EP0275499B1 - Stromkompensierte Drossel zur Funk-Entstörung - Google Patents
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- H01F17/06—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
- H01F17/062—Toroidal core with turns of coil around it
Definitions
- the invention relates to a current-compensated choke for radio interference suppression with a magnetic core wound with at least two electrical windings, which has a high symmetrical inductance component for damping asymmetrical and symmetrical interference currents.
- radio interference suppression technology In radio interference suppression technology, a distinction is made between symmetrical and asymmetrical interferers. One speaks of mixed interference when both symmetrical and asymmetrical disturbances occur. The aim of any interference suppression technology is to reduce the line-borne transmission of interference from a source of interference and to reduce the ability to influence an interference sink.
- Asymmetrical disturbances can occur in all electrical devices in which, in addition to the mains conductors through which the operating current flows, an earth line is connected to protect users and the devices.
- Parasitic capacitances in the interference sink or interference source also cause interference current in the earth circuit. This current flows on all network conductors in the common mode between interference sink and source of interference, while it flows back over the network line in push-pull.
- the asymmetrical disturbance is therefore also called common mode disturbance.
- Suppression circuits are used in mains conductors to dampen the interference currents. These are mostly low passes, allow the operating currents to pass through unhindered, but have high impedance for high-frequency interference currents. Low-pass filters for high operating currents are usually made up of chokes and capacitors.
- the chokes used here can be divided into rod core chokes and current-compensated chokes.
- Rod core chokes dampen common and push-pull interference currents equally well. Their large magnetic shear prevents the magnetic core from being saturated by the operating current. However, it is disadvantageous that rod core chokes become very bulky for larger operating currents. With interference suppression filter circuits with only rod cores, a separate rod core choke must be provided for each live mains conductor. In three-phase radio interference suppression filters with neutral conductor, for example, four such large-volume rod core chokes would have to be accommodated.
- the current-compensated chokes in which the magnetic fluxes in the core are compensated for by a special arrangement of the windings.
- the choke core can thereby be greatly reduced and the number of turns reduced.
- the magnetic fluxes of the push-pull interference currents compensate in the same way as that of the operating currents, there is no effective damping in the case of symmetrical interference.
- the object of the invention is to provide a current-compensated choke for radio interference suppression which, with a small space requirement, has a high symmetrical proportion of inductance even at high operating currents.
- the stray inductance required for a high symmetrical inductance component is therefore not formed, as was previously the case, by strengthening the stray field, which is closed via the air and part of the core. Rather, a high symmetrical inductance component is built up in the individual windings of this current-compensated choke by concentrating the magnetic field of the individual turns, which is not closed in the core, in one or more separate outer cores.
- the additional symmetrical inductance component that can be achieved with this in this way is not at the expense of an increase in the throttle resistance. Especially with high operating currents, the losses of an interference suppression circuit can be significantly reduced.
- a particularly good saturation behavior of the symmetrical inductance component can be achieved if each individual turn is led through a separate outer core. At the same time, the saturation magnetization of the core can be improved without a significant increase in volume.
- FIG shows a partially wound, current-compensated quadruple toroidal choke in a perspective view.
- a plurality of ferrite toroidal cores 6 are assembled to form a cylindrical core 1, the cavity for receiving four identical windings is divided into four identical segments by an insulating cross 4. For a better overview, only one of the four windings is shown.
- This consists of an insulated copper press rope 5, which is wound in four individual turns 3 around the core 1 and is guided in the outer region of the core 1 through four outer cores 2 made of carbonyl iron.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine stromkompensierte Drossel zur Funk-Entstörung mit einem mit wenigstens zwei elektrischen Wicklungen bewickelten magnetischen Kern, die zur Dämpfung unsymmetrischer und symmetrischer Störströme einen hohen symmetrischen Induktivitätsanteil besitzt.
- In der Funk-Entstörtechnik unterscheidet man zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Störern. Von Mischstörern spricht man, wenn sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Störungen auftreten. Ziel jeder Entstörtechnik ist die Verminderung der leitungsgebundenen Aussendung von Störungen aus einer Störquelle sowie die Verminderung der Beeinflußbarkeit einer Störsenke.
- Bei symmetrischen Störern fließen unerwünschte Störströme ebenso wie die Betriebsströme über einen oder mehrere Netzleiter zur Störsenke hin und auf einem oder mehreren anderen Netzleitern zur Störquelle zurück. Die Störströme fließen somit im Gegentakt, weshalb eine symmetrische Störung auch als Gegentaktstörung bezeichnet wird.
- Unsymmetrische Störungen können bei allen elektrischen Geräten auftreten, bei denen außer den vom Betriebsstrom durchflossenen Netzleitern eine Erdleitung zum Schutz der Benutzer und der Geräte angeschlossen ist. Parasitäre Kapazitäten in der Störsenke bzw. der Störquelle rufen dabei auch im Erdkreis einen Störstrom hervor. Dieser Strom fließt auf allen Netzleitern im Gleichtakt zwischen Störsenke und Störquelle, während er über die Netzleitung im Gegentakt zurückströmt. Die unsymmetrische Störung wird deshalb auch als Gleichtaktstörung bezeichnet.
- Zum Dämpfen der Störströme werden in Netzleitern Entstörbeschaltungen eingesetzt. Es handelt sich dabei meist um Tiefpässe, die Betriebsströme ungehindert passieren lassen, jedoch für hochfrequente Störströme hohe Scheinwiderstände aufweisen. Tiefpässe für hohe Betriebsströme sind meist aus Drosseln und Kondensatoren aufgebaut. Die dabei zum Einsatz kommenden Drosseln lassen sich in Stabkerndrosseln und stromkompensierte Drosseln einteilen.
- Stabkerndrosseln bedämpfen Gleich- und Gegentaktstörströme gleich gut. Ihre große magnetische Scherung verhindert, daß der magnetische Kern durch den Betriebsstrom gesättigt wird. Nachteilig ist jedoch, daß Stabkerndrosseln für größere Betriebsströme sehr voluminös werden. Bei Entstörfilterbeschaltungen mit ausschließlich Stabkernen ist für jeden stromführenden Netzleiter eine eigene Stabkerndrossel vorzusehen. In Drehstrom-Funk-Entstörfiltern mit Nulleiter müßten so beispielsweise vier solcher großvolumiger Stabkerndrosseln untergebracht werden.
- Eine vorteilhaftere Lösung gestatten hier die stromkompensierten Drosseln, bei denen durch eine spezielle Anordnung der Wicklungen die magnetischen Flüsse im Kern kompensiert werden. Der Drosselkern kann dadurch stark verkleinert und die Anzahl der Windungen reduziert werden. Da sich aber die magnetischen Flüsse der Gegentakt-Störströme auf die gleiche Weise wie die der Betriebsströme kompensieren, ist eine effektive Dämpfung bei symmetrischen Störungen nicht gegeben.
- Trotzdem besteht die Möglichkeit, stromkompensierte Drosseln auch bei Mischstörern und symmetrischen Störern einzusetzen, da sich eine völlige Kompensation des durch den Betriebsstrom hervorgerufenen magnetischen Feldes auch bei sehr sorgfältigem Wicklungsaufbau nicht erreichen läßt. In der Praxis treten immer Streufelder auf, die zu Streuinduktivitäten führen, die dann einen symmetrischen Induktivitätsanteil bewirken. Im allgemeinen reichen aber diese Streuinduktivitäten zum Bedämpfen des symmetrischen Störanteils nicht aus.
- Es wurde deshalb bereits versucht, die Streuinduktivität einer stromkompensierten Drossel durch zusätzliche, am Außenteil der Drossel angebrachte, ferromagnetische Stoffe zu erhöhen. Die Sättigungseigenschaften der Drosseln werden dadurch aber so stark herabgesetzt, daß sie für eine Filterbeschaltung bei hohen Betriebsströmen weniger geeignet sind.
- Für Dämpfungsaufgaben unter hohen Betriebsströmen werden deshalb stromkompensierte Drosseln mit kleineren Stabkerndrosseln kombiniert. Dieser Lösungsweg ist in allen Fällen einer Beschaltung vorzuziehen, die nur Stabkerndrosseln verwendet.
- Dennoch führen alle bekannten Lösungen unter hohen Betriebsströmen auch zu hohen Verlustleistungen. Die dadurch freigesetzte Wärme muß durch konstruktive Maßnahmen abgeleitet werden, um wärmeempfindliche Bauelemente, wie beispielsweise metallisierte Kondensatoren vor Überhitzung zu schützen.
- Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer stromkompensierten Drossel zur Funk-Entstörung, welche bei geringem Platzbedarf einen hohen symmetrischen Induktivitätsanteil auch bei hohen Betriebsströmen aufweist.
- Gelöst wird diese Aufgabe bei einer stromkompensierten Drossel der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß die Einzelwindungen der elektrischen Wicklungen in ihren außerhalb des Kerninneren liegenden Strukturen in Außenkernen mit hoher Sättigungsmagnetisierung geführt sind.
- Bei diesem Drosselaufbau wird die für einen hohen symmetrischen Induktivitätsanteil notwendige Streuinduktivität somit nicht wie bisher üblich durch eine Verstärkung des Streufeldes gebildet, welches über die Luft und einen Teil des Kerns geschlossen ist. In den einzelnen Wicklungen dieser stromkompensierten Drossel wird vielmehr ein hoher symmetrischer Induktivitätsanteil dadurch aufgebaut, daß das nicht im Kern geschlossene Magnetfeld der Einzelwindungen in einem oder mehreren separaten Außenkernen konzentriert wird.
- Der damit erreichbare, zusätzliche symmetrische Induktivitätsanteil geht auf diese Weise nicht zu Lasten einer Erhöhung des Drosselwiderstandes. Gerade bei hohen Betriebsströmen lassen sich dadurch die Verluste einer Entstörbeschaltung erheblich absenken.
- Ein besonders gutes Sättigungsverhalten des symmetrischen Induktivitätsanteils läßt sich dann erzielen, wenn jede Einzelwindung durch einen separaten Außenkern geführt ist. Gleichzeitig kann dadurch auch ohne wesentliche Volumenzunahme die Sättigungsmagnetisierung des Kerns verbessert werden.
- Weitere vorteilhafte Ausführungen der stromkompensierten Drossel sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
- Die FIG zeigt eine teilbewickelte, stromkompensierte VierfachRingkerndrossel in perspektivischer Ansicht.
- Mehrere Ferrit-Ringkerne 6 sind dabei zu einem zylindrischen Kern 1 zusammengesetzt, dessen Hohlraum zur Aufnahme von vier gleichen Wicklungen durch ein Isolierkreuz 4 in vier gleiche Segmente unterteilt ist. Zur besseren Übersicht ist nur eine der vier Wicklungen dargestellt. Diese besteht aus einem isolierten Kupferpreßseil 5, welches in vier Einzelwindungen 3 um den Kern 1 gewickelt ist und im Außenbereich des Kerns 1 durch vier Außenkerne 2 aus Karbonyleisen geführt ist.
Claims (10)
- Stromkompensierte Drossel zur Funk-Enstörung mit einem mit wenigstens zwei elektrischen Wicklungen bewickelten magnetischen Kern (1), die zur Dämpfung unsymmetrischer und symmetrischer Störströme einen hohen symmetrischen Induktivitätsanteil besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwindungen (3) der elektrischen Wicklungen in ihren außerhalb des Kerninneren liegenden Strukturen in Außenkernen (2) mit hoher Sättigungsmagnetisierung geführt sind.
- Stromkompensierte Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einzelne Einzelwindungen (3) einer Wicklung im Außenbereich des Kerns (1) durch mindestens einen Außenkern (2) geführt sind.
- Stromkompensierte Drossel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzelwindung (3) durch einen separaten Außenkern (2) geführt ist.
- Stromkompensierte Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus einem geschlossenen Ringkern, E-Kern oder U-Kern besteht.
- Stromkompensierte Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus einem Rohrkörper besteht, der aus einzelnen Ferrit-Ringkernen (6) zusammengesetzt ist.
- Stromkompensierte Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkerne (2) aus Rohr- oder U-Kernen bestehen.
- Stromkompensierte Drossel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrkerne aus Karbonyleisen oder Pulvereisen bestehen.
- Stromkompensierte Drossel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Kerne aus höherpermeablem Ferritmaterial bestehen.
- Stromkompensierte Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwindungen (3) aus elektrisch isoliertem Kupfer-Preßseil (5) hergestellt sind.
- Stromkompensierte Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwindungen (3) stückweise aus Kupferstangen aufgebaut sind.
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