CH428934A - Kapazitiver Spannungswandler - Google Patents

Kapazitiver Spannungswandler

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CH428934A
CH428934A CH397463A CH397463A CH428934A CH 428934 A CH428934 A CH 428934A CH 397463 A CH397463 A CH 397463A CH 397463 A CH397463 A CH 397463A CH 428934 A CH428934 A CH 428934A
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CH397463A
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Jun Nishidai
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Nissin Electric Co Ltd
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Description


      Kapazitiver    Spannungswandler    Die Erfindung bezieht sich auf einen     kapazitiven          Spannungswandler,    der einen Hauptkondensator und  einen Parallelkondensator besitzt an den über eine Re  sonanzdrossel die Primärseite eines Hilfstransformators  mit Eisenkern und     Sekundärwicklungen    angeschlossen  ist, und zwar auf ein solches Gerät, bei dem das Auftre  ten von     subharmonischen    Schwingungen verhindert wer  den soll.  



  Bei     einem        kapazitiven    Spannungswandler, der in ein  elektrisches System eingefügt ist, treten     subharmoni-          sche    Schwingungen auf, wenn auf der Sekundärseite  des Geräts     Kurzschlussbedingungen    herrschen oder wenn  die Systemspannung schwankt. Dies liegt daran, dass  der     Hilfstransformator    in dem Spannungswandler einen  Eisenkern besitzt und die     Nichtlinearität    seiner     Erre-          gerinduktivität    zusammen mit dem Vorhandensein der  Kondensatoren     Ferroresonanzen    ergibt.

   Dieses beson  dere     Phänomen    lässt einen Überstrom durch den     Span-          nungswandler    fliessen und führt zu einem starken Span  nungsanstieg an verschiedenen Klemmen des Systems  sowie den damit     zusammenhängenden    Nachteilen.  



  Es sind viele Vorschläge gemacht worden, um die  se subharmonischen Schwingungen zu unterdrücken.  So hat man einen     Dämpfungswiderstand    parallel zur  Primär- oder Sekundärwicklung des     Hilfstransformators     gelegt. Dieser Widerstand bringt jedoch eine beträcht  liche feste Belastung des Spannungswandlers im Normal  betrieb mit sich. Dies führt nicht nur zu dem schweren  Nachteil, dass die Sekundärlast, die an den Spannungs  wandler angeschlossen werden kann, notwendigerweise  begrenzt ist, sondern auch zu einer Verschlechterung  der Genauigkeit des Geräts.

   Ein anderes Verfahren zum  Unterdrücken der     Subharmonischen    besteht darin, pa  rallel zur Sekundärwicklung des     Hilfstransformators     einen     Parallelresonanzkreis    zu schalten, der auf die  Grundfrequenz der zugeführten Spannung abgestimmt  und so ausgelegt ist, dass er bei der Grundfrequenz  eine hohe     Impedanz    und bei subharmonischen Frequen  zen eine geringe Impedanz darbietet. Diese Anordnung    hat jedoch ihren Nachteil darin dass eine Kapazität  und eine     Induktivität        zusätzlich    vorgesehen werden müs  sen und dass der Resonanzkreis immer noch eine höhe  re Impedanz hinsichtlich der Subharmonischen besitzt,  als zulässig wäre.  



  Es ist bekannt, dass die subharmonischen Schwingun  gen durch die     Nichtlinearität    der     Erregerinduktivität    des       Hilfstransformators        infolge    der Sättigung seines Eisen  kerns auftreten.  



  Demgemäss ist es das Hauptziel der vorliegenden Er  findung einen     kapazitiven        Spannungswandler,    der einen  Hauptkondensator und einen Parallelkondensator be  sitzt, an den über eine Resonanzdrossel die Primärseite  eines     Hilfsstransformators    mit Eisenkern und Sekun  därwicklung angeschlossen ist, anzugeben, der sehr ein  fache Schaltungsmittel zum Verhindern der     subharmoni-          schen    Schwingungen besitzt.  



  Die Erfindung besteht darin, dass der Hilfstransfor  mator durch einen Schaltungszweig überbrückt ist, der  eine Sättigungsdrossel, die vor der Sättigung des Hilfs  transformators gesättigt ist und nach ihrer Sättigung  eine geringere Impedanz als die Erregerimpedanz des       Hilfstransformators    aufweist, und einen     Dämpfungswi-          derstand,    der so bemessen ist, dass der zum Unter  drücken eines subharmonischen Resonanzstromes aus  reicht, besitzt.  



  Es sei nun angenommen, dass im Betrieb irgendei  ne Ausgleichserscheinung auftritt, die     Subharmonische     zu erzeugen vermag. Dann hat der Eisenkern des Hilfs  transformators die Neigung, sich zu sättigen. Bevor je  doch die Sättigung des Eisens des     Hilfstransformators     erfolgt ist, hat sich das Eisen der Drossel gesättigt, so  dass in dem Entladungskreis der Kondensatoren der       Hilfstransformator    durch die geringere Impedanz der  Drossel überbrückt ist, wobei der Entladungsstrom der  Kondensatoren dann durch die Drossel     fliesst    und durch  den     Dämpfungswiderstand    niedrig gehalten wird.

   Auf  diese Weise wird das Eisen des     Hilfstransformators    nie-           mals    gesättigt und es können daher keine subharmoni  schen Schwingungen     auftreten.     



  Die     Erfindung    ist nachstehend anhand von bevor  zugten     Ausführungsbeispielen    im     Zusammenhang    mit  der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:       Fig.    1 eine schematische Schaltung eines     kapaziti-          ven        Spannungswandlers    gemäss der Erfindung,       Fig.    2     eine    der     Fig.    1 äquivalente     Schaltung,          Fig.    3 die charakteristischen Kurven des     Hilfstrans-          formators    und der Sättigungsdrossel,

   wie sie in den Aus  führungsbeispielen der Erfindung verwendet werden,       Fig.    4 eine schematische     Schaltung    eines anderen  Ausführungsbeispiels der Erfindung und       Fig.    5 eine schematische Schaltung eines weiteren       Ausführungsbeispiels    der     Erfindung.     



       In        Fig.    1 ist ein     Parallelkondensator    C2 einerseits  an einen Hauptkondensator     Cl    und andererseits an eine  Resonanzdrossel L und die Primärseite P eines Hilfs  transformators     Tr    angeschlossen. Die Sekundärseite S  dieses Transformators ist an eine Belastung, beispiels  weise Messgeräte oder Relais, gelegt. Der Kondensator       C2    ist mit einem     Erdungsschalter    K überbrückt. So  weit ist der     Aufbau    des     Spannungswandlers    bekannt.

    Neu ist bei dieser Schaltung dagegen das Vorhanden  sein einer Reihenschaltung einer Sättigungsdrossel     L5     und eines     Dämpfungswiderstandes    Rd. In     Fig.    1 liegt  diese Reihenschaltung parallel zur Primärseite P des       Hilfstransformators        Tr.    Die     Äquivalenzschaltung    hier  für ist in     Fig.    2 gezeigt,     in    der C die Summe der Ka  pazitäten der Kondensatoren     C1   <B>und</B>     C2,

          L"    und R die  Summe der     Induktivität    der Drossel L und der primären       Streuinduktivität    des Transformators     Tr    bzw. die Sum  me     ihrer    Widerstände und     Z"    die Erregerimpedanz des  Transformators     Tr    bedeuten.  



  Die Sättigungsdrossel     L,    hat solche Eigenschaften,  dass ihre Sättigungskurve steil ansteigt und die Sätti  gung rasch erreicht ist. Blech aus kalt     gewalztem        Sili-          ziumstahl    mit hoher     Permeabilität    ist als Kernma  terial für die Sättigungsdrossel geeignet.     Fig.    3 zeigt die  Sättigungskurven des     Hilfstransformators        Tr    und der       Sättigungsdrossel        L8    als A bzw. B.

   Es ist erforderlich,  dass die Impedanz der Drossel, nachdem sie gesättigt  ist, beträchtlich geringer ist als die Erregerimpedanz des       Hilfstransformators.    Wenn daher die Drossel gesättigt  ist,     überbrückt    sie wirksam die Erregerimpedanz des  Transformators     Tr.    Man     kann    es gestatten, dass auch  vor der Sättigung der Drossel deren     Impedanz    geringer  ist als die     Erregerimpedanz    des Transformators.

   Dies  führt jedoch zu einer Verschlechterung der Eigenschaf  ten des Spannungsgeräts.     Demzufolge    ist es vorzuziehen,  dass vor Sättigung der Drossel deren     Impedanz        be-          trächtlich    höher ist als die     Erregerimpedanz    des Trans  formators, so wie es     Fig.    3 zeigt.  



  Der     Dämpfungswiderstand    Rd hat     einen    solchen       Widerstandswert,    dass er den     Resonanzstrom    aufgrund  der     Ferroresonanz        klein    halten kann. Vorzugsweise soll  te der     Widerstandswert    1- bis     10-fach    so gross sein  wie der Ausdruck
EMI0002.0078  
   wobei     C1    und     C2    die  Kapazitäten der Kondensatoren     Cl    und.     C2    und     w    die       Grundkreisfrequenz    darstellen.

   Dieser Widerstandsbe  reich ist geeignet, um     subharmonische    Schwingungen  der Ordnung     1/s    und     1/5    zu unterdrücken. Auf den in  Reihe geschalteten     Dämpfungswiderstand    Rd     kann    man  auch verzichten, wenn die Drossel     L8    so ausgelegt    und konstruiert ist, dass ihre Wicklung den erforderli  chen     Dämpfungswiderstandswert    besitzt.  



  Im Betrieb ist, solange der     Spannungswandler    nor  mal arbeitet, die Impedanz der Sättigungsdrossel     L,          beträchtlich    höher als die Erregerimpedanz des     Hilfs-          transformators        Tr@    so dass das Vorhandensein der  Drossel     L8    nicht mit der normalen Betriebsweise des  Spannungsgeräts kollidiert.

   Wenn aber elektrische     Stös-          se    auftreten, die normalerweise zur Erzeugung von sub  harmonischn Schwingungen in dem     Spannungsgerät    füh  ren, wird der Kern des     Hilfstransformators    so     beein-          flusst,    dass er sich sättigen will.

   Vor der Sättigung des       Hilfstransformators    jedoch tritt eine Sättigung der Sätti  gungsdrossel auf und deren     Impedanz    wird beträcht  lich kleiner als die Erregerimpedanz des     Hilfstransfor-          mators;        demzufolge        fliesst    der subharmonische Reso  nanzstrom nicht durch den Zweig mit der höheren Im  pedanz des     Hilfstransformators,    sondern durch den  Zweig     mit    der geringeren Impedanz der Sättigungsdros  sel, wo er nur durch den     Dämpfungswiderstand    niedrig  gehalten wird.

   Auf diese Weise wird der Kern des Trans  formators niemals gesättigt, und das Auftreten von     Sub-          harmonischen    kann vollständig verhindert werden.  



  Für die Zwecke der Erfindung ist es     erforderlich,     dass die Reihenschaltung der Drossel     L,    und des Wi  derstandes Rd so mit Bezug auf den Parallelkonden  sator     C2    angeordnet ist, dass der Transformator     Tr     überbrückt wird. Diese Forderung kann auch durch die       Ausführungsformen    der Figuren 4 und 5 erfüllt werden.  In     Fig.    4 ist die Reihenschaltung der Sättigungsdrossel       L,    und des     Dämpfungswiderstandes    Rd als über  brückung des     Parallelkondensators        C2    gezeigt.

   Der       subharmonische        Resonanzstrom    tritt nicht durch den       Hilfstransformator        Tr,        sondern    durch diese Reihenschal  tung, so dass er durch den     Dämpfungswiderstand    un  terdrückt wird. In     Fig.    5 ist die Reihenschaltung der  Sättigungsdrossel     L"        und    des     Dämpfungswiderstandes     Rd parallel zur Sekundärseite S des     Hilfstransforma-          tors        Tr    geschaltet.

   Die     Äquivalenzschaltung        für    diese  Anordnung ist genau die gleiche, wie sie in     Fig.    2 ge  zeigt ist. Die     Reihenschaltung        liegt    parallel zur Erreger  impedanz des     Hilfstransformators        Tr,    so dass     Subhar-          monische    nicht durch die höhere     Impedanz    des Trans  formators, sondern durch die     geringere    Impedanz der       Reihenschaltung    fliessen, wo sie durch den     Dämpfungs-          widerstand    Rd unterdrückt werden.

    



  Es ist ersichtlich, dass man da der Eisenkern des       Hilfstransformators    niemals in einen     gesättigten    Zustand  gebracht wird, den Kern so auslegen kann, dass er  eine maximale Flussdichte besitzt, die höher als sonst ist.  Dies bedeutet, dass man den     Spannungswandler    kleiner  und kompakter ausbilden kann, als es bisher üblich war.  Es ist ferner zu ersehen, dass man     mit    Hilfe der Er  findung all die Nachteile überwinden kann, die bei den       bekannten    Geräten auftraten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Kapazitiver Spannungswandler, der einen Hauptkon densator und einen Parallelkondensator besitzt, an den über eine Resonanzdrossel die Primärseite eines Hilfs transformators mit Eisenkern und Sekundärwicklung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfstransformator (Tr) durch einen Schaltungszweig überbrückt ist,.
    der eine Sättigungsdrossel (L"), die vor Sättigung des Hilfstransformators gesättigt ist und nach ihrer Sättigung eine geringere Impedanz als die Erre gerimpedanz des Hilfstransformators (Tr) aufweist, und einen Dämpfungswiderstand (Rd), der so bemessen ist, dass er zum Unterdrücken eines subharmonischen Reso nanzstromes ausreicht, besitzt. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> 1.
    Spannungswandler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungszweig parallel zur Primärwicklung des Hilfstransformators geschaltet ist (Fig. 1). 2. Spannungswandler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungszweig parallel zum Parallelkondensator geschaltet ist (Fig. 4). 3. Spannungswandler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungszweig parallel zur Sekundärwicklung des Hilfstransformators geschaltet ist (Fig. 5)..
CH397463A 1962-04-01 1963-03-28 Kapazitiver Spannungswandler CH428934A (de)

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