DE1291413B

DE1291413B - Transformator

Info

Publication number: DE1291413B
Application number: DEH50620A
Authority: DE
Inventors: Inose Fumiyuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1962-11-01
Filing date: 1963-10-23
Publication date: 1969-03-27
Also published as: US3286153A; JPS4920891B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator mit einem eine Primärwicklung sowie eine abgeschirmte Sekundärwicklung tragenden Ringkern für Wechselrichteranordnungen.
Bei Wechselrichteranordnungen zur Umformung eines niederpegeligen Gleichspannungs- bzw. Gleichstromsignales in eine Wechselspannung mit proportionaler Amplitude kommt es beim Vorhandensein einer Streukopplung bekanntlich zur Erzeugung einer Induktionsspannung, deren Frequenz der Erregerfrequenz der Wechselrichteranordnung entspricht. Diese Induktionsspannung ist neben der gewünschten Wechselspannung äußerst unerwünscht; es müssen daher Vorkehrungen gegen ihr Entstehen getroffen werden.
Bei mechanischen Wechselrichteranordnungen bereitet dies keine Schwierigkeiten, da sich ohne weiteres eine elektrische und räumliche Trennung der verschiedenen Stromkreise mit Hilfe üblicher Abschirmmittel erzielen läßt. Bei elektronischen Wechselrichteranordnungen, wie beispielsweise Transistorzerhackern, Diodenzerhackern, Feldeffekt-Transistorzerhackern, Diodenzerhackern mit veränderlicher Kapazität oder magnetischen Modulatoren, ist dagegen eine solche Trennung wegen der starken elektrischen oder magnetischen Kopplung der verschiedenen Kreise nicht mehr möglich, so daß sich die störende Induktionsspannung durch die üblichen Abschirmmittel nicht unterdrücken läßt.
Für diesen Zweck ungeeignet sind auch die bei Transformatoren mit getrennten Wicklungen oder bei Einzelspulen bekannten Abschirmmethoden, nach - denen man eine Transformatorwicklung mit einem geerdeten Schirm umgibt und damit gegen die zweite Wicklung abschirmt oder den eine der Wicklungen aufnehmenden Spulenkörper mit einem leitenden und geerdeten Belag versieht oder schließlich eine einzelne Spule in einen geerdeten Metallzylinder und Metalltopf einsetzt. Alle diese Abschirmmethoden können nämlich dann, wenn noch eine Kopplung der abgeschirmten Spule bzw. Wicklung mit einer zweiten Spule oder Wicklung in bestimmten Frequenzbereichen erhalten bleiben muß, wie dies bei einem Transformator der Fall ist, nur die Ausschaltung von störenden Einflüssen mit wesentlich höheren Frequenzen bewirken, nicht aber das Auftreten von Induktionsspannungen mit der Frequenz der zu verkoppelnden Signale verhindern.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Transformator der eingangs erwähnten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß auch bei kleinsten räumlichen Abmessungen und starker gegenseitiger Verkopplung der einzelnen Kreise bzw. Wicklungen keine unerwünschte Induktionsspannung mit einer der Erregerfrequenz der Wechselrichteranordnung entsprechenden Frequenz auf der Sekundärseite auftreten kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sekundärwicklung aus einem abgeschirmten Drahtleiter gewickelt ist, auf dessen Schirmmantel ein Anschluß für ein definiertes Potential vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht dabei darin, daß die Primär- und Sekundärwicklungen je eine Mittelanzapfung aufweisen und daß der Anschluß am Abschirmmantel für ein definiertes Potential (Erdpotential) in Wicklungsmitte der Sekundärwicklung erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Transformator wird also .von .abgeschirmten Drahtleitern_ Gebrauch gemacht, wie sie bisher für den Aufbau von gegen äußere Einflüsse besonders empfindlichen und daher im besonderen Maße zu schützenden Leitungen sowie zum Aufbau von Drosseln für Entstörungszwecke benutzt worden sind; diese Leiter werden jedoch beim Erfindungsgegenstand zu einem ganz anderen Zwecke verwendet, bei dem beispielsweise auch eine bei Drosselspulen für Entstörzwecke funktionswesentliche und deshalb angestrebte hohe Kapazität zwischen Kern und Mantel der einzigen vorhandenen Wicklung bedeutungslos ist. Bei der Erfindung dienen die abgeschirmten Drahtleiter allein dem Zweck, eine spezifische Abschirmwirkung zwischen zwei Wicklungen zu erreichen, die induktiv miteinander gekoppelt bleiben müssen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Transformator näher beschrieben werden. Dabei zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Transformators, F i g. 2 ein Ersatzschaltbild für einen solchen Transformator und F i g. 3 ein Schaltbild für den Erregerkreis einer Wechselrichteranordnung unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Transformators.
Bei dem in F i g. 1 veranschaulichten Transformator ist die Primärwicklung 4 aus einem üblichen isolierten Draht hergestellt, während die Sekundärwicklung 6 aus einem abgeschirmten Drahtleiter gewickelt ist, dessen Schirmmantel über einen Anschluß 5 auf Erdpotential gelegt ist.
Die Wirkungsweise eines derart aufgebauten Transformators ergibt sich aus dem Ersatzschaltbild in F i g. 2. In dieser Figur ist mit ei die Spannung auf der Primärseite des Transformators bezeichnet; gleichzeitig wird angenommen, -daß die Primärwicklung über Streukapazitäten C1 und C2 geerdet ist. In dem Abschirmmantel des die Sekundärwicklung bildenden abgeschirmten Drahtleiters wird eine Spannung e2 induziert. Der Abschirmmantel dieses Drahtleiters ist mit dem Primärkreis über die Streukapazitäten C3 und C4 gekoppelt. Weiter ist der Schirmmantel des sekundärseitigen Drahtleiters an einem Punkt, beispielsweise an einem Ende, direkt geerdet. In dem Drahtleiter selbst wird eine Sekundärspannung e3 induziert. Zwar gibt es Streukapazitäten C5 und C., die zwischen dem sekundärseitigen Drahtleiter und seinem Schirmmantel wirksam werden, jedoch besteht keine direkte Kopplung zwischen der Primärseite und dem abgeschirmten sekundärseitigen Drahtleiter. Die Spannungen e2 und e3 entsprechen einander in. Amplitude und Polarität. Zwischen den Spannungen e,_ und e2 besteht dagegen keine derartige Beziehung.
In der in F i g. 2 durch die Spannungen e, und e2 sowie die Streukapazitäten C3 und C4 gebildeten Masche fließt dementsprechend ein Strom i,, wodurch an der Streukapazität C4 ein Spannungsabfall auftritt. Die Primärseite des Transformators liegt daher auf einem oberhalb des Erdpotentials liegenden Potential. Andererseits gibt es in der die Spannungen e2 und e3 sowie die Streukapazitäten C5 und C8 enthaltenden Masche infolge der Gleichheit der Spannungen e2 und e3 in Amplitude und Polarität keine wirksame elektromotorische Kraft; dementsprechend fließt in dieser Masche auch kein Strom. Daher gibt es auch keinen Spannungsabfall an der Streukapazität C,;; demzufolge liegt die Ausgangsklemme auf Erdpotential. In der sekundärseitigen Ausgangsspannung gibt es also keine auf eine unerwünschte Induktionsspannung zurückgehende Komponente.
F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Erregerkreis einer Wechselrichteranordnungmiteinem erfindungsgemäßen Transformator. Dieser enthält einen mit Wicklungen versehenen Eisenkern, der zur Erzeugung eines rechteckförmigen Erregersignals von etwa 1 kHz im Primärkreis 7 dient. Zwei abgeschirmte Drahtleiter sind zu je 15 Windungen in einer einzigen Lage als Sekundärwicklung auf den Eisenkern gewickelt und an einem herausgeführten Punkt miteinander verbunden, so daß sie eine mit einem Mittenabgriff versehene Sekundärwicklung bilden. Die Schirmmäntel der Drahtleiter sind an diesem Mittelabgriff geerdet. Die abgeschirmten Drahtleiter können beispielsweise einen Außendurchmesser von 1,8 mm aufweisen. Man erhält zwischen den Klemmen 1 und 2 sowie 2 und 3 rechteckförmige Spannungen von 6 Volt (Scheitelwert). Wenn die Schirmmäntel nicht geerdet sind, so tritt durch die Potentialdifferenz zwischen dem Mittenabgriff 2 und Erde eine unerwünschte Induktionsspannung von etwa 1 Volt auf, die schlagartig bis auf wenige Millivolt abfällt, wenn die Schirmmäntel geerdet werden.
Der erfindungsgemäße Transformator ist insbesondere für die Erregung elektronischer Wechselrichter mittels magnetischer Multivibratoren, vor allem solcher mit ringförmigen Kernen, geeignet. Bei derartigen magnetischen Multivibratoren mit ringförmigen Kernen erhält man eine so große Sekundärspannung pro Windung, daß meist eine kleine Gesamtzahl von Windungen genügt. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht somit darin, daß man ein kleines und leichtes Erregersystem mit einem üblichen abgeschirmten Drahtleiter, dessen Außendurchmesser beispielsweise in der Größenordnung von 1,8 mm liegt, schaffen kann. Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird auf einfache Weise die unerwünschte Induktionsspannung beseitigt; sie ist daher den bekannten Abschirmsystemen wesentlich überlegen.

Claims

Patentansprüche: 1. Transformator mit einem eine Primärwicklung sowie eine abgeschirmte Sekundärwicklung tragenden Ringkern für Wechselrichteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung aus einem abgeschirmten Drahtleiter gewickelt ist, auf dessen Schirmmantel ein Anschluß für ein definiertes Potential vorgesehen ist.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärwicklungen je eine Mittelanzpfung aufweisen und daß der Anschluß am Schirmmantel für ein definiertes Potential (Erdpotential) in Wicklungsmitte der Sekundärwicklung erfolgt.