DE1951037A1 - Traegerfrequenzsperre - Google Patents

Description

Trägerfrequenzsperre

Die Erfindung bezieht sich auf Tragerfrequenzsperren. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit Trägerfrequenzsperren, die als ein Bauteil für eine Trägerfrequenzübertragung über Starkstromleitungen in solche Leitungen in Serie eingesetzt werden können.

Eine Trägerfrequenzsperre wird im allgemeinen im Freien angeordnet. Deshalb muss eine solche Sperre unter anderem folgenden .Anforderungen genügen: hohe dielektrische Durchschlagfestigkeit, um einer Erhöhung der Temperatur zufolge eines Stromes einer technischen Frequenz von hohem Wert und von Blitzen Rechnung zu tragen, hohe Impedanz sowie hohe Güte mit Bezug auf einen Hochfrequenzträgerstrom und lange Lebensdauer ohne Wartung.

Trägerfrequenzsperren, die bei Strömen von hohem Wert gebraucht werden können, waren in der vergangenen Zeit infolge des Anwachsens der Übertragungskapazität sehr gesucht. Wenn Trägerfrequenzsperren üblicher Bauart Strömen von hohem Wert ohne ein Umbauen angepasst wurden, so wurde natürlich die Gesamtabmessung der Trägerfrequenzsperren vermehrt.

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BAD ORIGINAL

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Trägerfrequenzsperre zu schaffen, die einen geringen Wechselstromverlust hat, die eine sehr gute Wärmestreuung bzw. -ableitung und eine hohe Induktivität aufweist, deren verwendete Spule eine hohe Güte hat, und die eine sehr geringe Gesamtabmessung sowie ein sehr leichtes Gewicht aufgrund geringen unwirksamen Raumes erhalten kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trägerfrequenzsperre zu schaffen, die es erlaubt, die Sperre irgendeiner Bedingung wunschgemäss anzupassen, indem eine Mehrzahl von Spuleneinheiten in Kombination verwendet werden, die in Reihe oder im Nebenschluss zueinander geschaltet sind.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäss eine Trägerfrequenzsperre vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch wenigstens eine durch Wickeln eines Streifens eines elektrisch leitfähigen Werkstoffs von grosser Breite und geringer Stärke mit einem kleinen Raum zwischen den Windungen erhaltene Spule, wobei die Windungen des Streifens aus elektrisch leitfähigem Werkstoff durch einen Tragrahmen und einen Abstandshalter aus einem Isolierstoff an ihrem Platz gehalten sind, durch ein Paar von austretenden, am Tragrahmen befestigten Anschlüssen, die jeweils mit einem der Enden der Spule verbunden sind, durch Abstimmeinrichtungen und durch einen Ableiter, wobei die Äbstimmeinrichtungen und der Ableiter mit der Spule im Nebenschluss geschaltet sind.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

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Pig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäss ausgebildeten Trägerfrequenz sperre mit zwei Spulen.

Fig· 2 ist ein Längsschnitt durch die Sperre nach der Linie 2 - 2 in der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen vergrösserten Teilschnitt durch wesentliche Teile der Sperre.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Güte/Frequenz-Kurve der erfindungsgemäss ausgebildeten Trägerfrequenzsperre.

Die Trägerfrequenzsperre hat zwei flache, scheibenförmige Spulen 2 und 2^f, welche übereinander angeordnet sind_t Jede Spule besteht aus einer Wicklung eines Kupfer- oder Aluminiumstreifens 1, wobei zwischen den Windungen ein geringer Zwischenraum vorhanden ist. Jede Spule ist mit einer mittragen, axialen· öffnung versehen.

Die obere und die-untere scheibenförmige Spule 2 bzw, 2' sind mittels eines Tragrahmens 3 und eines Abstandshalters 4 an ihrem Platz gehalten. Die Aussenenden der Spulen 2, 2* sind miteinander durch eine Metallplatte 5 verbunden. Am oberen und unteren Ende des Tragrahmens 3 sind elektrisch leitende Bügel 6 und 7 befestigt, die an ihren inneren Enden mit den Innenwänden der Spulen 2 bzw. 2¹ verbunden sind. Der obere elektrisch leitende Bügel 6 ist an seinem Mittelteil mit einem Stehbolzen 10 fest verbunden, der ein unteres Endteil hat, das sich durch ein im Mittelteil des unteren elektrisch leitenden Bügels 7 befestigtes Isolierrohr 11 erstreckt. Aufhängevorrichtungen 12 und 13 sind jeweils an den gegenüberliegenden Enden des Stehbolzens 10 befestigt. An der Aussenseite des Mittelteils der elektrisch leitenden Bügel 6 bzw. 7 sind Sperrenanschlüsse 8 und 9 für eine hori-

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zontale Schwingbewegung angebracht. Mit dem Stehbolzen 10 sind Abstimmeintfichtiingen 14- und, ein Ableiter 15 verbunden, wobei die Anschlüsse der Abstimmeinrichtungen und des Ableiters im Nebenschluss «zu den Spulen liegen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Trägerfrequenzsperre gemäss der Erfindung wenigstens eine Spule enthält, bei der ein in Windungen gewickelter Metallstreifen von geringer Stärke und grosser Breite als Leiter verwendet wird. Diese Anordnung bringt gegenüber bekannten Trägerfrequenzsperren, bei denen zur Bildung einer Spule ein Draht von rundem oder viereckigem Querschnitt oder Litze verwendet werden, viele Vorteile. Da die Spule der erfindungsgemässen Sperre einen grösseren Oberflächenbereich als die Spulen üblicher Trägerfrequenzsperren hat, kann die erfindungsgemässe Sperre gegenüber den bekannten Hitze sehr viel schneller ableiten. Da ferner die Oberflächen des die Spule bildenden Streifens vertikal angeordnet sind, strömt darüber hinaus Luft gleichmässig und glatt in Konvektion damit, so dass die in der Spule erzeugte Hitze wirksam abgeführt werden kann. Die Oberflächen der Windungen sind parallel zur Vertikalachse der Spule angeordnet, so dass der in der Spule hervorgerufene Kraftflues parallel zu den Windungsoberflächen ist. Diese Anordnung verhindert, dass der Kraftfluss die Windungsoberflächen schneidet und damit wird die Erzeugung eines Wirbelstromes vermindert. Die Tatsache, dass der zur Herstellung der Spule verwendete Metallstreifen eine geringe Stärke hat, ist für einen verminderten Skin-Effekt förderlich. Der Verlust besteht meistenteils aus einem Gleichstrom- und einem Wechselstromverlust infolge des Eigenkapazitatseffekts.

Es wurden mit der erfindungsgemäss ausgebildeten. Trägerfrequenzsperre Versuche durchgeführt, wobei Metallstreifen von unterschiedlichen Abmessungen verwendet wurden. Die Versuchsergebnisse sind folgende:

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Beispiel 1

■ Es wurde ein Aluminiumstreifen von 100 mm Breite und 1,5 mm Stärke mit einer Leitfähigkeit von 61 % zur Herstellung einer Spule mit einer Induktanz von etwa 100 ii verwendet. Die an einer mit einer solchen Spule ausgestatteten Trägerfrequenzsperre durchgeführten Versuche zeigen als Ergebnis, dass die Temperaturverteilung an der Oberfläche einer jeden Windung über deren Breite gut ist mit einem Temperaturdifferential von kleiner als 10 %.

Beispiel 2

Es wurde ein Aluminiumstreifen von 100 mm Breite und 1,5 mm Stärke mit einer Leitfähigkeit von 61 % zur Herstellung von zwei Spulen mit 17 Windungen verwendet. Die beiden Spulen wurden zueinander in Reihe geschaltet, um eine Trägerfrequenzsperre von .- Gewicht mit einer Induktanz von 300 υίϊ und einer Strombelastbarkeit von 600 A zu bilden. Die Ergebnisse der an dieser Sperre durchgeführten Versuche zeigen, dass eine Temperaturerhöhung von 80°0 auftritt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Trägerfrequenzsperre liegt in der Tatsache, dass, da der Leiter im Gegensatz zum Leiter bekannter Sperren, die in der gleichen Weise wie Magnetspulen gewickelt sind, in Windungen ligt, ein unwirksamer Raum in der Sperre vermindert ist, was eine hohe Induktanz bei kleinem Volumen für die Sperre zum Ergebnis hat.

Die Güte Q einer Spule wird im allgemeinen durch die Formel _{ω L} ausgedrückt, worin u> * 2 7T f ist, R

einen Verlust der Spule in der Trägerfrequenz und L eine Induktanz bedeutet. Ist die durch die obige Formel

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ausgedrückte Güte Q niedrig, so ist es nicht möglich., eine hohe Impedanz zu schaffen, wenn eine solche Spule mit einem Kondensator für Parallelresonanz verbunden ist. Deshalb wird die Güte von Spulen im allgemeinen mit einer Höhe von nicht weniger als 30 mit Bezug auf die verwendete Trägerfrequenz gewählt. Die erfindungsgemässe Spule hat, wie vorher erwähnt, einen geringen WechselStromverlust. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Güte Q nicht kleiner als 50 bei einer Trägerfrequenz von 50 bis 500 kHz ist, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, eine Trägerfrequenzsperre von gewünschter Induktanz oder Strombelastbarkeit zu schaffen, indem mehr als zwei Spulen übereinanderliegend verwendet werden, die in Reihe oder im Nebenschluss zueinander geschaltet sind. Die Tatsache, dass die Spule eine geringe Grosse hat, erlaubt es, einen kleinen Tragrahmen zu verwenden und eine !--leine Gesamtabmessung sowie ein geringes Gewicht für eine Sperre zu erhalten. Das erlaubt es ebenfalls, eine Sperre von grosser Kapazität für ein gegebenes Volumen zu erhalten. Die Maximuminduktanz und Strombelastbarkeit von bekannten Trägerfrequenz sperren sind JOO ii H und 4000 A. Durch die Erfindung kann eine Sperre mit einer Maximumin duktanz von 100 uH und einer Maximumstrombelastbarkeit von 12000 Δ geschaffen werden.

Patentansprüche:

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Claims (3)

Pat entanspruche

1.j Trägerfrequenz sperre, gekennzeichnet durch eine aus einem ^— Streifen (1) von elektrisch, leitendem Werkstoff mit grosser Breite und geringer Stärke in Windungen mit einem geringen Zwischenraum zwischen diesen gewickelten Spule (2), durch, einen aus Isolierstoff bestehenden, die Windungen des Streifens (i) aus elektrisch, leitendem Werkstoff tragenden und an ihrem Platz haltenden Tragrahmen (3)* durch einen die Abstände zwischen den Windungen des Streifens festlegenden Abstandshalter (4-), durch, ein Paar von mit je einem Ende der Spule (2) verbundene Sperreanschlüsse und durch Abstimmeinrichtungen (14) sowie einen Ableiter (15)$ die im Nebenschluss zu der Spule geschaltet sind.

2· Trägerfrequenzsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei übereinander liegende und in Reihe oder im Nebenschluss zueinander geschaltete Spulen (2, 2') vorgesehen sind.

3. Trägerfrequenzsperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule flach und scheibenförmig ist.

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