Eisenpulver-Ringkerne

für Gleichstrom-Drosseln und Netzfilter

Viele Jahre lang wurde Eisenpulver als Kernmaterial für HF-Spulen und Transformatoren verwendet, wenn es darum ging, gute Stabilität und hohe Güte zu erreichen. Seit neuerem wurden wegen des wachsenden Bedarfs an energiespeichernden Induktivitäten für NF-Filter neue Materialien für diese Anwendungen entwickelt.

Normalerweise ist für Gleichstrom-Drosseln und 50/60 Hz Netzfilter hohe Güte nicht von vorrangiger Wichtigkeit. Tatsächlich verhindert eine niedrige Güte sogar unerwünsch­te HF-Schwingungen. Für diese Anwendungen ist das Material "36" ideal geeignet. Es vereint niedrige Güte und hohe Energie­speicher­kapazi­tät.

Gespeicherte Energie, gemessen in Mikro-Joule (mJ), wird berechnet, indem man die halbe Indukti­vität (mH) mit dem Quadrat des Stroms (A) multipliziert: w= 1/2 x LI². Die Energiemenge, die in einer gegebenen Spule gespeichert werden kann, wird sowohl durch die Sättigung des Kernmaterials als auch durch den Tempera­tur­anstieg in der Wicklung begrenzt. Dieser Temperatur­anstieg ist eine Folge der Verluste im Spulendraht und im Kern.

In typischen Gleichstromdrosseln ist der Wechselstromanteil (Restwelligkeit) normalerweise klein im Vergleich zum Gleichstromanteil. Da der Gleichstrom keine Kernverluste verursacht, richtet sich das Augenmerk auf die Sättigung und auf die Verluste im Spulendraht. Die Gleichstromsättigungs­charak­teristika von Material "36" sind auf der folgenden Seite in Diagramm A dargestellt.

Unter Benutzung dieser Daten wurden Diagramme entwickelt, die über die Gleichstrom-Speicherka­pazität Auskunft geben. Darunter auch eine Tabelle, bei der die Energiespeicherfähigkeit gegen die Temperatur abgetragen ist. "Voll bewickelt" entspricht einem verbleibenden Innendurchmesser von 45% des Ring-Innendurchmessers, "normal bewickelt" einem Restanteil von 80%. Die Tabelle am Ende der Seite bezieht sich auf eine einlagige Bewicklung. Die Variationen sind einfach ein Ergeb­nis der Drahtgröße.

In Anwendungen als 50/60 Hz-Netzfilter teilt sich die auszufilternde Hochfrequenz in zwei Klassen auf: 1. HF, die gegenüber dem Erdpotential auf beiden Leitungen gleich ist, und 2. die HF, die zwischen den beiden Leitungen auftritt.

Für Klasse 1 ist die Filterspule meistens in Form eines Baluns auf einen Kern mit hoher Permeabili­tät, typischerweise mit m=5000 oder mehr, gewickelt. Die balunartige Windungsart ermöglicht es, daß sich der 50 Hz-Fluß im Kern aufhebt und vermeidet so Sättigungs­effekte. Material "36" kann auch hier benutzt werden, aber die erhöhte Größe des Kerns, die notwendig ist, um die höhere Windungszahl für eine gegebene Induktivität aufzunehmen, macht diese Alternative wenig inter­essant.

Für Klasse 2 muß die Filterspule jedoch auch höhere 50/60 Hz-Ströme vertragen, ohne daß Sätti­gung auftritt. Die Wechselstrom-Sättigungscharakteristika von Material "36" sowie Angaben über dessen Kernverluste sind auf der folgenden Seite dargestellt. Beachten Sie bitte, wie die Permeabili­tät anfäng­lich mit der Erregung durch dem Wechselstrom wächst. Dieser Effekt ermöglicht es, bei Netz­frequenz­anwendungen mehr Energie zu speichern als bei Gleichstromdrosseln.

Für Netzfilteranwendungen wurden ebenfalls Diagramme über Energiespeichervermögen erstellt. Die Tabelle über die maximal speicherbare Energie berücksichtigt nun sowohl Draht-, als auch Kernver­luste. Um eine minimale Induktivität über einen weiten Variationsbereich des Stromes zu garan­tieren, kann der Planer die benötigte Windungszahl mit Hilfe der tabellarischen A_L-Werte berechnen (Anfangs­permeabilität).

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