DE1112783B - Elektrisches Energieversorgungsgeraet mit einem Transformator und nachgeschaltetem Kondensator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energieversorgungsgerät zum Anschluß an ein Wechselstromnetz vorherbestimmter Spannung und Frequenz mit einem Transformator, an dem sekundärseitig ein Kondensator so angeschlossen ist, daß er mit einem Teil 5 der Sekundärwicklung des Transformators dem Wesen nach einen Serienresonanzkreis bildet, der einer Parallelschaltung eines Gleichrichters mit einem zweiten Kondensator eine Eingangsleistung zuführt, an dessen Ausgang die Belastung angeschlossen ist.

Solche Geräte zum Konstanthalten der Verbraucherspannung waren bisher aufgebaut für ein Arbeiten mit relativ konstanter Belastung, funktionierten innerhalb angemessener Grenzen befriedigend und waren nicht unzulässig komplex. Bei einem solchen früheren Gerät konnte die Eingangsspannung über einen im wesentlichen weiten Bereich schwanken, ohne die Ausgangs-Gleichspannung zu beeinflussen; jedoch war eine Spannungsregelung bei Veränderungen der Belastung relativ gering. Es wurden bisher weitere Gleichstromversorgungsgeräte vorgeschlagen, bei denen zur Vermeidung von Welligkeiten (geringere Schwankungen) der Ausgangs-Gleichspannung relativ große Filter-Drosseln vorgesehen werden mußten, was zu einer Vermehrung der Kosten, des Gewichtes und der Größe des Gerätes führte. Bei diesen früheren Geräten wurde die erwünschte Spannungsregelung bei Veränderungen der Belastung durch Verwendung verhältnismäßig komplexer und kostspieliger Regel- und Kontrollausstattung erhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichstromversorgungsgerät zu schaffen, das eine im wesentlichen konstante Ausgangs-Gleichspannung aufrechterhält, ungeachtet wesentlicher Veränderungen der Eingangsspannung.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Innenwiderstand der Sekundärwicklung des Transformators und des Gleichrichters klein ist, so daß ein in vorherbestimmter Weise durch die hohe Reaktanz des Transformators begrenzter Strom fließen und den zweiten Kondensator laden kann, der eine genügend große Kapazität besitzt, um zu bewirken, daß die Eingangsspannung am Gleichrichter im wesentlichen Rechteckwellenform aufweist, die weniger korrigierende Regelung erfordert.

Dadurch wird erreicht, daß die gewünschte Regelung der Belastung erzielt und gleichzeitig ein Durchbrennen der niederohmigen Gleichrichter vermieden wird, so daß ein kleines, wirksames, verhältnismäßig einfaches Gerät geschaffen wird.

An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, und zwar zeigt

Elektrisches Energieversorgungsgerät

mit einem Transformator
und nachgeschaltetem Kondensator

Anmelder:

Basic Products Corporation,
West Milwaukee, Wis. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Oktober 1955

Hans U. Hjermstad, Chicago, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Gerätes,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Hochreaktanz-Transformators, zum Teil im Schnitt, der einen Teil des in der Fig. 1 dargestellten Gerätes bildet,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung als Funktion des Belastungs-Gleichstromes für eine Ausführungsform des in der Fig. 1 dargestellten Gerätes,

Fig. 4 eine Darstellung einer Oszillographenkurve, die die Wechselspannung in einem Teil der Schaltung der Fig. 1 während des Betriebes zeigt, und die

Fig. 5 und 6 Schaltbilder von Serien- bzw. Parallelschaltungen des in der Fig. 1 dargestellten Gerätes.

In der Fig. 1 der Zeichnungen ist die Erfindung als aus einem Konstantspannungs-Transformator 10, einer Gleichrichter-Einrichtung 11 und aus einer kombinierten Filter- und Momentanbelastungs-Versorgungseinrichtung 12 bestehend dargestellt.

Die spannungskonstante Transformator-Einrichtung — in dem gestrichelt gezeichneten Rechteck — gehört zur Resonanztype, wie sie in dem USA.-Patent 2143 745 beschrieben ist, und besteht aus einem Kern 13 mit einer darauf angeordneten Primärwicklung 14 und einer Sekundärwicklung 15 sowie einem Kondensator 16, der an die Sekundärwicklung angeschlossen ist.

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Die Sekundärwicklung 15 zerfällt in zwei Teile 17 wicklung 15 wesentlich größer als die der Windungsund 18, von denen der Teil 18 eine Belastungswick- zahl entsprechende Spannung. Als Ergebnis des Relung darstellt, wobei die Windungszahl der Wicklung sonanzeffektes wird die Induktionsflußdichte in dem 15 so gewählt ist, daß sie in dem Kern die gewünschte Mittelschenkel 27, zumindest in dessen Teil, der inner-Induktionsflußdichte erzeugt und eine ökonomische 5 halb, der Sekundärwicklung liegt, sehr hoch. Diese Größe des zu verwendenden Kondensators 16 ermög- Flußdichte betrag bei einer Ausführungsform des Gelicht. Eine Kompensationswicklung 19 ist mit der Pri- rätes nach der Erfindung annähernd 123 000 Kraftmärwicklung 14 eng verkoppelt um diese herumge- linien pro Quadratzoll (=19 000 Kraftlinien pro wickelt, und zwar in einem solchen Wickelsinn, daß cm²) während die entsprechende Flußdichte in dem die Gegenspannung anwächst, wenn sich die Primär- io Teil des Mittelschenkels 27 innerhalb der Primärwickspannung vergrößert, wobei die Kompensationswick- lung 14 annähernd 92 000 Kraftlinien pro Quadratzoll lung in den Kreis des Belastungswicklungsteiles 18 (= 16800 Kraftlinien pro cm²) betrug. Um im Betrieb eingeschaltet ist und einen Wechselstrom-Ausgangs- ein das Äußere des Transformators umgebendes kreis mit den Anschlüssen 21 und 22 bildet. Streufeld zu vermeiden, ist der Gesamtquerschnitts-

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines erfin- 15 bereich der Seitenschenkel 23 und 24 wesentlich

dungsgemäßen Transformators dargestellt. Der Trans- größer als der Querschnittsbereich des Mittelschenkels

formatorkern 13 besitzt einen äußeren Teil, der aus 27. Die Teile der Endschenkel 25 und 26 an jeder

den Seitenschenkeln 23 und 24 und den Endschenkeln Seite des Mittelschenkels 27 besitzen den gleichen

25 und 26 besteht, der am besten als ein Stück etwa Querschnitt wie die Seitenschenkel. In dem beson-

durch Stanzen hergestellt werden kann. In der Längs- 20 deren dargestellten Fall war der Gesamtquerschnitt

ausdehnung und zentral zum Außenteil des Kerns be- der Außenschenkel annähernd 71% größer als der

findet sich ein Mittelglied 27, auf dem die Wicklungen des Mittelschenkels. Infolge der Resonanznatur des

14 und 15 aufgebacht sind. Zwischen den Wicklungen Transformators 10, d. h. der durch die Kombination

14 und 15 erstrecken sich nach innen zwei Querschen- des Transformators 10 mit dem Kondensator 16 bekel zur Herstellung von magnetischen Nebenschlüssen 25 wirkten hohen Flußdichte oder Sättigung, wird eine 28 und 29 hohen magnetischen Widerstandes, die für im wesentlichen konstante Ausgangs-Wechselspandie Sekundärwicklung 15 eine hohe Streu-Reaktanz nung an den Klemmen 21 und 22 erhalten, ungeachtet schaffen. Der Nebenschluß 28 besteht aus einem der wesentlichen Schwankungen der Spannung an den Eisenteil 31, der einen Teil des Seitenschenkels 23 Eingangsklemmen 37 und 38, da die Kompensationsbildet, und einem nichtmagnetischen Spalt 32. In der 30 wicklung das Aufrechterhalten der Konstanz der Ausgleichen Weise besteht der Nebenschluß 29 hohen gangsspannung unterstützt. Für den Fall, daß relativ magnetischen Widerstandes aus einem einen Teil des leichte Schwankungen der Ausgangsspannung zuge-Seitenschenkels 24 bildenden Eisenteil 33 und einem lassen werden können, kann die Windungszahl der nichtmagnetischen Spalt 34. Obwohl die Teile 31 und Kompensationswicklung 18 reduziert oder möglicher-33 so dargestellt wurden, als bildeten sie einen Teil 35 weise ganz fortgelassen werden.

ihrer entsprechenden Seitenschenkel, versteht es sich, An die Klemmen 21 und 22 ist ein Vollweg-Gleich-

daß diese Nebenschlußglieder davon getrennt werden richter 11 angeschlossen, der die Ausgangsklemmen

können und daß nichtmagnetische Spalte an einem 39 und 41 besitzt, die mit den Klemmen 42 und 43

oder beiden Enden davon geschaffen werden können, der Filter- und Momentanbelastungs-Versorgungsein-

wobei die Abmessungen der Spalte, wie später noch 40 richtung 12 verbunden sind, welche Klemmen 42 und

beschrieben wird, gewählt werden können. 43 ihrerseits mit den Klemmen 44 bzw. 45 verbunden

Um den Transformator die gewünschten Abmes- sind, an die die Gleichstrombelastung angeschlossen

sungen zu geben, wird ein Stapel von Blechen geeig- werden kann.

neter Höhe für den Außenteil des Kerns 13 sowie für Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß das Mittelglied 27 gewählt. Der vereinigte Blechstapel, 45 die Größe der Belastung verändert werden kann, ohne der das Mittelglied 27 bildet, wird, wie dargestellt, in die Ausgangsspannung an den Klemmen 44 und 45 geeignet geformte Öffnungen in den Endschenkeln 25 wesentlich zu beeinflussen. Hierfür ist es von Bedeu- und 26 gepreßt, wobei der notwendige metallische tung, daß die Spannungsabfälle an den Widerständen Kontakt längs der Seiten der Endteile des Mittelglie- innerhalb der Schaltung auf ein Minimum reduziert, des 27 erhalten wird. An den tatsächlichen Enden des 50 wenn nicht völlig eliminiert werden. Insoweit der Mittelgliedes 27 sind kleine Luftspalte 35 und 36 vor- Transformator betroffen ist, können für die Wicklungesehen, so daß ein metallischer Kontakt mit den un- gen 18 und 19 Leiter mit relativ großem Querschnitt mittelbar angrenzenden Flächen der Schlitze in den verwendet werden, so daß der Widerstands-Span-Endschenkeln 25 und 26 vermieden wird, wodurch nungsabfall in diesen Wicklungen selbst bei relativ ein Biegen des Mittelgliedes verhindert wird. 55 niedrigen Werten der Ausgangsspannung im wesent-

Der Kondensator 16 wird nach den Grundzügen der liehen außer acht gelassen werden kann.

Beschreibung des USA.-Patentes gewählt und besitzt Die Gleichrichter-Einheiten oder Zellen 46, 47, 48

eine kapazitive Reaktanz bei der Frequenz und Span- und 49 des Gleichrichters 11 müssen gleichfalls einen

nung der an die Klemmen 37 und 38 der Primärwick- sehr niedrigen oder im wesentlichen vernachlässig-

lung 14 angeschlossenen Wechselstromquelle, die eine 60 baren Spannungsabfall in der Richtung des Strom-

solche Beziehung zur induktiven Reaktanz des Trans- flusses erzeugen, gleichzeitig jedoch die Fähigkeit be-

formators und im besonderen zur Sekundärwicklung sitzen, hohen Spitzenwerten der Umkehrspannung zu

15 besitzt, daß im wesentlichen die Bedingung einer widerstehen, damit kein Durchschlag bei der nega-Serienresonanz in dem Stromkreis der Sekundärwick- tiven Halbperiode der Wechselspannung erfolgt. Diese lung 15 und dem Kondensator 16 im Betrieb der Ein- 65 Erfordernisse sind nicht für alle Gleichrichterzellen richtung erfüllt wird. Während des Betriebes wird erfüllbar; es sind jedoch neuerdings Germaniuminfolge des Resonanzeffektes die Spannung an dem Gleichrichter erhältlich, die einen Spannungsabfall Kondensator 16, d. h. die Spannung an der Sekundär- von etwa ⁷/io Volt haben und einer Spitzen-Umkehr-

spannung von 300 Volt pro Zelle widerstehen. Es kann natürlich jede'Gleichrichter-Ausführung verwendet werden, und/in einigen Anwendungsgebieten mit weniger starrejf Widerstands-Spannungsabfall-Erfordernissen können gasgefüllte Röhren, Selen- oder Silizium-GMchrichter in befriedigender Weise Verwedjg

Die sß. die Klemmen 44 und 45 angeschlossene gewöhnliche oder konstante Belastung wird über die Gtejphrichter-Einrichtung 11 aus den Klemmen 39 fi 41 über die Leiter 51 und 52 und die Leiter 53 Jew. 54 versorgt. Die Filter- und Momentanbelastungs-Versorgungseinrichtung 12 geht nicht ein in die i wesentlichen konstante Arbeit. Werden die Widerstands-Spannungsabfälle in der Gleichrichter-Einheit 11 und in den Wicklungen 18 und 19 des Transformators 10 auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert, kann die Belastung über einen weiten Bereich hinweg verändert werden, ohne die Ausgangsspannung an den Klemmen 44 und 45 wesentlich zu verändern. Beispielsweise war in der beschriebenen erfindungsgemäßen Einheit die Spannung an den Klemmen 44 und 45 mit 48 Volt bei 4 Amp. bestimmt. Bei dieser Einheit veränderte sich die Spannung von etwa 51 Volt bei fehlender Belastung oder offenem Kreis auf 47VoIt bei 25% Überbelastung. Bei konstanter Belastung, die nur etwas größer war als 25% Überlastung, brach die Spannung an den Klemmen 44 und 45 rasch zusammen, und die Ströme verringerten sich; bei Kurzschluß der Klemmen 44 und 45 jedoch betrug der Strom annähernd 5 Amp. Diese Charakteristik ist in der Fig. 3 dargestellt und bietet gewisse bestimmte Vorteile, die nachstehend in dieser Beschreibung eingehend behandelt werden. Wurde bei derselben Einheit, wenn die Belastung konstant auf 4 Amp. gehalten wurde, die Primärspannung, d. h. die an die Klemmen 37 und 38 angelegte Spannung, zwischen 95 und 130 Volt (die normale Primärspannung ist 115 Volt) verändert, so schwankte die Belastungsspannung an den Klemmen 44 und 45 nur zwischen 47,2 und 48,4 Volt.

Ein wichtiger Erfindungsgegenstand besteht ferner darin, die Energieversorgungs-Einrichtung zu befähigen, eine vorübergehende Belastung von wesentlich größerem Ausmaß als die Dauerbelastung bei Versorgung der Dauerbelastung, ohne deren Spannungsregelung zu beeinflussen, zu versorgen. Zu diesem Zweck werden die Kondensatoren 55 und 56, die parallel geschaltet und einen Teil der Momentan-Belastungsversorgungs-Einrichtung 12 bildend dargestellt sind, an dem Ausgang der Gleichrichter-Einheit 11 an die Klemmen 42 und 43 geschaltet. Bei der beschriebenen Einheit hatte jeder der Kondensatoren 55 und 56 einen Wert von 8000 μΡ, insgesamt also 16 000 Mikrofarad. Es könnte natürlich auch ein einziger Kondensator dieser Größe verwendet werden. Ein ohmscher Widerstand 57 von relativ hohem Wert, beispielsweise 5000 Ohm, überbrückt die Kondensatoren 55 und 56, um ein Abfließen der Kondensatorladung zu ermöglichen, wenn die Einheit außer Betrieb ist. Bei 16 000 μΡ und der dargestellten Schaltung wurde eine Momentanbelastung von 5 Amp. und 20 Millisekunden Dauer bei einer Wiederholung alle zweihundert Millisekunden versorgt, während gleichzeitig eine Dauerbelastung von 3 Amp. ohne merkbare Beeinflussung der Dauerspannung an den Klemmen 44 und 45 versorgt wurde. Obwohl befriedigende Ergebnisse mit den angegebenen Kapazitätswerten erzielt werden,

60 versteht es sich, daß dies keine Einschränkung bedeutet, sondern daß vielmehr kleine Kapazitätswerte verwendet werden können, je nach den zu befriedigenden Belastungsbedingungen. Jedoch muß der Gesamtkapazitätswert in allen Fällen groß gehalten werden, um die gewünschten Ergebnisse einer geringen Welligkeit der Dauer-Gleichspannung zu erzielen und um im wesentlichen eine Rechteckwelle der Wechselspannung an den Klemmen 21 und 22 aufrechtzuerhalten, damit ein hoher Wirkungsgrad der Arbeit der Gleichrichter-Einheit 11 erreicht wird. Die Art und Weise, diesen zu erreichen, wird nachstehend in dieser Beschreibung eingehend erläutert.

Die Anwesenheit der großen Kondensatoren 55 und 56 erfordert, daß der Strom, dfr Momentan- ebenso wie der Dauerstrom, der der Gleichrichter-Einheit 11 zugeführt oder ihr entnommen wird, begrenzt wird, um ein Durchbrennen der Gleichrichter zu vermeiden, besonders wenn das Gerät in Betrieb genommen wird und die Kondensatoren 55 und 56 ungeladen sind. Kondensatoren der angegebenen Größe nehmen einen extrem großen Ladestrom auf, der die Gleichrichter ausbrennen würde, sofern nicht Maßnahmen zur Verhinderung dieses Vorganges getroffen werden. Das Vorhandensein von Filter-Drosseln und Widerständen würde beispielsweise, obwohl es eine Lösung dieses Problems zuläßt, die Regelung der Belastungsspannung verhindern, deren Erhaltung ein wesentlicher Erfindungsgegenstand ist, abgesehen von den zusätzlichen Kosten solcher Bestandteile und der durch deren Verwendung bedingten Vergrößerung des Gerätes und des Gewichtes.

Es wurde gefunden, daß die Konstantspannungs-Transformator-Einheit 10 nach der Erfindung so hergestellt werden kann, daß sie die Strombegrenzung für die Gleichrichter-Einheit 11 unter den genannten Bedingungen bewirkt, und dabei gestattet, daß sich die Kondensatoren 55 und 56 wirksam und rasch aufladen, ohne die Gleichrichter-Einheiten zu beschädigen. Dies wurde dadurch erreicht, daß die nichtmagnetischen Spalte 32 und 34 des Transformators 13 ganz klein gemacht wurden, beispielsweise in der Größenordnung von 0,020 Zoll (=0,5 mm) jeder. Auf diese Weise ist in dem Transformator genügend induktive Reaktanz verfügbar zur Erzeugung eines begrenzten Stromes bei einem Kurzschluß einer Energie-Einheit, wobei offensichtlich die ungeladenen Kondensatoren 55 und 56 in der Auswirkung einen Kurzschluß der Gleichrichter-Einheit 11 darstellen. Wie aus der Fig. 3 ersehen werden kann, die eine graphische Darstellung der Ausgangs-Gleichspannung an den Klemmen 44 und 45 als Funktion des Dauergleichstromes ist, liefert die Einheit bei 0 Volt Gleichspannung, d. h. bei Kurzschluß, nur 5 Amp., welcher Wert sozusagen 25% größer ist als der Normalstrom. Diesem Stromwert halten die Gleichrichterzellen ohne Beschädigung stand. Wenn die Kondensatoren 55 und 56 geladen werden, wird der diesen über den Gleichrichter zugeführte Strom kleiner und schließlich Null, sofern keine Belastung versorgt wird. Das Vorhandensein der kleinen Luftspalte 32 und 34 beeinträchtigt in keiner Weise die Arbeit des Transformators 13 als Konstantspannungs-Transformator, d. h. der im wesentlichen vorliegende Serien-Resonanzeffekt wird noch mittels des Kondensators 16 aufrechterhalten. Wie aus der Fig. 3 ersehen werden kann, verändert sich die Gleichspannung an den Klemmen 44 und 45 von etwa 51 Volt bei offenem Kreis bis zu ungefähr

48 Volt bei 4 Amp. oder der normalen Dauerbela- an den Klemmen 21 und 22 beobachtet wird, d. h. an

stung. Bei 5 Amp., einer 25°/oigen Überlast, ist die dem Eingang zur Gleichrichter-Einheit 11. Gleichspannung auf etwa 47 Volt abgefallen. Nehmen Es sei darauf hingewiesen, daß die Spannungs-

die Belastungswiderstände weiterhin ab, so daß sich welle an den oberen Teilen der Wellen im wesent-

der Belastungsstrom vergrößert, verändern sich die 5 liehen eher flach als spitz ist, d. h., sie ijrt tatsächlich

Belastungsspannung und der Strom, wie in der gra- eine Rechteckwelle. Wegen dieser Wellenform kön-

phischen Darstellung der Fig. 3 vom Punkt A bis nen die Gleichrichter mit höheren Stromwiprteri ar-

Punkt B dargestellt. Das heißt die nur etwas kleineren beiten infolge der reduzierten angelegten ^iten

Belastungs-Widerstandswerte, die einen etwas ver- spannung.

größerten Stromfluß über 5 Amp. hinaus verursachen, io Die Kurve der Fig. 4 wurde erhalten, als

bewirken, daß die Ausgangsspannung plötzlich absinkt schriebene Einheit eine Dauerbelastung von 4 A

und daß tatsächlich weniger Ampere für verminderte versorgte, wobei der Gesamtkapazitätswert der Ko

Belastungs-Widerstandswerte fließen, bis ein Minimal- densatoren55 und 56 16 000 μ-F und die sinusförmig

strom von 4 Amp. bei Punkt C erreicht ist. Danach effektive Speisespannung an den Klemmen 37 und 38

wächst bei weiter verminderten Belastungswider- 15 115 Volt betrug. Unter diesen Bedingungen maß die

standswerten der Strom erneut an, bis bei Kurzschluß effektive Wechselspannung an den Klemmen 21 und

der Strom 5 Amp. beträgt, welches derselbe Wert ist, 22 43,8 Volt und das Verhältnis von Maximal- zu

bei dem die Spannung plötzlich abzusinken beginnt. Effektiv-Wert betrug ungefähr 1,06, während die

Von der Belastung Null bis hinauf einschließlich Ausgangsgleichspannung an den Klemmen 44 und 45

5 Amp. ist die Regelkurve im wesentlichen flach. 20 gleich 48,0 Volt betrug. Es wurde festgestellt, daß

Obwohl das Gerät, wie beschrieben, mit einer Be- eine Änderung der Kapazitätswerte der Kondensato-Iastungsregelung nach der Fig. 3 befriedigend ar- ren 55 und 56 bis zu einem Gesamtkapazitätswert beitet, ist es nicht wesentlich, daß eine Belastungs- von 2 000 \xF die Gestalt dieser Kurve mit oder ohne regelung wie die dargestellte vorgesehen wird. Der Belastung nicht wesentlich veränderte. Bei Kapazirückläufige Bogen, beispielsweise der Teil der Kurve 25 tätswerten geringer als ungefähr 2 000 μΡ wurde eine ACB, braucht nicht so zu sein, wie er dargestellt ist. Abrundung der oberen Teile der Welle bemerkt, und Es ist von Bedeutung, daß der Kurzschlußstrom einen bei noch kleineren Kapazitätswerten wurde die WeI-Wert besitzt, der sicher durch die Gleichrichter-Zellen lenform wesentlich spitzer. Bei normalen Konstantgeht. Es hat sich als befriedigend erwiesen, daß dieser Spannungs-Transformatoren der in dem vorerwähn-Kurzschlußstrom von derselben allgemeinen Größen- 30 ten USA.-Patent2143 745 beschriebenen Ausführung Ordnung ist wie der Vollast-Dauerstrom. Der flache besitzt das Verhältnis von Maximal- zu Effektiv-Wert Teil der Kurve innerhalb der Normalbelastungsbe- der Ausgangsspannung, wenn der Transformator seine reiche der Einrichtung, wie in der Fig. 3 dargestellt, Nennbelastung versorgt, einen Wert von 1,3. und der Teil der Kurve ACB werden erreicht durch Die besondere beschriebene Einrichtung wurde das Vorhandensein der Kompensationswicklung 19. 35 ferner betrieben unter Fortlassung der Kondensatoren In Fällen, in denen diese Wicklung fortgelassen wurde, 55 und 56, wobei jedoch die effektive Speisespannung kann eine etwas andere Regelkurve erwartet werden, 115 Volt und der ohmsche Belastungswert derselbe obwohl die Regelung über den Normalbelastungs- blieb. Unter diesen letztgenannten Bedingungen maß bereich hinweg im wesentlichen konstant bleibt und die effektive Wechselspannung an den Klemmen 21 der Kurzschlußstrom innerhalb der sicheren Grenzen 40 und 22 43,7 Volt, während die Ausgangsgleichspanliegt. Die regulären Konstantspannungs-Transforma- nung an den Klemmen 44 und 45 40,8 Volt und der toren der allgemeinen beschriebenen Art besitzen der Belastung des gleichen Ohmwertes zugeführte große nichtmagnetische Spalte, die den Spalten 32 Dauerstrom 3,4 Amp. betrug. Es sei darauf hinge- und 34 entsprechen und haben infolgedessen nicht wiesen, daß die Effektiv-Werte der Spannung an den die scharfe abgeschnittene Spannung bei Belastungs- 45 Klemmen 21 und 22 nur leicht differieren, 43,8 im werten, die nicht wesentlich größer sind als die der Vergleich zu 43,7, während die Ausgangsspannung Vollbelastung, wie sie die erfindungsgemäße Einheit wesentliche Unterschiede zeigt, und zwar 48 im Veraufweist. Das Erreichen der Konstantspannungs- gleich zu 40,8 für die beiden Bedingungen einer Geeffekte ebenso wie der scharfe Charakteristik-Knick samtkapazität der Kondensatoren 55 und 56 von zum Schutz der Gleichrichter-Einheiten wird erhalten, 50 16 000 μΡ gegenüber 0 μΡ. Bei einer der Gleichrichterohne die Abmessungen des Transformators zu ver- Einheit zugeführten wesentlich spitzeren Wellenform großem, und ohne Einbau zusätzlicher Einheiten, wie würde diese für einen niedrigeren Leistungswert beSerien-Widerstände oder Filter-Drosseln. messen sein, wenn der Strom der gleiche bliebe wie

Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 55 und 56 zuvor.

sind tatsächlich genügend groß, um als Speicher zum 55 Die Wellenform der Fig. 4, die ein Verhältnis von Versorgen vorübergehender Belastungen zu wirken Maximal- zu Effektiv-Wert von ungefähr 1,06 besitzt, und es so zu ermöglichen, daß die Stoßbelastung ver- wird im wesentlichen als eine Rechteckwelle angesorgt wird, ohne die Dauerbelastung zu beeinflussen. sehen, wobei es sich versteht, daß eine Rechteckwelle Bei der beschriebenen Einheit war die Größe der eine Welle mit einem Verhältnis von Maximal- zu Welligkeit der Gleichspannung derart reduziert, daß 60 Effektiv-Wert zwischen 1 und einem nicht wesentlich ihr Maximalwert ungefähr vier Zehntel von l°/o der größeren Wert als 1,15 ist.

Nennspannung bei voller Belastung betrug. Bei ge- Mit der Wellenform der Fig. 4 an den Klemmen 21

ringeren Werten war die Größe der Welligkeitsspan- und 22 können diese Klemmen als eine Quelle einer

nung herabgesetzt. Die Notwendigkeit, Filterdrosseln Rechteckwellenspannung verwendet werden, wenn

zum Reduzieren der Welligkeit einzubauen, wurde 65 dies gewünscht wird, infolgedessen durch die Erfindung beseitigt. Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Ge-

In der Fig. 4 ist eine Wellenform einer Wechsel- rätes ist der, daß zwei oder mehr Einheiten an ihren

spannung dargestellt, wie sie im tatsächlichen Betrieb Ausgangsklemmen in Serie oder parallel, wie ge-

wünscht, geschaltet werden können, um jeden Betrag der Belastungskapazität zu erhalten. Beispielsweise sind in der Fig. 5 die Klemmen 44 und 45 einer der in der Fig. 1 dargestellten entsprechenden Einheit an die Klemmen 44 α und 45 a einer gleichen Einheit in Serienschaltung angeschlossen dargestellt, um eine gemeinsame Belastung 58 zu speisen. In der Fig. 6 sind entsprechend die Klemmen 44 und 45 einer der in der Fig. 1 dargestellten entsprechenden Einheit an die Klemmen 44 b und 45 & einer gleichen Einheit in Parallelschaltung angeschlossen, um eine gemeinsame Belastung 59 zu versorgen. Für die beschriebenen Beispiele gelten die gewöhnlichen und allgemein verständlichen Regeln zum Verbinden von Gleichstromquellen in Serien- oder Parallelschaltung.

Obwohl die Prinzipien der Erfindung auf Geräte verschiedener Leistung und charakteristischer Werte Anwendung finden können, wurden gewisse Werte einer besonderen Einheit in dieser Beschreibung gegeben. Dies jedoch nur beispielsweise und ohne Beschränkung darauf. Um die Werte der besonderen beschriebenen Einheit zu vervollständigen, sei noch bemerkt, daß die Leistung des Transformators 13 mit 260VA bei einer effektiven Primärspannung an den Klemmen 37 und 38 — 115VoIt betrug, wobei Schwankungen zwischen 100 und 130VoIt zulässig waren. Der Querschnitt des Mittelschenkels 27 war ungefähr 2,19 Quadratzoll (=14,15 cm²), während der Querschnitt eines jeden der beiden Außenschenkel 23 und 24 und eines jeden der beiden Endschenkel 25 und 26 ungefähr 1,875 Quadratzoll (=12,10 cm²) betrug. Der Querschnitt eines jeden der beiden Nebenschlußteile 31 und 33 hatte eine Größe von ungefähr 1,1 Quadratzoll (=7,1 cm²). Die Primärwicklung 14 bestand aus zweihundertfünfzehn Windungen Kupferdraht mit 1,45 mm Durchmesser, während der sekundäre Wicklungsteil 17 aus achthundertfünf Windungen Kupferdraht mit 0,91 mm Durchmesser bestand. Der Belastungswicklungsteil 18 bestand aus neunzig Windungen Kupferdraht mit 1,83 mm Durchmesser und die Kompensationswicklung aus sieben Windungen Kupferdraht mit 1,83 mm Durchmesser. Die Kernbleche bestanden aus kalt gewalztem Transformatorstahl Kaliber 24 (US-Standard — Dicke 0,635 mm). Der Wert des Kondensators 16 betrug 4 μΚ

Beim Betrieb mit 115 Volt Spannung an der Primärwicklung lag an dem Kondensator 16 eine Spannung von 638 Volt bei fehlender Belastung und 610 Volt bei voller Belastung.

Ein nach der Erfindung gebautes Gerät besitzt den weiteren Vorzug einer verbessertenFrequenzansprache im Vergleich zu anderen bekannten Geräten. Die besondere beschriebene Einheit besaß eine Veränderlichkeit von l,3^fl/o der Ausgangsspannung bei 1% Frequenzänderung.

Obwohl besondere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, da viele Modifikationen vorgenommen werden können; es ist daher beabsichtigt, durch die anhängenden Patentansprüche alle solche Modifikationen als in den Bereich und unter den Grundgedanken der Erfindung fallend zu umfassen.

Claims (4)

Patentansprücher

1. Elektrisches Energieversorgungsgerät zum Anschluß an ein Wechselstromnetz vorherbestimmter Spannung und Frequenz mit einem Transformator, an dem sekundärseitig ein Kondensator so angeschlossen ist, daß er mit einem Teil der Sekundärwicklung des Transformators dem Wesen nach einen Serienresonanzkreis bildet, der einer Parallelschaltung eines Gleichrichters mit einem zweiten Kondensator eine Eingangsleistung zuführt, an dessen Ausgang die Belastung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwiderstand der Sekundärwicklung des Transformators und des Gleichrichters klein ist, so daß ein in vorherbestimmter Weise durch die hohe Reaktanz des Transformators begrenzter Strom fließen und. den zweiten Kondensator laden kann, der eine genügend große Kapazität besitzt, um zu bewirken, daß die Eingangsspannung am Gleichrichter im wesentlichen Rechteckwellenform aufweist, die weniger korrigierende Regelung erfordert.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß die hohe Reaktanz des Transformators mittels eines zwischen der Primär- und der Sekundärseite angeordneten magnetischen Nebenschlusses hohen magnetischen Widerstandes erhalten wird.

3. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstabilität mittels einer Kompensationswicklung erhalten wird, die mit der Primärwicklung stark verkoppelt ist und in einem Sinne gewickelt ist, daß Spannungserhöhungen entgegengewirkt wird, wenn sich die Eingangsspannung erhöht.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklung in den Stromkreis mit dem Belastungswicklungsteil (18) geschaltet ist, wobei ein Ausgangskreis mit den Lastanschlüssen (21-22) gebildet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 644 325, 930 885;
schweizerische Patentschrift Nr. 180 783:
Fr. Bauer, »Der Kondensator in der Starkstromtechnik«, Verl. v. J. Springer, Berlin (1934), S. 190.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen