DE957771C - Spule zur Nachbildung des Frequenzganges der Dämpfung von Induktivitäten, insbesondere Transformatoren, in einem Netzanalysator und Netzanalysator unter Verwendung derselben - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 7. FEBRUAR 1957

L 2i179 VIII c12ie

Bei Netzanalysat.oren, mit denen die Einschwingfrequenzen von Netzen im Modell gemessen werden können, hat man zur Nachbildung induktiver Netzelemente, z. B. von Transformatoren, bisher einfache Induktivitäten verwendet, welche die Streuinduktivitäten dieser Elemente nachzubilden gestatten. Es gibt aber bisher keine Spulen, welche die Netzelemente hinsichtlich ihrer frequenzabhängigen Dämpfung richtig nachbilden. Dies hat seinen Grund in der verschiedenartigen Charakteristik der frequenzabhängigen Dämpfung der Netzinduktivitäten .einerseits und derartiger Nachbildinduktivitäten andererseits. Die Fig. ι gibt beispielsweise den annähernden Verlauf der frequenzabhängigen Dämpfung wieder, und zwar Kurve α für die Streuinduktivität eines Transformators, Kurve b für eine Spule mit nicht ferromagnetischem Kern.

Es ist bereits versucht worden, durch Anordnung von festen Zusatzwiderständen die Dämpfungscharakteristik von Transformatoren anzunähern.- Es ergibt sich aber aus Fig. 1 eindeutig, daß durch diese Maßnahme nur eine Verschiebung der Kurve b erzielt werden kann, d. h., die Nachbildung der Dämpfung läßt sich jeweils nur für eine oder zwei Frequenzen erreichen, der Frequenzgang selbst läßt sich mit diesen 25-Mitteln nicht nachbilden. Auch Spulen mit Masse-

kernen haben angenähert die gleiche Charakteristik wie Luftspulen, so daß auch auf diesem Wege keine Lösung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem durch einen besonderen Spulenaufbau zu lösen, durch den der Spule ein Frequenzgang der Dämpfung erteilt wird, welcher dem ■ von NeIzinduktivitäten im gesamten, hier interessierenden Frequenzbereich von etwa 0,4 bis 40 kHz weitgehend folgt. Dabei müssen entsprechend den praktisch vorkommenden Induktivitätswerten im Netzanalysator alle benötigten Spulen die gleiche Charakteristik aufweisen. Dies ist besonders wichtig, wenn man den jeweils nachzubildenden Induktivitätswert aus mehreren dekadisch aufgeteilten Spulen in Reihenschaltung aufbaut, z. B. einen Wert von 156 mH aus je einer Spule von 100, 50 und 6 mH.

In umfangreichen Messungen ist die Zeitkonstante τ von Transformatoren in Abhängigkeit von der Frequenz untersucht worden. Bekanntlich ist

τ — F (f) und τ =

wobei L die bei einer Schwingung wirksame Induktivität und R der bei der Frequenz f wirksame Widerstand ist. Eine für die untersuchten Transformatoren gültige idealisierte Kennlinie folgt etwa dem Gesetz

τ =

1,16

Z₀ = 10 kHz
wobei (2)

T₀ = 0,1 msec

Die bisher bekanntgewordenen Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfung ö, wobei δ = — ist, mit

Hilfe von konstanten Widerständen, ermöglichen, wie bereits oben ausgeführt, keine Nachbildung der durch (2) gekennzeichneten Kennlinie in ihrem Verlauf, sondern nur von zwei Festpunkten dieser Kennlinie.

Aufbauend auf diesen Untersuchungen und auf der Tatsache, daß in einer mit einem Eisenkern versehenen Spule der Spulenwiderstand unterhalb der Grenzfrequenz der Eisenbleche infolge der Wirbelströme dem Quadrat der Frequenz proportional wächst, während er oberhalb dieser Frequenz nur noch mit der Wurzel aus der Frequenz zunimmt, wurde nun eine Lösung des Nachbildproblems gefunden, die darin besteht, daß erfindungsgemäß der Spule durch Abstimmen des frequenzabhängigen Wirbelstromwiderstandes eines geeignet dimensionierten Eisenkerns auf den frequenzabhängigen Widerstand der Spule zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich, etwa zwischen 0,4 und 40 kHz, eine Ab-

hängigkeit der Zeitkonstanten τ

1,10

erteilt ist.

Dabei wird der den Verlusten entsprechende Widerstand wesentlich erhöht, wenn man den Eisenquerschnitt so weit vermindert, daß bei der größten Feldstärke eine Sättigung gerade noch nicht auftritt. Der einfachste Aufbau einer solchen Spule wäre der, den Eisenkern mit dem erforderlichen Querschnitt in der üblichen Weise in der Spulenachse zu konzentrieren. Auf diese Weise würde man bereits bei einigen Spulen die gewünschte Charakteristik annähern können, man müßte aber dann für jede der erforderlichen Spulen verschiedener Induktivität einen anderen Spulenkörper haben; Um diesen Nachteil zn. vermeiden, wird gemäß einer Weiterbildung der Eiiindung der Kern aus einzelnen, im Innern der Spule radial angeordneten Blechstreifen gebildet, deren Breite begrenzt ist und deren Takt so gewählt ist, daß gerade keine Sättigung eintritt. In den einzelnen Blechstreifen ist daher eine sehr große Flußdichte vorhanden. Diese Blechstreifenanordnung ist bedingt durch das Verhältnis des Flusses durch das Eisen zum Gesamtfluß, das ein Maximum aufweisen soll. Durch diesen Spulenaufbau wird auch die frequenzabhängige Streuinduktivität eines Transformators praktisch in gewissen Grenzen durch die Fluß Verdrängung aus dem Käfigkern nachgebildet.

Der besondere Vorteil der vorstehend beschriebenen Kernblechanordnung besteht jedoch darin, daß man bei gleicher Spulenkörpergröße den Kern in seiner Fläche leicht ändern kann, um je nach der geforderten Spuleninduktivität die Charakteristik anzugleichen.

In einem dekadisch aufgebauten Netzanalysator mit zahlreichen Spulen verschiedener Induktivitätswerte wird man dabei praktisch so verfahren, daß man jeweils für eine Gruppe von Spulen aufeinander- go folgender Induktivitätswerte (z. B. für Spulen zwischen ι und 20 mH) den gleichen Kern verwendet und erst für die anschließende Gruppe einen Kern anderer Fläche.

In der Fig. 2 ist eine Spule gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Spulen- und Kernaufbau beschränkt, sondern sie ist auch bei anders ausgebildeten Spulen durchführbar, wenn die angegebenen Abstimmungsregeln befolgt werden.

Auf der linken Seite der Fig. 2 ist die Spule, die hier eine einfache Zylinderspule mit Stumpfkern ist, im Querschnitt dargestellt, während der rechte Teil der Fig. 2 die gleiche Spule im Längsschnitt zeigt. In der Zeichnung ist mit 1 der Spulenkörper bezeichnet und mit 2 die Wicklung. Der Kern wird durch eine Anzahl einzelner Blechstreifen 3 gebildet, die, radial nach innen gerichtet, auf der Innenseite des Spulenkörpers in gleichmäßiger Verteilung auf dem Umfang angeordnet sind. Zu diesem Zweck weist der Spulenkörper zweckmäßig Nuten auf, in welche die Bleche von der Stirnseite her in der gewünschten Zahl eingeschoben werden können, oder die Bleche sind in eine besondere Hülse eingesetzt, die in den Spulenkörper eingeschoben wird. Die grobe Abstimmung der Spule auf den gewünschten Frequenzgang der Dämpfung erfolgt dabei durch die Wahl der Kernblechlänge 1. Zur Einstellung der Verluste ist der Kern zweckmäßig in der Spule längs verschiebbar. Man kann dadurch in gewissen Grenzen eine Parallel verschiebung der Spulencharakteristik und damit eine Feinabstimmung auf die gewünschte Kennlinie erreichen. Zur ^Beeinflussung der Induktivität kann man auf einer oder auch beiden Seiten der Spule noch Massekernteile 4 anordnen, die auch in an sich bekannter Weise als Schraubkerne ausgebildet sein können.

In ähnlicher Weise können nach dem vorstehend angegebenen Prinzip Kennlinien anderer Netzelemente durch geeignet dimensionierte Kerne nachgebildet werden.
5

Claims (6)

1. Patentansprüche:'

   i. Spule zur Nachbildung des Frequenzganges der Dämpfung von Induktivitäten, insbesondere

   ίο Transformatoren in einem Netzanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß der Spule durch Abstimmen des frequenzabhängigen Wirbelstromwiderstandes eines geeignet dimensionierten Eisenkernes auf den frequenzabhängigen Widerstand der Spule zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich, etwa zwischen. 0,4 und 40 kHz, eine

   Abhängigkeit der Zeitkonstanten τ «a -^- erteilt ist.
2. 2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einzelnen, im Innern der Spule radial angeordneten Blechstreifen besteht, deren Breite begrenzt ist und deren Zahl so gewählt ist, daß gerade keine Sättigung eintritt. .
3. 3. Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu ihrer Abstimmung auf den gewünschten Frequenzgang die Kernlänge verschieden gewählt und außerdem der Kern im Innern der Spule längs verschiebbar angeordnet ist.
4. 4. Spule nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die zusätzliche Anordnung von Massekernteilen zur Beeinflussung der Induktivität.
5. 5. Netzanalysator unter Verwendung von Nachbildspulen gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen aller benötigten Induktivitätswerte die· gleiche Größe haben und daß außer der Wicklung nur die Kerne in ihrer Fläche entsprechend verschieden gewählt sind.
6. 6. Netzanalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kerne jeweils für eine Gruppe von Spulen unmittelbar benachbarter Induktivitätswerte die gleichen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 547/252 6. (609 782 1.57)