Anordnung zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen. Es sind Anordnungen zur selbsttätigen Spannungsregelung in Wechselstromkreisen bekannt geworden, bei denen zwei induktive Schaltelemente (Drosselspulen, Transforma toren) vorgesehen sind. Dabei ist der Kern des einen induktiven Schaltelementes gesät tigt, der des andern ungesättigt. Diese An ordnungen besitzen den Vorzug, dass sie kei nerlei mechanische Hilfsmittel benötigen und deswegen vor allem sehr schnell die Spannung regeln.
Die einfachsten Anordnungen dieser Art bestehen aus einer Drosselspule oder einem Transformator mit Sättigungseigen schaften und einer damit in Reihe geschal teten Drosselspule, die meist mit Luftspalt versehen ist. Bei schwankender Netzspannung bleibt alsdann an der sättigbaren Drosselspule oder dem Transformator die Spannung auch bei veränderlicher Belastung annähernd kon stant. Man kann auch vor das gesättigte in duktive Schaltelement einen Kondensator oder Widerstand schalten, mit welchem in gleicher Weise die gestellte Aufgabe erfüllt werden kann.
Alle diese Einrichtungen geben. aber, wie schon gesagt, keine wirklich konstante Spannung ab, vielmehr ist, die abgegebene Spannung mit dem Belastungsstrom und auch mit der sich ändernden Netzspannung in ge wissen Grenzen veränderlich, weil bisher der Ausbildung des Kernes nicht genügend Auf merksamkeit geschenkt wurde.
Es sind deshalb Anordnungen mit mehre ren Eisenkernen entwickelt worden, die durch Gegenwindungen zum Beispiel eine geringe Erhöhung der abgegebenen Spannung bei Zu nahme der Netzspannuung wieder ausgleichen. Diese Einrichtungen sind verhältnismässig verwickelt in ihrem Aufbau und erfordern auch mehr aktives Material als die oben genannten Ausführungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ver besserung der Anordnungen mit zwei verschie denartigen induktiven Schaltelementen. Erfin dungsgemäss gelingt dies dadurch, dass der Kern des gesättigten induktiven Schaltelemen tes als Ringkern ohne Luftspalt ausgebildet ist.
Der Ringkern hat den Vorteil einer sehr kleinen Streuung, womit die Abweichungen von dem gewünschten Sollwert auch bei sich ändernden Lastverhältnissen sehr gering wer den und praktisch umbedeutend sind. Ausser der geringen Streuung empfiehlt sieh jedoch noch ein Eisenblech, dessen Anfangspermea- bilität mindestens 10 000 Gauss/AW ist und dessen Sättigungskurve höchstens mit einem Hundertstel der Anfangspermeabilität an steigt.
Solche Eisenbleche sind im Handel zum Beispiel unter dem Namen Permenorm usw. bekannt und bestehen hauptsächlich aus einer nickelhaltigen Eisenlegierung.
In dem gesättigten induktiven Schaltele ment ist die Flussänderung dureh die beiden Sättigungsgrenzen des Eisenbleches alsdann fast konstant. Der Fliissänderimg in dem. Eisenkern entspricht ein bestimmtes Span nungszeitintegral, mit andern Worten einer bestimmten Fläche der Spannungskurve. Diese Spannungskurve wird wegen der Sätti gungseigenschaften von der Sinuskurve je nach Sättigung mehr oder minder abweichen. Doch hat die Kurvenform für die meisten Anwendungsgebiete keine Bedeutung (z. B.
für Heizungszwecke und die Gleichrichtung von Strömen). Je nach Auslegung des gesät tigten induktiven Schaltelementes kann sich die Spannungskurve mit der Belastung än dern. Für den Effektivwert der Spannung würde das eine gewisse Bedeutung haben, der man durch besondere Hilfsmittel (Oberwel- lensaugkreise) zur Kompensation Rechnung tragen. kann. Bei der Gleichrichtung von Strö men spielt diese Kurvenänderung jedoch keine Rolle, da die Spannungsfläche auch bei Ände rung der Kurvenform die gleiche bleibt.
Der Gleichrichter muss nur mit einer genügend grossen Glättungsdrossel versehen -sein, 1in den Gleichstromverbraucherkreis von Ober wellen genügend frei zu machen. Verwendet man als Gleichrichter beispielsweise einen Trockengleichrichter mit sehr kleinem inne rem Widerstand, so ist dessen abgegebene Gleichspannung ebenfalls fast unabhängig von der Belastung und von der zugeführten Netz spannung. Durch Begrenzung der abgegebe nen Gleichspannung auf einen bestimmten Wert kann man -die Ladung von Akkumula- torenbätterien sogar selbsttätig- gestalten. Gibt der Gleichrichter, auf die Zellenspannung be zogen, z.
B. eine Höchstspannung von 2,3 Volt ab, so hört der Ladestrom beim Anstieg der Zellenspannung von 2,3 Volt auf zu 'fliessen. Bei wiedereinsetzender Entladung und zu rückgehender Zellenspannung kehrt dann der Ladesur önm selbsttätig wieder.
In der Zeichnung ist der Erfindungs gegenstand beispielsweise in zwei Aulsführ-an- gen veranschaulicht. Nach Fig. 1 liegen an der ungeregelten Wechselspannung die ungesät tigte Drosselspüle 1 und -in Reihe dazu ge schaltet der. gesättigte Transformator 2 mit der Primärwicklung 3 und der Sekundärwiek- hmg 4: Der Kern 2 ist als Ringkern ohne Luft spalt ausgebildet. Vorteilhaft ist es, den Ring kern aus Bandeisen zu wickeln.
Eine beson- ders vorteilhafte Anordnung ergibt sieh für das gesättigte induktive Schaltelement dann, wenn man als Wiek1ung eine gestanzte blanke Wicklung verwendet, deren einzelne Win- dimgselemente zusammengeschweisst werden. Die Wicklung umschlingt sehr eng den Eisen kern, so dass sich keine zusätzlichen Streu flüsse bilden können. Man kann hierbei den Wicklungsteil im Fenster, also innerhalb des Ringes, schwächen, um einen guten Wick- lungsfüllfaktor zu erreichen.
Infolge der blan ken Wicklung ist die Wärmeabführung aus gezeichnet, die spezifische Belastung der Wicklung kann somit höher als normal ge wählt werden. Ebenfalls ist der Transforma tor sehr überlastungsfähig, da eine leicht ver brennbare Isolation nicht vorhanden ist. Die Abstützung der einzelnen blanken Wicklungs teile kann entweder durch Hartpapier oder besser noch durch Mikanit, Porzellan oder dergleichen vorgenommen werden. Zweck mässig wird man Primär- und Sekimdärwick- lumg ineinander verschachteln, um auch hier die Streuung auf ein Mindestmass zurückzu führen.
Durch eine besondere Anordnung kann man aber auch die Wicklung für das ungesät tigte induktive Schaltelement vermeiden, wenn man sich einer Anordnung nach Fig. 2 bedient und für beide induktive Schaltele mente je einen Ringkern vorsieht. Die Primär wicklung 3 umschlingt hierbei beide Eisen kerne, die Sekundärwicklung 4 dagegen nur den Kern 2.
Der sich ändernden Netzspan nung entspricht eine proportionale Flussände- rung. Da im Ring 2 die Flussänderung infolge der Sättigungsgrenzen konstant ist, nimmt die überschüssige Flussänderung der Ring 1 auf.
Zur Verbesserung der Blindlastverhält- nisse kann man zur Anordnung einen Kon densator geeigneter Grösse parallel schalten. Es ist aber weiterhin auch eine Anordnung nach Fig.1 denkbar, zu der eine zweite glei che Anordnung parallel geschaltet wird, die jedoch an Stelle der ungesättigten Drossel spule einen Kondensator benutzt. Im Sekun- därkrei@ schaltet man die beiden Sekundär- wicklungen dieser Spannungsgleichhälter in Reihe oder gegebenenfalls auch parallel.
Für die Wicklung kann man Kupferblech verwenden. Nach neueren Gesichtspunkten verwendet man lieber Aluminiumbleche, die sieh durch Punktsehweissimg ebenfalls gut zu einer einheitlichen Wicklung vereinigen las sen.
Arrangement for automatic voltage regulation in alternating current circuits. There are arrangements for automatic voltage regulation in AC circuits are known in which two inductive switching elements (reactors, transformers gates) are provided. The core of one inductive switching element is saturated, that of the other is unsaturated. These arrangements have the advantage that they do not require any mechanical aids and therefore regulate the voltage very quickly.
The simplest arrangements of this type consist of a choke coil or a transformer with saturation properties and a choke coil connected in series, which is usually provided with an air gap. If the mains voltage fluctuates, the voltage at the saturable inductor or the transformer then remains approximately constant even if the load changes. You can also connect a capacitor or resistor in front of the saturated inductive switching element, with which the task can be fulfilled in the same way.
Give all of these facilities. But, as already said, there is no really constant voltage, rather the voltage output varies with the load current and also with the changing mains voltage within certain limits, because not enough attention has been paid to the formation of the core so far.
Arrangements with several iron cores have therefore been developed which, for example, compensate for a slight increase in the output voltage when the mains voltage increases through counter windings. These devices are relatively intricate in structure and also require more active material than the above.
The invention relates to an improvement in the arrangements with two different types of inductive switching elements. In accordance with the invention, this is achieved in that the core of the saturated inductive switching element is designed as a toroidal core without an air gap.
The toroidal core has the advantage of a very small spread, which means that the deviations from the desired target value are very small, even with changing load conditions, and are practically irrelevant. In addition to the low scatter, we recommend an iron sheet whose initial permeability is at least 10,000 Gauss / AW and whose saturation curve increases by no more than a hundredth of the initial permeability.
Such iron sheets are known in the trade for example under the name Permenorm etc. and consist mainly of a nickel-containing iron alloy.
In the saturated inductive switching element, the change in flux through the two saturation limits of the sheet iron is then almost constant. The Fliissänderimg in that. Iron core corresponds to a certain tension time integral, in other words a certain area of the tension curve. Because of the saturation properties, this voltage curve will deviate more or less from the sine curve depending on saturation. However, the curve shape is of no importance for most areas of application (e.g.
for heating purposes and the rectification of currents). Depending on the design of the saturated inductive switching element, the voltage curve can change with the load. This would have a certain significance for the rms value of the voltage, which can be taken into account by means of special aids (harmonic suction circuits) for compensation. can. When rectifying currents, however, this change in the curve does not play a role, since the voltage area remains the same even if the curve shape changes.
The rectifier only needs to be provided with a sufficiently large smoothing choke - to make it sufficiently free of harmonics in the direct current consumer circuit. If, for example, a dry-type rectifier with a very small inner resistance is used as the rectifier, its output DC voltage is also almost independent of the load and the supplied mains voltage. By limiting the output DC voltage to a certain value, the charging of accumulator batteries can even be carried out automatically. Is the rectifier, based on the cell voltage, z.
B. from a maximum voltage of 2.3 volts, the charging current ceases to 'flow when the cell voltage increases by 2.3 volts. When the discharge restarts and the cell voltage decreases, the charging process returns automatically.
In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated, for example, in two outlets. According to Fig. 1 are on the unregulated AC voltage, the unsät taken choke flush 1 and -in series to ge switches the. Saturated transformer 2 with the primary winding 3 and the secondary winding 4: The core 2 is designed as a toroidal core without an air gap. It is advantageous to wind the ring core from band iron.
A particularly advantageous arrangement results for the saturated inductive switching element when a punched bare winding is used as the weight, the individual winding elements of which are welded together. The winding wraps around the iron core very closely so that no additional stray fluxes can form. You can weaken the part of the winding in the window, ie inside the ring, in order to achieve a good winding fill factor.
As a result of the blank winding, the heat dissipation is excellent, and the specific load on the winding can therefore be selected to be higher than normal. The transformer is also very capable of overloading, as there is no easily combustible insulation. The support of the individual bare winding parts can be made either by hard paper or better still by micanite, porcelain or the like. It is expedient to nest the primary and secondary windings in one another in order to reduce the spread to a minimum here too.
By a special arrangement you can also avoid the winding for the unsaturated inductive switching element if you use an arrangement according to FIG. 2 and each provides a toroidal core for both inductive Schaltele elements. The primary winding 3 wraps around both iron cores, while the secondary winding 4 only wraps around the core 2.
The changing mains voltage corresponds to a proportional change in flux. Since the change in flow in ring 2 due to the saturation limits is constant, ring 1 absorbs the excess change in flow.
To improve the reactive load conditions, a capacitor of suitable size can be connected in parallel to the arrangement. However, an arrangement according to FIG. 1 is also conceivable, to which a second same arrangement is connected in parallel, but which uses a capacitor instead of the unsaturated choke coil. In the secondary circuit, the two secondary windings of these voltage equalizers are switched in series or, if necessary, in parallel.
Copper sheet can be used for the winding. According to more recent points of view, it is preferable to use aluminum sheets, which can also be combined well to form a uniform winding by means of point welding.