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Dokumentenidentifikation DE102004018613B3 20.10.2005
Titel Steuerbarer Streufeldtransformator
Anmelder J. Schneider Elektrotechnik GmbH, 77652 Offenburg, DE
Erfinder Hug, Thomas, 77656 Offenburg, DE
Vertreter Dimmerling, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 76185 Karlsruhe
DE-Anmeldedatum 16.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004018613
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.10.2005
IPC-Hauptklasse H01F 29/14
IPC-Nebenklasse H01F 38/10   H05B 41/391   H02P 13/12   
Zusammenfassung Ein Transformator, insbesondere zum Betrieb einer UV-Lampe, mit einer Primärwicklung 1 zur Erzeugung eines magnetischen Hauptflusses, welche einen Arbeitskern 4 umschließt, und mit einer Sekundärwicklung 2, welche ebenfalls den Arbeitskern 4 umschließt, sowie mit einem Element 5, 6, zur Erzeugung eines magnetischen Streuflusses, um welchen der magnetische Hauptfluß verringert wird, derart, daß in dem Arbeitskern 4 der verringerte magnetische Hauptfluß vorhanden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Streufluß mittels des Elements 5, 6 einstellbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Transformator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Betrieb einer UV-Lampe, mit einer Primärwicklung zur Erzeugung eines magnetischen Hauptflusses, welche einen Arbeitskern umschließt, und einer Sekundärwicklung, welche ebenfalls den Arbeitskern umschließt, sowie einem Element, zur Erzeugung eines magnetischen Streuflusses, um den der magnetische Hauptfluß verringert wird derart, daß in dem Arbeitskern der verringerte magnetische Hauptfluß vorhanden ist.

Ein derartiger Transformator wird in der Regel dort verwendet, wo eine unterschiedlich große Spannung benötigt wird. Dies ist insbesondere beim Betrieb von UV-Lampen der Fall. UV-Lampen werden in vielfältiger Weise verwendet. So werden UV-Lampen beispielsweise in der Wasseraufbereitung als auch in der Holzverarbeitungs- und Druckmaschinenindustrie verwendet. In der Holzverarbeitungs- und Druckmaschinenindustrie kommen die UV-Lampen beim Trocknungsvorgang der Lacke zum Einsatz. Die Trocknungsdauer des Lackes ist abhängig von der Intensität der UV-Strahlung. Um die Trocknung des Lackes zu optimieren, bedarf es einer stufenlosen Einstellung der UV-Konzentration.

Die Konzentration der UV-Strahlung kann über den Lampenstrom beziehungsweise über die Lampenspannung beeinflußt werden. Es ist bekannt, zur Ansteuerung einer UV-Lampe eine Kombination von einem Streufeldtransformator mit Vorschaltdrosseln auf der Primär- oder Sekundärseite zu verwenden. Hierdurch läßt sich der Lampenstrom und somit die UV-Strahlung jedoch lediglich in Stufen einstellen und nicht wie gewünscht stufenlos.

Aus der DE 607127 C ist ein Transformator mit einer Primärwicklung zur Erzeugung eines magnetischen Hauptflusses bekannt, die einen Arbeitskern umschließt. Der Transformator weist des weiteren eine Sekundärwicklung auf, die den Arbeitskern ebenfalls umschließt. Darüber hinaus ist ein zweiter Kern vorhanden, welcher ebenfalls von der Primärwicklung umschlossen ist. Auf dem zweiten Kern ist noch eine Erregerspule angeordnet, mittels welcher ein Streufluss erzeugbar ist, welcher einstellbar ist und um welchen der magnetische Hauptfluss verringert werden kann derart, daß in dem Arbeitskern der verringerte magnetische Hauptfluss vorhanden ist.

Des weiteren ist aus der DE 39 17 850 C2 ein Isolationstransformator zur Verwendung in einem Vorschaltgerät für mehrere Gasentladungslampen bekannt, welcher als nicht steuerbares Vorschaltgerät Verwendung finden kann. Der Isolationstransformator hat keine Steuerwicklung, mittels welcher eine Vormagnetisierung eines Kernbereichs bewirkt werden könnte.

Darüber hinaus ist aus der DE 298 13 324 U1 ein Transformator mit regelbarem Leistungsbereich bekannt, welcher einen gemeinsamen Kern hat. Hinweise auf einen Steuerkern lassen sich der Druckschrift nicht entnehmen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen eingangs genannten Transformator derart auszubilden, daß seine Ausgangsspannung bei hoher Symmetrie kontinuierlich einstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist ein Transformator, insbesondere zum Betrieb einer UV-Lampe, mit einer Primärwicklung zur Erzeugung eines magnetischen Hauptflusses, welche einen Arbeitskern umschließt, in dem ein magnetischer Arbeitsfluß vorhanden ist, und einer Sekundärwicklung, welche ebenfalls den Arbeitskern umschließt, sowie einem Element, zur Erzeugung eines magnetischen Streuflusses, um welchen der magnetische Hauptfluß verringert wird derart, daß der in dem Arbeitskern vorhandene Arbeitsfluß dem verringerten magnetischen Hauptfluß entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Streufluß mittels eines ersten Streukerns, welcher zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist, und eines zweiten Streukerns, welcher zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist, einstellbar ist.

Dadurch, daß der Streufluß mittels Streukernen einstellbar ist, wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der durch den Arbeitskern, welcher in der Regel als geschlossener magnetischer Kreis gegebenenfalls mit Luftspalt ausgebildet ist, fließende magnetische Arbeitsfluß einstellbar ist. Das heißt, der von der Sekundärwicklung umfaßte magnetische Fluß läßt sich durch die Einstellung des Streuflusses einstellen, was zur Folge hat, daß die in der Sekundärspule induzierte Spannung einstellbar ist.

Durch die Anordnung des ersten Streukerns zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung läßt sich äußerst wirksam ein Streufluß erzeugen. Des weiteren läßt sich die Größe des Streuflusses durch den derart angeordneten Streukern sehr gut beeinflussen.

Als sehr vorteilhaft hat sich erwiesen, daß ein zweiter Streukern vorhanden ist, welcher zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist. Durch den zweiten Streukern erhält man in vorteilhafter Weise einen weiteren Freiheitsgrad zur Beeinflussung des Streuflusses und damit des Arbeitsflusses durch den Arbeitskern.

In vorteilhafter Weise weist der erste Streukern eine erste Steuerwicklung auf, mittels welcher in dem ersten Streukern ein erster magnetischer Steuerfluß erzeugbar ist. Durch den Steuerfluß, welcher in der Regel durch Anlegen einer Gleichspannung an die Steuerwicklung erzeugt wird, läßt sich der magnetische Widerstand des ersten Streukerns sehr gut einstellen. Durch den magnetischen Widerstand des Streukerns wiederum läßt sich der Streufluß und damit auch der Arbeitsfluß des Arbeitskerns einstellen.

In vorteilhafter Weise ist der erste Streukern als geschlossener magnetischer Kreis ausgebildet. Er kann jedoch zur Grundeinstellung des magnetischen Widerstands einen Luftspalt aufweisen.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der zweite Streukern eine zweite Steuerwicklung aufweist, mittels welcher in dem zweiten Streukern ein dem ersten magnetischen Steuerfluß entgegengesetzter zweiter magnetischer Steuerfluß erzeugbar ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der magnetische Arbeitspunkt des Arbeitskerns auch für die zweite Halbwelle des magnetischen Arbeitsflusses einstellbar ist. Dadurch, daß die erste Steuerwicklung und die zweite Steuerwicklung von dem selben Steuerstrom durchflossen werden, wie dies bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß durch Veränderung des Steuerstroms beide Halbwellen der Ausgangsspannung des Transformators in gleicher Weise verändert werden.

Sehr vorteilhaft ist auch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Hauptkern, der erste Streukern und gegebenenfalls der zweite Streukern aus Transformatorblechen bestehen, welche dieselbe Geometrie aufweisen. Dies wirkt sich einerseits sehr vorteilhaft auf die Herstellung der Streukerne aus, und andererseits läßt sich hierdurch eine sehr kompakte Bauform des Transformators erreichen.

Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Transformator ist, daß er als kompaktes Bauelement ausgeführt werden kann. Es ist nicht mehr erforderlich, zur Einstellung der Ausgangsspannung zusätzliche Elemente wie beispielsweise Vorschaltdrosseln zu verwenden. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf den mechanischen und elektrischen Installationsaufwand aus. Des weiteren verringert sich der Platzbedarf für den Einbau des erfindungsgemäßen Transformators erheblich. Darüber hinaus reduzieren sich die Herstellungskosten aufgrund der Verringerung des Materialanteils ebenfalls wesentlich. Durch Ausbildung mehrerer Sekundäranzapfungen lassen sich mit einem Transformator eine Vielzahl unterschiedlicher UV-Lampen ansteuern. Hierdurch reduziert sich die Typenvielfalt erheblich.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt

1 eine schematische Anordnung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Transformators in perspektivischer Darstellung,

2 eine schematische Anordnung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Transformators in der Draufsicht im Schnitt und

3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer UV-Lampe mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Transformator.

Wie 1 entnommen werden kann, ist auf einem Arbeitskern 4, welcher aus einem Paket rechteckförmiger Transformatorbleche besteht, eine etwa tausend Windungen umfassende Sekundärwicklung 2 aufgebracht. In der Figur links neben dem Arbeitskern 4 ist ein erster Streukern 5 angeordnet, welcher ebenfalls aus einem Paket rechteckförmiger Transformatorbleche besteht. In der Figur rechts neben dem Arbeitskern 4 ist zweiter Streukern 6 angeordnet, welcher ebenfalls aus einem Paket rechteckförmiger Transformatorbleche besteht. Auf dem ersten Streukern 5 ist eine erste Steuerwicklung 3a aufgebracht; auf dem zweiten Streukern 6 eine zweite Steuerwicklung 3b. Der erste Streukern 5, der zweite Streukern 6 sowie der Arbeitskern 4 werden von einer Primärwicklung 1 umfaßt, welche aus etwa 100 Windungen besteht.

Die erste Steuerwicklung 3a und die zweite Steuerwicklung 3b sind in Reihe geschaltet derart, daß der durch die erste Steuerwicklung 3a erzeugbare magnetische Fluß in Bezug auf den von der Primärwicklung 1 erzeugten magnetischen Fluß gegenüber dem durch die zweite Steuerwicklung 3b erzeugbaren magnetischen Fluß eine entgegengesetzte Richtung hat.

Wie 2 entnommen werden kann, kann die Sekundärwicklung 2 von der Primärwicklung 1 umschlossen werden. Zwischen der Sekundärwicklung 2 und der Primärwicklung 1 befinden sich dann Abstandshalter 7, welche aus einem nicht leitenden nicht ferromagnetischen Material sind. Des weiteren ist zwischen der Sekundärwicklung 2 und der Primärwicklung 1 ein Schenkel des ersten Streukerns 5 sowie des zweiten Streukerns 6 angeordnet.

Der erste Streukern 5 sowie der zweite Streukern 6 können aus Transformatorblechen bestehen, welche dieselbe Geometrie haben, wie die Transformatorbleche, aus denen der Arbeitskern 4 besteht, beziehungsweise identisch ausgebildet sein. Der erste Streukern 5 sowie der zweite Streukern 6 können auch parallel zum Arbeitskern 4 angeordnet sein. In vorteilhafter Weise sind die Steuerwicklungen 3a, 3b jeweils auf dem Schenkel des Streukerns 5, 6 aufgebracht, der nicht von der Primärwicklung 1 umfaßt wird.

Im wesentlichen besteht der erfindungsgemäße Transformator, welcher im Prinzip ein steuerbarer Streufeldtransformator ist, aus dem Arbeitskern 4 und den beiden Streukernen 5, 6. Die Kernteile können magnetisch unabhängig voneinander arbeiten. Der magnetische Hauptfluß, welcher durch die Primärwicklung 1 hervorgerufen wird, teilt sich somit in einen magnetischen Arbeitsfluß im Arbeitskern 4 und einen magnetischen Streufluß in den Streukernen 5, 6 auf. Die Verteilung der beiden magnetischen Flüsse kann durch Anlegen einer Gleichspannung an die Steuerwicklungen 3a, 3b der Streukerne 5, 6 verändert werden. Dieser Vorgang wirkt sich über den Wert des magnetischen Arbeitsflusses direkt auf die Höhe der induzierten Spannung der Sekundärwicklung 2 aus. Somit ist eine Steuerung der Ausgangsspannung des Transformators über die Steuerspannung möglich.

Wie 3 entnommen werden kann, ist an der Sekundärwicklung 2 eine UV-Röhre 8 angeschlossen. Die Primärwicklung 1 ist mit zwei Phasen L1, L2 eines Wechselstromnetzes verbunden. Die Steuerwicklungen 3a, 3b sind mit dem Ausgang einer steuerbaren Gleichspannungsquelle 9 verbunden. Am Eingang der steuerbaren Gleichspannungsquelle 9 sind drei Phasen L1, L2, L3 eines Wechselspannungsnetzes angeschlossen. Parallel zu den Anschlüssen der Steuerwicklungen 3a, 3b ist ein Schutzwiderstand 10 angeschlossen.

Das Übersetzungsverhältnis des Transformators ist so gewählt, daß die Leerlaufspannung des Transformators der Zündspannung der UV-Röhre 8 entspricht. Hierdurch wird die sichere Zündung der UV-Röhre 8 gewährleistet.

Nach dem Zündvorgang beginnt die Aufheizphase der UV-Röhre 8. Während der Aufheizphase weist die UV-Röhre einen sehr geringen Innenwiderstand auf. Für den Transformator stellt sich hierdurch ein Zustand ein, der mit einem sekundärseitigen Kurzschluß gleichgesetzt werden kann. Bei einem herkömmlichen Transformator würde in diesem Betriebszustand der Sekundärstrom Werte annehmen, welche einerseits zur Zerstörung der UV-Röhre 8 und andererseits zur sofortigen Abschaltung durch ein regelmäßig vorgesehenes Schutzorgan führt.

Beim erfindungsgemäßen Transformator wird der Sekundärstrom durch die Streukerne 5, 6 soweit begrenzt, daß es weder zu einer Abschaltung noch zu einer Zerstörung der UV-Röhre 8 kommt. Die Streukerne 5, 6 wirken für den magnetischen Hauptfluß im Arbeitskern 4 wie ein Bypass. Der von der Primärwicklung 1 hervorgerufene magnetische Hauptfluß verteilt sich auf den Arbeitskern 4 und die Streukerne 5, 6. Dies wird durch die bewußt gewählte sogenannte schlechte magnetische Kopplung zwischen Primärwicklung 1 und Sekundärwicklung 2 erreicht.

Durch Anlegen einer variablen Gleichspannung an die Steuerwicklungen 3a, 3b wird der magnetische Widerstand der Streukerne 5, 6 beeinflußt. Die zuvor genannte durch die Streukerne 5, 6 hervorgerufene Bypassfunktion kann somit durch die an den Steuerwicklungen 3a, 3b anliegende Gleichspannung verändert werden, wodurch sich die Spannung an der UV-Röhre 8 steuern läßt. Durch die Steuerung der Spannung an der UV-Röhre 8 ist die Leistung der UV-Röhre 8 veränderbar.


Anspruch[de]
  1. Transformator, insbesondere zum Betrieb einer UV-Lampe, mit einer Primärwicklung (1) zur Erzeugung eines magnetischen Hauptflusses, welche einen Arbeitskern (4) umschließt, und mit einer Sekundärwicklung (2), welche ebenfalls den Arbeitskern (4) umschließt, sowie mit einem Element (5, 6), zur Erzeugung eines magnetischen Streuflusses, um welchen der magnetische Hauptfluss verringert wird derart, dass in dem Arbeitskern (4) der verringerte magnetische Hauptfluss vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Streufluss mittels eines ersten Streukerns (5), welcher zwischen der Primärwicklung (1) und der Sekundärwicklung (2) angeordnet ist, und eines zweiten Streukerns (6), welcher zwischen der Primärwicklung (1) und der Sekundärwicklung (2) angeordnet ist, einstellbar ist.
  2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streukerne (5, 6) einen Steuereingang haben, zur Einstellung des Streuflusses.
  3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Streukern (5) eine erste Steuerwicklung (3a) aufweist, mittels welcher in dem ersten Streukern (5) ein erster magnetischer Steuerfluss erzeugbar ist.
  4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Streukern (5) als geschlossener magnetischer Kreis ausgebildet ist.
  5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Streukern (6) eine zweite Steuerwicklung (3b) aufweist, mittels der in dem zweiten Streukern (6) ein dem ersten magnetischen Steuerfluss entgegen gesetzter zweiter magnetischer Steuerfluss erzeugbar ist.
  6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerwicklung (3a) und die zweite Steuerwicklung (3b) von demselben Steuerstrom durchflossen werden.
  7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskern (4) und der erste Streukern (5) sowie, der zweite Streukern (6) aus Transformatorblechen bestehen, welche dieselbe Geometrie aufweisen.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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