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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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. '