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Anordnung mit magnetischem Spannungsgleichhalter Für viele Zwecke
der Technik braucht man eine möglichst konstante Spannung, z. B. für die Stromversorgung
von Meß- und Prüfanlagen, für die direkte Speisung. von Fernmelde- und Signalanlagen
aus dem Wechselstromnetz über Gleichrichter, für die Ladung und Dauerladung von
Batterien aller Art. Bei Batterieladung oder Dauerladung verursacht eine geringe
Netzspannungsänderung eine prozentual wesentlich größere Änderung des Lade- bzw.
des Dauerladestromes, so daß ein SpannungsgleichhaIter, der vor ein Batterie- bzw.
Dauerladegerät geschaltet wird, besonders genau arbeiten muß.
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Es sind verschiedene Arten von Reglern zum Ausgleich von Netzspannungsschwankungen
bekanntgeworden, von denen der magnetische Spannüngsgleichhalter für kleinere Leistungen
hauptsächlich angewandt wird. Ein solcher bisher bekannter magnetischer Spannungsgleichhalter
besteht aus einem hochgesättigten Transformator, der durch einen parallelgeschalteten
Kondensator auf Resonanz mit der Netzfrequenz abgestimmt ist, und in Reihe geschaltet
mit diesem Ganzen liegt eine ungesättigte Drossel, die meist mit Luftspalt ausgeführt
wird und einen Teil der Netzspannung sowie die Netzspannungsschwankungen aufzunehmen
hat.
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Die geregelte Spannung wird von dem gesättigten Transformator direkt,
d. h. in Sparschaltung oder transformatorisch abgenommen. Um roch verbleibende Spannungsschwankungen
auszugleichen, wird von der ungesättigten Drossel eine Teilspannung abgenommen und
gegengeschaltet.
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Mit dem bisher bekannten Spannungsgleichhalter lassen sich bei geeigneter
Bemessung relativ enge Spannungsgrenzen einhalten, doch hat dieser den Nachteil,
daß die Ausweitung des Regelbereiches nach oben und unten durch das Auftreten von
Kippstellen behindert wird, an denen sich die Kennlinie sprunghaft ändert. Damit
eine günstige Regei_kenn-Linie erreicht wird, ist es üblich, den. parallel zu dem
gesättigten Transformator liegenden Kondensator durch einen Serienwiderstand zu
bedampfen, um das Auftreten wilder Schwingungen zu verhindern. In diesem Widerstand
entstehen jedoch- beträchtliche Verluste, die zu einer Verschlechterung des Spannungsgleichhalter-Wirkungsgrades
führen.
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Wird der Widerstand weggelassen, so ergibt sich eine starke Einengung
des Regelbereiches nach oben und unten.
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Auch ist es bekannt, Filterkreise, bestehend aus einem Kondensator
mit einem in Serie geschalteten Widerstand, parallel zum Ausgang des Konstanthalters
oder in einem getrennten Stromkreis vorzusehen, um Verzerrungen der Kurvenfoim,
d. h. Abweichungen von der Sinusform auszugleichen, wobei ebenfalls beträchtliche
zusätzliche Verluste entstehen.
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Es wurde auch vorgeschlagen, am Ausgang des Konstanthalters Filterkreise
vorzusehen, bestehend aus Kondensatoren mit in Reihe geschalteten Luftspaltdrosseln,
wobei Spannungsresonanzkreise entstehen, die auf die dritte, gegebenenfalls auf
die fünfte usw. Harmonische abgestimmt sind und in denen die Oberwellen vernichtet
werden.
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Diese Schaltungen erfordern zwingend zusätzliche Schaltmittel in Form
eines Widerstandes oder einer Drossel, so daß dadurch die Herstellung eines Konstanthalters
verteuert wird. Auch treten in dem Zusatzwiderstand, bzw. in der Drossel zusätzliche
Verluste auf, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führen. Schließlich
ist im letzteren Fall ein aufgeteilter, d. h. aus mehreren parallelgeschalteten,
kleineren Kondensatoren bestehender Kondensator teurer als ein einziger größerer
Kondensator gleicher Gesamtkapazität.
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Gegenstand des Hauptpatents 976 289 ist ein magnetischer Spannungskonstanthalter
zur Konstanthaltung von Wechselspannungen,. mit dem die aufgezählten Nachteile der
bisher bekannten Spannungsgleichhalter vermieden werden. Mit diesem erfindungsgemäßen
Spannungsgleichhalter läßt sich ein wesentlich größerer Bereich, insbesondere im
Bereich der Unterspannungen ausregeln, ohne daß ein Umspringen der Kennlinie oder
wilde Schwingungen auftreten. Die-neue Schaltung enthält einen stark gesättigten
Transformator, einen ungesättigten Transformator und einen Kondensator. Die Bestandteile
der Schaltung sind also die gleichen wie bei der bisher
bekannten
magnetischen Spannungsgleichhalterschaltung, jedoch sind sie in anderer Weise zusammengeschaltet,
wodurch der erfindungsgemäße Vorteil erzielt wird. Die beiden Transformatoren sind,
wie üblich, primär hintereinandergeschaltet. Der Kondensator liegt jedoch erfindungsgemäß
an einer Serienschaltung der Primärwicklung des gesättigten Transformators bzw.
einer in Sparschaltung veränderten entsprechenden Wicklung und einer elektrisch
von den übrigen Wicklungen isolierten Sekundärwicklung des ungesättigten Transformators,
ohne Einschaltung zusätzlicher Schaltelemente, also unter Vermeidung einer Zusatzdrossel
oder eines Zusatzwiderstandes. Die am Kondensator liegende Wechselspannung ist nahezu
konstant, also auch der den Kondensator durchfließende Strom. Im Eisenkern des ungesättigten
Transformators wird der resultierende Magnetfluß durch zwei Stromkomponenten erregt,
und zwar erstens durch die stärk mit den Netzspannungsschwankungen veränderliche
Primärkomponente und zweitens durch den nahezu gleichbleibenden Kondensatorstrom.
Beide Stromkomponenten liegen nicht in Phase, sondern schließen einen mit der Größe
der Netzspannungsschwankungen veränderlichen Phasenwinkel ein. Bei unbelastetem
Spannungsgleichhalter addieren sich die Augenblickswerte der Amperewindungen beider
Teilkomponenten zu den für den ungesättigten Transformator wirksamen resultierenden
Amperewindungen.
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Der Kondensator hat eine solche Größe, daß er den Blindstrom der Gesamtschaltung
zu kompensieren vermag.
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Er erfüllt in dieser neuen Schaltung, wie bereits in der Hauptanmeldung
beschrieben, drei Aufgaben: Erstens wirkt er zusammen mit der isolierten, entsprechend
bemessenen Sekundärwicklung des ungesättigten Transformators als Gegenkopplung,
so daß die Neigung des gesättigten Transformators zu wilden Schwingungen praktisch
beseitigt wird. Hierbei hat sich aus Versuchen als günstige Bemessungsregel ergeben,
daß der Effektivwert der vom ungesättigten Transformator abgegriffenen Spannung
kleiner sein soll als die Hälfte der vom gesättigten Transformator für den Kondensatorstromkreis
abgegriffenen Spannung.
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Zweitens wird durch den Kondensator eine Phasendrehung der am ungesättigten
Transformator aufgetretenen Spannung erzielt, so daß sich eine günstigere Regelkennlinie
und ein größerer Regelbereich im Vergleich zu einer gleich großen Drossel bei der
bisher bekannten Regelanordnung ergibt. _ Drittens liefert der Kondensator den Blindstrom'
für die gesamte Schaltung, so daß dem Netz nur ein kleiner Strom entnommen wird.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Kondensator wesentlich größer ge-Wählt wird,
als er sein müßte, um nur den von dem gesättigten Transformator erzeugten Blindstrom
allein zu kompensieren.
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Bei dieser neuen Schaltung ergibt sich also mit einem verminderten
Aufwand an Schaltelementen der Vorteil eines höheren Wirkungsgrades und eines größeren
Regelbereiches. Schließlich wird auch ausreichende Oberwellenfreiheit für die eingangs
er-=wähnten- Verwendungszwecke erreicht. Mit dieser Anordnung wird ferner eine besonders
genaue Regelung erzielt; sie ist daher für den Aufbau von Batterie-Dauerladegeräten
mit konstanter Spannung, besonders geeignet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann der Spannungsgleichhalter
auch in Sparschaltung verwendet werden, wenn eine geregelte Spannung in der Größenordnung
der nominellen Netzspannung bzw. in Sparschaltung veränderter Größe abgenommen werden
soll. Hierbei wird die konstante Wechselspannung in Sparschaltung von dem gesättigten
Transformator unter Hinzufügung einer Teilspannung von dem ungesättigten Transformator
abgenommen.