DE3701037A1

DE3701037A1 - Elektromagnetische abschirmung fuer eine elektromagnetanordnung

Info

Publication number: DE3701037A1
Application number: DE19873701037
Authority: DE
Inventors: Yoshirou Shikano; Shinichiro Hayashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1987-01-15
Publication date: 1987-07-23
Anticipated expiration: 2007-01-16
Also published as: JPH0691335B2; DE3701037C2; JPS62166000A; CA1303155C; US4806896A; KR870007541A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschirmung für eine Elektromagnetanordnung, wie beispielsweise einen Transformator, eine Drosselspule oder einen Stromtransformator, um den Betrieb der Anordnung mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen, indem jede Beeinflussung durch einen externen Magnetfluss verhindert wird.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Stromtransformators (55) mit einer üblichen elektromagnetischen Abschirmung (53) gemäss dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster 58-124931.

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, gemäss welcher der Stromtransformator (55) zwei ringförmige Magnetkerne (48, 49) mit jeweils darauf aufgebrachten Wicklungen (50, 51) aufweist. Die elektromagnetische Abschirmung (53), die aus elektrischen Leitern besteht, umgibt die Magnetkerne (48, 49) und die Wicklungen (50, 51) und ist von diesen durch einen Isolator (52) getrennt. Ein Isolator (54) ist aussen an der elektromagnetischen Abschirmung (53) angebracht, um zu verhindern, dass die Abschirmung (53) als ein aus einer Windung bestehender Kurzschluss wirkt, der mit den Hauptflusswegen in den Magnetkernen (48, 49) gekoppelt ist. Die elektromagnetische Abschirmung (53) ist aus einem Harz geformt, das elektrisch leitendes Kupfer oder Aluminiumpulver enthält oder besteht aus einer Leiterplatte aus Kupfer oder Aluminium.

In dem Stromtransformator (55), der wie vorausgehend beschrieben aufgebaut ist, beeinträchtigt die elektromagnetische Abschirmung (53) nicht den Hauptfluss in den Magnetkernen (48, 49). Wenn ein externer Magnetfluss auf den Stromtransformator (55) einwirkt, so gestattet die elektromagnetische Abschirmung (53) die Ausbildung von in ihr fliessenden Wirbelströmen, die ein magnetisches Feld erzeugen, das entgegengesetzt zum externen Magnetfluss gerichtet ist und jegliche Einwirkung des externen Magnetflusses auf die Wicklungen (50, 51) verhindert.

Infolgedessen können Strommessungen mit ausreichender Genauigkeit erfolgen, ohne durch externe Magnetflüsse in einem derartigen Stromtransformator beeinträchtigt zu werden.

Bei einer derartigen üblichen elektromagnetischen Abschirmung sind gewisse Nachteile vorhanden. Wird für die elektromagnetische Abschirmung (53) ein Harzformteil verwendet, das elektrisch leitendes Pulver enthält, so verringert sich die Wirksamkeit der Abschirmung bei höheren Frequenzbereichen wegen des spezifischen Widerstandes des Harzes. Besteht die Abschirmung (53) aus einer Kupferplatte oder einer Aluminiumplatte, so ist die Herstellung derselben schwierig und kostspielig, da sie getrennte Gusstypen für jede Art einer elektromagnetischen Abschirmung unter Verwendung von Spezialwerkzeugen erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue, verbesserte, elektromagnetische Abschirmung für eine Elektromagnetanordnung zu schaffen, die kostengünstig und einfach herzustellen ist und eine ausreichende Schutzwirkung aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Anordnung einer Anzahl von Abschirmspulen gelöst, die auf einer Magnetkernschleife aufgewickelt sind, in welcher der Hauptfluss der Elektromagnetanordnung fliesst, wobei die Enden gleicher Polarität der Abschirmspulen miteinander verbunden sind.

Die erfindungsgemässe elektromagnetische Abschirmung ist gekennzeichnet durch:.

a) eine Anzahl Abschirmspulen, die umfangsseitig im Abstand voneinander auf dem die Schleife bildenden Magnetkern aufgewickelt sind, in dem ein Hauptfluss der Elektromagnetanordnung fliesst,
b) einen ersten Kurzschlusskreis zum Kurzschliessen der Pluspolarität aufweisenden Enden der Abschirmspulen miteinander, und
c) eine zweite Kurzschlußschaltung zum Kurzschliessen der Minuspolarität aufweisenden Enden der Abschirmspulen miteinander.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Stromtransformators mit einer üblichen elektromagnetischen Abschirmung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Stromtransformators mit einer elektromagnetischen Abschirmung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine radiale Schnittansicht eines Teils des Stromtransformators nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Ersatzschaltung zur Erläuterung des Betriebes der Abschirmspulen nach Fig. 2,

Fig. 5 einen Grundriss eines Stromtransformators mit einem rechteckförmig ausgebildeten Kern gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Grundriss eines Einphasen-Transformatorkerns mit einer elektromagnetischen Abschirmung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Ersatzschaltung für den Transformator nach Fig. 6,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Gleichstromtransformators mit einer elektromagnetischen Abschirmung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Ersatzschaltung des Stromtransformators nach Fig. 8,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Gleichstromtransformators mit einer elektromagnetischen Abschirmung, die sich von jener nach Fig. 9 unterscheidet, und

Fig. 11 eine Ersatzschaltung des Stromtransformators gemäss Fig. 10.

Es wird nunmehr auf bevorzugte Ausführungsformen Bezug genommen.

Fig. 2 stellt einen Stromtransformator (1) mit einer elektromagnetischen Abschirmung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung dar, und Fig. 3 ist eine radiale Querschnittsdarstellung des Stromtransformators nach Fig. 2. Eine Sekundärwicklung (10) des Stromtransformators (1) ist gleichmässig auf einem ringförmigen Kern (11) aufgewickelt, in dem ein Hauptfluss (Phi M) des Stromtransformators (1) fliesst. Sechs Abschirmspulen (2-7) sind auf dem Umfang der Sekundärwicklung (10) im umfangsseitigen Abstand voneinander angeordnet. Die Enden (S ₁-S ₆) mit Pluspolarität der Abschirmspulen (2-7) sind miteinander über einen eine Schleife bildenden Leitungsdraht (9) verbunden und die Enden (F ₁-F ₆) mit Minuspolarität der Abschirmspulen sind miteinander über einen eine zweite Schleife bildenden Leitungsdraht (8) verbunden.

Es werden nunmehr die Vorgänge erläutert, wenn externe Magnetflüsse über die vorausgehend erläuterte elektromagnetische Abschirmung auf den Stromtransformator (1) einwirken. Fig. 4 zeigt eine Ersatzschaltung. Der Hauptfluss (Phi M) ist mit allen Abschirmspulen (2-7) gekoppelt und induziert die gleichen Spannungen in jeder der Abschirmspulen (2-7), so dass der Hauptfluss (Phi M) keine Ströme in den Abschirmspulen (2-7) erzeugt. Kommen jedoch beispielsweise externe Flüsse (Phi₁, Phi₂) zur Einwirkung, so sind sie mit den jeweiligen Abschirmspulen gekoppelt und induzieren an diesen eine Spannung, so dass ein Strom (i) in einem geschlossenen Kreis fliesst, der aus den Abschirmspulen (2, 3) besteht, bedingt durch die Spannungsdifferenz zwischen der Abschirmspule (2) und der Abschirmspule (3). Dieser Strom (i) erzeugt einen Fluss, der den externen Flüssen (Phi₁, Phi₂) entgegengesetzt ist. Dabei kann der Stromtransformator (1) ohne Beeinträchtigung von externen Flüssen betrieben werden, die bei seinem Betrieb Fehler erzeugen, d.h. die Abschirmspulen (2-7) liefern einen elektromagnetischen Abschirmeffekt für den Stromtransformator (1).

Fig. 5 stellt einen Stromtransformator (56) mit einem rechteckförmig ausgebildeten Kern (12) gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar. Acht Abschirmspulen (13-20) sind an den Seiten des Kerns (12) aufgewickelt und ihre Anfangsenden sind miteinander mittels eines eine Schleife bildenden Leitungsdrahtes (21) verbunden, während ihre Schlussenden miteinander über einen weiteren, eine Schleife bildenden Leitungsdraht (22) verbunden sind.

Fig. 6 stellt einen mit Kern ausgestatteten Einphasentransformator (57) mit einer elektromagnetischen Abschirmung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar. Transformatorwicklungen (24, 25) sind jeweils auf parallelen Schenkelabschnitten des Kerns (23) aufgewickelt. In diesem Falle besteht die elektromagnetische Abschirmung aus Abschirmspulen (26, 27), die am Umfang der Transformatorwicklungen (24, 25) aufgewickelt sind, sowie Abschirmspulen (28, 29), die auf den Jochabschnitten des Kerns (23) aufgewickelt sind. Beide Enden der Abschirmspulen (S, F) sind miteinander durch jeweilige Schleifen bildende Leitungsdrähte (30, 31), wie bei den vorausgehenden Ausführungsformen, verbunden.

Fig. 7 stellt eine Ersatzschaltung des Transformators nach Fig. 6 dar und zeigt die Beziehung zwischen seiner Primärwicklung (32), seiner Sekundärwicklung (33) und den Abschirmspulen (20-29).

Fig. 8 stellt einen Gleichstromtransformator (32) mit einer elektromagnetischen Abschirmung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar. Der Gleichstromtransformator (32) hat zwei Wicklungen (33, 34), die jeweils auf Ringkernen aufgewickelt sind, durch welche sich ein Primärleiter (35) erstreckt. Die Wicklungen (33, 34) werden durch Leitungen (37, 38) gespeist. Ein Meßstrom fliesst aus den Wicklungsenden (k, l). Abschirmspulen (36) sind am Umfang jeder Wicklung in umfangsseitigem Abstand voneinander aufgebracht.

Fig. 9 ist eine Ersatzschaltung des Gleichstromtransformators nach Fig. 8.

Fig. 10 stellt ebenfalls einen Gleichstromtransformator (39) dar, der den gleichen Aufbau wie der Stromtransformator nach Fig. 8 hat, mit der Massgabe, dass die Abschirmspulen (42-47) am Umfang der Seite an Seite liegenden Wicklungen (40, 41) aufgebracht sind.

Fig. 11 ist eine Ersatzschaltung des Gleichstromtransformators nach Fig. 10.

In den jeweiligen Zeichnungen für die verschiedenen Ausführungsformen sind gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Claims

1. Elektromagnetische Abschirmung für eine Elektromagnetanordnung, die einen eine Schleife bildenden Magnetkern (11) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung folgende Teile umfasst:

a) eine Anzahl Abschirmspulen (2-7), die umfangsseitig im Abstand voneinander auf dem die Schleife bildenden Magnetkern (11) aufgewickelt sind, in dem ein Hauptfluss (Phi M) der Elektromagnetanordnung fliesst,
b) einen ersten Kurzschlusskreis (9) zum Kurzschliessen der Pluspolarität aufweisenden Enden (S ₁-S ₆) der Abschirmspulen miteinander, und
c) eine zweite Kurzschlußschaltung (8) zum Kurzschliessen der Minuspolarität aufweisenden Enden (F ₁-F ₆) der Abschirmspulen miteinander.

2. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmspulen mit gleichen Abständen voneinander am Umfang des die Schleife bildenden Magnetkerns angeordnet sind.

3. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetanordnung ein Stromtransformator (1) ist, der einen magnetischen Ringkern aufweist und eine an dessen Umfang aufgewickelte Wicklung (10), und dass die Abschirmspulen am Umfang der Wicklung (10) aufgewickelt sind.

4. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselmagnetanordnung ein Stromtransformator (36) ist, der einen rechteckigen Magnetkern (12) aufweist und eine am Umfang dieses Magnetkerns aufgewickelte Wicklung und dass die Abschirmspulen auf den Umfang der Wicklung aufgewickelt sind.

5. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetanordnung ein mit Kern versehener Einphasentransformator (57) ist, der einen rechteckförmigen Magnetkern (23) hat, der aus zwei parallelen Schenkelabschnitten und zwei parallelen Jochabschnitten besteht, die jeweils die Schenkelabschnitte voneinander trennen, sowie Wicklungen (24, 25), die auf den Schenkelabschnitten des Magnetkerns aufgewickelt sind.

6. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmspulen (26, 27, 28, 29) jeweils am Umfang der Wicklungen und der Jochabschnitte des Magnetkerns aufgewickelt sind.

7. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetanordnung ein Gleichstromtransformator (32) ist, der zwei eine Schleife bildende Magnetkerne aufweist, die mittels eines primären Leiters (35) gekoppelt sind, und dass Sekundärwicklungen (33, 34) einzeln auf die Magnetkerne aufgewickelt sind.

8. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmspulen zwei Spulengruppen bilden, wovon eine Gruppe auf einem der Magnetkerne und die andere Gruppe auf dem anderen der Magnetkerne aufgewickelt ist.

9. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne seitlich aneinander anliegen und die Abschirmspulen um beide Kerne gewickelt sind.