EP0380582A1 - Drosselspule. - Google Patents

Drosselspule.

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EP0380582A1
EP0380582A1 EP88909509A EP88909509A EP0380582A1 EP 0380582 A1 EP0380582 A1 EP 0380582A1 EP 88909509 A EP88909509 A EP 88909509A EP 88909509 A EP88909509 A EP 88909509A EP 0380582 A1 EP0380582 A1 EP 0380582A1
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EP
European Patent Office
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partial
core
cores
phi
delta
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EP0380582B1 (de
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Hanspeter Bitterli
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RIEDI JOKS SUSANNE
Original Assignee
RIEDI JOKS SUSANNE
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Publication date
Application filed by RIEDI JOKS SUSANNE filed Critical RIEDI JOKS SUSANNE
Publication of EP0380582A1 publication Critical patent/EP0380582A1/de
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Publication of EP0380582B1 publication Critical patent/EP0380582B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/02—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
    • H01F38/023—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances

Definitions

  • the present invention relates to a choke coil, which has any definable characteristic, inductance as a function of the current.
  • Choke coils are used for mains circuits or for sound-frequency circuits in all areas of electrical engineering, telecommunications, radio technology, electrical acoustics, electronics. With regard to the operating conditions, there are two basic types of choke coils:
  • the choke coil basically consists of an iron core with or without an air gap and a winding insulated from earth.
  • the choke coil is designed for a specific working range, with a specific course of the inductance values as a function of the current, and the choke coil is also used in vehicles such as trams, trolley buses, rail-bound railcars and locomotives, the rough tolerance measurement plays a role already a role, since this mainly affects the geometric dimensions and the weight of the inductor and causes problems that have to be solved.
  • the choke coil according to the invention should have a determinable course of the inductance values as a function of the current, corresponding to the needs, and should therefore be optimally designed with regard to the electrical values, the geometrical dimensions and the weight.
  • the invention solves this problem with a choke coil, which is characterized in that the core required for the choke coil power is subdivided into at least two sub-cores which are isolated from one another in the direction of the magnetic flux and have different magnetic characteristics in terms of their overall magnetic effect , wherein at least one winding wraps around at least two of these sub-cores or additionally at least one further winding wraps around at least one of these sub-cores.
  • choke coils according to the invention are shown in principle in various exemplary embodiments.
  • the individual embodiments serve to create certain inductance curves as a function of the current.
  • the physical background of their mode of action is further illustrated on the basis of various magnetization curves and inductance curves.
  • the basic structure and the functional principle of the choke coil according to the invention are explained in the following description. Furthermore, the embodiments shown are described and their modes of operation are explained.
  • the choke coil according to the invention is called delta-phi choke in the following.
  • FIG. 2 shows the basic structure of the delta-phi inductor in an expanded design, consisting of the partial core 1 without an air gap, the partial core 2 with the air gap L2 and the windings A, B and C;
  • FIG 3 shows the basic structure of the delta-phi choke in an expanded design, consisting of the partial cores 1, 2 and 3 with the air gaps L1, L2 and L3 and the winding A.
  • FIG. 4 shows the basic structure of the delta-phi inductor in an expanded design, consisting of the partial cores 1, 2 and 4 with the air gaps L1, L2 and L4 and the windings A, C and E;
  • FIG. 5 shows the basic structure of the delta-phi inductor in an expanded design, consisting of the partial cores 1, 2 and 3 with the air gaps L1, L2 and L3 and the windings A and B
  • FIG. 6 shows the basic structure of the delta-phi inductor in an expanded design, consisting of the partial cores 1, 2 and 4 with the air gaps L1, L2 and L3 and the windings A, B, C and E;
  • FIG. 7 shows the basic structure of the delta-phi choke in an expanded design, consisting of the particle cores 1, 2, 3 and 4 with the air gaps L1, L2, L3 and L4 and the winding A;
  • FIG 8 shows the basic structure of the Delta-Phi-Drpssel in an extended design, consisting of the partial cores 1, 2, 3 and 4 with the air gaps L1, L2, L3 and L4 and the windings A, B, C, D and E;
  • FIG. 9 shows the basic structure of the delta-phi inductor in an expanded design, consisting of the partial cores 1, 2, 3 and 4 with the air gaps L1, L2, L3 and L4 and the windings A, B, C, D and E;
  • FIG. 10 shows the basic structure of the delta-phi choke in an expanded design, consisting of the partial cores 1, 2, 3 and 4 with the air gaps L1, L2, L3 and L4 and the windings A, B, C, D and E;
  • FIG. 11 shows the magnetization curves of induction as a function of the field strength for two different materials
  • FIG. 12 shows the influence of the air gaps on the magnetization curve induction as a function of the flow: curve A: the magnetization curve for the core sheet, curve B: the magnetization curve for a small one
  • curve C the resultant of curve A and curve B
  • curve D the magnetization curve for a large one
  • FIG. 13 shows a built-up core made up of partial cores (1, 2, 3,..., N-1, n) with partial air gaps:
  • Sub core 2 with a small air gap
  • Partial core 3 with a larger air gap
  • Partial core n with four air gaps
  • Figure 14 possible air gap shapes mean: a) parallel air gap, b) air gap wedge-shaped downward, c) air gap wedge-shaped upward, d) air gap symmetrical wedge-shaped, e) air gap trapezoidal downward, f) air gap trapezoidal upward, g) air gap symmetrical trapezoidal;
  • FIG. 15 magnetization curves of induction as a function of the flow for two partial cores 1 and 2: curve 1 partial core 1 without an air gap, curve 2 partial core 2 with an air gap L2;
  • FIG. 17 magnetization curves induction as a function of the flow for four partial cores 1, 2, 3 and 4: curve 1 partial core 1 with air gap L1, curve 2 partial core 2 with air gap L2, curve 3 partial core 3 with air gap L3, curve 4 partial core 4 with Air gap L4;
  • FIG. 18 choke coil characteristic inductance as a function of the current for a choke coil with 2 partial cores
  • FIG. 19 choke coil characteristic inductance as a function of the current for a choke coil with 3 partial cores
  • FIG. 20 choke coil characteristic inductance as a function of the current for a choke coil with 4 partial cores. - B -
  • the delta-phi inductor Before going into detail about the basic structure and the mode of operation of the delta-phi inductor, it should be said that it can be operated at least as a pure alternating current inductor and as a DC-magnetized inductor.
  • the basic structure of the delta phi inductor comprises at least two magnetically separated partial cores 1 and 2 with different magnetic characteristics and at least one winding A, which wraps around the two partial cores 1 and 2 together.
  • the delta-phi inductor this is provided with further additional partial cores 3, ..., n and / or with further additional windings AI, ..., An; B; Bl, ..., Bn; C; Cl, ..., Cn; D; Dl, ..., Dn; E; Equip El, ..., En.
  • the individual windings are to be connected additively or subtractively in series to winding branches, whereby, under certain conditions, the parallel connection and / or the combined connection of individual windings and / or winding branches is also possible.
  • Additive series connection of two windings means that the magnetic induction generated by the current-carrying windings add up.
  • Subtractive series connection of two windings means that the magnetic induction generated by the current-carrying windings subtracts.
  • both cores experience the same flux I x w.
  • the two partial cores 1 and 2 also have certain effective core cross sections AI and A2, corresponding to the choke coil power.
  • the voltage induced in winding A is therefore:
  • AI the effective core cross section of partial core 1 in cm2
  • A2 the effective core cross section of the partial core 2 in cm2
  • the impedance of the choke coil at the corresponding current is somi t:
  • the inductance of the choke coil at the corresponding current is therefore:
  • the course of the In 'productivity in function of the current can be attributed to this over the whole current range, determine. All inductance behavior of the inductor can be determined using this system.
  • the simplest embodiment of a delta phi choke according to the invention is shown in principle in FIG.
  • the delta phi choke has two partial cores with different overall magnetic properties, the partial core 1 having no air gap and the partial core 2 being equipped with an air gap L2.
  • the winding A wraps around the two cores together.
  • FIG. 2 shows the expanded version of a delta phi choke according to the invention in principle.
  • the delta-phi inductor has two partial cores with different overall magnetic properties, the partial core 1 having no air gap and the partial core 2 being equipped with an air gap L2.
  • the winding A wraps around the two cores together.
  • the winding B wraps around only the partial core 1 and the winding C wraps around only the partial core 2.
  • FIG. 3 shows the expanded version of a delta phi choke according to the invention in principle.
  • the delta-phi inductor has three partial cores with different magnetic properties, all partial cores 1, 2 and 3 being equipped with different air gaps L1, L3 and L3.
  • the winding A wraps around all three sub-cores together.
  • FIG. 4 shows in principle an inventive delta-phi choke in an extended version with three partial cores 1, 2 and 4 with different magnetic total properties, all partial cores being equipped with different air gaps L1, L2 and L4.
  • the winding A wraps around all three sub-cores together.
  • the winding C wraps only around the sub core 2 and the winding E wraps around only the sub core 4.
  • FIG. 5 shows in principle an inventive delta-phi choke in an expanded version with three partial cores 1, 2 and 3 with different overall magnetic properties, all of the partial cores being equipped with different air gaps L1, L2 and L3.
  • the winding A wraps around the partial cores 1 and 2 and the winding B wraps around the partial cores 1 and 3.
  • a delta phi choke according to the invention is shown in principle in an expanded embodiment in FIG.
  • the delta-phi choke has three partial cores 1, 2 and 4 with different overall magnetic properties, all partial cores being equipped with different air gaps L1, L2 and L4.
  • the winding A wraps around the sub-cores 1 and 2
  • the winding B wraps around the sub-core 1
  • the winding C wraps around the sub-core 2 and 4
  • the winding E wraps around the sub-core 4.
  • a delta-phi choke according to the invention is shown in principle in an expanded embodiment in FIG.
  • the delta-phi inductor has four partial cores 1, 2, 3 and 4 with different overall magnetic properties, all partial cores being equipped with different air gaps L1, L2, L3 and L4.
  • the winding A wraps around all the cores together.
  • FIG. 8 shows the basic structure of a delta-phi choke according to the invention with four partial cores 1, 2, 3 and 4 with different overall magnetic properties, all partial cores being equipped with different air gaps L1, L2, L3 and L4, and with five windings A, B, C, D and E.
  • the winding A wraps around the partial cores 1, 2, 3 and 4
  • the winding B wraps around the partial core 1
  • the winding C wraps around the partial core 2
  • the winding D wraps around the partial core 3
  • the winding E wraps around the partial core 4.
  • FIG. 9 shows the basic structure of a delta-phi choke according to the invention in an expanded version with four partial cores 1, 2, 3 and 4 with different overall magnetic properties, all partial cores being equipped with different air gaps L1, L2, L3 and L4, and with five windings A, B, C, D and E.
  • the winding A wraps around the sub-cores 1 and 2
  • the winding B wraps around the sub-cores 1 and 3
  • the winding C wraps around the sub-cores 2 and 4
  • the winding D wraps around the Partial core 3
  • the winding E wraps around the partial core 4.
  • FIG. 10 shows the basic structure of a delta-phi choke according to the invention in an expanded version with four partial cores 1, 2, 3 and 4 with different overall magnetic properties, all partial cores being equipped with different air gaps L1, L2, L3 and L4, and with five windings A, B, C, D and E.
  • the winding A wraps around the partial cores 1, 2 and 3, the winding B wraps around the partial core 1, the winding C wraps around the partial cores 2 and 4, the winding D wraps around the partial core 3 and the winding e wraps around the core part '4.
  • By appropriate circuit additive and / or subtractive series connection, parallel connection, and / or combi . nated circuit the choice of the number of turns, the windings, the magnetic behavior of the partial cores and the inductance behavior of the delta-phi inductor can be strongly influenced.
  • FIG. 13 shows a core divided into partial cores with different overall magnetic properties.
  • the different overall magnetic properties are achieved in that the partial core 1 has no air gap and the other partial cores have different air gaps.
  • the different overall magnetic properties can also and / or additionally be achieved by using materials with different magnetic properties, induction as a function of the field strength, as shown in FIG. 11.
  • the applicable air gap sections are shown in Figure 14.
  • the influence of the air gap section (s) on the magnetic properties of a core or a partial core, induction as a function of the flooding, is shown in FIG.
  • the magnetic field lines spread in the zones of the air gap. So that the partial cores do not influence one another magnetically, the individual partial cores must be spaced at least by the distance which corresponds to the largest adjacent air gap distance.
  • FIG. 15 shows the magnetization curves, induction as a function of the flow, of a delta-phi choke according to the invention with two partial cores 1 and 2 with different overall magnetic properties, the partial core 1 having no air gap and the partial
  • FIG. 16 shows the magnetization curves, induction as a function of the flow, a delta-phi choke according to the invention with three partial cores 1, 2 and 3 or 4 with different magnetic overall properties, the partial core 1 having a small air gap and the partial core 2 having a larger air gap and the partial core 3 or partial core 4 has an even larger air gap.
  • FIG. 17 shows the magnetization curves, induction as a function of the flow, of a delta-phi choke according to the invention with four partial cores 1, 2, 3 and 4 with different overall magnetic properties, the partial core 1 having a small air gap and the partial core 2 a somewhat larger air gap, the partial core 3 has an even larger and the partial core 4 has a large air gap.
  • FIG. 18 shows the inductance curve, inductance as a function of the current, of a delta-phi inductor according to the invention with two partial cores.
  • FIG. 19 shows the inductance curve, inductance as a function of the current of a delta-phi inductor according to the invention with three partial cores.
  • FIG. 20 shows the inductance curve, inductance as a function of the current, of a delta-phi inductor according to the invention with four partial cores.
  • the step-shaped inductance behavior is due to the fact that the partial cores are designed magnetically so that the partial core 1 first reaches the magnetic saturation point at a certain current, and the induction of the remaining partial cores 2, 3 and 4 are still in the magnetically unsaturated region at this particular current.
  • the partial core 2 With a further increase in the current, the partial core 2 reaches the magnetic saturation point with a further determined current and the induction of the partial cores 3 and 4 are still in the magnetically unsaturated region. This state, due to a further increase in current, is carried out until all partial cores are magnetically saturated.
  • the choice of the number of turns and the choice of the circuits of the windings, any inductance behavior, inductance as a function of the current, can be achieved.

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Description

Drosselspule
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselspule, die eine beliebige, bestimmbare Charakteristik, Induktivität in Funktion des Stromes, aufweist.
Drosselspulen werden für Netzstromkreise oder für tonfrequente Stromkreise in allen Bereichen der Elektrotechnik, Fernmelde-, Funk¬ technik, Elektroakkustik, Elektronik, verwendet. In bezug auf die Betriebsbedingungen ergeben sich zwei Grundausführungen von Drossel¬ spulen und zwar:
a) Drosselspulen mit Eisenkern, ohne Luftspalt für die Verwendung in den Bereichen der technischen Frequenzen und in der Tonfrequenz mit jeweils kleinen WechselSpannungen, zumeist ohne Gleichstrom¬ belastung.
b) Drosselspulen mit Eisenkern, mit Luftspalt für die Verwendung in den Bereichen der technischen Frequnzen und der Tonfrequenz, mit jeweils grösseren WechselSpannungen und -strömen und mit oder ohne Gleichstrombelastung.
Die Drosselspule besteht im Prinzip aus einem Eisenkern mit oder ohne Luftspalt und eine gegen Erde isolierte Wicklung.
Eine genaue Berechnung der Induktivität ist bei Drosselspulen mit Eisenkern in einfacher, den Aufwand lohnender, Weise nicht möglich, da mehrere Faktoren beteiligt sind, die nicht genau bestimmbar sind. Im allgemeinen sind daher die Toleranzen für die Induktivitätswerte von Drosselspu-len nicht zu eng bemessen.
In Fällen, wo die Drosselspule nur für einen Arbeitspunkt, einen bestimmten Induktivitätswert für einen bestimmten Strom, ausgelegt ist, und in einer stationären Anlage Anwendung findet, spielt die grobe Toleranzbemessung keine allzu grosse Rolle.
In Fällen aber, wo die Drosselspule für einen bestimmten Arbeitsbereich, mit einem bestimmten Verlauf der Induktivitätswerte in Funktion des Stromes, ausgelegt ist, die Drosselspule zudem noch Anwendung in Fahrzeugen, wie Trams, Trolleybussen, schienengebunde Triebwagen und Lokomotiven, findet, spielt die grobe Toleranzbemessung schon eine Rolle, da diese sich hauptsächlich auf die geometrischen Dimensionen und auf das Gewicht der Drosselspule auswirkt und Probleme, welche gelöst werden müssen, nach sich zieht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drosselspule zu schaffen, die, die erwähnten Probleme löst. Die erfindungsge ässe Drosselspule soll einen, den Bedürfnissen entsprechenden, bestimmba¬ ren Verlauf der Induktivitätswerte in Funktion des Stromes aufweisen und somit optimal, bezüglich der elektrischen Werte, der geometri¬ schen Dimensionen, des Gewichtes, ausgelegt sein. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Drosselspule, die sich dadurch auszeichnet, dass der, für die Drosselspulenleistung benötigte Kern, in mindestens zwei, in Richtung des magnetischen Flusses, voneinander isolierte Teilkerne, mit in ihrer magnetischen Gesamtwirkung unterschiedlichen magnetischen Charakteristika, unter¬ teilt ist, wobei mindestens eine Wicklung mindestens zwei dieser Teilkerne umschlingt oder zusätzlich mindestens eine weitere Wicklung mindestens einen dieser Teilkerne umschlingt.
In den Zeichnungen sind erfindungsgemässe Drosselspulen in verschie¬ denen beispielsweisen Ausführungsarten prinzipiell dargestellt. Die einzelnen Ausführungsarten dienen zur Schaffung bestimmter Indukti¬ vitätskurven in Funktion des Stromes. Weiter sind die physikalischen Hintergründe ihrer Wirkungsweise anhand von verschiedenen Magneti¬ sierungskurven und Induktivitätskurven veranschaulicht. In der nach¬ folgenden Beschreibung ist der grundsätzliche Aufbau und das Funk¬ tionsprinzip der erfindungsgemässen Drosselspule erläutert. Ferner werden die gezeigten Ausführungsarten beschrieben und deren Wirkungsweisen erklärt. Die erfindungsgemässe Drosselspule wird im folgenden Delta-Phi-Drossel genannt.
Es zeigt :
Figur 1 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in seiner einfachsten Bauart, bestehend aus dem Teilkern 1 ohne Luftspalt, dem Teilkern 2 mit dem Luftspalt L2 und der Wicklung A;
Figur 2 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus dem Teilkern 1 ohne Luft¬ spalt, dem Teilkern 2 mit dem Luftspalt L2 und den Wick¬ lungen A, B und C;
Figur 3 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2 und 3 mit den Luftspalten Ll , L2 und L3 und der Wicklung A
Figur 4 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2 und 4 mit den Luftspalten Ll , L2 und L4 und den Wicklungen A, C und E;
Figur 5 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2 und 3 mit den Luftspalten Ll , L2 und L3 und den Wicklungen A und B; Figur 6 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2 und 4 mit den Luftspalten Ll , L2 und L3 und den Wicklungen A, B, C und E;
Figur 7 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teikernen 1, 2, 3, und 4 mit den Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 und der Wick¬ lung A;
Figur 8 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drpssel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2, 3 und 4 den mit Luftspalten Ll, L2, L3 und L4 und den Wick¬ lungen A, B, C, D und E;
Figur 9 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2, 3 und 4 mit den Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 und den Wick¬ lungen A, B, C, D und E;
Figur 10 den prinzipiellen Aufbau der Delta-Phi-Drossel in erwei¬ terter Bauart, bestehend aus den Teilkernen 1, 2, 3 und 4 mit den Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 und den Wick¬ lungen A, B, C, D und E;
Figur 11 die Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Feldstärke für zwei verschiedene Materialien; Figur 12 den Einfluss der Luftstrecken auf die Magnetisierungs¬ kurven Induktion in Funktion der Durchflutung: Kurve A: die Magnetisierungskurve für das Kernblech, Kurve B: die Magnetisierungskurve für eine kleine
Luftstrecke, Kurve C: die Resultierende aus Kurve A und Kurve B, Kurve D: die Magnetisierungskurve für eine grosse
Luftstrecke, Kurve E: die Resultierende aus Kurve A und Kurve D;
Figur 13 einen, aus Teilkernen (1, 2, 3, ..., n-1, n) mit teil' weise mit Luftspalten versehenen, aufgebauten Kern:
Teilkern 1 ohne Luftspalt,
Te lkern 2: mit einem kleinen Luftspalt,
Teilkern 3: mit einem grösseren Luftspalt,
Teilkern n-1 mit zwei Luftspalten,
Teilkern n: mit vier Luftspalten;
Figur 14 mögliche Luftspaltformen, dabei bedeuten: a) paralleler Luftspalt, b) Luftspalt keilförmig nach unten, c) Luftspalt keilförmig nach oben, d) Luftspalt symmetrisch keilförmig, e) Luftspalt trapezförmig nach unten, f) Luftspalt trapezförmig nach oben, g) Luftspalt symmetrisch trapezförmig; Figur 15 Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Durch¬ flutung für zwei Teilkerne 1 und 2: Kurve 1 Teilkern 1 ohne Luftspalt, Kurve 2 Teilkern 2 mit Luftspalt L2;
Figur 16 Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Durch¬ flutung für drei Teilkerne 1, 2 und 3: Kurve 1 Teilkern 1 mit Luftspalt Ll , Kurve 2 Teilkern 2 mit Luftspalt L2, Kurve 3/4 Teilkern 3 mit Luftspalt L3, oder
Teilkern 4 mit Luftspalt L4;
Figur 17 Magnetisierungskurven Induktion in Funktion der Durch¬ flutung für vier Teilkerne 1, 2, 3 und 4: Kurve 1 Teilkern 1 mit Luftspalt Ll , Kurve 2 Teilkern 2 mit Luftspalt L2, Kurve 3 Teilkern 3 mit Luftspalt L3, Kurve 4 Teilkern 4 mit Luftspalt L4;
Figur 18 Drosselspulencharakteristik Induktivität in Funktion des Stromes für eine Drosselspule mit 2 Teilkernen;
Figur 19 Drosselspulencharakteristik Induktivität in Funktion des Stromes für eine Drosselspule mit 3 Teilkernen;
Figur 20 Drosselspulencharakteristik Induktivität in Funktion des Stromes für eine Drosselspule mit 4 Teilkernen. - B -
Bevor im einzelnen auf den prinzipiellen Aufbau und die Wirkungsweise .der Delta-Phi-Drossel eingegangen wird, sei voraus geschickt, dass sie mindestens als reine WechselStromdrosselspule und als gleichstromvormagnetisierte Drosselspule betrieben werden kann.
Der prinzipielle Aufbau der Delta-Phi-Drossel umfasst in ihrer einfachsten Ausführung mindestens zwei magnetisch getrennte Teil- kerne 1 und 2 mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristika und mindestens einer Wicklung A, welche die die beiden Teilkerne 1 und 2 gemeinsam umschlingt.
Je nach verlangter Charakteristik, Induktivität in Funktion des Stromes, der Delta-Phi-Drossel, ist diese mit weiteren zusätzlichen Teilkernen 3, ..., n und/oder mit weiteren zusätzlichen Wicklungen AI, ..., An; B; Bl , ..., Bn; C; Cl , ..., Cn; D; Dl, ..., Dn; E; El, ..., En auszurüsten.
Bei der Anwendung mehrerer Wicklungen, sind die einzelnen Wicklungen additiv oder subtraktiv in Serie zu Wicklungszweigen zu schalten, wobei, unter der Einhaltung gewisser Bedingungen, auch die Parallel¬ schaltung und/oder die kombinierte Schaltung einzelner Wicklungen und/oder Wicklungszweige möglich ist.
Additive Serieschaltung zweier Wicklungen heisst, dass sich die, durch die stromdurchflossenen Wicklungen, erzeugten magnetischen Induktionen addieren. Subtraktive Serieschaltung zweier Wicklungen heisst, dass sich die, durch die stromdurchflossenen Wicklungen, erzeugten magnetischen Induktionen subtrahieren.
Werden zwei Teilkerne 1 und 2 mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristika von einer vom Strom I durchflossenen Wicklung A mit der Windungszahl w gemeinsam umschlungen, so erfahren beiden Kerne die gleiche Durchflutung I x w. Dadurch, dass die beiden Teilkerne 1 und 2 unterschiedliche magnetische Charakteristika, Induktion in Funktion der Durchflutung, aufweisen, werden in den beiden Teilkernen 1 und 2 entsprechende unterschiedliche Induktionen Bl und B2 erzeugt. Die beiden Teilkerne 1 und 2 weisen auch, entsprechende der Drosselspulenleistung, bestimmte effektive Kernquerschnitte AI und A2 auf. Die in der Wicklung A induzierte Spannung ist somit:
U = 4,44 x f x w x (AI x Bl + A2 x B2) x 0,0001
dabei ist:
U = die Drosselspulenspannung in Volt f = die Frequenz in Hertz w = die Windungszahl der Wicklung A
AI = der effektive Kernquerschnitt des Teilkernes 1 in cm2
A2 = der effektive Kernquerschnitt des Teilkernes 2 in cm2
Bl = Induktion im Teilkern 1 in Tesla
B2 = Induktion im Teilkern 2 in Tesla - lo -
Die Impedanz der Drossel spul e beim entsprechenden Strom i st somi t:
Z = U/I = R + jα L
dabei ist:
Z = Impedanz der Drosselspule in Ohm
U = die Drosselspulenspannung in Volt
I = der Drosselspulenstrom in Ampere
R = ohmscher Widerstand der Wicklung A in Ohm j = die imaginäre Einheit der komplexen Schreibweise der Impedanz
LU = die Kreisfrequenz 2 x IT x f
L = die Induktivität der Drosselspule in Henry f = die Frequenz in Hertz
Die Reaktanz der Drosselspule beim entsprechenden Strom ist somit:
Die Induktivität der Drosselspule beim entsprechenden Strom ist somit:
L = X/u = X/(2 x I x f)
Der Verlauf der In'duktivität in Funktion des Stromes lässt sich auf diese über den ganzen Strombereich, bestimmen. Nach diesem System lassen sich alle beliebigen Induktivitätsverhalten der Drosselspule bestimmen. In Figur 1 ist die einfachste Ausführung einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel prinzipiell dargestellt. Die Delta-Phi-Drossel weist zwei Teilkerne mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwir- kungseigenschaften auf, wobei der Teilkern 1 keinen Luftspalt aufweist und der Teilkern 2 mit einem Luftspalt L2 ausgerüstet ist. Die Wicklung A umschlingt beide Teilkerne gemeinsam.
In Figur 2 ist die erweiterte Ausführung einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel prinzipiell dargestellt. Die Delta-Phi-Drossel weist zwei Teilkerne mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwir- kungseigenschaften auf, wobei der Teilkern 1 keinen Luftspalt aufweist und der Teilkern 2 mit einem Luftspalt L2 ausgerüstet ist. Die Wicklung A umschlingt beide Teilkerne gemeinsam. Die Wicklung B umschlingt nur den Teilkern 1 und die Wicklung C umschlingt nur den Teilkern 2. Durch die entsprechende Schaltung, additive und/oder subtraktive Serieschaltung, und der Wahl der Windungszahlen der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der beiden Teilkerne und somit auch das Induktivitätsverhalten der Delta-Phi-Drossel stark beeinflusst werden.
In Figur 3 ist die erweiterte Ausführung einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel prinzipiell dargestellt. Die Delta-Phi-Drossel weist drei Teilkerne mit unterschiedlichen magnetischen Gesa twir- kungseigenschaften auf, wobei alle Teilkerne 1, 2 und 3 mit unter¬ schiedlichen Luftspalten Ll , L3 und L3 ausgerüstet sind. Die Wicklung A umschlingt alle drei Teilkerne gemeinsam. Figur 4 zeigt prinzipiell dargestellt eine erfindungsgemässe Delta- Phi-Drossel in erweiterter Ausführung mit drei Teilkernen 1, 2 und 4 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungse genschaften, wo- bei alle Teilkerne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2 und L4 ausgerüstet sind. Die Wicklung A umschlingt alle drei Teilkerne gemeinsam. Die Wicklung C umschlingt nur den Te lkern 2 und die Wicklung E umschlingt nur den Teilkern 4. Durch die entsprechende Schaltung, additive und/oder subtraktive Serieschaltung, der Wahl der Windungszahlen, der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der Teilkerne und das Induktivitätsverhalten der Delta-Phi-Drossel stark beeinflusst werden.
Figur 5 zeigt prinzipiell dargestellt eine erfindungsgemässe Delta- Phi-Drossel in erweiterter Ausführung mit drei Teilkernen 1, 2 und 3 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften, wo¬ bei alle Teilkerne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2 und L3 ausgerüstet sind. Die Wicklung A umschlingt die Teilkerne 1 und 2 und die Wicklung B umschlingt die Teilkerne 1 und 3. Durch die ent¬ sprechende Schaltung, additive oder subtraktive Serieschaltung oder Parallelschaltung, der Wahl der Windungszahlen, der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der Te lkerne und somit das Induk¬ tivitätsverhalten der Delta-Phi-Drossel stark beeinflusst werden.
In Figur 6 ist eine erfindungsgemässe Delta-Phi-Drossel in erweiter¬ ter Ausführung prinzipiell dargestellt. Die Delta-Phi-Drossel weist drei Teilkerne 1, 2 und 4 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften auf, wobei alle Teilkerne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2 und L4 ausgerüstet sind. Die Wicklung A umschlingt die Teilkerne 1 und 2, die Wicklung B umschlingt den Teilkern 1, die Wicklung C umschlingt die Teilkerne 2 und 4 und die Wicklung E umschlingt den Teilkern 4. Durch die entsprechende Schaltung, additive oder subtraktive Serieschaltung, Parallelschaltung oder kombinierte Schaltung, der Wahl der Windungszahlen, der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der Teilkerne und somit auch das Induktivitätsverhalten der Delta-Phi-Drossel stark beeinflusste werden.
In Figur 7 ist eine erfindungsgemässe Delta-Phi-Drossel in erweiter¬ ter Ausführung prinzipiell dargestellt. Die Delta-Phi-Drossel weist vier Teilkerne 1, 2, 3 und 4 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften auf, wobei alle Teilkerne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 ausgerüstet sind. Die Wicklung A umschlingt alle Teilkerne gemeinsam.
Figur 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit vier Teilkernen 1, 2, 3 und 4 mit unterschied¬ lichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften, wobei alle Teilker¬ ne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 ausgerüstet sind, und mit fünf Wicklungen A, B, C, D und E. Die Wicklung A um¬ schlingt die Teilkerne 1, 2, 3 und 4, die Wicklung B umschlingt den Teilkern 1, die Wicklung C umschlingt den Teilkern 2, die Wicklung D umschlingt den Teilkern 3 und die Wicklung E umschlingt den Teil¬ kern 4. Durch entsprechende Schaltung, additive und/oder subtrak¬ tive Serieschaltung, Parallelschaltung oder kombinierte Schaltung, der Wahl der Windungszahl, der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der Teilkerne und das Induktivitätsverhalten der Delta- Phi-Drossel stark beeinflusst werden.
Figur 9 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel in erweiterter Ausführung mit vier Teilkernen 1, 2, 3 und 4 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigen¬ schaften, wobei alle Teilkerne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 ausgerüstet sind, und mit fünf Wicklungen A, B, C, D und E. Die Wicklung A umschlingt die Teilkerne 1 und 2, die Wick¬ lung B umschlingt die Teilkerne 1 und 3, die Wicklung C umschlingt die Teilkerne 2 und 4, die Wicklung D umschlingt den Teilkern 3 und die Wicklung E umschlingt den Teilkern 4. Durch entsprechende Schal¬ tung, additive und/oder subtraktive Serieschaltung, Parallelschal¬ tung oder kombinierte Schaltung, der Wahl der Windungszahlen, der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der Teilkerne und das Induktivitätsverhalten der Delta-Phi-Drossel stark beeinflusst werden.
Figur 10 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel in erweiterter Ausführung mit vier Teilkernen 1, 2, 3 und 4 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigen¬ schaften, wobei alle Teilkerne mit unterschiedlichen Luftspalten Ll , L2, L3 und L4 ausgerüstet sind, und mit fünf Wicklungen A, B, C, D und E. Die Wicklung A umschlimgt die Teilkerne 1, 2 und 3, die Wicklung B umschlingt den Teilkern 1, die Wicklung C umschlingt die Teilkerne 2 und 4, die Wicklung D umschlingt den Teilkern 3 und die Wicklung E umschlingt den Teilkern '4. Durch entsprechende Schaltung, additive und/oder subtraktive Serieschaltung, Parallelschaltung, und/oder kombi.nierte Schaltung, der Wahl der Windungszahlen, der Wicklungen kann das magnetische Verhalten der Teilkerne und das Induktivitätsverhalten der Delta-Phi-Drossel stark beeinflusst werden.
Figur 13 zeigt einen in Teilkerne, mit unterschiedlichen magneti¬ schen Gesamtwirkungseigenschaften, aufgeteilten Kern. Die unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften werden dadurch erreicht, dass der Teilkern 1 keine Luftspaltstrecke und die übrigen Teilkerne unterschiedliche Luftspaltestrecken aufweisen. Die unterschiedlichen magnetischen Gesamtwirkungseigenschaften können zudem und/oder zusätzlich auch dadurch erreicht werden, dass Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften, Induktion in Funktion der Feldstärke, wie sie in Figur 11 dargestellt sind, verwendtet werden. Die anwendbaren Luftspaltstrecken sind in Figur 14 dargestellt. Der Einfluss der Luftspaltstrecke(n) auf die magnetischen Eigenschaften eines Kernes oder eines Teilkernes, Induktion in Funktion der Durchflutung, ist in Figur 12 dargestellt. In den Zonen der Luftspaltstrecken streuen die magnetischen Feldlinien aus. Damit die Teilkerne sich nicht magnetisch gegenseitig beeinflussen, sind die einzelnen Teilkerne um mindestens die Distanz, welche der grössten benachbarten Luftspalt¬ strecke entspricht, zu distanzieren. Figur 15 zeigt die Magnetisierungskurven, Induktion in Funktion der Durchflutung, einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit zwei Teilkernen 1 und 2 mit unterschiedlichen magnetischen Gesamtwir¬ kungseigenschaften, wobei der Teilkern 1 keinen Luftspalt und der Teilkern 2 einen Luftspalt aufweist.
Figur 16 zeigt die Magnetisierungskurven, Induktion in Funktion der Durchflutung, einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit drei Teilkernen 1, 2 und 3 respektive 4 mit unterschiedlichen magne¬ tischen Gesamtwikrungseigenschaften, wobei der Teilkern 1 einen kleinen Luftspalt, der Teilkern 2 einen grösseren Luftspalt und der Teilkern 3 respektive Teilkern 4 einen noch grösseren Luftspalt aufweist.
Figur 17 zeigt die Magnetisierungskurven, Induktion in Funktion der Durchflutung, einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit vier Teilkernen 1, 2, 3 und 4 mit unterschiedl chen magnetischen Gesamt¬ wirkungseigenschaften, wobei der Teilkern 1 einen kleinen Luftspalt, der Teilkern 2 einen etwas grösseren Luftspalt, der Teilkern 3 einen noch grösseren und der Teilkern 4 einen grossen Luftspalt aufweist.
Figur 18 zeigt die Induktivitätskurve, Induktivität in Funktion des Stromes, einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit zwei Teil¬ kernen.
Figur 19 zeigt die Induktivitätskurve, Induktivität in Funktion des Stromes einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit drei Teil¬ kernen. Figur 20 zeigt die Induktivitätskurve, Induktivität in Funktion des Stromes, einer erfindungsgemässen Delta-Phi-Drossel mit vier Teil¬ kernen.
Das treppenförmige Induktivitätsverhalten, wie sie die Figuren 18, 19 und 20 darstellen, kommen dadurch zustande, dass die Teilkerne magnetisch so ausgelegt sind, dass zuerst der Teilkern 1 bei einem bestimmten Strom den magnetischen Sättigungspunkt erreicht, und die Induktionen der übrigen Teilkerne 2, 3 und 4 bei diesem bestimmten Strom sich noch im magnetisch ungesättigten Bereich befinden. Bei einem weiteren Anstieg des Stromes erreicht der Teilkern 2 bei einem weitern bestimmten Strom den magnetischen Sättigungspunkt und die Induktionen der Teilkerne 3 und 4 sich immernoch im magnetisch ungesättigten Bereich befinden. Dieser Zustand, durch einen weiteren Stromanstieg, wird bis zur magnetischen Sättigung aller Teilkerne durchgeführt.
Entsprechend der magnetischen Auslegung der Teilkerne, der Wahl der Windungszahlen und der Wahl der Schaltungen der Wicklungen können alle beliebigen Indktivitätsverhalten, Induktivität in Funktion des Stromes, erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen, für die Drosselspulen!e stung benötigten, Kern, unterteilt in, in Richtung des magnetischen Flusses, voneinander isolierte Teilkerne (1, ..., n) mit in ihrer magnetischen Gesamtwirkung je unterschiedlichen magnetischen Charakteristika, aufweist, wobei mindestens eine Wicklung (A; AI, ..., An) mindestens zwei dieser Teilkerne (1, ..., n) umschlingt.
2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der, magnetische Kreis mindestens eines Teilkernes (1, ..., n) mindestens einen Luftspalt (Ll, ..., Ln) aufweist.
3. Drosselspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkerne (1, ..., n) aus Materialien mit untereinander unterschiedlichen magnetischen Charakteristika aufgebaut sind.
4. Drosselspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkerne (1, ..., n) aus Materialien mit untereinander gleichen magnetischen Charakteristika aufgebaut sind.
5. Drosselspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die .Teilkerne (1, ..., n) aus Materialien mit teilweise untereinader unterschiedlichen und teilweise untereinander gleichen magnetischen Charakteristika aufgebaut sind.
6. Drosselspule nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass mindestens eine weitere Wicklung (B; Bl , ..., Bn; C; Cl , ..., Cn; D; Dl, ..., Dn; E; El, ..., En) je mindestens einen Teilkern (1, ..., n) umschlingt.
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