DE102018120181A1

DE102018120181A1 - Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen eines Transformators

Info

Publication number: DE102018120181A1
Application number: DE102018120181.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fuchs
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-03-05
Also published as: CN209785725U; WO2020038923A1; EP3841599A1; US11996228B2; US20210327643A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen zwischen einer ersten Wicklungen (W) und einer zweiten Wicklung (W) eines Transformators (1) die um einen gemeinsamen Kern (2) gewickelt sind, wobei die erste Wicklung (W1) eine störaussendende Wicklung ist und zwischen der ersten Wicklung (W) und der zweiten Wicklung (W) eine Schirmwicklung (W) oder eine Schirmfolie (W) angeordnet ist, wobei die Schirmwicklung (W) und der Kern (2) mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen zwischen einer ersten Wicklungen und einer zweiten Wicklung eines Transformators, die um einen gemeinsamen Kern gewickelt sind.
Im Stand der Technik wird hierfür beispielsweise eine Schirmwicklung eingesetzt. Die DE3601475 A1 beschäftigt sich mit einem Übertrager, der einfach herzustellen ist und eine hohe Unsymmetriedämpfung aufweist. Die eine Schirmwicklung aus zwei gleichzeitig aufgebrachten Wicklungen vorschlägt, wobei der Anfang der ersten Wicklung und das Ende der zweiten Wicklung mit dem Bezugspotential einer unsymmetrisch betriebenen Wicklung verbunden sind, während das Ende der ersten Wicklung und der Anfang der zweiten Wicklung unbeschaltet bleiben.
In der DE 2832715 A1 offenbart eine typische Anordnung von einem Isolationstransformator mit geerdeter Abschirmung zur Vermeidung von Kriechströmen. Die Primärseite ist an das Netz angeschlossen, die Sekundärseite speist das Gerät und ist von einer geerdeten Abschirmung umgeben oder jedenfalls gegenüber der Primärseite abgedeckt. Somit werden Kriechströme von der Primärseite an der Abschirmung abgefangen, ohne an das Gerät zu gelangen.
Diese Maßnahmen verringern zwar die hochfrequenten Störungen, können diese aber nicht in ausreichendem Maß beseitigen. Im Stand der Technik sind weiter Maßnahmen bekannt, die sich aber entweder nicht einfach und kostengünstig realisieren lassen oder aber nicht die gewünschte Wirkung zeigen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche vorbesagte Nachteile überwinden, die kostengünstig herstellbar ist und die die Reduzierung hochfrequenter Störungen zwischen einer ersten Wicklungen und einer zweiten Wicklung eines Transformators, die um einen gemeinsamen Kern gewickelt sind, weiter optimiert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen zwischen einer ersten Wicklungen und einer zweiten Wicklung eines Transformators, die um einen gemeinsamen Kern gewickelt sind vorgeschlagen, wobei die erste Wicklung eine störaussendende Wicklung darstellt und zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung eine Schirmwicklung oder eine Schirmfolie angeordnet ist. Ferner sind die Schirmwicklung und der Kern mit dem Bezugspotential der ersten Wicklung verbunden.
Aufgrund des Verbindens des Kerns mit dem Bezugspotential wird die Reduzierung hochfrequenter Störungen zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung des Transformators verbessert. Die Schirmwicklung und der Kern des Transformators liegen auf diese Weise auf dem gleichen elektrischen Bezugspotential, nämlich bevorzugt dem Massepotential der ersten Wicklung, die die hochfrequenten Störungen aussendet.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Schirmwicklung und der Kern einseitig mit dem Bezugspotential der ersten Wicklung verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante derart ausgebildet, dass das Bezugspotential das Massepotential der ersten Wicklung ist.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Schirmwicklung über eine Kapazität C_pS1 an die erste Wicklung gekoppelt ist.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung ferner so ausgebildet, dass der Kern über eine Kapazität C_pK1 an die erste Wicklung gekoppelt ist.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kern über eine Kapazität C_pK2 an die zweite Wicklung gekoppelt ist.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Schirmwicklung über eine Kapazität C_pS2 an die zweite Wicklung gekoppelt ist.
Durch die kapazitive Kopplung zwischen der ersten Wicklung und der Schirmwicklung sowie zwischen der ersten Wicklung und dem Kern werden die hochfrequenten Störungen direkt wieder zur Störquelle zurückgeleitet, ohne sich auf der abzuschirmenden zweiten Wicklung auszubreiten. Beim Einsatz einer Schirmwicklung ohne gleichzeitig den Kern auf das Bezugspotential zu bringen kann ein Teil der Störungen über die Kapazität C_pS1 auf die Schirmwicklung und danach zur Masse geleitet werden, der Kern wird jedoch aufgrund der parasitären Kapazität C_pK1 das Potential der störaussendenden ersten Wicklung annehmen. Diese Störungen werden wiederum durch die Kapazität C_pK2 zu der zu schirmenden zweiten Wicklung geleitet. Somit ist bei einer Kombination aus Schirmwicklung und den Kern auf Bezugspotential setzen eine deutlich bessere Abschirmung der zweiten Wicklung zu erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kern mit dem Bezugspotential der ersten Wicklung durch eine direkte galvanische Verbindung mittels eines Anschlussdrahtes verbunden ist.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung ist ferner vorgesehen, dass der Kern mit dem Bezugspotential der ersten Wicklung durch eine kapazitive Verbindung mittels einer leitfähigen Folie, die an einer Seitenfläche des Kerns angeordnet ist, verbunden ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Kern mit dem Bezugspotential der ersten Wicklung mittels einer Kontaktfeder verbunden ist.
Vorzugsweise ist die Verbindung mit dem Bezugspotential der ersten Wicklung unmittelbar mit einem Massepin des Transformators hergestellt.
In einer günstigen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Schirmwicklung eine einlagige, isolierte Drahtwicklung ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet, dass bei Verwendung einer Schirmfolie diese Schirmfolie eine einlagige, elektrisch leitende Folie ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt die zweite Wicklung eine Wicklungslage um die erste Wicklung herum dar und die Schirmwicklung oder die Schirmfolie ist sandwichartig zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung um die erste Wicklung herum angeordnet.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

1 ein Ersatzschaltbild einer Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen eines Transformators,
2 eine perspektivische Ansicht des Kerns,
3 einen Schnitt durch die Draufsicht des Kerns mit den drei Wicklungen,
4 einen Schnitt durch die Seitenansicht des Kerns mit den drei Wicklungen,
5 eine perspektivische Ansicht der Verbindung des Kerns mit dem Bezugspotential mittels einer leitfähigen Folie,
6 eine Seitenansicht der Verbindung des Kerns mit dem Bezugspotential mittels eines Anschlussdrahts,
7 eine Seitenansicht der Verbindung des Kerns mit dem Bezugspotential mittels einer Kontaktfeder.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die 1 bis 7 anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
In 1 ist ein Ersatzschaltbild einer Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen eines Transformators 1 dargestellt. Die erste Wicklung W₁ und die zweite Wicklung W₂ des Transformators 1 sind um den gemeinsamen Kern 2 gewickelt. Die erste Wicklung W₁ ist die störaussendende Wicklung und es liegt eine Spannung U1 an. Ferner ist das Bezugspotential B das Massepotential der ersten Wicklung W₁ . In der zweiten Wicklung W₂ wird die Spannung U2 erzeugt. Zwischen der ersten Wicklung W₁ und der zweiten Wicklung W₂ ist eine Schirmwicklung W_S oder eine Schirmfolie W_S angeordnet, die einseitig mit dem Bezugspotential B der ersten Wicklung W₁ verbunden ist. Des Weiteren ist der gemeinsame Kern 2 ebenfalls einseitig mit dem Bezugspotential B verbunden.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines Kerns 2 des Transformators 1. Der quaderförmige Kern 2 weist entlang seiner Längserstreckung zwei rechteckige Durchtrittsöffnungen auf, die sich parallel entlang der Längserstreckung des Kerns 2 erstrecken. Aus diese Weise ist mittig in dem Kern 2 ein Steg 3 zum Umwickeln des Kerns 2 mit einer entsprechenden Wicklung durch die Durchtrittsöffnungen ausgebildet.
Einen Schnitt durch die Draufsicht des Kerns 2 mit den drei Wicklungen W₁ , W₂ , W₃ zeigt 3. Der Steg 3 des Kerns 2 des Transformators 1 aus 2 ist mit den drei Wicklungen W₁ , W₂ , W_S so umwickelt, dass die zweite Wicklung W₂ eine Wicklungslage um die erste Wicklung herum darstellt und die Schirmwicklung W_s oder die Schirmfolie W_S sandwichartig zwischen der ersten Wicklung W₁ und der zweiten Wicklung W₂ um die erste Wicklung W₁ herum angeordnet ist. Die Wicklungen W₁ , W₂ , W_S sind dabei einlagig.
In 4 ist ein Schnitt durch die Seitenansicht des Kerns 2, der mit den Wicklungen W₁ , W₂ , W_S umwickelt ist, dargestellt. Die Schirmwicklung W_S ist über eine Kapazität C_pS1 mit der ersten Wicklung W₁ elektrisch verbunden. Ferner ist der Kern 2 über eine Kapazität C_pK1 an die erste Wicklung W₁ und über eine Kapazität C_pK2 an die zweite Wicklung W₂ gekoppelt. Außerdem zeigt 4, dass die Schirmwicklung W_S ebenfalls über eine Kapazität C_pS2 an die zweite Wicklung W₂ gekoppelt ist.
5 ist eine perspektivische Ansicht der Verbindung des Kerns 2 mit dem Bezugspotential B der ersten Wicklung W₁ durch eine kapazitive Verbindung mittels einer leitfähigen Folie 11, die an einer Seitenfläche des Kerns 2 angeordnet.
6 zeigt eine Seitenansicht der Verbindung des Kerns 2 mit dem Bezugspotential B der ersten Wicklung W₁ durch eine direkte galvanische Verbindung mittels eines Anschlussdrahtes 12.
Ferner ist in 7 eine Seitenansicht der Verbindung des Kerns 2 mit dem Bezugspotential B mittels einer Kontaktfeder 10 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3601475 A1 [0002]
DE 2832715 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Reduzierung hochfrequenter Störungen zwischen einer ersten Wicklungen (W₁) und einer zweiten Wicklung (W₂) eines Transformators (1) die um einen gemeinsamen Kern (2) gewickelt sind, wobei die erste Wicklung (W1) eine störaussendende Wicklung ist und zwischen der ersten Wicklung (W₁) und der zweiten Wicklung (W₂) eine Schirmwicklung (W_S) oder eine Schirmfolie (W_S) angeordnet ist, wobei die Schirmwicklung (W_S) und der Kern (2) mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W₁) verbunden sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmwicklung (W_S) und der Kern (2) einseitig mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W₁) verbunden sind.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugspotential (B) das Massepotential der ersten Wicklung (W₁) ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmwicklung (W_S) über eine Kapazität C_pS1 an die erste Wicklung (W₁) gekoppelt ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) über eine Kapazität C_pK1 an die erste Wicklung (W₁) gekoppelt ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) über eine Kapazität C_pK2 an die zweite Wicklung (W₂) gekoppelt ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmwicklung (W_S) über eine Kapazität C_pS2 an die zweite Wicklung (W₂) gekoppelt ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W₁) durch eine direkte galvanische Verbindung mittels eines Anschlussdrahtes (12) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W₁) durch eine kapazitive Verbindung mittels einer leitfähigen Folie (11), die an einer Seitenfläche des Kerns (2) angeordnet ist, verbunden ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W₁) mittels einer Kontaktfeder (10) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mit dem Bezugspotential (B) der ersten Wicklung (W₁) unmittelbar mit einem Massepin (13 keine figur) des Transformators (1) hergestellt ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmwicklung (W_S) eine einlagige, isolierte Drahtwicklung ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmfolie (W_S) eine einlagige, elektrisch leitende Folie ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wicklung (W₂) eine Wicklungslage um die erste Wicklung herum darstellt und die Schirmwicklung (W_S) oder die Schirmfolie (W_S) sandwichartig zwischen der ersten Wicklung (W₁) und der zweiten Wicklung (W₂) um die erste Wicklung herum angeordnet ist.