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Drossel mit Gleichstromvormagnetisierung zur Regelung der Impedanz
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drossel mit Gleichstromvormagnetisierung
zur Regelung der Impedanz.
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Es sind bereits Drosseln mit Gleichstromvormagnetisierung zur Regelung
der Impedanz bekannt, die aus einem dreischenkligen Magnetsystem bestehen, welches
aus zwei zweischenkligen Magnetsystemen symmetrisch zusammengesetzt ist, wobei zur
Bildung des Mittelschenkels je ein Schenkel des einen Magnetsystems längsseitig
mit dem Schenkel des anderen Magnetsystems unter Zwischenschaltung einer aus einem
elektrisch isolierenden und relativ wenig permeablen Material bestehenden Platte,
Schicht od. dgl. aneinanderstößt.
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Bei diesen bekannten Drosseltypen ist die Gleichstromwicklung auf
dem zusammengesetzten Mittelschenkel vorgesehen, während die Wechselstromwicklungen
auf beiden seitlichen Außenschenkeln des dreischenkligen Systems aufgebracht sind.
Die Anordnungen zweier Wechselstromwicklungen hat den Nachteil, daß der Impedanzbereich
eingeschränkt wird, weil das Verhältnis L/R durch die Anordnung zweier Wechselstromwicklungen
verkleinert wird, so daß der Abstand zwischen den Extremalwerten der Impedanz durch
den Ohmschen Widerstand stark eingeschränkt wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung der genannten Nachteile
und gestattet die Erzielung eines großen Impedanzbereiches und einer großen Steilheit
der Steuercharakteristik. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in an
sich bekannter Weise die einzige Wechselstromwicklung auf den Mittelschenkel des
dreischenkligen Magnetsystems aufgebracht und an einen einphasigen Wechselstromkreis
angeschlossen ist und daß die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen auf den beiden
zweischenkligen Magnetsystemen so geschaltet sind, daß die Vormagnetisierungsflüsse
in den beiden Teilschenkeln des Mittelschenkels entgegengesetzt zueinander verlaufen.
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Es ist zwar an sich bekannt, bei nicht zusammengesetzten Magnetsysemen
die einzige Wechselstromwicklung auf dem Mittelschenkel anzuordnen. Diese Maßnahme
hat jedoch bei diesen bekannten Drosseln die entgegengesetzte Wirkung als beim Erfindungsgegenstand.
Während beim Erfindungsgegenstand in den beiden Schenkelteilen des Mittelschenkels
eine Vormagnetisierungs stattfindet und der durch den Gleichstrom erzeugte Vormagnetisierungsfluß
des einen Schenkelteils nicht durch den entgegengesetzten gleichstromerzeugten Magnetfluß
des anderen Schenkelteils beeinflußt wird, heben sich bei den bekannten nicht zusammengesetzten
dreischenkligen Magnetsystemen die Gleichstromvormagnetisierungsflüsse ohne Rücksicht
auf die Größe des Vormagnetisierungsstromes auf, so daß ein erheblicher Magnetisierungsstrom
erforderlich ist, bis überhaupt die Permeabilität des Kreises geändert wird. Hierdurch
ergibt sich ein. geringer Abstand zwischen Minimal-und Maximalwert der Impedanz,
also ein kleiner Regelbereich und eine geringe Steilheit der Steuercharakteristik.
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Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles
veranschaulicht.
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Fig.1 ist ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Drossel; Fig.2
ist ein Schnitt durch eine Wechselstromwicklung, die auf dem zusammengesetzten zentralen
Schenkel aufgespult ist, der aus zwei Teilschenkeln zusammengesetzt ist, welche
durch eine Isolierschicht getrennt sind; Fig.3 stellt einen Schnitt durch zwei gleiche
Wechselstromwicklungen dar, die auf zwei getrennten Schenkeln zweier magnetischer
Kreise aufgespult sind, wobei die beiden Wicklungen der Wicklung gemäß Fig. 2 wirkungsmäßig
entsprechen; Fig.4 zeigt ein Schaltschema einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Sättigungsdrossel.
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In Fig. 1 ist eine Wechselstromquelle veranschaulicht, als welche
ein übliches Wechselstromnetz dienen kann. An die Klemmen A und
B des Netzes
ist die Primärwicklung 1 eines Transformators
2 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 3 über ein Gleichrichteraggregat 4 einen
Gleichstromkreis speist. Die Gleichrichter sind nach Art einer Wheatstone-Brücke
geschaltet. Der regelbare Widerstand 7 dient zur Regelung des Vormagnetisierungsstromes,
der durch die hintereinandergeschalteten Wicklungen 5 und 6 fließt. Die beiden den
Vormagnetisierungsstromkreis bildenden Wicklungen 5 und 6 sind auf den Jochstücken
8 und 9 der Magnetsysteme 10 und 11 aufgespult, deren Schenkel 12 und 13 unter Zwischenschaltung
einer Platte 14 aneinandergefügt sind, welche aus einem elektrisch isolierenden
und nichtpermeablen Material besteht.
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Die Wicklung 15 wird mit den Anschlüssen C und D in den Wechselstromkreis
eingeschaltet, dessen Leistung geregelt werden soll. Die Wicklung 15 ist auf den
aus den Schenkeln 12 und 13 gebildeten zentralen Schenkel aufgespult.
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Wie schon im vorstehenden erläutert, sind die beiden Wicklungen 5
und 6 in Serie geschaltet, wobei der ausgangsseitige Anschluß 16 der ersten Wicklung
mit dem eingangsseitigen Anschluß 17 der zweiten Wicklung verbunden ist und der
in den Schenkeln 12 und 13 sich ergebende Vormagnetisierungsfluß in zueinander entgegengesetzten
Richtungen erzeugt wird, wie dies durch die Pfeile in der Fig. 1 angedeutet ist.
Der durch den Wechselstrom in der Wicklung 15 erzeugte magnetische Wechselfluß hat
hingegen in den Schenkeln 12 und 13 dieselbe Richtung. Die magnetische Sättigung
in den beiden aneinandergefügten Magnetsystemen findet längs der ganzen Ausdehnung
der magnetischen Kreise statt, so daß auch in den Schenkeln 12 und 13 eine Sättigung
eintritt, während die beiden Wechselstromkomponenten, welche in den Wicklungen 5
und 6 durch den Wechselfiuß infolge des Stromdurchganges durch die Wicklung 15 induziert
werden, sich im Stromkreis 18, der zum Gleichrichteraggregat 4 führt, gegenseitig
aufheben.
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Das in Fig.4 veranschaulichte Schaltschema entspricht wirkungsmäßig
genau dem Schaltschema der Fig. 1. Die Bezugsziffern für die verschiedenen Teile
sind beibehalten worden, wobei lediglich die beiden Vormagnetisierungswicklungen
mit den Bezugsziffern 5 a und 6 a an Stelle der Bezugsziffern 5 und 6 in
Fig. 1 und die Wechselstromwicklung mit der Bezugsziffer 15a an Stelle der
Bezugsziffer 15 in Fig. 1 bezeichnet worden ist.
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Bei der veranschaulichten Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 sind die
Wicklungen 5a und 6a nicht auf beiden Jochstücken 8 und 9 der Magnetkreise
10 und 11, sondern auf den äußeren Schenkeln 19 und 20
der beiden
Magnetsysteme aufgespult. Die drei Wicklungen 5'a, 6 a und 15a erstrecken sich längs
der ganzen Höhe der Schenkel 19, 20 und des zusammengesetzten Mittelschenkels, der
aus den beiden Schenkeln 12 und 13 sowie der diese beiden Schenkel voneinander isolierenden
Schicht 14 besteht. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 füllt die Wicklung
15a nicht den gesamten Zwischenraum zwischen dem Mittelschenkel und den Außenschenkeln
aus, weil ein Teil dieses Zwischenraumes nunmehr von den Wicklungen 5a und 6a eingenommen
wird.
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Der Ohmsche Widerstand der Wicklung 15 ist für eine gegebene Anzahl
von Windungen, die durch den maximal zulässigen Strom sowie die freien Zwischenräume
21 und 22 (Fig. 1) bestimmt ist, proportional der mittleren Länge der Wicklung,
d. h. dem Mittelwert aus den Längen der innersten und äußersten Windungen. Um den
Ohmschen Widerstand der Wicklung 15 mit dem Ohmschen Widerstand der beiden kreisförmigen
Wicklungen gemäß Fig.3 zu vergleichen, genügt es, die Länge der mittleren Windung
25 der Fig. 2 mit der Summe der Längen der mittleren Windungen 26 und
27 der beiden Wicklungen gemäß Fig. 3 zu vergleichen.
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Wie ersichtlich, weist die Windung 25 eine im wesentlichen ovale Gestalt
auf, die sich aus den beiden kreisförmigen Stücken, die denselben Durchmesser wie
die Spiralen 26 und 27 haben, sowie aus den geradlinigen Stücken 28 und 29 zusammensetzt,
deren Länge von den beiden benachbarten Querschnitten 32 und 33 der Schenkel 12
und 13, die noch durch die Isolierplatte 14 getrennt sind, bestimmt wird.
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Beim Vergleich der beiden Fig. 2 und 3 ist weiterhin ersichtlich,
daß der Abstand der Querschnittskante 30 von der Kante 31 geringer
ist als die halbe Länge der mittleren Windung 26. Folglich wird der Ohmsche Widerstand
der erfindungsgemäßen Drosselspule proportional dem Verhältnis der Länge der mittleren
Windung 25 zu der Summe der Längen der mittleren Windungen 26 und 27 reduziert,
woraus sich ergibt, daß der Ohmsche Widerstand der Wicklung 15 nur zwei Drittel
des Ohmschen Widerstandes der beiden Wicklungen gemäß Fig. 3 beträgt.
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Das Verhältnis L/R wird also in dem Maße verbessert, wie der Ohmsche
Widerstand der Wicklung des Wechselstromkreises vermindert wird. Die Verminderung
des Ohmschen Widerstandes führt, wie schon erwähnt, zugleich zu einer Vergrößerung
des mit dem Regelwiderstand 7 überstrichenen Regelbereiches der Impedanz Z der Selbstinduktion
und der Impedanz des Stromkreises. Die Leistung kann somit in einem Verhältnis 5
: 1 geändert werden, was bisher nicht durchführbar war, wenn nicht für die verschiedenen
gewünschten Leistungsbereiche am Transformator besondere Anzapfungen und Umschaltorgane
vorgesehen sind.
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An Stelle der Wheatstone-Brückenschaltung der Gleichrichter 4 ist
es auch möglich, die magnetischen Kreise mittels eines gleichgerichteten Stromes
zu sättigen, wobei es gleichgültig ist, welche Gleichrichterschaltung verwendet
wird.
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Außerdem kann ein Glättungskondensator an den Anschlüssen für die
Vormagnetisierungswicklungen vorgesehen sein, um noch die restlichen Ungleichmäßigkeiten
des gleichgerichteten Stromes zu beseitigen.