DE2343377B2 - Funkentstoerdrossel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Funkentstördrossel zur Bedämpfung der impulsartigen Störspannungen von Phasenanschnittschaltungen, mit einem Ringkern, der mindestens zwei koaxiale ringförmige Teilkerne aufweist, die aus zwei unterschiedlichen weichmagnetisehen Werkstoffen, von denen der eine magnetisierbares Eisen ist, bestehen, und mit mindestens einer auf dem Ringkern aufgebrachten Drahtwicklung.

Funkentstördrossel für Phasenanschnittschaltungen mit gesteuerten Halbleiterbauelementen, z. B. Thyristoren oder Triacs, müssen sich von normalen Entstördrosseln durch besondere Eigenschaften unterscheiden, die eine Rückwirkung der Entstörschaltung auf die Funktion des Halbleiterbauelements weitgehend verhindern.

Funkstörungen erzeugen die Phasenanschnittschaltungen in dem Augenblick, in dem das steuerbare Halbleiterbauelement vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand schaltet. Beim Einschalten des Stromkreises springt der Strom innerhalb etwa 1 μββϋ von Null auf seinen Endwert. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch bei jeder Halbwelle der Netzspannung. Die Höhe der entstehenden Funkstörungen im Bereich der technischen Rundfunkfrequenzen oberhalb 15OkHz ist abhängig von der Höhe des Stromsprunges und von seiner Steilheit. Da die Höhe des Stromsprunges durch die äußeren Bedingungen, wie Netzspannung, Wirklast und Anschnittwinkel festgelegt ist. besteht demnach nur noch die Möglichkeit, die Steilheit des Stromes zu verringern. Hierzu wird in Serie zu dem steuerbaren Halbleiterbauelement eine Induktivität geschaltet. Zur Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen über die Funkentstörung muß zusätzlich ein Querkondensator zugeschaltet werden, so daß man eine LC-Kombination erhält. Eine solche Entstörkombination verringert die Funkstörung für die Frequenzen oberhalb 15OkHz. Dabei ist die Entstörung um so besser, je größer die Induktivität der Drosselspule und je größer die Kapazität des Kondensators ist.

Diese Entstörkombination bringt jedoch eine Schwierigkeit mit sich. Im durchgeschalteten, niederohmigen Zustand des Halbleiterbauelements bilden die Drossel und der Kondensator einen Parallelschwingkreis, der im Takt seiner Resonanzfrequenz, die aufgrund der geforderten Entstörwirkung und der damit im Zusammenhang stehenden Größe der Bauelemente im Bereich zwischen 5 und 15 kHz liegt, einen zusätzlichen Strom durch das Halbleiterbauelement treibt. Dabei kann es passieren, daß sich der Netzwechselstrom und der Ausgleichstrom momentan so weit gegenseitig aufheben, daß der Haltestrom des Halbleiters unterschritten wird. Liegt in diesem Augenblick an der Tor-Elektrode des Halbleiterbauelements kein Zündpotential mehr, so schaltet es vom niederohmigen in den hochohmigen Zustand. Liegt an der Tor-Elektrode des steuerbaren Halbleiterbauelements noch ein genügend hohes Zündpotential, dann schaltet das Halbleiterbauelement nach Abklingen des Ausgleichsstromes wieder in den niederohmigen Zustand zurück, wobei neuerdings Funkstörungen hervorgerufen werden.

Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, da bei jedem Wiedereinschalten des Halbleiterbauelements auch die LC-Kombination erneui zu Schwingunger angeregt wird. Liegt jedoch kein Zündpotential mehr ar der Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements, se bleibt sein hochohmiger Zustand erhalten, wodurch dei Leistungsübergang vom Netz in den Verbrauchei unterbrochen bleibt. In beiden Betriebsfällen ist somii durch die unumgänglich nötige Zuschaltung dei Entstör-Bauelemente die einwandfreie Funktion de; Halbleiterschaltelements gestört. Besonders ungünstig ist dabei, daß bei Verwendung einer derartiger Phasenanschnittschaltung mit Entstörschaltung ah Regler für die Helligkeit von Glühlampen die Glühlampen bei bestimmten Phasenwinkeln flackern.

Aus der DT-PS 5 49 660 ist ein aus zwei odei mehreren aufeinandergelegten Einzelkernen zusam mengesetzter ringförmiger Magnetkern bekannt, dei zur Herstellung von Drosselspulen dient, derer Spulenwerte von der Feldstärke unabhängig sind.

Aus der DT-AS 16 13 571 ist ein Drosselkern aus mi Kunststoff verpreßtem Eisenpulver bekannt. Diesel Kern erfüllt zwar die Forderungen hinsichtlich dei Entstörwirkung oberhalb 150 kHz, er ermöglicht jedocl nicht die flackerfreie Regelung von Leistungen bis heral zu 10% der Maximalleistung.

Durch Vergrößerung der Kernverluste, d. h. durcl Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Kerns laß sich die Stabilität der Schaltung verbessern, jedocl nimmt mit zunehmender Leitfähigkeit des Kerns dii Entstörwirkung erheblich ab. Um diesen Effekt zi kompensieren, müßten der Kernquerschnitt und/ode die Windungszahlen wesentlich vergrößert werder Beide Maßnahmen führen jedoch zu einer Vergröße rung der Drosselabmessungen, wodurch möglicherwei se die Drossel nicht mehr in Helligkeitsregler eingebau

werden kann, die zum Einsetzen in die genormten Unterputzdosen vorgesehen sind. Einer Erhöhung der Windungszahlen sind ebenfalls schnell Grenzen gesetzt, da beim Wickeln des Kerns mit einer Ringkern-Wickelmaschine Schwierigkeiten durch ein zu gerhges Restloch auftreten können.

Aus der GB-PS 3 94 327 ist es bekannt, Spulenwicklungen mit Hilfe des Metallspritzverfahrens mit Eisen oder anderen magnetischen Materialien zu beschichten, um die Induktivität der Spule zu erhöhen. ' ,₀

Aus dem DT-GM 71 15 756 ist eine Funkentstördrossel für Phasenanschnittschaltungen bekannt, deren Kern aus einem Ferritring und mehreren Eisenblechringen zusammengesetzt ist. Dieser Kern gibt der bekannten Funkentstördrossel folgende Eigenschaften: Die Netzströme mit 50 kHz v/erden praktisch ungeschwächt durchgelassen, die Ausgleichsströme im Frequenzbereich zwischen 5 und 15 kHz werden stark gedämpft, und für die Frequenzen oberhalb 15OkHz besitzt die Drossel einen hohen induktiven Widerstand. Die Bedämpfung der Ausgleichsströme ist bei dieser Drossel sehr stark; mit dieser Drossel ausgerüstete Phasenanschnittschaltungen arbeiten bei Verbrauchern mit großer Leistungsaufnahme und bei Verbrauchern mit geringer Leistungsaufnahme einwandfrei. _2S

Im Laufe der Jahre, in denen derartige Phasenanschnittschaltungen zur Regelung der Helligkeit von Glühlampen in Benutzung sind, hat es sich herausgestellt, daß die geringste einwandfrei zu regelnde Leistung etwa 10% der Maximalleistung der Phasenanschnittschaltung betragen soll, d. h. ein Helligkeitsregler, der eine maximale Leistung von 400 W regeln kann, soll auch eine Glühlampe von 40 W einwandfrei regeln können, ohne daß die Lampe flackert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Funkentstördrossel anzugeben, die den vorstehend genannten Bedingungen hinsichtlich Entstörwirkung und einwandfreier Funktion genügt, dabei jedoch einfach herzustellen und billig ist und kleine Abmessungen besitzt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der eine Teilkern aus mit Kunststoff verpreßtem Eisenpulver besteht.

Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Drosselkerns ist insbesondere die Stabilität bei kleiner Last sichergestellt, die Entstörwirkung zur Absenkung der Störspannung unter der. gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert gewährleistet, die Abmessungen des Spulenkerns werden verkleinert, so daß ein Einsatz auch unter beschränkten Platzverhältnissen möglich ist, und die Windungszahlen können niedrig gehalten werden.

Vorzugsweise ist der andere Teilkern ein Blechring aus Tiefziehblech. Tiefziehblech ist billig und läßt sich leicht verformen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Tiefziehblech handelsüblich ist, welches einseitig mit isolierendem Kunststoff oder Papier beschichtet i*t. Ein derartiges Material kann mit Vorteil auf die Oberfläche des Pulverkerns aufgepreßt oder gelegt werden, so daß die nötige Isolation des Drosselkerns gegenüber der Spulenwicklung ohne einen zusätzlichen Arbeitsgang erreicht wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Blechring in den Pulverkern eingepreßt ist. Dabei kann das Eisenpulver den Blechring teilweise oder auch völlig umhüllen. <,s

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Pulverkern wenigstens teilweise mit Weicheisen be- «rhnnnt. und zwar mit einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 0,6 mm.

Der Drosselkern weist vorzugsweise als Querschnitt ein gleichschenkeliges Trapez auf, mit einer Symmetrieachse senkrecht zur Ringkernachse, wobei die Kernhöhe innen geringer isi als außen. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die höhere Lagenzahl der Drahtwicklung, die am Innendurchmesser wegen des kleineren Kernumfangs auftritt, durch die dort vorliegende geringere Kernhöhe ausgeglichen wird. Bei der fertigen Spule ergibt sich dann innen und außen eine gleichmäßige Höhe.

Anhand der Figuren werden Ausführungsformen und Eigenschaften von Funkentstördrosseln nach der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funkentstördrosselkerns.

Fig.2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Funkentstördrosselkerns.

F i g. 4 und 5 zeigen die Eigenschaften von Funkentstördrosseln mit Pulverkernen gemäß dem Stand der Technik.

F i g. 5 und 6 zeigen die Eigenschaften von Funkentstördrosseln mit Kernen gemäß der Erfindung.

Die Ausführungsform der Fig. 1 läßt einen Schnitt durch einen Drosselkern erkennen, bei dem ein Blechring 2 vollständig von einem Eisenpulverkern 1 umhüllt ist. Der Kernquerschnitt ist trapezförmig. Die Drahtwicklung 5 ist am Innendurchmesser zweilagig, am Außendurchmesser dagegen wegen des größeren Umfangs njr einlagig. Der fertige Drossel besitzt daher den gewünschten rechteckigen Querschnitt.

Bei der Ausführungsform der F i g. 2 ist auf die beiden Ringflächen des Pulverkerns 1 je ein Blechring 3 aus Tiefziehblech aufgepreßt.

Das Tiefziehblech 3 selbst ist einseitig mit einer Isolierkunststoffschicht 4 oder einen anderweitigen Isolierschicht (z. B. Papier) beschichtet. Auch hier ist der Kernquerschnitt trapezförmig.

Die Fig.3 bis 6 zeigen verschiedene Messungen an bekannten Pulverkernen (Fig. 3 und Fig. 4) und erfindungsgemäßen Kernen (F i g. 5 und F i g. 6). Die Messungen wurden bei 15OkHz durchgeführt. Für die Entstörwirkung sind 150 kHz die kritische Frequenz im Langwellenbereich, bei der die Entstörschaltung die beste Wirkung besitzen muß. Gemessen wurde die Stabilität 7"bei Widerstandslast durch Oszillographieren des Stromes. Als Kriterium galt der minimale Leistungswert, bei dem der Verlauf des Stromes eine Beeinflussung der Phasenanschnittsteuerung durch die Entstörschaltung zeigte. Bei diesem Wert ist jedoch ein Flackern der Glühlampe noch nicht zu beobachten. Der Störspannungspegel S ist angegeben in dB. Dem Wert OdB entspricht ein Störspannungspegel von 1 μν an 150Ω.

In den Fig.4 und 6 ist außerdem der gesetzlich vorgeschriebene Grenzwert N der Funkstörspannung bei 150 kHz eingezeichnet.

Die Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der minimalen störungsfrei regelbaren Leistung T in Watt, in Abhängigkeit von der Größe des Entstörkondensators <", bei Einsatz zweier bekannter Eisenpulverkerne. Die kurve a zeigt die Verhältnisse für einen verlustarmen Pulverkern, der eine geringe Leitfähigkeit besitzt; die Kurve b zeigt die Verhältnisse bei Verwendung eines verlustreichen Kerns mit hoher Leitfähigkeit. Generell ist festzustellen, daß mit zunehmender Größe des Entstörkondensators c die minimale regelbare Last abnimmt und daß der verlustreiche Kern mit hoher

elektrischen Leitfähigkeit eine bessere Stabilität ergibt.

Genau umgekehrt sind die Verhältnisse bei Betrachtung der Entstörwirkung 5 gemäß Fig. 4. Hier bringt ein Zunehmen der Kondensatorwerte Ceine Verbesserung der Entstörwirkung; außerdem besitzt der Kern mit der geringeren Stabilität eine höhere Entstörwirkung und umgekehrt.

Die Fig.5 und 6 zeigen die Stabilität Γ und den Störspannungspegel 5 der gleichen Phasenanschnittschaltung wie in den Fig.3 und 4 bei Einsatz von erfindungsgemäßen Funkentstördrosselkernen. Die Kurven a' und b' zeigen die Verhältnisse, wenn ein gleich großer Pulverkern wie in den Fig.3 und 4 zusätzlich mit 0,2 mm dicken Ringen aus Tiefziehblech ergänzt wird. Die Stabilität des verlustarmens Kerns a' mit geringer Leitfähigkeit nimmt stark zu, während die Entstörwirkung geringfügig abnimmt. Der Einfluß auf den verlustreicheren Kern b' mit höherer elektrischer Leitfähigkeit ist nicht so stark.

Die Kurven <i"und b"zeigen die Verhältnisse, wenn der Querschnitt des Pulverkerns um 25% verringert ist und dafür vier Blechscheiben aus 0,2 mm dicken Tiefziehblech vorgesehen sind. Die Stabilität T des Kernes b" ist gegenüber der des Kerns b' praktisch unverändert, während der Kern a" eine wesentliche Stabilitätszunahme gegenüber dem Kern a' erkennen läßt.

Die Entstörwirkung S der Kerne a" und b" ist gegenüber der Entstörwirkung der größeren Kerne a' und b' verringert. Diese Verringerung kan jedoch leicht durch eine geringfügige Erhöhung der Windungszahlen oder durch geeignete Wahl des Entstörkondensators C ausgeglichen werden. Aufgrund der gemessenen Kurven können jeweils gemäß der Lehre der Erfindung die Werte der Entstörbauelemente an die jeweilige, zu entstörende Schaltung angepaßt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Funkentstördrossel zur Bedämpfung der impulsartigen Störspannungen von Phasenanschnittschaltungen, mit einem Ringkern, der mindestens zwei koaxiale ringförmige Teilkerne aufweist, die aus zwei unterschiedlichen weichmagnetischen Werkstoffen, von denen der eine magnetisierbares Eisen ist, bestehen, und mit mindestens einer auf dem Ringkern aufgebrachten Drahtwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teilkern (1) aus mit Kunststoff verpreßtem Eisenpulver besteht.

2. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teilkern ein Blechring (2,3) aus Tiefziehblech ist.

3. Funkentstördrossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechring (2) in den Pulverkern (1) eingepreßt ist.

4. Funkentstördrossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die beiden Ringflächen des Pulverkern^ (1) je ein Blechring (3) aufgelegt oder aufgepreßt ist.

5. Funkentstördrossel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechring (3) einseitig mit einer isolierenden Schicht (4) aus Kunststoff oder Papier versehen ist.

6. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teilkern eine durch Schoopen aufgebrachte Weicheisenschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 und 0,6 mm ist.

7. Funkentstördrossel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverkern (1) als Querschnitt ein gleichschenkeüges Trapez mit zur Ringkernachse senkrechter Symmetrieachse aufweist, wobei die Kernhöhe innen geringer ist als außen.