CH295500A - Arrangement for automatic voltage regulation in AC circuits. - Google Patents

Arrangement for automatic voltage regulation in AC circuits.

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CH295500A
CH295500A CH295500DA CH295500A CH 295500 A CH295500 A CH 295500A CH 295500D A CH295500D A CH 295500DA CH 295500 A CH295500 A CH 295500A
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Patent-Verwaltungs-Gm Licentia
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Licentia Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/12Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/32Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using magnetic devices having a controllable degree of saturation as final control devices
    • G05F1/325Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using magnetic devices having a controllable degree of saturation as final control devices with specific core structure, e.g. gap, aperture, slot, permanent magnet

Description

  

      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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Anordnung zur selbsttätigen Spannungs regelung in Wechselstromkreisen mittels eines gesättigten und eines ungesättigten induktiven Schaltelementes, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des gesättigten induktiven Schalt elementes als Ringkern ohne Luftspalt aus gebildet ist. UNTERANSPRÜCHE: l.. PATENT CLAIM: Arrangement for automatic voltage regulation in AC circuits by means of a saturated and an unsaturated inductive switching element, characterized in that the core of the saturated inductive switching element is formed as a toroidal core without an air gap. SUB-CLAIMS: l .. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Ringkern aus einem Eisenblech mit einer Anfangspermea- bilität von mindestens<B>10000</B> Gauss/AW be steht, dessen Sättigungskurve nach dem Knie höchstens mit einem Hundertstel der An fangspermeabilität ansteigt. 2. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Ringkern aus Bandeisen gewickelt ist. 3. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Ringkern von blanker Wicklung umgeben ist, die aus ein zelnen Blechelementen bestehen, die nach dem Einschachteln um den Ringkern miteinander verschweisst sind. 4. Arrangement according to patent claim, characterized in that the toroidal core consists of an iron sheet with an initial permeability of at least <B> 10000 </B> Gauss / AW, the saturation curve of which increases after the knee by at most one hundredth of the initial permeability. 2. Arrangement according to claim, characterized in that the toroidal core is wound from strip iron. 3. Arrangement according to claim, characterized in that the toroidal core is surrounded by bare winding, which consist of an individual sheet metal elements which are welded together after nesting around the toroidal core. 4th Anordnung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die Wieklimg aus nach dem Einlegen miteinander verschweiss ten Windungselementen besteht. 5. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer sinusförmigen Sekundärspannung Oberwel- lensaugkreise vorgesehen sind. 6. Arrangement according to dependent claim 3, characterized in that the Wieklimg consists of winding elements welded together after being inserted. 5. Arrangement according to claim, characterized in that harmonic suction circles are provided to achieve a sinusoidal secondary voltage. 6th Anordnung nach Patentanspruch in Verbindung mit einem Gleichrichter zur La dung von Batterien, dadurch gekennzeichnet; dass die sekundäre Spannung des einen als gesättigten Transformator ausgebildeten in duktiven Schaltelementes auf einen derarti gen Höchstwert festgelegt ist, dass die Bat terieladung nach entsprechendem Anstieg der Zellenspannung aufhört. 7. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass beide induktive Schaltelemente derart räumlich miteinander vereinigt sind, dass eine Wicklung beide gerne umschlingt. B. Arrangement according to patent claim in connection with a rectifier for charging batteries, characterized in that; that the secondary voltage of the inductive switching element designed as a saturated transformer is set to such a maximum value that the battery charge stops after the cell voltage has risen accordingly. 7. Arrangement according to claim, characterized in that the two inductive switching elements are spatially combined with one another in such a way that a winding likes to wrap around both. B. Anordnung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass das ungesättigte induktive Schaltelement einen Ringkern auf weist. Arrangement according to dependent claim 7, characterized in that the unsaturated inductive switching element has a toroidal core.
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