DE3202600C2

DE3202600C2 -

Info

Publication number: DE3202600C2
Application number: DE19823202600
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing. Dornbirn At Wiesner
Original assignee: Zumtobel AG
Current assignee: Zumtobel AG
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1991-09-05
Also published as: AT384320B; DE3202600A1; ATA34681A

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Wechselstrombegrenzer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der US-PS 39 68 465 ist ein solcher induktiver Wechselstrombegrenzer bekannt, wobei dort von dem Grundgedanken ausgegangen wird, den Gleichstromanteil durch in den magnetischen Kreis eingefügte Permanentmagnete zu unterdrücken und Erwärmungsprobleme durch Unterteilung der Permanentmagnete zu verringern.

Weiter ist aus der AT-PS 2 93 566 der Aufbau eines Magnetkreises aus zwei verschiedenen Materialien bekannt, wobei dieser Aufbau dort aber benutzt wird, um eine Schalldämpfung zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen induktiven Wechselstrombegrenzer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, insbesondere dessen Eisenkern in einer Weise auszugestalten, daß die elektrischen und magnetischen Charakteristiken in weiten Grenzen je nach Verwendungszweck des induktiven Wechselstrombegrenzers beeinflußbar sind, um sie dem jeweiligen Verwendungszweck optimal anzupassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Der induktive Wechselstrombegrenzer nach der Erfindung läßt sich seinem jeweiligen Verwendungszweck in vorbildlicher Weise anpassen, denn bei der Erregung bis nahe der Sättigung des kurzen Kernabschnitts aus hartmagnetischem Werkstoff, d. h. mit hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft ist der magnetische Widerstand außerordentlich hoch, so daß erst beim Überschreiten der Sättigungsinduktivität eine mit steigender Erregung ansteigende Induktivität erzielt wird. Dadurch können ursprünglich sinusförmige Charakteristiken im Extremfall bis zur Rechteckform umgewandelt werden, mit der Folge, daß ein schneller Stromanstieg bei niedrigem Scheitelwert des die Wicklung durchfließenden Stromes erreicht werden kann.

Durch den induktiven Wechselstrombegrenzer nach der Erfindung ist es möglich, die an sich sinusförmige Wechselspannung aus dem Versorgungsnetz in eine Wechselspannung mit im wesentlichen trapez- oder sogar rechteckförmigem Verlauf umzuformen. Bei der Verwendung im Zusammenhang mit Gasentladungslampen wird dadurch bei gleicher elektrischer Leistungsaufnahme eine höhere Lichtausbeute erzielt. Darüber hinaus ergibt sich eine erhebliche Verbesserung des Scheinleistungsfaktors, so daß dadurch als weiterer Vorteil die Leitungsverluste als solche reduzierbar sind. Es ist ferner möglich, Transformatoren wie den induktiven Wechselstrombegrenzer nach der Erfindung aufzubauen, die kein konstantes Übersetzungsverhältnis haben insofern, daß im Leerlauf trotz Spannungsschwankungen auf der Primärseite eine weitgehend konstante Spannung auf der Sekundärseite erzielbar ist. Bei Belastung wird also ein konstanter Strom auf der Sekundärseite erzielt, unabhängig von erheblichen Netzspannungsschwankungen auf der Primärseite.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Die angestrebte Kurvenform kann durch die Wahl besonderer Materialeigenschaften erzielt werden, indem in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 als ferromagnetisches Material hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft eines mit sehr niedriger Permeabilität gewählt wird, und auch durch konstruktive Maßnahmen beeinflußt werden, indem der die hohe Remanenz und/oder hohe Koerzitivkraft aufweisende kurze Kernabschnitt in der Richtung des magnetischen Flusses so gering bemessen wird, daß der entstehende magnetische Spalt den effektiven Scheinwiderstand der Induktivität bestimmt.

Weitere Möglichkeiten, dem aufgezeigten Gesichtspunkt Rechnung zu tragen, liegen darin, den die hohe Remanenz und/oder hohe Koerzitivkraft aufweisenden kurzen Kernabschnitt in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 aus keramischem Magnetwerkstoff auszubilden, wofür sich aber auch Dauermagnete bestens eignen, oder in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 im magnetischen Nebenschluß zum Eisenkern anzuordnen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine einfache Drossel mit einem Eisenkern,

Fig. 2-6 Ausgestaltungsformen des Teils hoher Remanenz in Verbindung mit dem weichmagnetischen Eisenkern im Detail,

Fig. 7 eine zwei Erregerspulen aufweisende Drossel als Vorschaltgerät für Gasentladungslampen,

Fig. 8 einen Strombegrenzungstransformator, und

Fig. 9-10 dreischenkelige Drosselspulen im Querschnitt mit bewickeltem mittleren Schenkel in verschiedenen Ausführungsformen.

Eine beispielsweise Aufstellung jener Materialien, die hier verwendet werden können, sind in den unten angegebenen Tabellen angeführt, wobei Tabelle 1 sogenannte magnetisch weiche Stoffe benennt und Tabelle 2 magnetisch harte Stoffe anführt, also solche hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft. Die Materialangaben in diesen Tabellen sind als beispielsweise Aufzählung zu betrachten. Auch andere Materialien, die Eigenschaften magnetisch harter Stoffe besitzen, sind für den hier beschriebenen Zweck geeignet.

Fig. 1 zeigt in Seitensicht eine einfache Drosselspule mit einem aus geschichteten Lamellen aufgebauten Weicheisenkern 1 und einer Erregerwicklung 2. Dieser Eisenkern 1 von rechteckigem Querschnitt 3 ist nicht umfangsgeschlossen ausgeführt, vielmehr besitzt er eine Unterbrechung, die jedoch mit einem Teil 4 hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft ausgefüllt ist. Dieser Teil 4 ist ein rechteckiges Blättchen von jener Stärke, die die Aussparung im Weicheisenkern 1 vollständig überbrückt. Somit besteht dieser Weicheisenkern 1 aus einer Serienschaltung von Materialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften. Beim Eisenkern 1′ nach Fig. 2 erstreckt sich der Teil 4^I hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft nicht über den gesamten Querschnitt, sondern nimmt nur einen Bruchteil desselben ein, so daß der Weicheisenkern 1′ in diesem gezeigten Bereich eine Parallelschaltung zweier Materialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften aufweist. Ähnliches gilt für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 bis 5, die im Hinblick auf das Gesagte keiner weiteren Erläuterung bedürfen. Diese eingelegten Teile 4^I-4^IV hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft können beispielsweise aus keramischen Magnetwerkstoffen bestehen, sie können aber auch aus Dauermagneten gebildet sein.

Eine Ausführungsvariante zeigt nun Fig. 6. Im Eisenkern 10 sind randseitig zwei Dauermagnete 40 eingelegt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Polarität dieser beiden Dauermagnete bezogen auf die magnetische Flußrichtung Φ unterschiedlich ist. Dies ist in Fig. 6 durch die Buchstaben N-S angedeutet.

Fig. 7 zeigt eine Vorschaltdrossel für Gasentladungsstrecken. Der Eisenkern 10′ ist hier dreischenkelig ausgebildet. Die äußeren Schenkel tragen zwei Erregerwicklungen, die zueinander parallel geschaltet sind und die beiden äußeren Schenkel gleichsinnig induzieren, was hier durch den Pfeil Φ angedeutet ist. Der mittlere Schenkel 21 weist hier als Teile hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft Dauermagnete 22 und 23 auf, wobei auch hier die Anordnung so getroffen sein kann, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert worden ist. Ein mittlerer Luftspalt 24 unterbricht den oberen vertikalen Verbindungsschenkel.

Fig. 8 veranschaulicht einen Strombegrenzungstransformator mit einem dreischenkeligen Eisenkern 10″, einer Primärwicklung P und einer Sekundärwicklung p. Der mittlere Schenkel 21′ trägt hier ebenfalls als Teil hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft eine dauermagnetische Einlage 22′.

Die Fig. 9 und 10 zeigen nun noch Drosselspulen im Querschnitt mit einem dreischenkeligen Eisenkern, wobei die Wicklung auf dem mittleren Schenkel angeordnet ist. Die Anordnung der Teile hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft - hier sind Dauermagnete vorgesehen - ist diesen beiden Figuren unmittelbar zu entnehmen.

Tabelle 1

Magnetisch weiche Stoffe

Tabelle 2

Magnetisch harte Stoffe

Claims

1. Induktiver Wechselstrombegrenzer mit einem aus zwei verschiedenen magnetischen Werkstoffen bestehenden Kern als gemischtmagnetischer Kreis, der über den größten Teil seiner Ausdehnung aus weichmagnetischem Werkstoff hoher Permeabilität und niederer Remanenz und einem gegenüber der mittleren Eisenweglänge des Kernes kurzen Kernabschnitt (4- 4 ^IV, 22, 22′, 23, 40) aus hartmagnetischem Werkstoff, d. h. mit hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft, besteht, und mit mindestens einer von diesem als Schenkelkern (1, 10, 10′, 10″) ausgebildeten Magnetkreis durchsetzten Wicklung (2, 20, P, p), dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetisierungsbereich derart gewählt ist, daß der Teil aus dem hartmagnetischen Werkstoff bis in die Nähe der magnetischen Sättigung gelangt, damit ein schneller Stromanstieg bei niedrigem Scheitelwert zu erreichen ist.

2. Induktiver Wechselstrombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft eine niedrige Permeabilität gegenüber der Permeabilität des übrigen magnetischen Kreises (1, 10, 10′, 10″) aufweist.

3. Induktiver Wechselstrombegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Kernabschnitt (22, 23; 22′) aus dem hartmagnetischen Werkstoff im mittleren Kernschenkel (21, 21′) eines dreischenkeligen Kernes (10′, 10″) angeordnet ist und auf den beiden äußeren Kernschenkeln des Kernes je eine oder zwei Wicklungen (20, P, p) angeordnet ist bzw. sind (Fig. 7, 8).

4. Induktiver Wechselstrombegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem kurzen Kernabschnitt (4-4 ^IV) als hartmagnetischer Werkstoff ein keramischer Magnetwerkstoff mit niedrigen Wirbelstrom- und Ummagnetisierungswirkverlusten dient.

5. Induktiver Wechselstrombegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die hohe Remanenz und/oder hohe Koerzitivkraft aufweisende Teil im magnetischen Nebenschluß zum Eisenkern (10) angeordnet ist und vorzugsweise in dem im magnetischen Nebenschluß liegenden Teil hoher Remanenz und/oder hoher Koerzitivkraft mindestens ein Luftspalt vorgesehen ist.