DE2608542A1

DE2608542A1 - Elektromagnetische abschirmung und elektrische umformereinrichtung mit einer solchen abschirmung

Info

Publication number: DE2608542A1
Application number: DE19762608542
Authority: DE
Inventors: Harold Adolph Gauper
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-03-05
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-09-16
Also published as: NL7602290A; JPS51113156A; GB1545581A

Description

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ßr.-Ing. Wilhelm Beichel Dipl-Ing. Woligang ßeichsl

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GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Elektromagnetische Abschirmung und elektrische Umformereinrichtung mit einer solchen Abschirmung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschirmung für

elektromagnetische Störungen und auf eine mit einer solchen elektromagnetischen Abschirmung versehene elektrische Umformereinrichtung,

Die Erfindung befaßt sich somit insbesondere mit einer elektromagnetischen Abschirmung, die für elektrische Umformereinrichtungen oder Netzanschlußschnur-Versorgungseinheiten geeignet ist, die von verhältnismäßig schnell arbeitenden Wechselrichterschaltungen und Transformatoren Gebrauch machen, um eine von der Eingangs spannung isolierte Ausgangsspannung zu liefern. Zur Erläuterung der Erfindung wird eine elektrische Umformereinrichtung dieser Art herangezogen, obwohl die Erfindung auch andere Anwendungen haben kann.

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Bei einem typischen Netzanschlußschnur-Versorgungsgerät wird beispielsweise die übliche Netzwechselspannung von 115 oder 220 V in eine niedrigere Ausgangsgleichspannung umgeformt, Uni die Abmessungen des Versorgungsgerätes herabzusetzen, seine Leistungsfähigkeit zu erhöhen usw., wird im allgemeinen die verfügbare Netzwechsel spannung zunächst in eine Gleichspannung umgeformt, die einen Wechselrichter speist. Der Wechselrichter macht von verlustarmen, schnell schaltenden Festkörperbauelementen Gebrauch, um die ihn speisende Gleichspannung mit abwechselnd umgekehrter Polarität der Primärwicklung eines Transformators zuzuführen. Um die magnetischen Bauelemente des Transformators klein zu halten, arbeitet der Wechselrichter üblicherweise mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz von beispielsweise 18 kHz. Der Transformator enthält eine Sekundärwicklung, die magnetisch .mit der von dem Wechselrichter angesteuerten Primärwicklung gekoppelt ist. In der Sekundärwicklung des Transformators wird somit eine Wechselspannung induziert, deren Frequenz mit der Arbeitsfrequenz des Wechselrichters übereinstimmt. Die am Ausgang der Sekundärwicklung auftretende Spannung hoher Frequenz wird anschließend in einem Ausgangsgleichrichter gleichgerichtet, um die gewünschte niedrige Ausgangsgleichspannung zu liefern.

Die in einer solchen ümformereinrichtung verwendeten Schaltungsanordnungen zum Gleichrichten, Wechselrichten und Transformieren erzeugen beachtliche elektromagnetische Störungen, und zwar insbesondere deswegen, weil der Wechselrichter mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz arbeitet und eine praktisch rechteckförmige Wechselspannung liefert, die einen hohen harmonischen Frequenzgehalt hat.

Falls diese unerwünschten elektromagnetischen Störsignale nicht ausreichend unterdrückt werden, treten sie aus dem Versorgungsgerät aus und verursachen in Anbetracht ihrer ausreichenden Größe Störungen in dafür anfälligen, in der

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Nähe befindlichen elektronischen Schaltungen, wie Rundfunkempfängern. Die elektromagnetischen Störungen können die in dem Versorgungsgerät befindliche Störungsquelle auf unterschiedliche Art und Weise verlassen. Sie können über die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse aus dem Gerät austreten und in Form von elektromagnetischen Feldern abgestrahlt werden.

Die grundsätzliche Problemstellung, diese unerwünschten elektromagnetischen Störungen zu unterdrücken, ist bekannt. Die üblichen Maßnahmen zum Unterdrücken von elektromagnetischen Störungen stellen jedoch beispielsweise bei Verwendung in einem Netzanschlußschnur-Versorgungsgerät eine unpraktische Lösung dar, da ein solches Gerät nur begrenzte Abmessungen haben kann und aus Sicherheitsgründen infolge der Verwendung durch die Allgemeinheit die Notwendigkeit besteht, daß die Ausgangsanschlüsse des Gerätes von den Eingangsanschlüssen elektrisch isoliert sind.

Wenn man geradewegs die üblichen Verfahren zum Unterdrücken von elektromagnetischen Störungen anwenden würde, wäre die Umformereinrichtung mit einer metallischen Abschirmung zu umgeben und elektrische Filter schaltungen wären mit der Abschirmung und der Umformerschaltung sowohl an den Eingangs- als auch an den Ausgangsanschlüssen zu verbinden. Diese üblichen Filterschaltungen enthalten aber mehr Bauelemente, als man in einem begrenzten vorgeschriebenen Volumen unterbringen kann. Ferner sorgen die üblichen Verfahren für keine ausreichende, aus Sicherheitsgründen unerläßliche elektrische Isolierung zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen des Gerätes. Weiterhin gehen die üblichen Verfahren davon aus, daß stets ein elektrisches Massepotential vorhanden ist, das mit dem Erdpotential übereinstimmt. Bei Anwendungen wie in Versorgungsgeräten mit Netzanschlußschnüren liegen jedoch solche idealen Umstände nicht immer vor. So ist nicht sichergestellt,

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daß alle existierenden elektrischen Hausinstallationen eine Erdverbindung haben. Netzanschlußschnur-Versorgungsgeräte müssen daher auch dann ein sicheres und geeignetes Betriebsverhalten zeigen, wenn sie nur über eine zweiadrige Verbindung an ein Netz angeschlossen sind und man nicht mit Sicherheit voraussagen kann, welcher Eingangsanschluß des Gerätes mit welcher Seite eines üblichen Netzes von beispielsweise 115 V und 60 Hz oder 220 V und 50 Hz verbunden sein wird. Schließlich stellt keine der üblichen zweiadrigen Verbindungen einen wirklichen Erdbezugspunkt im Sinne von Hochfrequenz dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Unterdrücken von unerwünschten elektromagnetischen Störungen eine Abschirmung zu schaffen, die nicht auf ein tatsächliches Erdbezugspotential zurückzugreifen braucht und dennoch die notwendige Isolierung zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen beibehält.

In den grundsätzlichen Versorgungsgeräten ist es ein Transformator, der für die elektrische Isolierung zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen sorgt. Nach der Erfindung wird der erforderlichen elektrischen Isolierung dadurch Rechnung getragen, daß die verschiedenartigen Bauelemente, die der Eingangs- oder Primärwicklungsseite des Transformators zugeordnet sind, und die übrigen Bauelemente, die der Ausgangs- oder Sekundärwicklungsseite des Transformators zugeordnet sind, getrennt abgeschirmt werden. Die beiden getrennten Systeme von elektromagnetischen Schirmen sind getrennt voneinander mit unabhängigen und getrennten elektrischen Bezugspunkten verbunden, die elektrisch lediglich den Eingangsschaltungen oder den Ausgangsschaltungen zugeordnet sind. In diesem Zusammenhang sei für die nachfolgende Beschreibung bemerkt, daß zwei voneinander beabstandete Punkte auf demselben Schirm oder auf zwei Schirmen, die strukturell keine Einheit sind,

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aber mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind, im hochfrequenzmäßigen Sinne notwendigerweise nicht auf demselben Potential liegen müssen, obwohl sie gleichstrommäßig kurzgeschlossen sind. Somit kann zwischen solchen Punkten eine HF-Potentialdifferenz bestehen.

Aus der US-PS 2 896 096 ist es bereits bekannt, die Abschirmung für die Primärwicklung und Sekundärwicklung eines Transformators zu trennen· Dabei wird jedoch wenigstens von einem wahren Erdbezugspotential Gebrauch gemacht. Darüberhinaus ist festzustellen, daß diese bekannte Anordnung nicht zur Unterdrückung von hochfrequenten elektromagnetischen Störungen dient, sondern zum Unterdrücken von Wechselstrombrummerscheinungen und Netzspannungsschwankungen.

Außer der elektrischen Bezugnahme der verschiedenartigen elektromagnetischen Schirme auf getrennte Schaltungsabschnitte in der Umformereinrichtung werden nach der Erfindung Verbindungen zu elektrischen Bezugspunkten vorgeschlagen, die kein tatsächliches Erdpotential führen, und zwar von Punkten aus, die sich wenigstens auf einigen der Schirme befinden. Diese Punkte sind besondere Null- oder Mittenabgriffpunkte auf den Schirmoberflächen. Eine gegebene elektromagnetische Abschirmung enthält eine elektrisch leitende Oberfläche, die die Grenze eines im wesentlichen umschlossenen Volumens bildet, in dem die elektromagnetische Storsignalquelle enthalten ist. Nach der Erfindung ist diese leitende Oberfläche mit einem elektrischen Bezugspunkt oder einem Bezugspotentialpunkt verbunden, und zwar über eine Mittenabgriffverbindung, die von derjenigen Stelle oder demjenigen Nullpunkt auf der leitenden Oberfläche ausgeht, bei der oder bei dem die in der Oberfläche durch die elektromagnetischen Störsignale induzierten Spannungen im wesentlichen ausgeglichen sind, so daß die Injektion von elektromagnetischen Störspannungen zu dem elektrischen Be-

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zugspunkt stark herabgesetzt ist. Die Wichtigkeit solcher Mittenabgriffverbindungen fällt besonders in^fs Gewicht, wenn der elektrische Bezugspunkt selbst kein absolutes HF-Erdpotential führt. Bei einem Versorungsgerät mit einer Netzanschlußschnur, wo ein solches Erdbezugspotential notwendigerweise nicht verfügbar ist, ist eine Mittenabgriffverbindung der beschriebenen Art zu dem elektromagnetischen Schirm besonders wertvoll. Ohne die Mittenabgriffverbindung wurden an den ausgewählten elektrischen Bezugspunkten beträchtliche elektromagnetische Störsignale auftreten, da die ausgewählten Bezugspunkte hochfrequenzmäßig auf keinem absolut festen Potential liegen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind für die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators getrennte elektromagnetische Schirme mit einer entsprechenden Mittelanzapfung vorgesehen. Ferner ist vorzugsweise die Sekundärwicklung und auch die Primärwicklung mit einem zweiten elektromagnetischen Schirm umgeben, der ebenfalls eine Mittelanzapfung aufweist. Zusätzlich umgibt ein äußerer Schutzschirm den zweiten Schirm oder die zweiten Schirme. Der äußere Schutzschirm ist elektrisch mit einem der Eingangsanschlüsse verbunden. Um die direkte Ableitung von unerwünschten elektromagnetischen Störungen zu vermeiden, sind in üblicher Weise an den Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen des Versorgungsgerätes übliche Tiefpaßfilter vorgesehen.

Die Erfindung wird' im einzelnen an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer üblichen elektromagnetischen Abschirmung für ein elektrisches Versorgungsgerät,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgebildeten elektromagnetischen Abschirmung für eine Umformereinrichtung und

Fig· 3, 4 und 5 typische nach der Erfindung ausgebildete elektromagnetische Schirme für einen Transformator.

In der Fig. 1 ist eine typische übliche elektromagnetische Abschirmung für Schaltungen wie Netz- oder Versorgungsgeräte mit Wechselrichtern dargestellt. Das gezeigte Versorgungsgerät enthält einen Eingangsgleichrichter 10,· dem eine Eingangswechselspannung E. zugeführt wird und der an einen Wechselrichter 14 eine Speisegleichspannung liefert. Der Wechselrichter arbeitet im Vergleich zu der üblichen Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz. Der Wechselrichter 14 kann beispielsweise mit einer Frequenz von 18 kHz oder einer noch höheren Frequenz arbeiten. Die an einer Verbindungsleitung 12 zwischen dem Gleichrichter 10 und dem Wechselrichter 14 auftretende Gleichspannung wird von dem Wechselrichter 14 in eine etwa rechteckförmige Wechselspannung hoher Frequenz umgeformt, die an einer zur Primärwicklung 18A eines Transformators 18 führenden Verbindungsleitung 16 auftritt. Die Primärwicklung des Transformators ist magnetisch mit einer herkömmlichen Sekundärwicklung 18B gekoppelt, die an eine Verbindungsleitung 20 eine etwa rechteckförmige Wechselspannung liefert, deren Frequenz mit der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters übereinstimmt und deren Betrag vom Windungsverhältnis des Transformators abhängt. Da bei dem hier betrachteten üblichen Ausführungsbeispiel das Versorgungsgerät eine niedrige Gleichspannung E_Q liefern soll, wird die an der Verbindungsleitung 20 auftretende transformierte Wechselspannung in einem Ausgangsgleichrichter 22 gleichge-

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richtet. Bei den Gleichrichtern, dem Wechselrichter und dem Transformator handelt es sich um übliche an sich bekannte Baueinheiten.

Entsprechend dem üblichen Verfahren zur elektromagnetischen Störungsunterdrückung ist die in der Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung des Versorgungsgerätes von einer metallischen Abschirmung 24 mit Tiefpaßfiltern mit verteilten^ Parametern umgeben. Die Tiefpaßfilter enthalten Induktivitäts- und Kapazitätselemente, die sowohl den Eingangs- und Ausgangsleitungen des Versorungsgerätes als auch der metallischen Abschirmung 24 selbst zugeordnet sind, beispielsweise wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Zur zusätzlichen Unterdrückung der elektromagnetischen Störungen kann man eine übliche HF-Masseverbindung 26 vorsehen, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist. Man kann leicht erkennen, daß durch diese Übliche Abschirmungstechnik die Isolation oder Entkopplung zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen des Versorgungsgerätes stark herabgesetzt ist. Weiterhin ist bei Anwendungen wie in Versorgungsgeräten mit Netzanschlußschnur im allgemeinen keine HF-Masseverbindung verfügbar. Darüberhinaus stellt die hohe Anzahl der verwendeten Einzelteile ein Problem dar, wenn hinsichtlich der Größe des Gerätes Beschränkungen auferlegt sind, wie es bei Versorgungsgeräten mit Netzanschlußschnur der Fall ist.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines nach der Erfindung ausgebildeten Wechselstrom/Gleichstrom-Versorgungsgeräts mit einem Wechselrichter dargestellt. Obwohl bei einem Versorgungsgerät mit Netzanschlußschnur ein HF-Massebezugspotential im allgemeinen nicht verfügbar ist, ist in der Fig. 2 eine HF-Masseverbindung 30 dargestellt, um die verschiedenartigen elektromagnetischen Störungsspannungen besser darstellen zu können, die an den Eingangsund Ausgangsanschlüssen eines solchen Gerätes auftreten.

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Zwischen den Eingangsanschlüssen A und B liegt die übliche Eingangswechselspannung E-_n an. Zwischen den Ausgangsanschlüssen C und D erscheint die übliche Wechselausgangsspannung E_Q. Zwischen den Eingangsanschlüssen A und B tritt eine sich überlagernde Rauschspannungskomponente oder elektromagnetische StörungeSpannungskomponente E_n/. \ auf. An den Ausgangsanschlüssen C und D erscheint eine elektromagnetische Nichtgleichtakt-Störspannung Ejj(_o)· Weiterhin können an den Eingangsanschlüssen A und B in bezug auf ein HF-Massepotential voneinander getrennte und unabhängige elektromagnetische Störsignale %(_a) und ^Wb) ^vornanden sein. An jedem der Ausgangsanschlüsse C und D können in bezug auf das HF-Massepotential die gleichen elektromagnetischen Stör- oder Rauschkomponenten auftreten, die daher mit Gleichtakt -Rauschkomponenten E_n(^ bezeichnet werden. Dabei ist in der Fig. 2 lediglich die Rauschkomponente für den Ausgangsanschluß D dargestellt.

Die direkt zwischen den Anschlüssen A und B sowie zwischen den Anschlüssen C und D auftretenden elektromagnetischen Störkomponenten werden durch normale Leitungsfilterung mit Bandpaßfiltern mit verteilten Parametern erfaßt. Die Bandpaßfilter machen von Pi-Filternetzwerken mit parametermäßig zusammengefaßten Induktivitäten und Kapazitäten Gebrauch, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist. Diese Kontrolle oder Einflußnahme auf die elektromagnetische Störung zwischen den Eingangsanschlüssen A und B bedeutet auch eine beträchtliche Kontrolle oder Einflußnahme auf die elektromagnetischen Störspannungen zwischen diesen Eingangsanschlüssen und einer HF-Masse, da von jeder der beiden Netzleitungen eines üblichen Netzes von 220 V sowie 50 Hz oder von 115 V sowie 60 Hz eine sehr niedrige endliche HF*Impedanz zur HF-Masse besteht.

Da allerdings von den Ausgangsanschlüssen C und D kein Weg mit einer natürlichen niedrigen HF-Impedanz zur

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HF-Masse führt, muß man die elektromagnetische Gleichtakt-Störspannung am Ausgang mit anderen Mitteln auf einen annehmbaren Pegel dämpfen. Entsprechend der Darstellung nach der Fig. 2 umfassen diese Mittel besondere Maßnahmen, die noch im einzelnen erläutert werden.

An erster Stelle wird eine elektrostatische und elektromagnetische Abschirmung für den Eingangsgleichrichter 32, den Wechselrichter 34 und die Transformatorprimärwicklung 64 genannt. Wie es aus der Fig· 2 hervorgeht, enthält diese Abschirmung einen mit Primärwicklungsschirm bezeichneten Schirm 38 für die Primärwicklung und einen Wechselrichterschirm 40. Diese beiden Schirme sind von Stellen 41 bzw. 46 aus mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt oder Rückspannungsverbindungspunkt 42 (ein Bezugspunkt) der von dem Gleichrichter 42 gelieferten Gleichspannung verbunden. Weitere Bezugspunkte sind die Stellen 58 (Anschluß B), 52 und 54.

Bei einer typischen Versorgungsgerätschaltung ist die Spannungsdifferenz zwischen der Primärwicklung 64 und dem Primärwicklungsschirm 38 verhältnismäßig hoch, und zwar aufgrund der zwischen ihnen sowie zwischen der Wicklung 64 bzw. dem Schirm 38 und dem Bezugspunkt 42 infolge kapazitiver Kopplung auftretenden elektrischen Impedanzen. Um die Impedanz zwischen dem Schirm 38 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt oder Bezugspunkt 42 so klein wie möglich zu machen, ist für den Primärwicklungs schirm 38 eine separate Stromrückleitung 44 vorgesehen. Weiterhin wird der Punkt 46 auf der Oberfläche des Schirms 33, von dem die Rückleitung 44 ausgeht, in einer besonderen Weise ausgewählt, und zwar:

(1) bei oder nahe bei der Stelle, wo die Primärwicklungsleitungen durch den Primärwicklungsschirm 38 geführt sind,

(2) im wesentlichen um den halben Umfang des Schirms 38 von einem Spalt 74 (Fig. 5 oder 3) des Schirms 38 entfernt und (3) im wesentlich entgegengesetzt zu diesem Spalt (eine

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Lücke in der elektrischen Leitfähigkeit, um zu verhindern, daß der Schirm gegenüber Spannungen, die darin durch den normalerweise gewünschten magnetischen Transformatorfluß induziert werden, wie eine kurzgeschlossene elektrische Schaltung wirkt). Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Stromrückleitung 44 näherungsweise halbwegs rund um den Schirmumfang im wesentlichen gegenüber dem normalen Schirmspalt in der elektrischen Leitfähigkeit verbunden ist. Dieser besondere Mittenabgriff-Verbindungspunkt oder Nullpunkt auf dem Primärwicklungsschirm 38 ist aus Gleichgewichtsgründen ausgewählt. Die in dem Schirm 38 induzierten elektromagnetischen Störspannungen haben solche Beträge, daß bei einer willkürlichen Verbindung der Stromrückleitung 44 mit dem Schirm an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 42 ein elektromagnetischer Störsignalpegel injiziert werden könnte, der ein den zulässigen Pegel übersteigendes Signal Ejj(_o) erzeugen könnte. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Mittelpunktsverbindung zu dem Schirm etwa innerhalb von i Λ% der Abmessungsgenauigkeit des gewünschten Punktes genau halbwegs rund um die Spule oder Wicklung gehalten, oder, in anderen Worten, gegenüber der Öffnung oder dem Spalt in der elektrischen Leitfähigkeit des Schirms.

Der Schirm 40 ist in ähnlicher Weise mit dem Mittenabgriffpunkt 41 versehen und weist ebenfalls einen Spalt 43»43 auf. Die Stelle des Mittenabgriffpunktes 41 auf dem Schirm 40 ist bezüglich der obengenannten Punkte (2) und (3) der Stelle des Mittenabgriffpunktes 46 auf dem Schirm 38 ähnlich. Bezüglich des Punktes (1) besteht ein Unterschied. Der Mittenabgriffpunkt 41 wird nämlich vorteilhafterweise nahe bei der Längsmitte des Schirms 40 angeordnet, wie es gezeigt ist, anstatt nahe bei dem Transformator. In der Nähe des Transformators sind weitere Schirme 47c und 48 vorgesehen, die aus diesem Grund mit ähnlichen Spalten und Mittenabgriffpunkten versehen sind. Weitere Schirme (oder Schirmteile bzw. Schirmoberflächen) 47a, 47b und 47' benöti-

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gen keine Spalte. Der konstruktive Aufbau eines Schirms mit einem Spalt, Mittenabgriffpunkt und Mittenabgriffpunktverbindung (zu einem Bezugspunkt) wird im einzelnen an Hand der Fig. 3, 4 und 5 erläutert.

Das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält noch einen äußeren Schutzschirm 47 mit Schutzschirmabschnitten 47a und 47b, die eine gemeinsame elektrisch leitende Fläche 47' aufweisen. Mit Ausnahme von Mittenabgriff verbindungen 56, 54 ist ein Schirm 47c von den Schirmabschnitten 47a und 47b elektrisch isoliert. Der Wechselrichterschirm 40 ist ebenfalls von den Abschnitten 47a und 47b elektrisch isoliert. Der Wechselrichterschirm 40 ist ein "Schirm über einem Schirm (38)", und der Schirm 47c ist ein "Schirm über einem Schirm (48)". Der Schirm 48 schirmt die Transformatorsekundärwicklung 66 ab und ist von dem Schirm 47c elektrisch isoliert.

Die Schirme 40, 38, 47c und 48 sind mit Ausnahme der Mittenabgriffverbindungen voneinander elektrisch isoliert. Der Schirmabschnitt 47a ist in bezug auf die Schirme 38 und 40 ein "tJber-Über-Schirm" und auch in bezug auf die Schirme 47c und 48. Der Schirm 47c wird im folgenden auch als Schirmabschnitt bezeichnet, obwohl es kein Außenschirmabschnitt ist. Der Schirmabschnitt 47a schirmt die gesamte Eingangsschaltung ab, die entsprechend der Darstellung nach der Fig. 2 bei den Eingangsanschlüssen A und B "beginnt und gerade rechts vom Punkt 54 endet. Der Schirmabschnitt 47a schirmt auch die gezeigten Filterkondensatoren und die Filterspule auf der linken Seite des Eingangsgleichrichters 32 ab. Ein Punkt 58 auf der Oberfläche des Schirmabschnitts 47a ist mit einem Bezugspunkt verbunden, bei dem es sich um den Eingangsanschluß B handelt. Statt dessen könnte man auch den Eingangsanschluß A als Bezugspunkt auswählen. Der Punkt 58 ist derart gewählt, daß er sich nahe bei dem als Bezugspunkt dienenden Anschluß B befindet. Es sei bemerkt,

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2 6 Γ) Η -S Λ

daß solche Bezugsverbindungen an den Ausgangsanschlüssen C und D nicht vorgesehen sind. Der Schirmabschnitt 47b schirmt die Ausgangsschaltung ab, die den Ausgangsgleichrichter 59 sowie die gezeigten Kondensatoren und die gezeigte Spule des Ausgangsfilters enthält.

Die Auswahl der Mittenabgriff verbindung des mit einem Spalt versehenen Schutzschirmabschnitts 47c mit der den beiden Schirmabschnitten 47a und 47b gemeinsamen Schirmfläche 47' ist derart getroffen, daß sie vom Mittenäbgriffpunkt 56 zu einem Bezugspunkt 54 führt. Der Punkt 56 auf dem Schutzschirmabschnitt 47c ist aus Gleichgewichtsgründen in der gleichen Weise ausgewählt, wie es für den Primärwicklungsschirm 38 und dessen Mittenabgriffpunkt 46 beschrieben wurde. Die Auswahl des Bezugspunktes 54 auf der Schirmfläche 47^f ist eine Frage der Konstruktion und ändert sich in Abhängigkeit von den besonderen Leckflußparametern des Transformators und der kapazitiven Elemente in der Eingangsschaltung. Grundsätzlich wird der Bezugspunkt 54 derart ausgewählt, daß zwischen dem Punkt 54 und dem mit dem Anschluß B verbundenen Bezugspunkt 58 eine minimale Spannungsdifferenz auftritt.

Von dem Schirmabschnitt 47c ist der Sekundärwicklungsschirm 48 umgeben, der einen Spalt aufweist und einen Mittenabgrif fpunkt 50 hat, der bei der gezeigten Ausführungsform mit dem Mittenabgriff 52 der abgeglichenen, in der Mitte angezapften TransformatorSekundärwicklung elektrisch verbunden ist. Wie der Mittenabgriffpunkt 56 so ist auch der Mittenabgrif fpunkt 50 in der gleichen Weise ausgewählt, wie es für den Primärwicklungsschirm 38 und dessen Abgriffpunkt 46 beschrieben ist. Der Punkt 52 ist somit ein Bezugspunkt in dem vorangegangenen Sinn.

In der Fig. 3 ist eine Ansicht eines typischen Transformators dargestellt, der für die erfindungsgemäßen Zwecke

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geeignet ist und einen metallischen Spulenkörper 60 mit einem darin vorgesehenen Spalt 62 aufweist, der einen Schenkel oder eine Seite des Spulenkörpers vollkommen trennt. Der in der Fig. 4 im Schnitt dargestellte Spulenkörper 60 trägt eine Primärwicklung 64 und eine Sekundärwicklung 66. Die auf jeweils einen Abschnitt des Spulenkörpers 60 gewickelten Wicklungen sind jeweils durch Isoliermaterial 68 vom Spulenkörper 60 isoliert. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind gegeneinander durch die Schirme 38 und 48 abgeschirmt, die die betreffende Wicklung jeweils umgeben, allerdings mit Ausnahme der Spalte 74 und 76, die verhindern, daß die Schirme die Primärwicklung 64 und die Sekundärwicklung 66 elektrisch kurzschließen.

In der Fig. 4 sind auch die Verbindungen 44 und 80 mit dem Primärwicklungsschirm und dem Sekundärwicklungsschirm dargestellt. Diese Verbindungen der Schirme sind an einer Stelle vorgesehen, die sich etwa halbwegs um den Spulenkörperumfang herum im wesentlichen auf der entgegengesetzten Seite des normalen Spaltes in der elektrischen Leitfähigkeit befindet. Die Verbindungen 44 und 80 sind somit in derselben Weise ausgewählt, wie es an Hand der Fig. 2 bezüglich der Auswahl des Punktes 46 für die Primärwicklung 64 beschrieben wurde.

Ein in der Fig. 5 gezeigter Schnitt längs der Linien 5-5 der Fig. 4 zeigt den Spalt 62 und die Verbindung 80 für die Sekundärwicklung 66 auf dem Spulenkörper 60.

Somit ist für die verschiedenartigen Teile des Ver- _f sorgungsgerätes eine Anordnung von elektromagnetischen Schirmen vorgesehen, wobei wenigstens ein Teil der Eingangskomponenten abgeschirmt und auf einen ersten Bezugspunkt bezogen ist und wenigstens ein Teil der Ausgangskomponenten abgeschirmt und auf einen separaten elektrisch getrennten Bezugspunkt bezogen ist, nämlich auf die Mittenabgriffsver-

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bindung der Sekundärwicklung des Transformators. Weiterhin sind die elektromagnetischen Schirme, die innerhalb der Versorgungsgerätschaltung tatsächlich auf Schaltungspunkte bezogen sind, bei denen es sich nicht notwendigerweise um HF-Massepotentiale handelt, über Mittenabgriffschirmverbindungen mit diesen Punkten verbunden, die auf den leitenden Oberflächen der elektromagnetischen Schirme Nullpunkte enthalten, bei denen durch elektromagnetische Störquellen induzierte Spannungen im wesentlichen ausgeglichen sind, so daß die Injektion von unerwünschten induzierten elektromagnetischen Störspannungen zu diesen nicht geerdeten Bezugspunkten vermindert wird.

Claims

Patentansprüche

Abschirmung für elektromagnetische Störungen zum elektrischen Umhüllen einer elektromagnetische Störsignale erzeugenden Quelle und zum Herabsetzen der Ausbreitung der Signale über die Umhüllungsgrenze hinaus, gekennzeichnet durch eine elektrisch leitende Oberfläche (38, 40, 47a, 47b, 47c, 47', 48), die die Grenze eines im wesentlichen umschlossenen Volumens mit der darin enthaltenen Störsignalquelle bildet, und durch eine elektrische Mittenabgriffverbindung (41, 42; 46, 44, 42; 50, 52; 56, 54; 58, B) von dieser Oberfläche zu einem elektrischen Bezugspunkt und dadurch daß die elektrische Mittenabgriffverbindung auf der Oberfläche bei einem Nullpunkt (41, 46, 50, 54, 56, 58) beginnt, bei.dem die durch die elektromagnetischen Störsignale in der Oberfläche induzierten Spannungen im wesentlichen ausgeglichen sind, so daß die Injektion der induzierten Störspannungen zu dem Bezugspunkt beträchtlich herabgesetzt ist.
2. Abschirmung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Oberfläche wenigstens entlang eines Teils der Grenze eine Lücke (43, 62, 74) in der elektrischen Leitfähigkeit aufweist, um zu verhindern, daß die Oberfläche eine wirksame elektrische Kurzschlußschaltung im Hinblick auf Spannungen darstellt, die in ihr von erwünschten magnetischen Flußfeldern, die auch der Störsignal« quelle zugeordnet sein können, induziert werden, und daß der Nullpunkt (41, 46, 50, 56) von der Lücke bezüglich der längs der Oberfläche in entgegengesetzten Richtungen von der Lücke zu dem Nullpunkt verlaufenden zwei Bahnen gleich weit entfernt ist.

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3. Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (38, 48) eine Transformatorwicklung (64, 66) umgibt, die die Störsignalquelle darstellt, und daß der Nullpunkt auf der Abschirmung nahe bei der Transformatorwicklung liegt.
4. Abschirmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklung (66) einen Mittenabgriff (52) aufweist, der den Bezugspunkt darstellt.
5» Abschirmung mit einem ersten elektromagnetischen Schirm nach Anspruch 3 oder 4 und mit einem zweiten elektromagnetischen Schirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schirme (38, 48) eine ihm zugeordnete Wicklung (64, 66) desselben Transformators abschirmt und daß die beiden Schirme voneinander elektrisch isoliert sind.
6. Abschirmung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektromagnetische Schirm (48) die Sekundärwicklung (66) des Transformators und der zweite elektromagnetische Schirm (37) die Primärwicklung (64) des Transformators abschirmt.
7. Abschirmung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirm (40, 47c) den Schirm nach Anspruch 3 oder oder den ersten und bzw. oder den zweiten Schirm nach Anspruch 5 oder 6 umgibt und daß der nach Anspruch 2 ausgebildete umgebende Schirm von dem umgebenen Schirm elektrisch getrennt ist.

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8. Abschirmung nach Anspruch 7, sofern abhängig von Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Schirm (47c) die Sekundärwicklung des Transformators abschirmt und daß der Nullpunkt des umgebenen Schirms nahe bei der Sekundärwicklung liegt.
9. Abschirmung nach Anspruch 7, sofern abhängig von Anspruch 6, · dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Schirm (40) die Primärwicklung des Transformators abschirmt und daß der Nullpunkt (41) des umgebenden Schirms verhältnismäßig weit von der Primärwicklung weg liegt.
10. Abschirmung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenabgriffverbindungen von dem Primärwicklungsschirm (38) und von dem diesen Schirm umgebenden Schirm (40) an denselben Bezugspunkt (42) angeschlossen sind.
11. Abschirmung nach Anspruch 8 in Kombination mit Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden umgebenden Schirme (40, 47c) elektrisch voneinander isoliert sind.
12. Abschirmung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß ein abschirmender äu'ßerer Schutzschirm (47a, 47') vor- . gesehen ist, der von den umgebenden Schirmen (40, 47c) elektrisch isoliert ist.

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13. Abschirmung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß sich auf einer Oberfläche (47') des äußeren Schutzschirms der Bezugspunkt (54) befindet und daß für den Schirm (47c), der den Sekundärwicklungsschirm (48) des Transformators umgibt, die Mittenabgriffverbindung (56, 54) zu diesem Bezugspunkt führt.
14. Abschirmung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt (54) nach Anspruch 13 in der Nähe der Sekundärwicklung liegt.
15. Elektromagnetisch abgeschirmte elektrische Umformereinrichtung, die als Versorgungsgerät dient und eine Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung umformt, enthaltend eine elektromagnetische Abschirmung nach einem · der Ansprüche 11 bis 14, sofern direkt oder indirekt abhängig von Anspruch 10, eine Eingangsschaltung mit einem Eingangsgleichrichter zum Gleichrichten der Eingangswechselspannung in eine Zwischengleichspannung, die zwischen einem potentialführenden Punkt und einem Bezugspotentialpunkt auftritt, einen an den potentialführenden Punkt und den Bezugspotentialpunkt angeschlossenen Wechselrichter zum Umformen der Zwischengleichspannung in eine im wesentlichen rechteckförmige Vechselspannung, einen Transformator mit einer Primärwicklung, an die die rechteckförmige Wechselspannung gelegt ist, und mit einer Sekundärwicklung zum Erzeugen einer sich periodisch ändernden Spannung in Übereinstimmung mit der rechteckförmigen Spannung und mit dem " von der rechteckf örmigen Spannung hervorgerufenen magnetischen Fluß, der mit der Primärwicklung und der Sekundärwicklung verkettet ist, und eine Ausgangsschaltung mit einem Ausgangsgleichrichter zum Gleichrichten der sich periodisch ändernden Spannung in die an Ausgangsanschlüssen auftreten-

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de Ausgangsgleichspannung,

dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator und seine Abschirmung entsprechend Anspruch 10 und 11 ausgebildet sind und daß der umgebende Schirm (40), der den Primärwicklungsschirm (38) umgibt, auch den Eingangsgleichrichter (32) und den Wechselrichter (34) abschirmt, wobei der Bezugspotentialpunkt des Eingangsgleichrichters (32) den in Anspruch 10 genannten Bezugspunkt (42) bildet.
16. Abgeschirmte Umformereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennz ei c h η e t , daß der entfernt angeordnete Nullpunkt (41) nach Anspruch 9 etwa in der Mitte auf der Oberfläche des umgebenden Schirms (40) nach Anspruch 9 angeordnet ist.
17. Abgeschirmte Umformereinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, sofern abhängig von Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schutzschirm (47a, 47·) die Eingangsschaltung nach Anspruch 15 abschirmt, daß einer der Eingangsanschlüsse (B) der Eingangsschaltung mit einem Bezugspunkt (58) auf dem äußeren Schutzschirm (47a, 47') verbunden ist und daß dieser Bezugspunkt in der Nähe dieses Eingangsanschlusses (B) auf der Oberfläche des äußeren Schutzschirms angeordnet ist.
18. Abgeschirmte Umformereinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich ne t , daß der äußere Schutzschirm (47a, 47', 47b) auch die Ausgangsschaltung nach Anspruch 15 abschirmt.
19. Abgeschirmte Umformereinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse (G, D) nach Anspruch 15 weder mit einem Bezugspunkt der Umrichtereinrichtung selbst noch mit einem Bezugspunkt von irgendeinem der genannten Schirme verbunden sind.

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