DE2642288C3

DE2642288C3 - Konstantstrom-Transformator für Gasentladungsröhren

Info

Publication number: DE2642288C3
Application number: DE19762642288
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof. Dr.-Ing. 7830 Emmendingen Walz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1980-10-09
Also published as: AT361082B; CH620788A5; DE2642288B2; ATA678677A; DE2642288A1

Description

lungsaußenflächen unter Einhaltung üblicher Isolationsvorschriften mit den Metallflächen des Aluminiumbechers in guten Wärmekontakt gebracht sind, wird die Dauer-Betriebstemperatur unterhalb der zulässigen Grenze gehalten (maximale Übertemperatur 75°). Die maximale Übertemperatur At der Transformatorwicklungen kann hierdurch bei Nenndauerlast auf ungefähr 45° C gehalten werden. Der durch technische Vorschriften festgelegte Grenzwert für die maximale Wicklungsübertemperatur beträgt 75° C bei Lackdraht Klasse F.

In der Mehrzahl der Anwendefälle ist der Reihenresonanz-Kondensator im freien Raum des Aluminiumbechers untergebracht und zusammen mit den Transformator-Teilen feuchtigkeitsdicht eingeschlossen.

Auf diese Weise ergibt sich auch für das Gesamtgerüt einschließlich des Reihen-Resonanz-Kondensators und einschließlich der Imprägnierungs- und Vergußmasse eine Leistungsdichte von ca 70 VA/ION bei einem Gerät mit ca. 90 VA Dauerleistung, d. h. für 90 VA ein Gewicht von ca. 13 N.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläute-t. Dabei zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Konstantstrom-Transformators in Schrägansicht,

Fig.2 einen vollständig montierten Transformator mit Resonanzkapazität,

F i g. 3 ein Kennlinienfeld,

F i g. 4 das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles,

F i g. 5 eine Kennlinie zur Schaltung nach F i g. 4,

F i g. 6 eine Sparschaltung,

F i g. 7 eine Kennlinie zu F i g. 6,

F i g. 8 eine weitere Sparschaltung und

F i g. 9 eine Kennlinie zur Schaltung nach F i g. 8.

In den Fig. I und 2 ist ein erfindungsgemäßer Konstantstrom-Transformator für 90 VA, mit ca. 90 mA Vollaststrom und 990 V Leerlaufspannung dargestellt. Dabei ist ein Schnittbandkern 1 aus zwei Schleifen des Typs SU 39 h aufgebaut, wobei das Gewicht G = 5,08 N, der effektive Eisenquerschnitt £//v=4,48 cm², die mittlere Eisenweglänge L/v= 14,8 cm beträgt. Die Wicklungen 2 und 3 bestehen aus Kupfer-Lackdraht Klasse F oder Klasse H, und zwar die Primärwicklung 2 aus einem Draht mit einem Durchmesser </| =0,38 mm mit einem Kupferquerschnitt c/nii=0,l135 mm², mit einer mittleren Windungslänge /ι = 14,8 cm und einer Windungszahl Wi = 1230. Der ohmsche Widerstand R[ ist dann gleich 26,5 Ohm. Für die Sekundärwicklung 3 ist ein Draht mit einem Drahtdurchmesser £/2 = 0,16 mm verwendet, wobei der Kupfer-Querschnitt <7<„2 = C,02O1 mm² beträgt, die mittlere Windungslänge I₂ = I₁ = 14,8 cm und die Windungszahl W₂ = 6300. Bei der Sekundärwicklung beträgt der ohmsche Widerstand /?2 760 Ohm. Die vorgesehene Rcihenrcsonanz-Kapazität C ist zu 0,2InF bis 0,23 μF gewählt. Die Betriebsspannung Uc= 1100 V eff. Die elektromagnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Transformators sind dabei folgende:

Für den Effektivwert der Wechselspannung von Transformator-Wicklungen gilt die bekannte Transformatoren-Formel

LW= 4,44 · f_r- w- <J>„„, · 10 ⁴V

mit £= Netzfrequenz = 50 Hz. w= Windungszahl, magnetischer Fluß Φ „,at = qi c· B„_N,ü fl„_u, = Maximalwert der Induktion [T]. Bei Anlegen der Netzspannung LWf= 220 V an die Primärwicklung 2 tritt im Eisenkern 1 eine Induktion fl„,j,= l,8 Tesla auf. Die dazu nötige Erregung beträgt nach Fig.3, Kurve J, ca. 28,0 Ampere-Windungen pro cm (AW/cm = /YJl Für In·= 14,8 cm ist der Leerlaufstrom /io = 0,335 A.
Ί Der nach der Erfindung zu erzielende praktisch lineare Verlauf von ß„_u, (H_mj,)\s\. mit dem Meßergebnis gemäß Tabelle 1 und mit der Kurve 2, Fig. 3, nachgewiesen. Kurve 1 gilt für einen Ringkern aus gleichem kornorientiertem Material, jedoch ohne den

ι» Spalt 5 (Fig. 1). Der Spalt 5 im erfindungsgemäß zusammengesetzten Schnittbandkern SU 39b beträgt ca. 2 χ 0,25 mm = 0,5 mm. Er wird hergestellt und justiert durch eine nicht-magnetische, elektrisch nichtleitende Zwischenlage, z. B. aus Preßspan. Dabei ergibt

ΙΊ sich der geforderte Zusammenhang B„_u< (H„_UJ nach Kurve 2, F i g. 3.

Der Primärstrom j\ bei Vollast /₂ = O,O9OA, £/. = 990 V, (Verbraucher-Leistung P> = 9ÜVA) wurde mit 0,46 A gemessen. Die Leistungsaufnahme aus dem

i\\ Netz ist dann P\ = Pi+P_K. Dabei ist P-. die Summe aus Kupfer- und Eisenverlusten. Es ist

Py = /',.ι + Λ-2+ft/vund

P₁ , = /,-' . R, = 0,46-', 25,5 = 5,4 W.

P₁₂ = /,-' . R₂=0.090² · 720 = 53 W

P₁ _lc « I W; somit ist

P₁ = 123 Wund

P₁ = 1023 W « U_n · /, = 220 ■ 0.465.

«ι Bei Vollast ist der cos φ» I (Resonanz mit der Kapazität 8). Somit ist der Wirkungsgrad des Transformators bei Vollast

90 90 + I 2.3

= 0.88 .

Für den Schnittbandkern wird ein Material verwendet mit einem maximalen Verlust von 22 W/10 N bei einer Induktion ß,,_m=l,7 Tesla. Zwischen Primär· und Sekundärwicklung 2 und 3 ist, zur Erzeugung des erforderlichen magnetischen Streufeldes auf beiden Seiten des Schnittbandkernes 1 je ein iamelliertes Streu-Joch 4 aufgelegt. Ein Spalt 6 zwischen Streu-Joch 4 und Stirnseiten des Schnittbandkernes I ist zwischen 03 mm und 1,5 mm insgesamt gewählt. Transformatorwicklungen und Kerne mit Jochen sind in einem Aluminiumbecher 7 eingeschoben, wie aus Fig.2 ersichtlich. Die Außenabmessungen des Aluminiumbechers 7 betrugen bei einem Ausführungsbeispiel 45 χ 70 χ 125 mm. Der Innenraum im Aluminiumbecher 7, der bei dieser Dimensionierung der Bechergröße vorwiegend für Wärmeabfuhrzwecke verfügbar ist reicht aus, um den Kondensator 8, mit dem durch Nennarom und Spannung bedingten Volumen mit aufzunehmen.

Eine ausgeführte Schaltung in Verbindung mit Leuchtstoffröhren 10 ist in F i g. 4 dargestellt. Primär- und Sekundärwicklung 2 und 3 des in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestellten erfindungsgemäßer, Transformators sind gaivanisch getrennt und gegeneinander, sowie gegen den Schnittbandkern 1 und das Aluminium= Gehäuse 7 vorschriftsmäßig voll isoliert. Die Leuchtstoffröhren 10 sind im sekundären Belastungskreis des Transformators angeordnet. Die Toleranz von h zwischen Vollast unH Kurzschluß beträgt ca. ±5%. Die maximal nutzbare Betriebsspannung U_1n mit Nenn-Konstantstrom Ii betrag» normalerweise etwa 0,8 L6,>. Wegen der Strom-Konstanz ist eine Parallelschaltung

von Geräten auf der Sekundärseite /weeks Vervielfachung des Sekundärstromes möglich, ebenso eine Reihenschaltung zur Vervielfachung der .Sekundärspannung. Dadurch kann mit Hilfe eines einzigen Gerätetyps ein Baukasten-System für beliebige Anwendungsfälle aufgebaut werden.

Eine weitere Sparschaltung ist in Γ-" i g. 6 dargestellt, wobei die Kennlinie U; (J_:) in F- i g. 7 gezeigt ist. Bei dieser Schaltung sind, ohne Änderungen des inneren Aufbaus des Transformators, der Konstantstrom J> und die Nennleistung um ca. 20% höher. Die maximale Überteinperatur der Wicklungen steigt dabei um ca. 10°C auf ca. At = 55°C. Diese Sparschaltung verbessert auch die Zündsicherheit der Leuchtstoffröhren, vor allem bei Kälte.

!".in Maximum der Leistungsdichte VA/N wird mit dem gleichen aktiven liisen- und Kupferaufwand des beispielsweise beschriebenen Konstantstrom-Transformatciri erzielt, wenn die .Sekundärwicklung 3 mit der gleichen Windungszahl und der gleichen Cu-Drahtstärke ausgeführt wird (w< = ηί = Ι23Ο Windungen. c/, = (/, =0,38 mm) und in Sparschaltung nach F i g. 8 betrieben wird. Als Leerlaufspannung auf der .Sekundärseile ergibt sich dann i7i + iA = 42OV und, mit einer Reihen-Resonanzkapazität 8 von J bis 4 j.il" ein Konstantstrom von ca. 0.4 bis 0.5 A. Nach der zugehörigen Kennlinie l!\ + IJ; = i (f:) gemäß F i g. 9 können Gasentladungsröhrensysteme (Leuchtstofflam pen) mit einem Brennspannungsbedarf zwischen ca 350 V und 3(X) V betrieben werden, entsprechend einei , Leistungsabgabe /^J.. = 0,43 350 = 0,50 · 300=I50VA Ks können somit beispielsweise drei Leuchtstofflampcr in Reihenschaltung, mit Standard-Abmessungen (Lunge 1,2 in. Rohrdurchmesser D = 37 mm), oder zwei Leuchtstofflampen in Reihenschaltung mit Standard-Abmes

mi sungen (Länge 1,8 mm, Rohrdurchmesser D= 37 mm, stromstabil brennen, wie aus Fig. 9 ersichtlich. Die Zündung erfolgt durch einen Spannungsinduktionsstoß der durch eine Strcu-Magnctflußänderung im Transformator beim Öffnen eines Kurzschluß-Ruhc-Kontaktc

i. II nach F i g. 8 parallel zur Röhre entsteht. Dii Kontaktöffnung kann in an sich bekannter Weise elektromechanisch (mit einem Relais), mit einen Glimmzünder oder elektronisch mit einem Thyristoi erfolgen, vorzugsweise im Maximum der Strom-Halb

JH wellen.

Die Übertemperatur der Transformatorwickluiiper erreicht bei dieser Betriebsart Werte von At = 72 C. die somit dem Grenzwert At = 75"C nahekommen.

Die Resonanzkapazität C von 3 bis 4 μΐ-' wird ir

.•ι diesem Fall zweckmäßig außerhalb des Aluminiumbc chers 7 angeordnet.

Claims

Patentanspruch:

KonEtantstrom-Transformator für Gasentladungsröhren mit Reihen-Resonanzkondensator im sekundären Belastungsstromkreis und mit Eisenkern aus kornorientiertem Magnetblechmaterial, insbesondere in Schnittbandkernform, mit galvanisch getrennter Primär- und Sekundärwicklung und stirnseitig auf den SchnittDandkem aufgelegten Magnetblechpakeicn aus vorzugsweise kornorientiertem Material zur Erzeugung eines magnetischen Streufeldes zwischen Primär- und Sekundärwicklung, wobei die aktiven Eisen- und Kupferwicklungsteile in einem vorwiegend der Verlustwärmeabfuhr dienenden, aus Aluminium oder dergleichen Metallwerkstoff bestehenden Becher voll elektrisch isoliert, jedoch dicht am Becher anliegend eingebracht sind, wobei ferner der fertig montierte Transformator, bestehend aus Primär- und Sekundärwicklung, Schnittbandkernteilen und Streujochen unter Verwendung eines Epoxid-Gießharzes imprägniert und vergossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptmagnetkreis, der eine mittlere Eiseriweglänge /_m aufweist, ein nicht-magnetischer Spalt mit einer Gesamtlänge <5 angeordnet ist, daß 6/I_n, größer als 0,002 ist, derart, daß sich eine maximale magnetische Induktion B_m3X bei Nenn-Netzspannung an der Primärwicklung von mindestens 1,7 Tesla einstellt und daß die Imprägnierung einschließlich der Fixierung der nicht-magnetischen Zwischenlagen in den Spalten im Haupt- und Streufeldkreis im Ülurdrucl.-Zentrifugier-Verfahren durchgeführt ist, liaP- die Becheroberfläche mindestens 40% größer ist als üe Oberfläche der aktiven Transformatorteile und daß der gesamte effektive Eisenquerschnitt beider Streufeld-Joche zusammen größer als etwa 30% des effektiven Eisenquerschnittes des Hauptmagnetkreises ist, und daß ferner die in diesen lochen herrschende magnetische Induktion durch nicht-magnetische Zwischenlagen zwischen den Jochen und den Stirnseiten des Schnittbandkernes auf B_max zwischen ca. 13 und 1,4 Tesla eingestellt ist.

Die Erfindung betrifft einen Konstantstrom-Transformator für Gasentladungsröhren mit Reihen-Resonanzkondensator im sekundären Belastungsstromkreis und mit Eisenkern aus kornorientiertem Magnetblechmaterial, insbesondere in Schnittbandkernform, mit galvanisch getrennter Primär- und Sekundärwicklung und stirnscitigauf den Schnittbandkern aufgelegten Magnclblcchpakcten aus vorzugsweise kornorientiertem Material zur Erzeugung eines magnetischen Streufeldes zwischen Primär- und Sekundärwicklung, wobei die aktiven Eisen- und Kupferwicklungsteile in einem vorwiegend der Verlustwärmeabfuhr dienenden, aus Aluminium oder dergleichen Metallwerkstoff bestehenden Becher voll elektrisch isoliert, jedoch dicht am Becher anliegend eingebracht sind, wobei ferner der fertig montierte Transformator, bestehend aus Primär- und Sekundärwicklung, Schnittbandkernteilen und Streujochen unter Verwendung eines Epoxid-Gießharzes imprägniert und vergossen ist.

Ein derartiger KonstantstromTransformatc-r ist aus dem DE-GM 70 48 179 bekannt.

Konstantstrom-Transformatoren mit Eisenkern aus kornorientiertem Magnetblechmaterial, z. B. Schnittbandkernform, und mit im Transformator galvanisch getrennter Primär- und Senkundärwicklung sind aus der US-PS 35 03 027 bekannt.

Ein ähnlicher Transformator ist aus der US-PS 31 Il 637 bekannt, jedoch sind dort keine Luftspalte vorgesehen, sondern kreisrunde öffnungen in den Wicklungskernen.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Konstantstrom-Transformator der eingangs erläuterten Art dahingehend auszubilden, daß beim Betrieb von Gasentladungsröhren bzw. Gasentladungslampen die Leistungsdichte vergrößert wird, wobei die Verluste zur

is Erhöhung der Lebensdauer und zur Energieeinsparung gering gehalten werden sollen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß im Hauptmagnetkreis, der eine mittlere Eisenweglänge /„, aufweist, ein nicht magneti scher Spalt mit einer Gesamtlänge δ angeordnet ist, daß ö/l,„ größer als 0,002 ist, derart, daß sich eine maximale magnetische Induktion B_mil, bei Nenn-Netzspannung an der Primärwicklung von mindestens 1,7 Tesla einstellt, und daß die Imprägnierung einschließlich der Fixierung der nicht-magnetischen Zwischenlagen in den Spalten im Haupt- und Streufeldkreis im Oberdruck-Zentrifugier-Verfahren durchgeführt ist, daß die Becheroberfläche mindestens 40% größer ist als die Oberfläche der aktiven Transformatorteile und daß der gesamte

κι effektive Eisenquerschnitt beider Streufeld-Joche zusammen größer als etwa 30% des effektiven Eisenquerschnittes des Hauptmagnetkreises ist, und daß ferner die in diesen Jochen herrschende magnetische Induktion durch nicht-magnetische Zwischenlagen zwischen den Jochen und den Stirnseiten des Schnittbandkernes auf B_m„ zwischen ca. 1,3 und 1,4 Tesla eingestellt ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der erforderliche lineare Zusammenhang zwischen der magnetischen Induktion B und der Feldstärke H durch ausreichend

in große eisenfreie Spalte bis S_roj, gleich 2 Tesla erzwungen wird, ohne daß die Typenleistung des gewählten Schniltbandkernes reduziert wird.

Durch die erfindiingsgcmäß angewendete Hochdmck-Iiiiprägnicr-Schlciidcrtcchnik mit Epoxid-Gicßhar/

r> wird erreicht, dall durch das Epoxid-Gießharz die Auswirkungen der sehr hohen magneto-striktiven Kräfte, die an den Schnittbandkern-Hälften bei dem großen Wert von B,_m, und durch die Spalte bedingt auftreten, gedämpft werden. Bei einem erfindungsgemäß ausgebil-

Vi deten Konstantstrom-Transformator bleibt zwischen Primär- und Sekundärwicklung noch genügend Raum, um ziy Erzeugung des erforderlichen magnetischen Streufeldes auf beiden Seiten des Schnittbandkernes je ein lamelliertes Streujoch aufzulegen, vorzugsweise aus

vi kornorientierten Magnetblechen.

Die bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Konstantstrom-Transformator erreichbare Leistungsdichte von mindestens 110 VA/10 N des aktiven Eisen- und Kupfermaterials bei ca. 90 VA Typennennleistung

mi ermöglicht ungewöhnlich kleine Einbaumaße, die den praktischen Einsatz sowie Seine FertiginöMäge bei der Herstellung stark erleichtern.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung in einem Aluminiumbecher wird erreicht, daß die Abführung der

h-i Verlustwärme des relativ kleinen Transformators sichergestellt wird, obwohl die Oberfläche des Transformators bezogen auf seine Nennleistung spezifisch klein ist. Dadurch, daß die aktiven Eisen- und Kupferwick-