AT9106U1 - Versorgungsleitungs-filter - Google Patents

Abstract

Das Gebrauchsmuster bezieht sich auf elektrische Ausrüstungsteile, insbesondere Filter zur Dämpfung oder Ausschaltung von elektromagnetischen Hochfrequenzkomponenten in Wechselstromnetzen. Das bei Verwendung des Gebrauchsmusters zu erzielende technische Ergebnis besteht in einer signifikanten Senkung der Amplitude der elektromagnetischen Hochfrequenzkomponente der Spannung in einem Frequenzbereich von 1-100 kHz sowie in der Vereinfachung und Verringerung der Filterabmessungen. Das genannte technische Ergebnis wird mit einem einen Kondensator und einen Widerstand enthaltenden Versorgungsleitungs-Filter erzielt, bei dem ein induktionsfreier Dünnschichtkondensator verwendet wird, zu dem ein Widerstand parallel geschaltet ist. Im Filter werden hauptsächlich ein Kondensator mit einer Kapazität von 5-30 µF und ein Widerstand mit einem Ohmwert von 20-100 kO verwendet.

Description

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Das vorliegende Gebrauchsmuster bezieht sich auf elektrische Ausrüstungsteile, insbesondere Filter zur Unterdrückung oder Ausschaltung von elektromagnetischen Hochfrequenzkomponenten in Wechselstromkreisen. 5 Entstörfilter für Versorgungsleitungen sind an diskreten Elementen mit Kondensator und Spule bekannt (Technische Bedingungen MRTU 45-1110-67 (Russland)). Da diese Filter zur Unterdrückung von Störungen in Speisekreisen mit Spannungen von bis zu mehreren Hundert Volt bei einem Strom von bis zu mehreren Ampere bestimmt sind, haben die Kondensatoren und Spulen derartiger Filter große Abmessungen und sind hoch im Gewicht und im Preis. Die be-io rechnete Kapazität von Kondensatoren, die bei diesen Filtern verwendet werden, liegt bei 0,5-1,0 pF, was zu großen Filterleckströmen führt und den Ausgangsstrom bei der Zufuhr der Spannung des Speisenetzes zum Filter signifikant erhöht. Darüber hinaus bieten diese Filter hauptsächlich eine Abschwächung von Störeinflüssen bei Frequenzen von über 1 MHz, während die Leistungsfähigkeit der Filter in niedrigeren Frequenzbereichen, zwischen 1 und 15 100 kHz, unbedeutend ist.

Es sind Filter bekannt, bei denen die Spule und der Kondensator konstruktiv und elektrisch kombiniert sind, da die Spule aus einem Metallband hergestellt ist, das gleichzeitig auch einen der Beläge des Kondensators bildet. Beispielsweise besteht ein Entstörfilter (US-4 563 658, 20 Int. Kl. H 03 H 7/01, 1986) aus zwei Metallbändern und abwechselnden dielektrischen Abstandsstücken, die übereinander angeordnet und aufgerollt sind. Das eine Metallband ist an beiden Enden mit elektrischen Ausgängen versehen; es hat die Funktion der Spule und dient gleichzeitig als einer der Beläge des Kondensators. Das zweite Band dient als weiterer Belag, der als ferromagnetischer Kern für das erste Band zur Erhöhung der Induktivität fungiert. Die 25 berechnete Kapazität des Kondensators dieses Filters beträgt 0,01 pF. Eine derartige konstruktive Ausbildung des Filters reduziert Gewicht und Abmessungen des Filters signifikant bei einem hohen Wirkungsgrad bei hohen und sehr hohen Frequenzen, das Filter ist aber nicht so effizient in niedrigeren Frequenzbereichen. 30 Das Filter gemäß SU-Erfinderschein 1488918 (USSR, Int Kl. H 02 J 3/01, 1/02, 1989) ist der Prototyp des Gebrauchsmusters und enthält einen Reaktor (Spule), einen Kondensator und einen Widerstand, deren erste Ausgänge eine Sternschaltung bilden, wobei die zweiten Ausgänge des Kondensators und des Reaktors an den Stromkreis und den Transformator geschaltet sind, welcher Zwischenausgang an die Klemme des mit dem Reaktor verbundenen Netzes 35 geschaltet ist. Die Anwesenheit des Transformators in der Filterkonstruktion reduziert zwar die Energieverluste, erhöht aber auch die Abmessungen und das Gewicht des Filters. Ähnlich den zuvor erwähnten analogen Ausbildungen ist diese Konstruktion nicht effizient genug bei der Filterung in den Frequenzbereichen von 1-100 kHz. 40 Die Aufgabe des vorliegenden Gebrauchsmusters ist die Schaffung einer Vorrichtung, die eine Entfernung von elektromagnetischen Hochfrequenzkomponenten der Spannung in Wechselstromnetzen in einem Bereich von 1-100 kHz gestattet. Bekannte Filter eliminieren hauptsächlich Strom-Hochfrequenzkomponenten mit einer Frequenz von mehr als 1 MHz, die Störungen einbringen, welche den Betrieb von eingeschalteten Geräten wie Radio- und TV-Geräten sowie 45 Computern verkomplizieren, sie beeinflussen aber kaum Störungen im Niederfrequenzbereich. Dabei zeigen derzeit aber gerade elektromagnetische Schwingungen im Niederfrequenzbereich, die je nach Abstand von der Schwingungsquelle eine geringere Fähigkeit zur Abschwächung auh/veisen, mehr negative Auswirkungen auf den menschlichen Organismus, und die Ausschaltung einer derartigen elektromagnetischen Verschmutzung trägt zur Ausbildung einer so für das menschliche Leben vorteilhaften Umwelt bei.

Das bei Verwendung des Gebrauchsmusters erzielte technische Ergebnis besteht in einer signifikanten Senkung der Amplitude der elektromagnetischen Hochfrequenzkomponente der Spannung im Frequenzbereich von 1-100 kHz sowie in der Vereinfachung und Verringerung der 55 Filterabmessungen. 3 AT 009 106 U1

Das genannte technische Ergebnis soll mit einem einen Kondensator und einen Widerstand enthaltenden Versorgungsleitungs-Filter erzielt werden, bei dem ein induktionsfreier Dünnschichtkondensator verwendet wird, zu dem der Widerstand parallel geschaltet ist. Im Filter werden hauptsächlich ein Kondensator mit einer Kapazität von 5-30 pF und ein Widerstand mit 5 einem Ohmwert von 20-100 kQ verwendet.

Durch die Verwendung eines induktionsfreien Dünnschichtkondensators im Filter wird die Möglichkeit des Auftretens einer Resonanz im Stromkreis unterbunden, die zu einer Verzerrung der Form des Versorgungssignals führen kann. Darüber hinaus zeichnen sich derartige Kondensa-io toren durch stabile Charakteristika, Haltbarkeit und kleine Abmessungen aus, was die Verlässlichkeit der Filterfunktion erhöht. Eine Beschreibung derartiger Kondensatoren ist im Standard Handbook for Electrical Engineers, Donald G. Fink, H. Wayne Peaty -: McGraw-Hill, 14. Ausgabe, 1999, S. 2200 zu finden. Solche Kondensatoren wurden früher beispielsweise bei Operationsverstärkern verwendet (Integrated Circuits and their Foreign Analogues: Reference Book. 15 Band 2, A.V. Nefedov - Μ.: IP RadioSoft, 1999, S. 640), es gibt jedoch keine Angaben über die Verwendung derselben in Stromzuleitungsfiltern.

Der Nebenschluss-Widerstand ist zu einem Kondensator parallel geschaltet, der zur stärkeren Abschwächung von Niederfrequenzschwingungen im Stromkreis dient, da der Widerstand 20 zusammen mit dem Kondensator einen RC-Schwingkreis mit einem kleinen Q-Faktor bildet, d.h. er besitzt die Fähigkeit, Schwingungen ziemlich rasch zu absorbieren. Der Einsatz eines Kondensators mit einer Kapazität von 5-30 pF und eines Widerstands mit einem Ohmwert von 20-100 gestattet eine effizientere Eliminierung von elektromagnetischen Schwingungen mit einer Frequenz von 1-100 kHz im Wechselstromnetz, wie durch Tests nachgewiesen wurde. 25

Das Schema des Filters ist in Fig. 1 gezeigt.

Das Filter enthält einen Kondensator 1 und einen Widerstand 2, die parallel geschaltet sind, sowie Anschlüsse 3 zur Inkorporation in das Wechselstromnetz. Das Filter ist konstruktiv in 30 Form eines hohlen Gehäuses ausgebildet, in dem der Kondensator und der Widerstand angeordnet sind, versehen mit Ausgängen zur Verbindung mit dem Wechselstromnetz.

Die elektromagnetische Hochfrequenzkomponente der Spannung wird an das Hauptsignal in den Wechselstromnetzen mit einer Spannung von 127-220 V und einer Frequenz von 50-60 Hz 35 angelegt. Sie wird durch elektrische Geräte wie PCs, Kopiermaschinen, Drucker, Faxgeräte, Radio- und TV-Geräte erzeugt. Diese Hochfrequenzkomponente ist die Quelle von elektromagnetischen Schwingungen, die zusammen mit der Bildung von Störeinflüssen auf den Gerätebetrieb zur Bildung eines elektromagnetischen Felds führen, das sich negativ auf den menschlichen Organismus auswirkt. Elektromagnetische Schwingungen im ultrahohen Frequenzbereich 40 (über 1 MHz) schwächen sich mit der Entfernung schneller ab, daher sind Schwingungen im Bereich von 1-100 KHz für den Mensch gefährlicher, da sie bei zunehmender‘Entfernung von der Schwingungsquelle weniger stark abgeschwächt werden.

Bei Anschluss des aus dem Kondensator 1 und dem Widerstand 2 in Parallelschaltung beste-45 henden Filters an das Netz werden die Spannung der Referenzfrequenz und die Hochfrequenzkomponente der Spannung an den Belag des Kondensators 1 angelegt. Der Widerstand des Kondensators variiert für die Signale mit unterschiedlicher Frequenz und kann wie folgt dargestellt werden: so R = 1 / (2ttTC), worin f und C die Signalfrequenz bzw. die Kondensatorkapazität sind.

Der Filterwiderstand ist ziemlich hoch für den Hauptnetzstrom (127-220 V, 50430 Hz), und der 55 Widerstand ist klein für die elektromagnetische Hochfrequenzkomponente, was zu einem

Claims (1)

1. 4 AT 009 106 U1 Beinahe-Kurzschluss der Hochfrequenzkomponente am Kondensator und zu ihrer Eliminierung aus dem Wechselstromnetz führt. Der Widerstand 2 bildet zusammen mit dem Kondensator 1 den RC-Schwingkreis, wobei die Dauer des Übergangsprozesses der Schwingungsdämpfung vom Ohmwert des Widerstands 2 abhängt. Mittels Tests wurde festgestellt, dass es zweckmä-5 ßig ist, einen Kondensator mit einer Kapazität von 5-30 pF und einen Widerstand von 20-100 kü für die wirkungsvollste Eliminierung der Hochfrequenzkomponente der Spannung im Bereich von 1-100 kHz aus dem Wechselstrom zu verwenden. Als Beispiel folgen Angaben zur Amplitude und Frequenz der Hochfrequenzkomponente im io Wechselstromnetz bei einer Spannung von 220 V und einer Frequenz von 50 Hz ohne Verwendung des Filters und nach Anschluss desselben an das Netz (wobei das Filter einen induktionsfreien Dünnschichtkondensator mit einer Kapazität von 10 pF und einen Widerstand mit einem Ohmwert von 50 kü enthielt). 15 Tabelle: Ergebnisse bei Benützung des Filters im Wechselstromnetz 20 25 30 35 40 Signalfrequenz, kHz Signalamplitude ohne Verwendung des Filters, V Signalamplitude mit Verwendung des Filters, V 0,9 3,0 1,0 1,2 3,0 1,0 1,4 3,7 1,3 1,8 2,4 1,0 2,2 2,0 0,4 2,9 3,5 1,1 3,1 2,2 1,2 3,6 2,9 1,8 4,2 2,8 1,3 4,5 2,8 1,0 5,5 5,8 1,5 7 5,8 0,2 10 5,8 0,0 12,5 5,0 o.o 16,7 6,7 0,0 25 6,3 0,0 50 3,2 0,0 100 3,0 0,0 45 Die Messergebnisse zeigen, dass die Dämpfung von elektromagnetischen Hochfrequenzkomponenten im Frequenzbereich von 1-5 kHz um 30-50 % erfolgt und eine nahezu vollständige Dämpfung von elektromagnetischen Hochfrequenzkomponenten der Spannung bei Frequenzen höher als 7 kHz stattfindet. 50 Ansprüche: 1. Filterklemmen (3) zum Anschluss an eine Versorgungsleitung, mit einem Widerstand (2) und mit einem Kondensator (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) ein in-55 duktionsfreier Dünnschichtkonderrsator ist, der mit dem Widerstand (2) eine Parallelschal- 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 009 106 U1 tung bildet, die an die Klemmen (3) angeschlossen ist. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (1) eine Kapazität von 5-30 pF aufweist und der Ohmwert des Widerstands (2) 20-100 kQ beträgt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 55