DE2343815A1

DE2343815A1 - Transduktor-schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2343815A1
Application number: DE19732343815
Authority: DE
Inventors: Walter Haberzeth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1975-04-03
Also published as: NL153711B; DE2343815B2; NL7411536A

Description

Transduktor-Schaltungsanordnung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Transduktor-Schaltungsanordnung, bestehend aus zwei Transduktordrosseln mit je einer Arbeite- und Steuerwicklung, deren Verbraucherseitiger Ausgang von einer Wechselspannungsquelle am Eingang der Transduktor-Schaltungsanordnung galvanisch getrennt ist.

Es ist bekannt, Transduktordrosseln in stromsteuernden Magnetverstärkern zu verwenden und den Ausgang durch einen Transformator galvanisch vom Wechselstromeingang zu trennen (Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechnik, Band 6, 1961, Seite 521, Bild 10).

Aus einer Magnetverstärkerschaltung mit nachgeschaltetem Gleichrichter ist es auch bekannt, den Magnetisierungsstrom in den Steuerwicklungen der Transduktordrosseln in Abhängigkeit von der geregelten Ausgangsgröße zu steuern (Der Fernmelde-Ingenieur, Jahrgang 1954, Heft 7, Seite 14» Bild H).

Bei Verwendung von Magnetverstärkern in geschlossenen Regelkreisen ist die Steuerwicklung im allg. galvanisch mit dem geregelten Ausgangskreis verbunden. Bei großen Potentialunterschieden zwischen Eingang und Ausgang ist es daher erforderlich, die Transduktordrosseln hochspannungsfest auszubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Durchführung einer galvanischen Trannung zwischen Eingang und Ausgang von Transduktorschaltungen zu verein-

VPA 9/636/2006 a) Ha/Mai

5098U/CU25

-2-

fachen. Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Transduktordrosseln und ein zur galvanischen Trennung zwischen Eingang und Ausgang "verwendeter Übertrager zu einer Transduktor-Übertrager-Einheit zusammengefaßt sind, derart, daß eine als !Transduktor -Arbeitswicklung und als Übertrager-Primärwicklung wirkende gemeinsame Eingangswicklung (Primärwicklung) über wenigstens drei geschlossene Eisenkerne gewickelt ist, von denen zwei als Sättigungskerne ausgebildete Eisenkerne je eine Transduktor-Steuerwicklung und wenigstens ein weiterer Eisenkern eine Aus-.gangswicklung (Sekundärwicklung) für den VerbraucherStromkreis aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind alle mit je einer Wicklung versehenen Eisenkerne der Transduktor-Übertrager-Einheit unter Verwendung von isolierenden Zwischenschichten zu einem hohlprisma- oder hohlzylinderförmigen Aggregat mit einer Primärwicklung zusammengefaßt. Die mit Wicklungen versehenen Eisenkerne können in einen isolierenden aushärtbaren Kunststoff eingebettet werden. Die Isolation aller Eisenkernwicklungen kann in einfacher Weise hochspannungsfest gegen die gemeinsame Primärwicklung ausgeführt werden.

Durch die Zusammenfassung von Transduktordrosseln und Übertrager zu einer Schaltungs- und Baueinheit ergeben sich mehrere Vorteile für die Herstellung und Anwendung von Transduktorschaltungen. Die Eisenkerne brauchen nur noch mit einer Wicklung versehen zu werden. Durch Wahl des Abstandes der Einzelwicklungen von der Primärwicklung lassen sich auch bei galvanischer Verbindung des Ausgangs mit den Steuerwicklungen ohne zusätzlichen Aufwand hohe Spannuhgsbeanspruchungen beherrschen. Der vergrößerte Wickelraum kann zur Verringerung der Strombelastung aller· Wicklungen ausgenutzt werden, wodurch eine Verringerung

VPA 9/636/2OO6 a) -3-

B0 98U/042S

der Verlustleistung bewirkt wird. Das Einbauvolumen wird gegenüber der herkömmlichen getrennten Bauweise erheblich verringert.

Bei Verwendung der Transduktor-Übertrager-Einheit als stromsteuernder Transduktor zur Erzeugung eines konstanten Gleichstromes ergibt sich eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, wenn die Steuerwicklungen mit einem Lastwiderstand am Gleichrichterausgang der Transduktor-Übertrager-Einheit in Reihe, geschaltet sind und wenn das Ampere-Windungsζah!verhältnis der Steuerwicklungen zu den Arbeitswicklungen der Transduktordrosseln größer als 1 bemessen ist. Die Transduktor-Schaltung kann so in Selbsterregerschaltung arbeiten, wodurch eine eigene Konstantstromquelle für die Erzeugung eines konstanten Steuergleichstromes vermieden wird. Wenn die galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang einer Transduktorschaltung gefordert wird, kann in dieser Schaltung außerdem ein gegebenenfalls hochspannungsfest ausgebildeter Übertrager im Stromversorgungsteil für die Steuerwicklungen eingespart werden.

Die Erfindung wird anhand der Pig. 1 bis 3 näher erläutert.

In Pig. 1 ist eine stromsteuernde Transduktorschaltung im Prinzip dargestellt. Pig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Transduktorschaltung, Pig. 3 gibt die konstruktive Ausbildung einer Transduktor-Übertrager-Einheit wieder.

In Pig. 1 sind die Arbeitswicklungen I und die Steuerwicklungen II von zwei Transduktoren Tr1 und Tr2 in Reihe geschaltet. Eine am Eingang der Schaltungsanordnung liegende Wechselspannung gelangt über die Arbeitswicklungen I der beiden Transduktordrosseln Tr1 und Tr2 zum Ausgang der Schaltung, der aus einem als Stromwandler arbeitenden Übertrager Ü besteht. An dessen Sekundärwicklung ist ein

VPA 9/636/2006 a)₅₀98U/(H25 -4-

veranderbarer Lastwiderstand RL angeschlossen. Die Steuerwicklungen II durchfließt ein einstellbarer konstanter Steuergleichstrom in gegensinniger Richtung. Eine Drossel Dr vermeidet, daß ein Wechselstrom über die Steuergleichspannung squelle fließt, der durch Induktion einer Wechselspannung in den Steuerwicklungen entstehen würde.

Pur eine idealisierte Magnetisierungskennlinie eines Drosselkernes gilt, daß die Ampere-W.indungszah.1 der Steuerwicklung gleich ist der Ampere-Windungszahl der Arbeitswicklung, d.h. daß die Transduktordrosseln innerhalb der Grenzen ihrer Aussteuerbarkeit einen konstanten mit dem Steuergleichstrom einstellbaren Laststrom durch die Arbeitswicklung fließen lassen. Dieser Strom ist dann unabhängig von der Größe des Lastwiderstandes bis zu dessen Maximalwert.

Bei Kurzschluß des Lastwiderstandes liegt die volle Eingangsspannung an den Arbeitswicklungen I der Transduktordrosseln, und zwar, wegen der gegensinnigen Durchflutung der Steuerwicklungen, jeweils eine Halbwelle der Wechselspannung, an Tr 1 und die andere an Tr2. Bei maximalem Lastwiderstand liegt die ganze Eingangsspannung am Lastwiderstand.

Die Konstantstromerzeugung erfolgt, idealisiert gesehen, verlustlos, da der Eingangsstrom bei Vollast (max. Lastwiderstand) in Phase mit der Eingangsspannung und bei Kurzschluß 90° phasenverschoben (nacheilend) zur Eingangsspannung ist (induktive Last des Transduktors). Bei jedem Zwischenwert des Lastwiderstandes ist der Strom im Bereich von 0° bis 90° entsprechend phasenverschoben (nacheilend) zur Eingangsspannung. Um einer idealisierten Magnetisierungskennlinie in der Praxis nahe zu kommen, werden für den Transduktor Ringbandkerne mit Z-Charakteristik verwendet.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sind die Trans-

5098U/0A25

VPA 9/636/2OO6 a) -5-

duktoren Tr1 und Tr2 und der Ausgangsübertrager Ü schaltungsmäßig und konstruktiv in einer Transduktor-Übertrager-Einheit vereinigt. Die beiden Arbeitswicklungen der Transduktoren und die Primärwicklung des Übertragers sind zu einer gemeinsamen Primärwicklung I, die den Eingang der Schaltungsanordnung darstellt und an eine Wechselspannungsquelle 111 angeschlossen wird, zusammengefaßt. Der Primärwicklung des Übertragers Ü in Fig. 1 der Steuerwicklung sind vier Ringbandkerne mit je einer Wicklung zugeordnet, von denen zwei mit normalem Kern die unterteilte Sekundärwicklung Üa, Üb des Ausgangsübertragers Ü und zwei Sättigungskerne die Transduktor-Steuerwicklungen II aufweisen. Die Primärwicklung kann zum Anschluß an einen Umrichter in Mittelpunktschaltung mit einem Mittelabgriff ausgebildet sein. Die auf zwei Kerne aufgeteilte Sekundärwicklung des Übertragers kann auch aus einer auf einen Kern angeordneten Wicklungen bestehen.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Transduktor -Übertrager-Einheit mit vier Ringbandkernen Rk dargestellt. Alle Ringbandkerne haben vorzugsweise gleiche Abmessungen. Durch Einbetten in einen isolierenden aushärtbaren Kunststoff V sind die Kerne mit ihren Wicklungen in einem festen Abstand zueinander so zu einer hohlzvlinderförmigen Baueinheit zusammengefaßt, daß die Primärwicklung als eine alle Ringbandkerne umfassende . Ringwicklung aufgebracht werden kann. Die Wicklungsenden a bis d der Steuerwicklungen der Transduktoren Tr1, Tr2 und die Wicklungsenden e bis a der unterteilten Sekundärwicklung des Übertragers Ü sind durch die Vergußmassen herausgeführt. Die auf den hohlzjlindrischen Körper aufgebrachte Primärwicklung I kann mit einem nicht -dargestellten isolierenden Überzug versehen werden. Die Isolation der vier Einzelkerne gegeneinander muß etwa der maximalen Ausgangsspannung entsprechen und ist unkritisch. Die Isolation gegen die gemeinsame Primärwicklung

9/656/2006 ^a^g_8um25 ~⁶~

kann durch entsprechende Wahl des Abstandes von den Einzelwicklungen so bemesoen wei'den, daß die galvanische Trennung der Wicklungen leicht hochspannungsfest ausgeführt werden kann.

Die konstruktive Ausgestaltung der Transduktor-Übertrager-Einheit ist nicht an die ?erwend\mg von Ringbandkernen gebunden. Es können Eisenkerne aus gestanzten Blechen oder aus Ferrit ring- oder rechteckförmig ausgebildet werden. Ebenso können Schnittbandkerne verwendet werden. Ein Aggregat aus drei oder mehr rechteckförraigen Eisenkernen bildet einen hohlpriamaformigen Körper, der die gemeinsame Primärwicklung als Ringwicklung aufnimmt. Soweit andere Körperformen der in einem Aggregat zusammengefaßten Eisenkerne und deren Wicklungen verwendet werden, ist nur zu beachten, daß der magnetische Hauptfluß der Primärwicklung mit allen Eisenkernspulen gekoppelt ist.

Die in Kunststoff eingebettete Transduktor-Übertrager-Einheit kann in einen Becher gesetzt und vergossen werden. Das Einbetten der Transduktor-Übertrager-Einheit in einen Kunststoff ist nicht zwingend erforderlich.

Die Transduktor-Übertrager-Einheit kann in vorteilhafter Weise in einer stromsteuernden Transduktor-Regelschaltung zur Konstantstrom-Fernspeisung von Zwischenverstärkern in Nachrichten-Übertragungsstrecken benutzt werden. Die Transduktor schaltung nach Fig. 2 kann zu diesem Zweck am Ausgang mit einem Brückengleichrichter ausgerüstet werden. Urn einen Speisegleichstrom mit ausreichender Konstanz zu erhalten, muß der konstante Steuergleichstrom durch die Steuerwicklungen über ein Puegelglied in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom nachgestellt werden.

Da Nachrichten-Übertragungsstrecken und damit auch der

VPA 9/636/2006 a) -7-

50981 A/0425

Fernspeisekreis mit dem Ausgang des Fernspeisegerätes z.B. durch Blitzschlag hohen Spannungsbeanspruchungen bis zu 5 kV ausgesetzt sind, eignet sich der Transduktorübertrager, der durch seinen konstruktiven Aufbau eine hochspannungsfeste galvanische Trennung der Übertrager-Sekundärwicklung und der Transduktor-Steuerwicklungen gegenüber der Primärwicklung gewährleistet, in besonderem Maße für seine Verwendung in Fernspeisegeräten.

9 Patentansprüche
3 Figuren

VPA 9/636/2006 a) -8-

5098U/042 5

Claims

P a te ntansprüche

1. Transduktor-Schaltungsanordnung, bestehend aus zwei Transduktordrosseln mit ,je einer Arbeits- und Steuer— wicklung, deren verbraucherseitiger Ausgang von einer Wechselspannungsquelle am Eingang der Transduktor-Schaltungsanordnung galvanisch getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transduktordrosseln und ein zur galvanischen Trennung zwischen Eingang und Ausgang verwendeter Übertrager zu einer Transduktor-Übertrager-Einheit zusammengefaßt sind, derart, daß eine als Transduktor-Arbeitswicklung und als Übertrager-Primärwicklung wirkende gemeinsame Eingangswicklung (Primärwicklung) über wenigstens drei geschlossene Eisenkerne gewickelt, ist, von denen zwei als Sättigungskerne ausgebildete Eisenkerne ,je eine Transduktor-Steuerwieklung und wenigstens ein weiterer Eisenkern eine Ausgangswicklung (Sekundärwicklung) für den Verbraucherstromkreis aufweisen.

2. Transduktor-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit je einer Wicklung versehenen Eisenkerne der Transduktor-Übertrager-Einheit unter Verwendung von isolierenden Zwischenschichten zu einem hohlprisma- oder hohlzylinderförmigen Aggregat mit einer Primärwicklung zusammengefaßt sind.

3. Transduktor-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat der mit Wicklungen versehenen Eisenkerne in" einen isolierenden aush rtbaren Kunststoff eingebaut ist.

VPA 9/636/2006 a) -9

509814/0425

4. Transduktor-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ze ichnet , daß die Eisenkerne als Ringkerne aus Bandmaterial hergestellt sind.

5. Transduktor-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Eisenkerne als rechteckförmige geschachtelte Blechkerne ausgebildet sind.

6. Transduktor-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet , daß die Sekundärwicklung der Transduktor-Übertrager-Einheit in mehrere gleich große, in Reihe geschaltete Wicklungen unterteilt auf mehreren Eisenkernen angeordnet ist.

7. Transduktor-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e i chne t , daß die Isolation aller Eisenkernwicklungen hochspannungsfest gegen die gemeinsame Primärwicklung ausgeführt ist.

8. Transduktor-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Erzeugung eines konstanten Gleichstromes unter Verwendung einer Regelschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklungen mit einem Lastwiderstand am Gleichrichterausgang der Iransduktor-Übertrager-Einheit in Reihe geschaltet sind, und daß das Ampere-Windimgs.zahlverhältnis der Steuerwicklungen zu den Arbeitswicklungen der Transduktordrosseln größer als 1 bemessen ist.

VPA 9/636/2006 a) ^10-.

5098U/0425

Transduktor-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transduktor-Schaltungsanordnung als stromsteuernde Transduktor-Regelschaltung zur Konstantstrom-Fernapeisung für Nachrichten-Übertragung ssysterne ausgebildet ist.

VPA 9/636/2006 a)

5098U/0A25