DE19843465A1

DE19843465A1 - Stromkompensierte Funkentstördrossel

Info

Publication number: DE19843465A1
Application number: DE1998143465
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Poess; Franz Wagner; Patricia Hebisch
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2018-09-23
Also published as: DE19843465B4

Abstract

Eine Funkentstördrossel (1) weist einen Ringkern (2) aus einem weichmagnetischen Material auf, auf den Phasenwicklungen (3) sowie eine von einer Symmetrieschaltung (5) abgeschlossene Symmetriewicklung (4) aufgewickelt sind. Der von asymmetrischen Störströmen in den Phasenwicklungen erzeugte magnetische Fluß induziert in der Symmetriewicklung (4) einen über die Symmetrieschaltung (5) fließenden Gegenstrom, der seinerseits im Ringkern (2) einen kompensierenden Magnetfluß erzeugt. Dadurch wird scheinbar die Permeabilität des Ringkerns (2) gesenkt und die Sättigungsinduktion erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Stör spannungen mit einem in wenigstens eine Drosselwicklung ein greifenden Drosselkern.

Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Als Funkent stördrosseln sollen sie beispielsweise hochfrequente Stör spannungen dämpfen, welche auf Netzleitungen entstehen. Zu diesem Zweck werden für die Drosselkerne üblicherweise weichmagnetische Materialien verwendet, um auf diese Weise die Induktivität der Funkentstördrossel zu erhöhen. Für eine ausreichende Dämpfung der Störspannungen kommt es jedoch dar auf an, daß weder die durch die Funkentstördrossel fließenden Nennströme noch die von den Störspannungen herrührenden Stör ströme das magnetische Material des Drosselkerns in die Sät tigung treiben. Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise Frequenzumrichtern, sind die über die Drosselspule fließenden Ströme jedoch so groß, daß der Drosselkern auch bei der Ver wendung hochpermeablen Materials in Sättigung gehen kann. Um den Drosselkern in die Sättigung zu treiben, reichen typi scherweise bereits Ströme im Bereich von 1% des Nennstroms aus.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Drosseln von Stör spannungen mit einer hohen Festigkeit gegenüber großen Stör strömen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drosselkern weiterhin in eine mit einer Impedanz abgeschlos senen Symmetrierwicklung eingreift.

Wenn die durch die Drosselspulen fließenden Ströme im Dros selkern ein Magnetfeld erzeugen, wird in der Symmetrierwick lung ein über die Impedanz fließender Gegenstrom induziert. Dieser Gegenstrom erzeugt im Drosselkern ein entgegengesetzt wirkendes Magnetfeld, das je nach dem Wert der die Symme trierwicklung abschließenden Impedanz das erregende Magnet feld kompensiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Aus steuerung der Magnetfeldstärke im Drosselkern sehr klein zu halten. Allerdings ist in diesem Fall die Dämpfungswirkung ebenfalls schwach. Die mit einer Impedanz abgeschlossene Sym metrierwicklung bewirkt somit insgesamt eine scheinbare Sen kung der Permabilität und eine scheinbare Erhöhung der Sätti gungsinduktion. Zwar verschlechtert sich dadurch auch die Dämpfungswirkung im gesamten Frequenzbereich, da aber das Dämpfungs- und Sättigungsverhalten der Vorrichtung gemäß der Erfindung von der die Symmetrierwicklung abschließenden Impe danz abhängt, kann diese Impedanz so gewählt werden, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem vorgegebenen Fre quenzbereich den dort gestellten Anforderungen an das Sätti gungs- und Dämpfungsverhalten genügt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer stromkompensier ten Funkentstördrossel für drei Phasen;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem für die Symmetrier schaltung ein Widerstand, ein Kondensator sowie eine Neben spule in Reihe geschaltet sind;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Symmetrierschaltung, bei der zwei in Gegenrichtung gepolte Zenerdioden und ein ohm scher Widerstand in Reihe geschaltet sind; und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine aktive Symmetrier schaltung.

Die in Fig. 1 dargestellte stromkompensierte Funkentstör drossel 1 weist einen Ringkern 2 aus einem weichmagnetischen Werkstoff auf, auf den jeweils drei Phasenspulen 3 aufgewickelt sind. Der Ringkern 2 greift weiterhin in eine Symme trierwicklung 4 ein, die mit einer Symmetrierschaltung 5 ab geschlossen ist.

Wenn die Phasenwicklungen 3 von den um 120° in der Phase ver setzten Nennströmen durchflossen werden, kompensiert sich das Magnetfeld im Ringkern 2 nahezu auf den Wert Null.

Falls jedoch durch die Phasenwicklungen 3 durch Störspannun gen erzeugte Störströme fließen, ergibt sich im Ringkern 2 ein magnetischer Fluß, der in der Symmetrierwicklung 4 einen Gegenstrom induziert. Der Gegenstrom kann über die eine ge eignete Impedanz aufweisende Symmetrierschaltung 5 fließen und erzeugt dadurch im Ringkern 2 einen dem von den Phasen wicklungen 3 erzeugten Magnetfluß entgegengesetzten magneti schen Fluß. Durch eine niedrige Impedanz der Symmetrierschal tung 5 kann der von den Phasenwicklungen 3 erzeugte magneti sche Fluß im Ringkern 2 nahezu auf Null kompensiert werden. Die effektive magnetische Aussteuerung des Ringkerns 2 ist folglich nur klein. Insofern wird die Permeabilität des Kern kerns 2 scheinbar gesenkt und die Sättigungsmagnetfeldstärke des Ringkerns 2 scheinbar erhöht.

Wenn für den Ringkern 2 ein magnetisches Material mit sehr hoher Permeabilität gewählt wird, erhält man dadurch eine Funkentstördrossel mit ausreichend guter Dämpfung und hoher Festigkeit gegenüber asymmetrischen Störströmen.

Darüber hinaus ist es möglich, die Frequenzabhängigkeit des Dämpfungs- und Sättigungsverhaltens der Funkentstördrossel 1 durch die Frequenzabhängigkeit der Symmetrierschaltung 5 zu beeinflussen.

Bei einer Ausführungsform ist beispielsweise die Symmetrier schaltung 5 ein ohmscher Widerstand. Damit läßt sich bei spielsweise bei einem Fe_73,5Cu₁Nb₃Si_15,5B₇-Drosselkern die Perme abilitäten scheinbar von 18 000 auf von 10 000 senken und die Sättigungsinduktion scheinbar von 1,2 T auf 2,2 T erhöhen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Symmetrier schaltung 5 eine Induktivität. Durch die frequenzabhängige Impedanz der Induktivität wird erreicht, daß im Frequenzbe reich um 10 kHz, in dem die Schaltflanken von Halbleiterre lais liegen, die Permeabilität niedrig ist, so daß der Ring kern 2 nicht in Sättigung geht. Im Frequenzbereich um 150 kHz, in dem die Störspannungsmessungen erfolgen, ergibt sich jedoch durch die mit der Frequenz zunehmende Impedanz der In duktivität der Symmetrierschaltung 5 ein großer Wert für die scheinbare Permeabilität, so daß Störsignale ausreichend ge dämpft werden.

Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist die Symme trierschaltung 5 ein zusätzliches LC-Filter auf, durch das sich eine zusätzliche Impedanzerhöhung bei 150 kHz erzeugen läßt, was zu einer besseren Störunterdrückung führt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Symme trierschaltung, bei der ein ohmscher Widerstand 6, ein Kon densator 7 sowie eine Spule 8 in Reihe geschaltet sind. Bei der Resonanzfrequenz sinkt der Widerstand der Anordnung aus Fig. 2 auf den Widerstandswert des ohmschen Widerstands 6, die Permeabilität des Drosselkerns 2 wird scheinbar gesenkt und die Sättigungsinduktion des Drosselkerns 2 scheinbar er höht. Zweckmäßigerweise wird die Resonanzfrequenz der Anord nung aus Fig. 2 auf die Frequenz gelegt, bei der die Stör ströme ihre maximale Stärke erreichen. Die Schaltflanken von Halbleiterrelais erzeugen insbesondere Störströme mit Fre quenzen im Bereich von 10 kHz. Um diese Störströme zu unter drücken, ist es deshalb zweckmäßig, die Resonanzfrequenz der Symmetrierschaltung aus Fig. 2 in den Bereich von 10 kHz zu legen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Symme trierschaltung 5. Dieses Ausführungsbeispiel weist jeweils zwei in Reihe geschaltete, gegeneinander gepolte Zenerdioden 9 auf, die mit einem ohmschen Widerstand 10 in Reihe geschal tet sind. Steigt die in der Symmetrierwicklung 4 induzierte Spannung über den Wert der Durchbruchspannung einer der bei den Zenerdioden 9, wird der Widerstandswert der Symmetrier schaltung aus Fig. 3 auf den Widerstandswert des ohmschen Widerstands 10 gesenkt und die scheinbare Sättigungsinduktion des Drosselkerns 2 erhöht.

Schließlich weist ein Ausführungsbeispiel der Funkentstör drossel 1 in der Symmetrierschaltung 5 eine aktive elektroni sche Schaltung auf, die so ausgeführt ist, daß nur beim Er reichen des Sättigungsstromes der Funkentstördrossel 1 ein Gegenstrom in die Symmetrierwicklung 4 eingespeist wird, so daß der Ringkern 2 nicht in Sättigung geht und somit eine op timale Dämpfungswirkung erreicht wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen akti ven Symmetrierschaltung 5. Die Symmetrierschaltung 5 aus Fig. 4 weist einen Meßwiderstand 11 auf. Der Spannungsabfall über den Meßwiderstand 11 wird von einer Triggerschaltung 12 gemessen, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungs wertes ein Schließen eines Schaltelements 13 veranlaßt. Da durch kann der in der Symmetrierwicklung 4 induzierte Gegen strom über das Schaltelement 13 abfließen und ist dabei nur vom Vorwiderstand 14 begrenzt. Dadurch wird ebenfalls die scheinbare Sättigungsinduktion des Drosselkerns 2 erhöht.

Das Anwendungsbeispiel aus Fig. 2 eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen die Störspannungen in einem engen Frequenzbereich auftreten. Denn bei diesem Ausführungsbei spiel wird die scheinbare Sättigungsinduktion des Drossel kerns 2 in einem eng begrenzten Frequenzbereich deutlich an gehoben. Demgegenüber sind die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 und 4 für Anwendungen geeignet, bei denen in einem sehr breiten Frequenzbereich mit hohen Störströmen gerechnet wer den muß.

Claims

1. Vorrichtung zum Dämpfen von Störspannungen mit einem in wenigstens eine Drosselwicklung (3) eingreifenden Drosselkern (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Dros selkern (2) weiterhin in eine mit einer Impedanz (5) abge schlossene Symmetrierwicklung (4) eingreift.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig stens zwei Drosselwicklungen (3) auf dem Drosselkern (2) auf gebracht sind, wobei sich die von den Drosselwicklungen (3) erzeugten Magnetflüsse zu Null kompensieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impe danz (5) eine Schaltung (5) aus passiven Bauelementen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (5) aus passiven Bauelementen einen ohmschen Wider stand (6, 10) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (5) aus passiven Bauelementen eine Induktivität aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (5) aus passiven Bauelementen ein LC-Filter (7, 8) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schal tung (5) aus passiven Bauelementen gegeneinander gepolte Zenerdioden (9) aufweist,

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sym metrierwicklung (4) mit einer aktiven Schaltung (5) abge schlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schaltung (5) einen Meßwiderstand (11) aufweist, an dem der Spannungsabfall von einer Triggerschaltung (12) meßbar ist, die ein zum Meßwiderstand (11) parallel geschaltetes Schalt element (13) beaufschlagt.