten. De secundaire wikkeling 59 en de compensatiewikkeling 61 bevatten evenveel windingen en de primaire wikkeling 57 bestaat uit twee in serie geschakelde deelwikkelingen met een middenaftakking 65, waaraan een gelijkspanning kan worden toegevoerd voor het voeden van het module 39.

De constructie van de uitgangstransformator 43 is te zien in Figuur 7. De uitgangstransformator 43 bevat een ringvormige kern 7 van feniet, waarop vier, zoveel mogelijk getwiste draadvormige geleiders 69, 71, 73, en 75 zijn gewikkeld. De geleiders 69 en 71 vormen de primaire wikkeling 57, de geleider 73 vormt de secundaire wikkeling 59 en de geleider 75 vormt de compensatiewikkeling 61. De vrije uiteinden van de geleiders 69-75 zijn van hun isolatie ontdaan en vertind.

Claims

1. Transformator bevattende een kern (7) van zachtmagnetisch materiaal met een eerste (29) en een daarmee gekoppelde tweede wikkeling (31), elk bestaande uit ten minste één draadvormige geleider, met het kenmerk, dat een derde, met de eerste (29) en de tweede wikkeling (31) gekoppelde wikkeling (33) aanwezig is, die voorzien is van aansluitingen (35) die met elkaar verbonden zijn door middel van een condensator (37).

2. Transformator volgens Conclusie 1 met het kenmerk, dat de condensator (37) instelbaar is.

3. Transformator volgens Conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat het aantal windingen van de derde wikkeling (33) gelijk is aan dat van de tweede wikkeling (31).

4. Transformator volgens één van de voorgaande Conclusies met het kenmerk, dat de geleiders, die de eerste (29), tweede (31) en derde wikkeling (33) vormen, over tenminste een deel van hun lengte getwist zijn.