DE3701037C2

DE3701037C2 - Elektromagnetische Abschirmung für eine Transformatoreinheit

Info

Publication number: DE3701037C2
Application number: DE3701037A
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: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2007-01-16
Also published as: US4806896A; JPH0691335B2; CA1303155C; JPS62166000A; DE3701037A1; KR870007541A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschirmung für eine Transformatoreinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine derartige elektromagnetische Abschirmung ist beispielsweise aus der US 4 460 884 bekannt. Die hier offenbarte um einen Kernquerschnitt gewickelte Abschirmwicklung ist als Kurzschlußwindung ausgebildet.

Elektromagnetische Abschirmungen sind für Transformatoreinheiten, beispielsweise einen Transformator, eine Drosselspule oder einen Stromtransformator vorgesehen, um den Betrieb der Einheit 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 weiterer Isolator 54 ist außen an der elektromagnetischen Abschirmung 53 angebracht, damit zu verhindern ist, 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 daß sie durch externe Magnetflüsse in einem derartigen Stromtransformator beeinträchtigt 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.

Aus der DD-WP 143 399 ist eine Spule für elektrische Apparate bekannt, bei welcher der Leiter mit Isolierstoff umgossen ist, auf dem eine Umhüllung aus einem Leiter oder Halbleiter angebracht ist. Darin sind die Windungsenden der Windungen der Umhüllung paarweise so miteinander verschaltet, daß sich die in den Windungen induzierten Spannungen gegenseitig aufheben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektromagnetische Abschirmung zu schaffen, die kostengünstig und einfach herzustellen ist und eine ausreichende Schutzwirkung aufweist.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die eingangs definierte elektromagnetische Abschirmung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

Fig. 1 einen Querschnitt 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 einen radialen Schnitt 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 der magnetische Hauptfluß (Φ M) des Stromtransformators 1 fließt. Sechs Abschirmspulen 2-7 sind auf dem Umfang der Sekundärwicklung 10 im umfangsseitigen Abstand voneinander angeordnet. Die Enden S₁-S₆ mit Pluspolarität der Abschirmspulen 2-7 sind miteinander über einen eine Schleife bildenden Leitungsdraht 9 verbunden und die Enden F₁-F₆ 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 Φ M ist mit allen Abschirmspulen 2-7 gekoppelt und induziert die gleichen Spannungen in jeder der Abschirmspulen 2-7, so daß der Hauptfluß Φ M keine Ströme in den Abschirmspulen 2-7 erzeugt. Kommen jedoch beispielsweise externe Magnetflüsse Φ₁, Φ₂ zur Einwirkung, so sind sie mit den jeweiligen Abschirmspulen gekoppelt und induzieren in 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 Φ₁, Φ₂ 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 mit Anschlüssen U, V, seiner Sekundärwicklung 33 mit Anschlüssen u, v 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 mit Enden K, L 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 zeigt 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 zeigt eine Ersatzschaltung des Gleichstromtransformators nach Fig. 10.

Claims

1. Elektromagnetische Abschirmung für eine Transformatoreinheit (32, 39, 55-57) mit einem Magnetkern (11, 12, 23, 48, 49), der einen geschlossenen magnetischen Kreis für den durch die Transformatoreinheit (32, 39, 55-57) fließenden magnetischen Fluß (ΦM) bildet, mit wenigstens einer Abschirmspule, die über den Kernquerschnitt gewickelt ist; gekennzeichnet durch:

a) eine Vielzahl von Abschirmspulen (2-7), deren zugehörige jeweils positiv und negativ bezeichnete Anschlüsse (S1 . . . S6; F1 . . . F6) nicht miteinander verbunden sind, die jeweils im gleichen Wickelsinn und voneinander beabstandet entlang des Umfangs des Magnetkerns (11, 12, 23, 48, 49) aufgewickelt sind;
b) einen ersten Kurzschlußkreis (9) zum Zusammenschließen aller positiver Anschlüsse (S1 . . . S6); und
c) einen zweiten Kurzschlußkreis (8) zum Zusammenschließen aller negativen Anschlüsse (F1 . . . F6).

2. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmspulen (26, 27, 28, 29) jeweils am Umfang der Wicklungen und der Jochabschnitte des Magnetkerns aufgewickelt sind.

3. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoreinheit als Gleichstrom-Meßtransformator (32) ausgebildet ist, der zwei eine Schleife bildende Magnetkerne aufweist, die mittels eines primären Leiters (35) induktiv gekoppelt sind, und daß die zugehörigen Sekundärwicklungen (33, 34) einzeln auf die Magnetkerne aufgewickelt sind.

4. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmspulen zwei Spulengruppen bilden, wovon eine Gruppe auf dem einen der Magnetkerne und die andere Gruppe auf dem anderen der Magnetkerne aufgewickelt ist.

5. Elektromagnetische Abschirmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne seitlich aneinander anliegen und die Abschirmspulen um beide Kerne zugleich gewickelt sind.