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Steuerbares Gleichrichtergerät mit geregelter Konstantstromcharakteristik
für den Betrieb von Bogenlampen Für den Betrieb von Kinobogenlampen, insbesondere
Xenon-Projektionslampen, werden an die Gleichrichterversorgungsgeräte besondere
Anforderungen gestellt. Die Leerlaufspannung dieser Geräte muß etwa den drei- bis
vierfachen Wert der Betriebsspannung, d. h. der Lampenbrennspannung, aufweisen.
Ferner muß der Lampenstrom, über den Nutzregelbereich, meist im Verhältnis 1: Z,
stetig regelbar sein.
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Für die Erfüllung dieser Forderungen sind Geräteanordnungen mit fogendem
Aufbau bekanntgeworden: Ein Dreiphasenübertrager, der den Versorgungsgleichrichter
in Drehstrombrückenschaltung speist, setzt die Netzspannung auf die Lamenleerlaufspannung
herab. Zur Erreichung der Stromabhängigkeit der Lampenspannung werden in die netzseitigen
Zuführungsleitungen des Dreiphasenübertragers Drosseln geschaltet, die bei Belastung
einen solchen Spannungsabfall verursachen, daß an der Lampe die Brennspannung ansteht.
Der sich dabei einstellende Brennstrom muß regelbar sein. Eine solche Regelung läßt
sich erreichen, wenn man bei den erwähnten Vordrosseln solche mit veränderlicher
Selbstinduktion verwendet. Die Änderung der Selbstinduktion einer Eisenkemdrossel
ist dadurch möglich, daß man sie durch einen Gleichstrom vormagnetisiert und damit
den Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie in das Sättigungsgebiet, d. h.
in ein Gebiet geringerer Steilheit, verschiebt. Derartige gleichstromvormagnetisierte
Drosseln sind als Transduktordrosseln bekannt.
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Es ist weiter bekannt, zur Kompensation der in die Gleichstromsteuerwicklung
induzierten Wechselspannung zwei Drosseln je Phase, also bei einer Drehstromanordnung
insgesamt sechs Drosseln, zu verwenden.
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Es ist auch bekannt, daß die Lastwicklung gleichzeitig als Steuerwicklung
benutzt werden kann. Jedoch ist dieses wegen der erwähnten Kompensation immer nur
bei einer Drossel eines Drosselpaares möglich. Darum verwendet man aus Symmetriegründen
zwei Drosseln mit gleichem Wicklungsaufbau, also beide mit getrennten Gleichstromsteuerwicklungen,
obwohl dafür zusätzlicher Wickelraumquerschnitt erforderlich ist, der sich nur auf
Kosten des verwendeten Drahtquerschnitts verringern läßt, welcher wiederum auf die
aufzubringende Steuerleistung eingeht.
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Im Lastfalle stellt der nachgeschaltete Übertrager in erster Näherung
einen Wirkwiderstand dar, der zum Drosselwiderstand vektoriell addiert werden muß.
Bei den hier vorliegenden Verhältnissen ist der Absolutwert der Spannung an der
Drossel nur wenig geringer als die Netzspannung. Das macht eine relativ hohe Selbstinduktion
notwendig und bedingt, will man unterhalb der magnetischen Sättigung bleiben, einen
großen Eisenkern. Die in der Praxis allgemein verwendeten Transduktordrosseln nutzen
die Magnetisierungskennlinie dadurch besser aus, daß sie den Arbeitspunkt durch
Gleichstromvormagnetisierung in den negativen Knick der Magnetisierungskennlinie
legen und dann mit einer Halbwelle der Vormagnetisierung bis in die gegenüberliegende
Sättigung hineinsteuern. Durch Verschieben des Arbeitspunktes mit Hilfe der Vormagnetisierung
ist hierbei eine Regelung möglich. Derartige Anordnungen verlangen aber ebenfalls
pro Halbwelle eine Drossel, d. h. pro Phase zwei.
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Für magnetische Spannungskonstanthalter sind Schaltungen bekanntgeworden,
die eine feste Vordrossel besitzen, während der nachgeschaltete übertrager in der
Nähe seiner Sättigung arbeitet. Hierbei kommt man bei der Gleichstromvormagnetisierung
einer Drehstromübertrageranordnung ohne zusätzlichen Aufwand für die Wechselspannungskompensation
aus, wenn die Gleichstromvormagnetisierungswicklungen im Dreieck geschaltet werden.
Die Summe der induzierten Wechselspannungen ist für jede der drei möglichen Trennstellen
der Dreieckschaltung Null.
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In eine solche Trennstelle 1'äßt sich der Steuergleichstrom einspeisen.
Die im Dreieck geschaltete Lastwicklung eines Drehstromübertragers läßt sich mit
dieser Schaltung jedoch nicht ohne weiteres als gleichzeitige Steuerwicklung ausnutzen,
weil hierbei der Laststrom mindestens einer Phase über die Steuergleichstromquelle
fließen müßte, die, verglichen
mit dem Innenwiderstand des Übertragers,
einen erheblichen Widerstand darstellt.
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Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß die Stromregelung
durch Gleichstromvormagnetisierung eines Drehstromübertragers in der Weise erfolgt,
daß die im Dreieck geschalteten Primärwicklungen der Übertrager zugleich als Steuerwicklungen
für den Vormagnetisierungsgleichstrom dienen und den Primärwicklungen Festdrosseln
vorgeschaltet sind. Zur Trennung des Gleich- und Wechselstromkreises werden gepolte
Niedervoltelektrolytkondensatoren verwendet, die ihre Polurig durch die Vormagnetisierung
erhalten.
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Wird nun über die erwähnte Trennstelle in die Drehstromübertrageranordnung
ein Gleichstrom eingespeist, verschiebt dieser den Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskenndinie
dieser Übertrager in Gebiete geringerer Steilheit, d. h., deren Induktivität wird
kleiner, und es fließt ein zusätzlicher Blindstrom, der an den Vordrosseln einen
zusätzlichen Spannungsabfall verursacht. Damit wird auch die Klemmenspannung an
der erwähnten Drehstromübertrageranord'nung geringer und damit deren Ausgangsspannurig
und Ausgangsstrom. Um zu erreichen, da.ß beim Verlöschen der Lampe wieder die volle
Leerlaufspannung an den Lampenklemmen ansteht, ist die Erzeugung des Vormagnetisierungsgleichstromes
lastabhängig ausgeführt. Der Gleichrichter, der diesen Gleichstrom abgibt, wird
aus der Differenzspannung einer auf einen Übertrager der Drehstromanordnung zusätzlich
aufgebrachten Wicklung und einer Wicklung eines an der gleichen Phase direkt am
Netz liegenden Übertragers gespeist. Diese Anordnung ist so ausgeführt, daß die
Differenzspannung im Leerlauf Null ist. Es fließt also dann auch kein Vormagneti-
; sierungsstrom. Zündet die Lampe und kommt dadurch der Laststrom zum Fließen, sinkt
durch den Spannungsabfall an den Vordrosseln die Spannung an der Drehstromübertrageranordnung
und damit auch die Spannung an der erwähnten zusätzlichen Wicklung. .Die Differenzspannung
ist jetzt nicht mehr Null. Der dadurch fließende Strom dient nach Gleichrichtung
über einen Handregler zur Vormagnetisierung.
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Wechsel- und Gleichstrommagnetisierung addieren sich in der einen
Halbwelle des Wechselstromes, in der anderen subtrahieren sie sich. Dadurch stehen
bei entsprechender Gleichstromvormagnetisierung am Gleichrichterausgang für die
Halbwellen verschieden große Spannungen zur Verfügung. Das heißt, der Gleichrichter
geht vom Sechsphasen- in. den Dreiphasenbetrieb über. Die dadurch bedingte Verschlechterung
des Siebfaktors kann durch entsprechende Bemessung der in den Ausgang geschalteten
Siebdrossel ausgeglichen werden. Der Drahtquerschnitt dieser Drossel wird so bemessen,
daß auch der maximale Strom (am oberen Ende des Regelbereichs) die zulässige Erwärmung
noch nicht überschreitet, während der Luftspalt so bemessen wird, da.ß der Arbeitspunkt
an der unteren Grenze des Regelbereichs im Gebiet größter Steilheit der Magnetisierungskennlinie
liegt und die Drossel somit eine optimale Selbstinduktion erhält, was zugleich einen
optimalen Siebfaktor bedeutet. Beim Heraufregeln sinkt mit größer werdendem Laststrom
die Selbstinduktion durch die entsprechend größere Vormagnetisierung der Drossel.
Die hiermit bedingte Verschlechterung des Siebfaktors wird jedoch dadurch ausgeglichen,
daß der Gleichrichter in den Sechsphasenbetrieb übergeht, was eine Verbesserung
des Siebfaktors bedeutet. Auf diese Weise erreicht man einen nahezu konstanten Siebfaktor
über den ganzen Regelbereich bei optimaler Ausnutzung der Siebdrossel.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
näher erläutert.
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Die Abb.1 zeigt die Schaltung. Vor den primär im Dreieck geschalteten
Übertragern 9, 10 und 11 liegt netzseitig in den drei Phasen je eine Festdrossel
l bis 3, die sich durch einen Luftspalt günstig bemessen lassen. Die Drosseln. können
auch in einer dreischenkligen Drehstromdrossel vereinigt werden. Die Dreieckverbindung
der Übertrager ist an einer Stelle unterbrochen und durch einen Kondensator 7 für
den Wechselstrom überbrückt. Sein kapazitiver Widerstand ist sehr klein gegenüber
dem Widerstand, den die Primärwicklung des Übertragers bei Belastung darstellt.
Zur Verwendung kommt ein Niedervoltelektrolytkondensator mit großer Kapazität. Paralled
zu diesem Kondensator liegt eine regelbare Gleichspannungsquelle, bestehend aus
dem übertrager 4, dem Gleichrichter 12 und dem Regler 8, deren Gleichstrom durch
die Primärwicklungen der Übertrager fließt. Zwischen der Vordrossel 1 und dem übertrager
9 liegt der Kondensator 5 und zwischen der Vordrossel 2 und dem Übertrager 10 liegt
der Kondensator 6, die verhindern sollen, daß Teilströme der erwähnten Gleichspannung
über das Netz fließen. Der durch die Primärwicklung der Übertrager fließende Gleichstrom
verursacht für diese eine Vormagnetisierung, die den Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie
in Gebiete geringerer Steilheit verschiebt. Dieses bedeutet eine Herabsetzung der
Primärinduktivität der Übertrager und damit eine Vergrößerung des Magnetisierungsstromes.
Dieser induktive Strom hat eine Änderung des Phasenwinkels zwischen der Spannung
an den Drosseln und der Spannung an den Übertragern zur Folge. Im nicht vormagnetisierten
Zustand ist dieser nahezu 90°. Mit zunehmender Vormagnetisierung ändert er sich
gegen 0°.
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Die Abb. 2 zeigt das Vektordiagramm eines ausgeführten Beispiels.
Darin entsprechen für die Hauptspannurigen 0,5 mm @ 1 V, für die Steuer- und Hilfsspannungen
5 mmA 1 V. Aus Gründen der Deutlichkeit sind sie nicht im gleichen Maßstab gezeichnet.
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Die Abb. 3 gibt die dazugehörigen Meßpunkte an. Daraus ersieht man,
daß durch die erwähnte Phasendrehung die übertragerspannung geringer wird und somit
den gewünschten Regeleffekt verschafft. Eine Verringerung der Überspannung bedeutet
zugleich eine Abnahme des Laststromes. Das heißt, mit einer Zunahme der Magnetisierung
des Übertragers ist eine Abnahme des Wirkstromes verbunden. Ein Umstand, der der
erforderlichen Phasendrehung während des Regelvorganges entgegenkommt. Wie Diagramm
Abb.2 zeigt, nimmt der Spannungsabfall Tiber die Drosseln und damit der durch sie
hindurchfließende Strom bei voller Vormagnetisierung sogar noch etwas ab.
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Die erwähnte Lastabhängigkeit der Vormagnetisierung wird durch folgende
Schaltungsmaßnahme erreicht: Der Übertrager 11 trägt eine Wicklung 17, die eine
kleine Wechselspannung abgibt. An der gleichen Phase liegt ein. weiterer übertrager
4, der die gleiche Spannung aufweist, die die vorgenannte
Wicklung
17 im Leerlauf, also bei nicht gezündeter Lampe, abgibt. Diese Wicklungen sind so
geschaltet, daß ihre Spannungsdifferenz an den Klemmen des Gleichrichters 12 erscheint.
Bei Zündung der Lampe sinkt die vom Hauptübertrager 11 herrührende Spannung entsprechend
dem Verhältnis Leerlaufspannung zu Betriebsspannung ab. Die Differenzspannung steht
nach Gleichrichtung für die Vormagnetisierung zur Verfügung. Der Vormagnetisierungsstrom
kann durch den Regler 8 stetig eingestellt werden. Bei Verlöschen der Lampe wird
auch die Vormagnetisierung Null.
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Die vorgenannte Schaltung hat gegenüber den bisher für derartige Anwendungszwecke
bekanntgewordenen folgende Vorteile: Als Vordrossel ist je Phase nur eine aus genormtem
Dynamoblech und Normschnitten mit je nur einer Wicklung erforderlich. Besondere
Blechsorten sind nicht notwendig. Maßnahmen zur Kompensation der in der Vormagnetisierungswicklung
induzierten Wechselspannung entfallen.
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Durch Einspeisen des Vormagnetisierungsstromes in die Drehstromdreieckschaltung
entfällt auf den Übertragerkernen eine besondere Steuerwicklung. Der sonst notwendige
Fensterquerschnitt kann voll für Lastwicklungen ausgenutzt werden. Dadurch ergibt
sich eine günstige Ausnutzung des Übertragers bei Verwendung von Normschnitten.
Durch Ausnutzung der Primärwicklung mit ihrem relativ starken Querschnitt als Steuerwicklung
ergibt sich ferner eine geringe Steuerleistung.
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Als Trennkondensatoren 5 bis 7 können gepolte Niedervoltelektrolytkondensatoren
Verwendung finden, die ihre Polung durch die Steuergleichspannung erhalten. Ihre
Größe ist so zu bemessen, daß überlagerte Wechselspannung keine größere Falschpolung
als die zulässige von 2 V ergibt. Kondensator 7 dient zugleich als Siebkondensator
für die Steuerspannung.
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Dadurch, daß mit zunehmendem Steuerstrom der Sekundärstrom der Übertrager
abnimmt, während der Primärwechselstrom nahezu gleichbleibt, kompensieren sich die
einzelnen für die Erwärmung der Übertrager verantwortlichen Größen gegeneinander,
während bei vormagnetisierten Drosseln mit Ansteigen des Steuerstromes auch ein
Ansteigen des Laststromes verbunden ist, was für die Dimensionierung bezüglich Wärmeabfuhr
ungünstiger ist. Als Lastgleichrichter 13 wird ein Drehstrombrückengleichrichter
verwendet, um eine zusätzliche Gleichstromvormagnetisierung wie z. B. bei Einweggleichrichtern
zu vermeiden.
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Die ausgangsseitige Siebkette zur Herabsetzung der Restwelligkeit
des Lampengleichstromes besteht aus den Kondensatoren 14 und 16 und der Siebtrommel
15.