DE1111727B

DE1111727B - Stepless power regulating throttle for medium frequency

Info

Publication number: DE1111727B
Application number: DEG25747A
Authority: DE
Inventors: Alex Gattermeier
Original assignee: ALEX GATTERMEIER
Current assignee: ALEX GATTERMEIER
Priority date: 1958-11-18
Filing date: 1958-11-18
Publication date: 1961-07-27

Description

Stufenlose Leistungsregulierdrossel für Mittelfrequenz Die Leistungsregulierung der an eine gemeinsame Mittelfrequenz-Sammelschiene mit konstant gehaltener Spannung angeschlossenen Verbraucher erfolgt bekanntlich über geeignete Stufentransformatoren. Die Stufen werden hierbei von Hand oder über Schütze geschaltet. Aus baulichen Gründen kann die Anzahl der Stufen, vorwiegend bei hohen Leistungen und im oberen Mittelfrequenzbereich, nicht beliebig groß gewählt werden, da dann der Spannungssprung, bedingt durch die verhältnismäßig hohe Windungsspannung, zu groß wird. Infolge der physikalischen Bezeichnung ist eine Leistungsregulierung über Stufentransformatoren, abgesehen von deren Eigenschaften als Anpaßgeräte, zu grob. Diese Art der Leistungswahl bleibt daher auf ganz bestimmte Anwendungsfälle beschränkt. Stufenlose Leistungsregulierung für Verbraucher an Mittelfrequenzsammelschienen ist daher nur über geeignete, für die betreffende Betriebsfrequenz und Spannung ausgelegte Regulierdrosseln verwirklichbar. Der induktive Widerstand bekannter Drosselspulen wird durch Verschieben seines Eisenkerns oder eines umgebenden Eisenmantels geändert, wobei der Eisenkern an geeigneter Stelle noch einen Kurzschlußring tragen kann, welcher zur Unterdrückung einer Reststreuung dient. Durch hohe Eisenverluste und den zu engen Regulierbereich erfüllt eine solche Regulierdrossel aber nur teilweise die Bedingungen, die an die Leistungsregelung der Verbraucher an Mittelfrequenz-Sammelschienen gestellt werden. Eine andere bekannte Ausführung einer Mantelkern-Regulierdrossel mit verschiebbarem Eisenkern als magnetische Rückführung trägt auf diesem eine Steuerspule, die mit der Drosselspule sinngerecht in Reihe geschaltet ist und je nach Lage durch die veränderte gegenseitige Flußverkettung den induktiven Widerstand der Drosselspule verändert.Stepless power regulating choke for medium frequency The power regulation of the consumers connected to a common medium frequency busbar with a constant voltage is carried out, as is well known, by means of suitable step transformers. The stages are switched manually or via contactors. For structural reasons, the number of stages, mainly with high power and in the upper medium frequency range, cannot be selected as large as desired, since the voltage jump then becomes too large due to the relatively high winding voltage. As a result of the physical designation Power regulation using step transformers, apart from their properties as adapters, is too rough. This type of performance selection is therefore restricted to very specific applications. Infinitely variable power regulation for consumers on medium-frequency busbars can therefore only be implemented using suitable regulating throttles designed for the relevant operating frequency and voltage. The inductive resistance of known choke coils is changed by moving its iron core or a surrounding iron jacket, the iron core also being able to carry a short-circuit ring at a suitable point, which serves to suppress residual scattering. However, due to high iron losses and the regulation range that is too narrow, such a regulating throttle only partially fulfills the conditions that are placed on the power regulation of consumers on medium-frequency busbars. Another known version of a jacket core regulating throttle with a movable iron core as magnetic feedback carries a control coil on it, which is connected in series with the choke coil and, depending on the location, changes the inductive resistance of the choke coil due to the changed mutual flux linkage.

Die Eisenverluste und der komplizierte Aufbau bei dem in Frage kommenden Mittelfrequenzbereich machen diese Regulierdrossel betriebsunsicher und unwirtschaftlich. Bei einer anderen Ausführung wird die Induktivitätsänderung einer Doppelregulierdrossel durch Flußumlenkung erzielt. Hierbei sind zwei Drosselwicklungen hintereinander auf dem mittleren Schenkel eines Mantelkernes angeordnet. Zwischen den beiden Drosselwicklungen ist der mittlere Schenkel durch Ansätze verdickt, die einen derartigen Abstand von dem Außenschenkel haben, daß eine vor den beiden Drosselwicklungen verschiebbare, kurzgeschlossene Steuerwicklung auch in den Luftspalten zwischen den Ansätzen und den äußeren Schenkeln verschiebbar ist. Diese Regulierdrossel hat gleichfalls einen zu engen Regulierbereich und hohe Eisenverluste. Ihr konstruktiver Aufbau für Mittelfrequenz bringt eine funktionelle Unsicherheit. Sie ist daher mehr für niedrigere Betriebsfrequenzen anwendbar. Bekannt sind weiterhin Regulierdrosseln, deren Induktivitätsänderung durch Sättigung ihres Eisenkernes erfolgt. Der Regulierbereich dieser Drosseln ist zwar forderungsgerecht, jedoch sprechen ihre oberwellenerzeugende Wirkung mit den damit verbundenen zusätzlichen Eisenverlusten zumindest gegen die Anwendung dieser Regulierdrosseln im oberen Mittelfrequenzbereich. Der verhältnismäßig hohe Oberwellenanteil verzerrt die Grundwelle der Mittelfrequenzspannung, wodurch die Anzeigegenauigkeit der Instrumente verfälscht und damit der Betrieb erheblich gestört wird.The iron losses and the complicated structure in the one in question The medium frequency range makes this regulating throttle unsafe and uneconomical. In another version, the change in inductance becomes a double regulating throttle achieved by flow diversion. There are two inductor windings in a row arranged on the middle leg of a jacket core. Between the two inductor windings the middle leg is thickened by lugs that are spaced by such a distance the outer leg that one in front of the two inductor windings is displaceable, short-circuited control winding also in the air gaps between the approaches and the outer legs is displaceable. This regulating throttle also has one too narrow regulation range and high iron losses. Your constructive structure for medium frequency brings a functional uncertainty. It is therefore more suitable for lower operating frequencies applicable. Regulating throttles whose inductance change is also known takes place through saturation of their iron core. The regulation range of these chokes is according to the requirements, however, their harmonic-generating effect speaks to the associated additional iron losses at least against the application of this Regulating throttles in the upper medium frequency range. The relatively high proportion of harmonics distorts the fundamental wave of medium frequency voltage, thereby reducing display accuracy the instruments are falsified and the operation is significantly disrupted.

Die erwähnten Mängel werden erfindungsgemäß durch die stufenlose Leistungsreguherdrossel für Mittelfrequenz dadurch vermieden, daß über einen zylindrischen Kupferkörper eine vom Verbraucherstrom durchflossene, eisenlose, auf Resonanz abgestimmte, verlustarme Spule zwecks stufenloser Verstimmung der Resonanz in ihrer räumlichen Lage zum Kupferkörper mit geringstem Luftspalt axial verschiebbar ist.According to the invention, the aforementioned shortcomings are caused by the stepless power regulator for medium frequency avoided by using a cylindrical copper body an ironless, tuned to resonance, low-loss one through which the consumer current flows Coil for the purpose of stepless detuning of the resonance in its spatial position to the copper body is axially displaceable with the smallest air gap.

Durch die Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, Verbraucher über verlustarme und dadurch wirtschaftliche Leistungsregulierdrosseln an Mittelfrequenz-Sammelschienen anzuschließen.The invention results in the possibility of consumers about Low-loss and therefore economical power regulating chokes on medium-frequency busbars to connect.

Die Verluste der erfindungsgemäßen Leistungsregulierdrossel liegen größenordnungsmäßig mehr als zehnmal niedriger als bei normalen Eisendrosseln. Die erfindungsgemäß eisenlose Leistungsregulierdrossel erzeugt keine Oberwellen, wodurch ihr Einsatz an der Mittelfrequenz-Sammelschiene, insbesondere im oberen Mittelfrequenzbereich, wesentlich zur Verbesserung deren elektrischen Stabilität beiträgt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendbarkeit der steilen Resonanz für Regelzwecke, wodurch eine zeitlich schnelle Leistungsänderung erzielt werden kann. Außerdem erlaubt das erfindungsgemäß einfache Regulierprinzip einen ebenso einfachen wie übersichtlichen Aufbau der Regulierdrossel, wodurch deren überlegene betriebliche Zuverlässigkeit bewiesen ist.The losses of the power regulating throttle according to the invention lie in the order of magnitude more than ten times lower than with normal iron chokes. the according to the invention ironless power regulating throttle generates no harmonics, whereby their commitment the medium-frequency busbar, especially in the upper medium frequency range, essential to improve their electrical stability contributes. Another essential advantage of the invention is its usability the steep resonance for control purposes, resulting in a rapid change in performance over time can be achieved. In addition, the simple regulation principle according to the invention allows a simple and clear structure of the regulating throttle, which means that their superior operational reliability is proven.

Ausführungsbeispiele der Erfindung für ihren Aufbau und zur Erläuterung der damit erreichten Wirkung sind in den Abb. 1 bis 5 dargestellt.Embodiments of the invention for its construction and for explanation the effect achieved in this way are shown in FIGS. 1 to 5.

In Abb. 1 ist der nichtmetallische Ölbehälter 1 mit den beiden Hauptteilen der Regulierdrossel, und zwar der axial verschiebbaren zylindrischen Drosselspule 2 und dem gleichfalls zylindrischen Kupferhohlkörper3 dargestellt. Die axial verschiebbare zylindrische Drosselspule 2 ist verlustarm gewickelt und über flexible Zuleitungen an die Eingangsklemmen 5 und 6 angeschlossen, die ihrerseits zwecks Abstimmung auf Resonanz mit dem Kondensator 4 verbunden sind. Abb. 1 zeigt die Regulierdrossel in Sperrlage. Der durch seinen natürlichen Widerstandsbelag schwach gedämpfte Schwingkreis, bestehend aus der im unteren Teil des Behälters 1 befindlichen Drosselspule 2 und dem zu dieser parallel angeschlossenen Kondensator 4, erzeugt einen der Betriebsspannung entsprechenden Sperrwiderstand. In dieser Lage nimmt die Regulierdrossel vorteilhafterweise keinen Blindstrom, sondern lediglich einen verhältnismäßig kleinen Wirkstrom auf, welcher durch den geringen natürlichen Widerstandsbelag des Schwingkreises verursacht wird. Wird die Drosselspule 2 zwecks Erzielung einer Regulierwirkung in Richtung auf den im oberen Teil des Behälters 1 eingebauten zylindrischen Kupferhohlkörper 3 axial verschoben, dann erfolgt' eine Verstimmung der Resonanz zusammen -mit der gewünschten Widerstandsverringerung. Der niedrigste Durchlaßwiderstand ist erreicht, wenn die Drosselspule 2 entsprechend der Lage in Abb. 2 mit ihren Windungen über den zylindrischen Kupferhohlkörper 3, welcher länger als die Drosselspule 2 ist, liegt. In dieser Lage weist sie ein kurzschlußähnliches Verhalten auf. Der Streuspannungsabfall der Regulierdrossel in der Durchlaßlage beträgt nur einige Prozent der Betriebsspannung und ist daher unbedeutend. Der allseitig geschlossene und gekühlte zylindrische Kupferhohlkörper 3 hat eine Wandstärke. welche dicker ist als die Eindringtiefe des magnetischen Feldes der betreffenden Betriebsfrequenz. Dadurch, daß der Hohlkörper allseitig geschlossen ist, wird eine gleichmäßigere Stromverteilung, insbesondere in den Randgegenden erzielt, wodurch örtliche Wärmestauungen auf das geringste Maß gebracht werden.In Fig. 1, the non-metallic oil container 1 is shown with the two main parts of the regulating throttle, namely the axially displaceable cylindrical throttle coil 2 and the likewise cylindrical hollow copper body 3. The axially displaceable cylindrical choke coil 2 is wound with little loss and connected via flexible leads to the input terminals 5 and 6, which in turn are connected to the capacitor 4 for the purpose of tuning to resonance. Fig. 1 shows the regulating throttle in the blocking position. The resonant circuit, which is weakly damped by its natural resistance layer and consists of the choke coil 2 located in the lower part of the container 1 and the capacitor 4 connected in parallel to this, generates a blocking resistance corresponding to the operating voltage. In this position, the regulating throttle does not take up any reactive current, but only a relatively small active current, which is caused by the low natural resistance of the resonant circuit. If the choke coil 2 is axially displaced in the direction of the cylindrical hollow copper body 3 installed in the upper part of the container 1 in order to achieve a regulating effect, then the resonance is detuned together with the desired reduction in resistance. The lowest forward resistance is achieved when the choke coil 2 is located with its turns over the cylindrical hollow copper body 3, which is longer than the choke coil 2, in accordance with the position in FIG. In this position it shows a behavior similar to a short circuit. The voltage drop of the regulating throttle in the open position is only a few percent of the operating voltage and is therefore insignificant. The cylindrical hollow copper body 3, which is closed and cooled on all sides, has a wall thickness. which is thicker than the penetration depth of the magnetic field of the operating frequency concerned. Because the hollow body is closed on all sides, a more uniform current distribution is achieved, especially in the peripheral areas, whereby local heat accumulations are reduced to the lowest possible level.

Die Abb.3 bis 5 zeigen als Ausführungsbeispiel eine eisenlose Regulierdrossel für höhere Ströme. Durch entsprechende Parallelschaltung mehrerer Drosseleinheiten wird der Strombelag der einzelnen Drosseln in bestimmten Grenzen gehalten. Die Drosseleinheiten werden durch den Kondensator 4 wiederum auf Resonanz abgestimmt. Die Arbeitsweise dieser Regulierdrossel ist im übrigen die gleiche wie die der erst beschriebenen einfachen Regulierdrossel.Figures 3 to 5 show an ironless regulating throttle as an exemplary embodiment for higher currents. By connecting several throttle units in parallel the current load of the individual chokes is kept within certain limits. The throttle units are in turn tuned to resonance by the capacitor 4. The way of working this regulating throttle is otherwise the same as that of the first described simple regulating throttle.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Stepless power regulating throttle for medium frequency, characterized in that via a cylindrical copper body (3) one of the consumer current Flow-through, ironless, tuned to resonance, low-loss coil (2) for the purpose of stepless detuning of the resonance in its spatial position to the = copper body (3) is axially displaceable with the smallest air gap.

2. Regulating throttle according to claim 1, characterized in that the throttle is in an oil container (1) with non-metallic Walls is used.

3. regulating throttle according to claim 1 and 2, characterized in that that the copper body (3) is designed as a hollow body and to avoid local Heat accumulation as well as for heat dissipation from the oil is water-cooled.

4. Regulating throttle according to claim 1 to 3, characterized in that at higher powers several Chokes can be assembled into one unit. Documents considered German patent specifications No. 647 965, 611856.