DE1052549B - Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung - Google Patents

Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung

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DE1052549B
DE1052549B DEA10705D DEA0010705D DE1052549B DE 1052549 B DE1052549 B DE 1052549B DE A10705 D DEA10705 D DE A10705D DE A0010705 D DEA0010705 D DE A0010705D DE 1052549 B DE1052549 B DE 1052549B
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Germany
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voltage
saturated
choke coil
unsaturated
capacitor
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DEA10705D
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English (en)
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Dipl-Ing Kurt Herzog
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AEG AG
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AEG AG
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/04Regulating voltage or current wherein the variable is ac
    • G05F3/06Regulating voltage or current wherein the variable is ac using combinations of saturated and unsaturated inductive devices, e.g. combined with resonant circuit

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung Zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung aus einem Netz veränderlicher Spannung ist eine Reihenschaltung bekannt, die aus einem spannungsunabhängigen und einem spannungsabhängigen Widerstand besteht. Die Strom-Spannungs-Kennlinie des letzteren Wiederstandes muß dabei so verlaufen, daß der Widerstandswert mit steigender Klemmenspannung stark abnimmt. Bei Wechselstrom verwendet man als spannungsabhängigen Widerstand dieser Art in bekannter Weise eine gesättigte Drosselspule und als Vorschaltwiderstand eine ungesättigte Drosselspule.
  • Um mit einer solchen Schaltung zu erreichen, daß trotz des noch vorhandenen Anstieges der Strom-Spannungs-Kennlinie der gesättigten Drosselspule eine möglichst geringe Änderung der geregelten Spannung bei einer gegebenen Änderung der ungeregelten Spannung eintritt, muß der Spannungsabfall an ;der ungesättigten Drosselspule möglichst hoch gewählt «-erden. Damit steigt jedoch die Scheinleistungsaufnahme der Schaltung auf der Seite der ungeregelten Spannung bei gegebener Leistungsabgabe an der geregelten Spannung außerordentlich stark an. Mit dieser hohen Scheinleistung der Schaltung sind erhebliche Abmessungen der notwendigen Schaltungsglieder verbunden.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden, wird nach der-Erfindung eine Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung so ausgebildet, daß vor eine gesättigte Drosselspule, von der ,die konstantzuhaltende Spannung abgenommen wird, ein Schwingungskreis geschaltet ist, der aus einer gesättigten Drosselspule und einem zu ihr parallel geschalteten Kondensator besteht. Diese Einrichtung arbeitet in dem Bereich, in dem der Scheinwiderstand der gesättigten Drosselspule größer ist als der Scheinwiderstand des zu ihr parallel geschalteten Kondensators. Der Scheinwiderstand der aus Kondensator un.d Drosselspule bestehenden Parallelschaltung steigt dann mit steigender Spannung mehr oder weniger stark an. Eine solche Anordnung als Vorschaltwiderstand für die gesättigte Querdrosselspule ruft eine Stabilisierungswirkung hervor, wie sie sonst nur mit einem konstanten Scheinwiderstand wesentlich höheren Wertes erzielbar wäre. Bei entsprechender Bemessung der einzelnen Schaltungselemente ändert sich ,dann der Magnetisierungsstrom für die gesättigte Querdrosselspule bei steigender Netzspannung nicht oder doch nur in geringem Maße, und noch weniger schwankt dann die Spannung an den Klemmen dieser gesättigten Querdrosselspule.
  • Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
  • Abb.l zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel und Abb. 2 das Vektordiagramm der Spannungen hierfür. Die Vektoren der Teilspannungen U an der Schwingungskreis-Drosselspule 1 bzw. dem Kondensator 2 und UQ an der gesättigtem Querdrosselspule 3 liegen annähernd in Gegenphase zueinander, so daßsich ohne weiteres erreichen läßt, daß die geregelte Spannung TI" gleich oder sogar noch-, grö-ßer ist als die Netzspannung U, selbst. Ein ' Scheinleistungsverlust tritt demnach bei dieser Schaltung nur nach Maßgabe des durch den ohmschen Wiederstand bedingten Stromes auf, den die gesättigte Schwingungskreis-Drosselspule 1 über den Nutzstrom T hinaus aufnimmt.
  • Um den Anstieg der Strom-Spannungs-Kennlinie im Zweig der gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule 1 eindeutig beherrschen und einstellen zu können, ist es zweckmäßig, eine verhältnismäßig kleine ungesättigte Drosselspule 4 mit der gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule 1 in Reihe zu schalten. Abb. 3 zeigt eine solche Anordnung. Der Scheinwiderstand dieser ungesättigten Drosselspule bestimmt -dann, wie Abb.4 zeigt, im wesentlichen den Anstieg -der Strom-Spannungs-Kennlinie in diesem Stromzweig oberhalb .des Sättigungsknickes der gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule 1. Durch passende Wahl des Scheinwiderstandes der ungesättigten Drosselspule 4 ist es möglich, diesen oberen Teil der Strom-Spannungs-Kennlinie in beliebiger Weise einzustellen und damit die Gesamtkennl.inie der Parallelschaltung so zu beeinflussen, daß ihr Durchgangsstrom mit steigender Spannung entweder steigt oder vollkommen konstant bleibt oder sogar absinkt. In vermindertem Maße machen sich diese Schwankungen dann als Spannungsschwankungen an der gesättigten Querdrosselspule 3 bemerkbar.
  • Von einer allgemein verwendbaren Einrichtung zur Kon.stanthaltung einer Spannung wird jedoch nicht lediglich eine Unabhängigkeit von Spännüngsschwankungen an der Querdrossel verlangt, sondern es wird darüber hinaus gefordert, daß die Ausgangsspannung U" von Änderungen der Nutzlast zwischen Leerlauf und einer festgesetzten Höchstlast unabhängig ist. Wird nun die Einrichtung nach Abb.3 durch entsprechende Bemessung der ungesättigten Drosselspule 4 so ausgelegt, ,daß Änderungen der Eingangsspannung U, keine Änderungen .des Durchgangsstromes zur Folge haben, so kann bei konstanter Last zwar die Spannung praktisch konstant gehalten werden. Bei Abschaltung der Nutzlast wird jedoch die Ausgangsspannung etwas ansteigen, weil die Einrichtung auf konstanten Strom einregelt und die gesättigte Querdrosselspule 3 durch erhöhte Stromaufnahme den durch die Abschaltung der Nutzlast entstehenden Stromausfall ausgleichen muß. Diese zusätzliche Stromaufnahme bedingt einen gewissen. Spannungsanstieg an den Klemmen dieser Querdrosselspule.
  • Zur Beseitigung der Lastabhängigkeit wird nun gemäß der Erfindung der Vorschaltschwingungskreis so ausgebildet, daß sein Durchgangsstrom mit steigender Spannung abnimmt. Im linken, oberen Quadranten der Abb. 5 ist-dieses Verhalten in einer Strom-Spannungs-Kennlinie der Schwingungskreisschaltung dargestellt. Der zunächst stark kapazitive Strom nimmt infolge des steigenden induktiven Anteils der in Sättigung kommenden Paralleldrosselspule mit steigender Schwingungskreisspannung ab.
  • Im linken, unteren Quadranten der Abb. 5 ist nun die Gesamtstromaufnahme der Querdrosselspule bei verschiedenen Lastzuständen dargestellt. In ist der Magnetisierungsstrom der Querdrossel, i. .der zur Deckung des Leerlaufverlustes erforderliche Wirkanteil. Il entspricht einer ohmschen Zusatzlast il, I? einer Zusatzlast i2 USW.
  • Zu diesen Stromwerten, die ja durch den Schwingungskreis hindurch in die Querdrossel eingespeist werden müssen, ergeben sich an der Ordinate der Abb. 5 die entsprechenden Spannungswerte U, bis U4 am Schwingungskreis. Diese sind in dem Kreisdiagramm rechts mit dem für diese Betrachtung konstant belassenen Netzvektor U, zusammengesetzt. Es zeigt sich, daß es möglich ist, durch entsprechende Abstimmung des Schwingkreises die Vektoren der Ausgangsspannung U auf einen lastunabhängigen, konstanten Absolutwert zu bringen. Die geregelte Spannung U, ist in diesem Fall zwischen Leerlauf und Vollast praktisch konstant.
  • Die beschriebene Anordnung kann nun nach der weiteren Erfindung noch dadurch verbessert werden, daß die geregelte Spannung nicht unmittelbar an den Klemmen der Querdrosselspule 3, sondern von einer Anzapfung .der.gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule 1 abgenommen wird. Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür. Bei diesem wird erreicht, @daß unter Beibehaltung des Vorteiles der Lastunabhängigkeit der Schaltung ein wenn auch geringes Absinken der geregelten Spannung mit steigender Netzspannung, xvie es bei der vorher beschriebenen Einrichtung auftritt, nicht eintritt. Die Arbeitsweise dieser Weiterbildung der Erfindung ist so, @daß der mit steigender Netzspannung absinkenden Spannung an der Querdrosselspule 3 ein Teil des Spannungsabfalles an der gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule 1, der mit steigender Netzspannung stärker ansteigt, gegengeschaltet wird und daß der Anstieg,dieser Teilspannung mit steigender Netzspannung .den gleichzeitigen geringen Abfall der Spannung an der Querdrosselspule kompensiert.
  • Eine zweite Möglichkeit, das Absinken der geregelten Spannung bei steigender Netzspannung zu verhindern, besteht nach der weiteren Erfindung darin, daß parallel zu dem Schwingungskreis ein ohmscher Widerstand geschaltet wird. Durch diesen Widerstand fließt ein mit steigender Schwingungskreisspannung ansteigender Strom, der es ermöglicht, das Absinken des eigentlichen Schwingungtskreisstromes beliebig zu kompensieren und damit die Ausgangsspannung auf gleicher Höhe zu halten. Abb. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür.
  • Eine ähnliche Wirkung, jedoch in gesteigertem Maße, kann nach der weiteren Erfindung dadurch erzielt werden, daß der ohmsche Widerstand nicht parallel zum Schwingungskreis, sondern in Reihe mit der gesättigten und der ungesättigten Schwingungskreis-Drosselspule geschaltet wird.. Bei der in Abb. 8 dargestellten Einrichtung fließt dann über den Widerstand der mit der Schwingungskreisspannung mehr als proportional zunehmende Drosselspulenstrom. Dementsprechend nimmt auch die Wirkung des Widerstandes zu, die sich ebenso wie bei der Einrichtung nach Abb. 7 in einem verminderten Absinken des Durchgangsstromes bei steigender Schwingungskreisspannung auswirkt, und zwar ebenfalls stärker als proportional mit der Spannung. Es ist daher möglich, auf diese Weise die gleiche Wirkung mit einem geringeren Verlust im Widerstand zu erzielen, als dies bei der Einrichtung nach Abb. 7 mit dem Parallelwiderstand möglich ist.
  • Der Kondensator braucht im übrigen nicht an die volle Summenspannung der gesättigten und der ungesättigten Schwingungskreis-Drosselspule, sondern er kann auch an von den beiden Drosselspulen abgenommene Teilspannungen, die eine der zulässigen Spannungsbeanspruchung des Kondensators entsprechende Größe haben., angeschlossen werden. Die Teilspannungen an der gesättigten und an. der ungesättigten Drosselspule können unabhängig voneinander gewählt und .dadurch können die Einflüsse der beiden Drosselspulen auf die Regelung gegeneinander abgeglichen werden. '

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Wechselspannung aus einer Wechselstromquelle veränderlicher Spannung, dadurch gekennzeichnet, ,daß vor eine gesättigte Drosselspule, von der die konstantzuhaltende Spannung abgenommen wird, ein Schwingungskreis, bestehend aus einer gesättigten Drosselspule und einem zu ihr parallel geschalteter Kondensator, geschaltet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, ,gekennzeichnet durch eine solche Abstimmung des Schwingungskreises, daß sein gesamter Scheinwiderstand auch bei höchster Spannung kapazitiv bleibt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß -in dem Schwingungskreis in Reihe mit der gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule eine ungesättigte Drosselspule angeordnet ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der Strom-Spannungs-Kennlinie für die Reihenschaltung der beiden Drosselspulen geringer ist als,der Anstieg der Strom-Spannungs-Kennlinie des parallel geschalteten Kondensators.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der gesättigten und der ungesättigten Schwingungskreis-Drosselspule ein ohmischer Widerstand angeordnet ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, da-durch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung d'er gesättigten und der ungesättigten Schwingungskreis -Drosselspule ein ohmscher Widerstand geschaltet ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch, gekennzeichnet, daß die Verbraucherspannung einerseits von einer vor dem Anschlußpunkt der gesättigten Querdrosselspule in der Richtung nach dem ungeregelten Netz zu gelegenen Anzapfung der gesättigten Schwingungskreis-Drosselspule und andererseits von der durchgehenden Leitung des zu regelnden Netzes abgenommen wird. B.
  8. Einrichtung nach Anspruch 3 oder :den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreiskondensator an einem Teil der Summenspannung der gesättigten und ,der ungesättigten Schwingungskreis-Drosselspule liegt, und daß die von beiden Drosselspulen abgenommenen Teilspannungen eine der zulässigen Spannungsbeanspruchung des Kondensators entsprechende Größe haben.
  9. 9. Einrichtung nach hAnspruch 3 oder den folgenden., dadurch gekennzeichnet, .daß die Teilspannungen an der gesättigtem und der ungesättigten Drosselspule für die Kondensatoranschlüsse unabhängig voneinander gewählt und daß die Einflüsse der beiden Drosselspulen auf die Regelung gegeneinander abgeglichen sind.
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