DE69006655T2 - Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung. - Google Patents
Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung, mit einem Transformator mit einem Kern aus Ferromagnetmaterial, einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung eine in Form eines Solenoids gewickelte erste Primärspule enthält und mit einer Primärschaltung verbunden ist, die eine Quelle zeitabhängiger Spannungen enthält, während die Sekundärwicklung eine in Form eines Solenoids gewickelte erste Sekundärspule enthält und mit einer Sekundärschaltung verbunden ist, wobei die ersten Primär- und Sekundärspulen auf dem Kern unter Zwischenlage elektrischer Isoliermittel konzentrisch angebracht sind.
- Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen Transformator, der sich für einen derartigen Generator eignet.
- Ein Generator dieser Art ist aus DE-B 2 626 285 bekannt. Aus diesem Dokument ist weiter bekannt, daß Störungen aus der Sekundärschaltung über die zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen bestehende Kapazität die Eingangsklemmen der Primärschaltung erreichen können. Derartige Störungen können andere Schaltungen nachteilig beeinflussen. Umgekehrt können Störungen aus der Primärschaltung auch die Sekundärschaltung und eine damit verbundene Belastung erreichen. Beim bekannten Generator wird die Übertragung dieser Störungen durch Anbringen elektrostatischer Abschirmungen zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen gegengewirkt. Dieses Verfahren führt zwar zum gewünschten Ergebnis, aber hat auch einige Nachteile. Durch das Anbringen der Abschirmungen steigen die Kosten des Transformators und werden seine Abmessungen und sein Gewicht größer. Der Koppelfaktor zwischen den Wicklungen wird kleiner und die Streuungsselbstinduktivität steigt daher an. Ein Teil der Energie wird dadurch nicht von der primären nach der sekundären Seite des Transformators transformiert. Diese Energie muß zum Schutz der Primärschaltung beispielsweise in Widerstandsnetzwerke hineindissipiert werden. Hierdurch können einige Prozent der zu übertragenden Leistung verloren gehen.
- In NL-A-87 02 133 (EP-A-0 307 036) wird ein Generator nach der Beschreibung im Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Transformator beschrieben, in dem ohne elektrostatische Abschirmungen ein Austasten einer Störspannung zwischen einem Primär- und einem Sekundärbezugspunkt verwirklicht wird. Dazu enthält die Primärwicklung eine erste und eine zweite Primärspule, über die der Spannungsabfall im Betriebszustand U1p bzw. U2p beträgt und mit einer ersten bzw. einer zweiten Sekundärspule kapazitiv gekoppelt sind, über die der Spannungsabfall im Betriebszustand U1s bzw. U2s beträgt. Die Koppelkapazitäten betragen C1p bzw. C2p. Diese Aufgabe wird dadurch erfüllt, daß folgender Bedingung entsprochen wird:
- C&sub1;(U1s-U1p) = C2(U2p-U2s)
- Um diese Bedingung zu erfüllen, müssen die Eigenschaften der Isoliermittel und die Windungsanzahlen der Primär- und Sekundärspulen sorgfältig gewählt werden. Infolgedessen ist der Aufbau des Transformators ziemlich kompliziert und teuer.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator eingangs erwähnter Art zu schaffen, in dem die Übertragung von Störspannungen von der Sekundär- nach der Primärschaltung und umgekehrt auf einfache und preisgünstige Weise gegengewirkt wird.
- Der erfindungsgemaße Generator ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß die erste Primärspule und die erste Sekundärspule gleiche Länge haben, mit gleichen Windungsanzahlen aus Draht mit gleichem Durchmesser gewickelt sind und die gleiche Axialstellung auf dem Kern einnehmen.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die einander gegenüberliegenden Windungen der auf diese Weise aufgebauten ersten Primär- und Sekundärspulen die gleiche Wechselspannung führen. Hierdurch erfolgt keine Übertragung von Störungsenergie über die zwischen diesen Windungen vorhandene Streukapazität.
- Wenn der Transformator ein Transformationsverhältnis von 1 : 1 aufweist, können die erste Primärspule die ganze Primärwicklung und die erste Sekundärspule die ganze Sekundärwicklung bilden. Ist das Transformationsverhältnis anders oder wird die Primärwicklung oder die Sekundärwicklung mit Hilfswicklungen erweitert, beispielsweise zum Erzeugen von Hilfsspannungen, sind außer den mit gleichen Windungsanzahlen gewickelten ersten Primär- und Sekundärspulen weitere Primär- und/oder Sekundärspulen erforderlich. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Generators mit derartigen weiteren Spulen ist dadurch gekennzeichnet, daß weitere zur Primärwicklung bzw. zur Sekundärwicklung gehörenden Spulen eine Länge haben, die höchstens gleich der Länge der ersten Primär- und Sekundärspulen ist und derart auf dem Kern angeordnet sind, daß eine gerade Linie zwischen einem Punkt einer weiteren Primär- bzw. Sekundärspule und einem Punkt der ersten Sekundär- bzw. Primärspule immer die erste Primär- bzw. Sekundärspule schneidet. Bei einem auf diese Weise aufgebauten Transformator dienen die ersten Primar- und Sekundärspulen gleichfalls als Abschirmung, so daß zwischen den weiteren Primär- bzw. Sekundärspulen einerseits und der Sekundär- bzw. Primärwicklung andererseits keine kapazitive Kopplung besteht. Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Generators,
- Fig. 2 schematisch einen Teil eines im Generator nach Fig. 1 angewandten Transformators, und
- Fig. 3a und 3b schematisch den Aufbau geeigneter Transformatoren für weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Generators.
- Das in Fig. 1 dargestellte Schaltbild zeigt u.a. die für ein gutes Verständnis der Erfindung wichtigen Teile eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Generators. Der Generator, der in diesem Ausführungsbeispiel zum Erzeugen einer Gleichspannung ausgelegt ist, enthält einen Transformator 1 mit einem Kern 3 aus ferromagnetischem Material (beispielsweise Ferrit), eine Primärwicklung 5 und eine Sekundärwicklung 7. Die Primärwicklung 5 ist mit einer Primärschaltung 9 verbunden, die eine mit dem Netz 11 verbundene Gleichrichterschaltung 13 und einen Glättungskondensator 15 enthält. Am Kondensator 15 entsteht eine geglättete Gleichspannung beispielsweise von 300 V. Weiter enthält die Primärschaltung 9 einen Schalttransistor 17, der die Gleichspannung periodisch unterbricht, so daß sie in Form von Spannungsimpulsen 18 der Primärwicklung 5 zugeführt wird. Derartige Schaltungen sind an sich bekannt (siehe beispielsweise die bereits erwähnte DE-B-2 626 285) und eine weitere Erläuterung erübrigt sich daher.
- Die Sekundärwicklung 7 ist mit einer Sekundärschaltung 19 verbunden, die einen Gleichrichter 21 und einen Glättungskondensator 23 enthält. Der Ausgang der Sekundärschaltung 19 ist mit einer Belastung 25 verbunden, beispielsweise mit einem gleichspannungsgespeisten Gerät. Die Sekundärschaltung 19 ist mit einem sekundären Bezugspunkt 27 verbunden.
- Der Aufbau des Transformators 1 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Um den (nur teilweise dargestellten) Ferromagnetkern 3 ist ein aus elektrisch isolierendem Material (beispielsweise einem geeigneten Kunststoff) hergestellter Spulenkörper 29 angeordnet, auf dem die Primär- und Sekundärwicklungen 5 und 7 angebracht sind. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Primärwicklung ausschließlich aus einer einzigen in Form eines Solenoids gewickelten ersten Primärspule 31. Die Sekundärwicklung besteht ausschließlich aus einer einzigen in Form eines Solenoids gewickelten ersten Sekundärspule 33. Die Spulen 31 und 33 sind unter Zwischenlage elektrischer Isoliermittel in Form einer elektrisch isolierenden Folie 35 konzentrisch auf dem Kern angeordnet. Die Länge x der ersten Primärspule 31 ist gleich der der ersten Sekundärspule 33 und diese beiden Spulen haben gleiche Windungsanzahlen aus Wickeldraht mit gleichem Durchmesser. Außerdem nehmen sie dieselben Axialstellungen auf dem Kern 3 ein. Wie in Fig. 1 auf übliche Weise mit einem Punkt bei den Primär- und Sekundärwicklungen 5 und 7 angegeben ist, ist der Wickelsinn der Spulen 31 und 33 derart gewählt und sind sie derart mit der Primärschaltung 9 bzw. der Sekundärschaltung 19 verbunden, daß die entsprechend angeordneten Enden der beiden Spulen Wechselspannungen gleicher Polarität führen. An der Sekundärwicklung 7 entsteht daher ein Spannungsimpuls 36, der nahezu gleich dem Primärspannungsimpuls 18 ist. Durch diese Maßnahmen führen entsprechend angeordnete Windungen der beiden Spulen immer die gleiche Wechselspannung, so daß über die zwischen diesen Windungen bestehenden Kapazitäten kein Strom fließt. Die Kapazität zwischen derartigen entsprechenden Windungen der Spulen ist in Fig. 1 mit den Kondensatoren 37 symbolisch angegeben. Sie entsteht dadurch, daß die entsprechenden Windungen über das mit der isolierenden Folie 35 gebildeten Dielektrikum miteinander kapazitiv gekoppelt sind.
- Es können daher keine Hochfrequenzströme über die Kapazitäten 37 der ersten Sekundärspule 33 nach der ersten Primärspule 31 fließen. Hierdurch können Störsignale, die in der Sekundärschaltung 19 entstehen, die Primärschaltung 9 nicht erreichen. Sie können also auch nicht in das Netz 11 geraten oder über die als Antennen arbeitenden Verbindungsleitungen 39 zwischen der Primärschaltung 9 und dem Netz 11 ausgestrahlt werden. Umgekehrt können Störsignale aus der Primärschaltung 9 nicht über die Streukapazitäten 37 und die Sekundärschaltung 19 in die Belastung 25 geraten.
- In dem anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel bestehen die Primär- und Sekundärwicklungen aus je einer einzigen Solenoidspule.
- Diese Spulen haben gleich Windungsanzahlen, so daß der Transformator 1 ein Transformationsverhältnis 1 : 1 aufweist. Die Aufgabe dieses Transformators ist, die Sekundärschaltung 19 vom Netz 11 galvanisch zu trennen. Eine derartige galvanische Trennung ist in vielen Fällen aus Sicherheitsgründen erwünscht. Es kann jedoch auch eintreten, daß der Transformator 1 ein anderes Transformationsverhältnis haben soll. In diesem Fall enthält die Primärwicklung 5 eine größere oder kleinere Windungsanzahl als die Sekundärwicklung 7. Bei den bekannten Transformatoren ist es in derartigen Fällen üblich, die Wicklung mit der größten Windungsanzahl üblicherweise aus einem dünneren Draht als die Wicklung mit der kleinsten Windungsanzahl zu wickeln. Hierdurch ware es nicht mehr möglich, alle entsprechend angeordneten Primär- und Sekundärwindungen die gleiche Wechselspannung führen zu lassen.
- In Fig. 3A und 3B sind zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Transformatoren dargestellt, bei denen dieses Problem gelöst ist. Bei diesen Transformatoren enthält die Sekundärwicklung 7 mehr Windungen als die Primärwicklung 5, so daß der sekundäre Spannungsimpuls 36' größer ist als der primäre Spannungsimpuls 18. Die Sekundärwicklung 7 ist jetzt in eine Sekundärspule 33 und in eine zweite Sekundärspule 41 aufgeteilt. Die Primärwicklung 5 besteht wie im ersten Ausführungsbeispiel aus einer einzigen ersten Primärspule 31. Die zweite Sekundärspule 41 ist über eine Verbindungsleitung 43 mit der ersten Sekundärspule 33 in Reihe geschaltet. Vorzugsweise sind die Verbindungsleitung 43 und die zweite Sekundarspule 41 aus demselben Draht wie die erste Sekundärspule 33 hergestellt. Die ganze Sekundärwicklung 7 kann dabei auf einer geeigneten Wickelmaschine ohne Unterbrechungen gewickelt werden. Der Wickelsinn der zweiten Sekundärspule 41 kann die selbe sein wie der der ersten Sekundärspule 33, wie in Fig. 3A dargestellt. Der Wickelsinn in der zweiten Sekundärspule 41 kann jedoch auch dem der ersten Sekundärspule 33 entgegengesetzt sein, wie in Fig. 3B dargestellt. Der Wickelsinn der ersten Primär- und Sekundärspulen 31 und 33 und die Art, auf die sie mit der Primär- bzw. der Sekundärschaltung 9 bzw. 19 verbunden sind, ist wie im ersten Ausführungsbeispiel derart gewählt, daß entsprechend angeordnete Enden dieser beiden Spulen im Betriebszustand Wechselspannungen gleicher Polarität führen, wie mit einem Punkt in Fig. 3A und 3B angegeben. An der ersten Sekundärspule 33 entsteht also wiederum ein Spannungsimpuls 36", der nahezu gleich dem Primärspannungsimpuls 18 ist. Auch in diesen Ausführungsbeispielen fließen somit keine Hochfrequenzströme von der ersten Sekundärspule 33 nach der ersten Primärspule 31. Da die erste Sekundärspule 33 auf die oben beschriebene Weise als elektrostatische Abschirmung zwischen der zweiten Sekundärspule 41 und der ersten Primärspule 31 arbeitet, fließen auch keine Hochfrequenzströme zwischen den zwei letztgenannten Spulen. Störsignale können also nicht von der Sekundärschaltung 19 in die Primärschaltung 9 eindringen.
- Wenn der Transformator 1 mit weiteren Sekundärspulen versehen ist, werden sie auf gleiche Weise durch die erste Sekundärspule 33 von der ersten Primärspule 31 abgeschirmt. Derartige weitere Sekundärspulen können wie die zweite Sekundärspule 41 mit der ersten Sekundärspule 33 in Reihe geschaltet sein. Sie können jedoch auch von der ersten Sekundärspule galvanisch getrennt sein. Außerdem kann die Primärwicklung 5 zusätzlich zur ersten Primärspule 31 andere Spulen enthalten. Sie sollen dabei auf entsprechende Weise höchstens genauso lang sein wie die erste Primärspule 31 und derart angeordnet, daß eine gerade Linie zwischen einem Punkt einer derartigen Spule und einem Punkt der ersten Sekundärspule 33 immer die erste Primärspule 31 schneidet. Ein Transformator, der diese Bedingungen erfüllt, eignet sich zum Anwenden in einer Schaltung nach Fig. 1 oder in einem anderen Generator zum Erzeugen elektrischer Spannungen, beispielsweise einem Wechselspannungsgenerator, bei dem der Gleichrichter 21 und der Glättungskondensator 23 nicht vorhanden sind.
Claims (3)
1. Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung, mit einem
Transformator (1) mit einem Kern (3) aus Ferromagnetmaterial, einer Primärwicklung (5)
und einer Sekundärwicklung (7), wobei die Primärwicklung eine in Form eines
Solenoids gewickelte erste Primärspule (31) enthält und mit einer Primärschaltung (9)
verbunden ist, die eine Quelle zeitabhängiger Spannungen enthält, während die
Sekundärwicklung eine in Form eines Solenoids gewickelte erste Sekundärspule (33) enthält
und mit einer Sekundärschaltung (19) verbunden ist, wobei die ersten Primär- und
Sekundärspulen auf dem Kern unter Zwischenlage elektrischer Isoliermittel konzentrisch
angebracht sind, wobei die Wickelrichtung dieser Spulen und ihre Verbindung mit der
Primärschaltung (9) und mit der Sekundärschaltung (19) derart gewählt werden, daß
entsprechend angeordnete Enden der beiden Spulen im Betriebszustand
Wechselspannungen gleicher Polarität führen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Primärspule (31) und die erste Sekundärspule (33) gleiche Länge haben, mit gleichen
Windungsanzahlen aus Draht mit gleichem Durchmesser gewickelt sind und die gleiche
Axialstellung auf dem Kern (3) einnehmen.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere zur
Primärwicklung (5) bzw. zur Sekundärwicklung (7) gehörende Spulen (41) eine Länge
haben, die höchstens gleich der Länge der ersten Primär- und Sekundärspulen (31, 33)
ist und derart auf dem Kern (3) angeordnet sind, daß eine gerade Linie zwischen einem
Punkt einer weiteren Primär- bzw. Sekundärspule und einem Punkt der ersten Sekundär-
bzw. Primärspule immer die erste Primär- bzw. Sekundärspule schneidet.
3. Geeigneter Transformator zum Verwenden in einem Generator nach
Anspruch 1 oder 2.
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8363 | Opposition against the patent | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PHILIPS ELECTRONICS N.V., EINDHOVEN, NL |
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8331 | Complete revocation |