DE1254238B - Dreiphasenspannungsgleichhalter - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H02j
Deutsche Kl.: 21 d2 - 42/01
Nummer: 1254 238
Aktenzeichen: K 46026 VIII b/21 d2
Anmeldetag: . 28. Februar 1962
Auslegetag: 16. November 1967
Die Erfindung betrifft einen Dreiphasenspannungsgleichhaltcr,
insbesondere einen Reihenresonanz-Dreiphasenspannungsgleichhalter in Resonanz mit
der gelieferten Frequenz.
Ein Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dreiphasenspannungsgleichhalters mit Reihenresonanz,
welcher einen hohen Wirkungsgrad und eine schnelle Ansprechbarkeit aufweist, um eine gut
ausgeglichene konstante Dreiphasenspannung mit guter Sinuswellenform in der gelieferten Frequenz
bei einfacher Bauweise zu erzielen.
Es ist schon bekannt, bei Spannungsgleichhaltern Reihenresonanz vorzusehen, wobei zwischen Netzeingang
und Verbraucher ein Kondensator eingeschaltet ist und eine sättigbare Drosselspule mit dazu
parallel angeordnetem Verbraucher hinter dem Kondensator angeordnet wird.
Eine derartige Anordnung ist jedoch nur für Einphasenspannungsgleichhalter
erdacht, und diese bekannten Schaltungen können nicht ohne weiteres auf dreiphasige Spannungsgleichhalter übertragen werden,
da, wenn man lediglich die zweite Netzeingangsklemme bei einphasigem Betrieb durch einen Sternpunkt
ersetzt, das Potential des Sternpunktes stark schwankt (etwa 30%) und nicht festgehalten werden
kann und auch ohne weiteres mit dem Potential des elektrischen Sternpunktes der dreiphasigen Spannungsquelle
zusammenfallen kann.
Solche Nachteile werden durch den erfindungsgemäßen Dreiphasenspannungsgleichhalter mit phasenweiser
Reihenschaltung eines Kondensators und einer sättigbaren Drosselspule zur Erzeugung einer
ausgeglichenen sinuswellenförmigen Ausgangsspannung vermieden, der sich dadurch auszeichnet, daß
eine dreiphasige sättigbare Drossel mit einem dreischenkeligen magnetischen Kern und an einem Ende
sternförmig zusammengeschalteten Wicklungen vorgesehen ist, die am anderen Ende über je einen Kondensator
mit je einer Netzklemme einer dreiphasigen Spannungsquelle verbunden sind, während jeder Verbindungspunkt
Kondensator—Drossel mit einer der Klemmen einer dreiphasigen, ebenfalls sternförmig
geschalteten Belastung zusammengeschaltet ist, und daß jede Reihenschaltung eines Kondensators mit
einer Wicklung der dreiphasigen sättigbaren Drossel auf Resonanz mit der Grundfrequenz der gelieferten
Spannung abgestimmt ist.
An Hand der Bilder wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Bild 1 ein Schaltschema einer Ausführungsform
der Erfindung,
B i 1 d 2 eine Ansicht zur Erläuterung der Arbeits-Dreiphasenspannungsgleichhalter
Anmelder:
Hiroshi Kobayashi, Kawasaki City, Kanagawa;
Eijiro Miyazawa, Mitaka City, Tokio (Japan)
Vertreter:
Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann
und Dr. R. Koenigsberger, Patentanwälte,
München 2, Bräuhausstr. 4
Als Erfinder benannt:
Tomokichi Tango, Fujisawa City, Kanagawa;
Hiroshi Kobayashi, Kawasaki City, Kanagawa;
Takeshi Anayama, Sendai City, Miyagi;
Eijiro Miyazawa, Mitaka City, Tokio (Japan)
Hiroshi Kobayashi, Kawasaki City, Kanagawa;
Takeshi Anayama, Sendai City, Miyagi;
Eijiro Miyazawa, Mitaka City, Tokio (Japan)
Beanspruchte Priorität:
Japan vom 10. März 1961 (10 760)
weise der in Bild 1 dargestellten Ausführungsform und
B i 1 d 3 ein Diagramm, welches die Wellenform des Erregerstromes dreiphasiger, sättigbarer Drosseln
darstellt.
In B i 1 d 1 ist mit 1 ein dreischenkeliger Kern bezeichnet,
2, 3 und 4 sind Drosseln, die mit der R-, T- und 5-Phase sättigbar sind, und 5, 6 und 7 sind
Reihenresonanzkondensatoren,, welche mit 2, 3 bzw. 4 zusammenarbeiten, 8, 9 und 10 sind die Belastungen
der entsprechenden Phasen, 11 ist eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle, R, S und T
sind die Klemmen für die Spannungsquelle 11 und TJ, V und W sind die Klemmen für die Belastungen
8, 9 und 10. .:
Jeder Kondensator 5, 6 und 7 ist an einem Ende mit einer der Klemmen R, S und T der Dreiphasenspannungsquelle
und am anderen Ende mit je einem Ende der drei Wicklungen der drei sättigbaren Drosseln
2, 3 und 4 verbunden. Jeder Verbindungspunkt Kondensator—Drossel ist mit je einer Klemme U,
V und W der Belastungen 8, 9 und 10 verbunden. Drei sättigbare Drosseln 2, 3 und 4 bilden als Ein-
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3 4
heit eine dreiphasige sättigbare Drossel, welche einen findungsgemäße Anordnung erläutert wird, soll die
dreischenkeligen magnetischen Kern 1 aufweist. Die Wirkungsweise der dreiphasigen, in Sternschaltung
Windungen von 2, 3 und 4 sind auf je einen Sehen- angeordneten sättigbaren Drosseln erläutert werden,
kel des dreischenkeligen magnetischen Kernes 1 ge- ohne daß das Vorhandensein der Kondensatoren 5,
wickelt. Die anderen Enden der Wicklungen von 2, 5 6, 7 und der Belastungen 8, 9 und 10 gemäß B i 1 d 1
3 und 4, welche nicht mit den Kondensatoren 5, 6 berücksichtigt wird.
und 7 verbunden sind, sind bei M sternförmig ge- Wenn zunächst in den sättigbaren Drosseln kein
schaltet. Jede Reihenschaltung eines Kondensators Streufluß vorhanden ist, einer der drei Schenkel ge-
und einer Wicklung der dreiphasigen sättigbaren sättigt ist und die anderen zwei Schenkel nicht geDrossel,
5 und 2, 6 und 3 sowie 7 und 4 ist so ange- io sättigt sind, so strömt ein großer Erregerstrom in
ordnet, daß sie sich mit der Grundfrequenz der ge- den anderen Phasen, welche um die nicht gesättiglieferten
Spannung in Resonanz befindet. ten Schenkel gewickelt sind. Wenn beispielsweise der
Wenn die Belastungen 8, 9 und 10 nicht mit den Schenkel der /?-Phase gesättigt ist, so hat die Dros-Ausgangsklemmen
U, V und W verbunden sind, ent- sei 2 in der R-Phase eine kleine Restinduktanz und
hält, da ein Ende jeder sättigbaren Drossel bei M in 15 dementsprechend arbeitet der magnetische Kreis in
Sternform geschaltet ist, der Erregerstrom Im in jeder Bild 1, wie wenn er nur einen zweischenkeligen
der sättigbaren Drosseln 2, 3 und 4 keine dritte har- Kern mit großer Reaktanz der Wicklungen auf den
monische Teilschwingung und weist daher eine im zwei Schenkeln hätte. Wenn der Strom IK in der
wesentlichen sinusförmige Wellenform auf, und die R-Phase in die zwei Phasen S und T strömt und zu
Beziehung zwischen der Drosselspannung VSR jeder 20 gleichen Teilen auf jede Phase aufgeteilt wird, so
Phase und dem Erregerstrom Im wird durch die haben die in den Wicklungen der entsprechenden
Kurve 1 in B i 1 d 2 dargestellt. Da weiter der durch S-Phasen- und Γ-Phasenschenkel erzeugten Amperedie
Kondensatoren 5, 6 und 7 fließende Strom gleich windungen die gleiche Richtung und den gleichen
dem Erregerstrom ist, ergibt sich für das Verhältnis Wert und heben sich daher gegeneinander auf, und
der Ausgangsspannung Vc des Kondensators zum 25 dadurch kann keine Veränderung des Flusses im
Strom /„, die gerade Linie 2 in B i 1 d 2. Die Kurve 1 magnetischen Kreis der zwei Schenkel auftreten,
erscheint in der oberen Hälfte und die Gerade 2 in Dementsprechend erzeugen die sättigbaren Drosder
unteren Hälfte, da die Spannung VSR dem Strom sein 3 und 4 keine elektromagnetische Gegenkraft.
Im um 90° vorauseilt und die Spannung Vc dem So stehen in den sättigbaren Drosseln, welche auf
Strom /„, um 90° nacheilt. Wenn daher die Kurve 1 30 einen dreischenkeligen Kern, wie in B i 1 d 1 gezeigt,
und die Gerade 2 auf der Spannungsachse addiert gewickelt sind, die Absolutwerte der Erregerströme
werden, so erhält man die Kurve 3 in absoluten von drei Phasen immer im Verhältnis 2:1:1, und
Werten, welche in B i 1 d 2 mit Vt bezeichnet ist. Da die Wellenform hat daher die in Kurve 2 in B i 1 d 3
die algebraische Summe der Spannungen VSR und V c gezeigte Gestalt mit 3 Maxima.
immer gleich der Phasenspannung der Spannungs- 35 Wenn andererseits die sättigbaren Drosseln auf quelle 11 ist, wenn der Wert der Phasenspannung gegenseitig unabhängige magnetische Kerne gewikder Spannungsquelle in Bild 2 V1 ist, wird der ent- kelt werden, so fließt kein großer Erregerstrom in sprechende Wert des Stromes In, gleich I1, wie in einer Phase, auch wenn sich seine sättigbare Dros-B i 1 d 2 gezeigt, und der entsprechende Wert der sei' in gesättigtem Zustand befindet. Ein großer ErSpannung VSR wird der mit T1 bezeichnete Wert. 40 regerstrom kann nur fließen, wenn zwei sättigbare Wenn die Phasenspannung der Quelle auf V2 steigt, Drosseln gleichzeitig gesättigt sind. Daher werden in so steigt der Strom auf I2 und die entsprechende diesem Fall die Erregerströme der nicht gesättigten Spannung VSK steigt auf den mit T2 bezeichneten Phase praktisch Null. Dementsprechend erhält die Wert. Wenn sich daher die Phasenspannung der Wellenform des Erregerstromes jeder Phase die in Spannungsquelle von V1 auf V2 ändert, wird die An- 45 Kurve 1 in B i 1 d 3 gezeigte Gestalt mit 2 Maxima, derung von VSR klein. Daher werden die Phasen- Durch Überlagerung der Wellenform der Kurven 1 spannungen an den Klemmen U, V und W nahezu und 2 in B i 1 d 3 erhalt die Wellenform des Erregerkonstant und gleich, auch wenn große Veränderun- stromes der Drossel jeder Phase die mittlere Wellengen der Spannungsquelle auftreten. form von Kurve 1 und 2 in B i 1 d 3, welche im we-
immer gleich der Phasenspannung der Spannungs- 35 Wenn andererseits die sättigbaren Drosseln auf quelle 11 ist, wenn der Wert der Phasenspannung gegenseitig unabhängige magnetische Kerne gewikder Spannungsquelle in Bild 2 V1 ist, wird der ent- kelt werden, so fließt kein großer Erregerstrom in sprechende Wert des Stromes In, gleich I1, wie in einer Phase, auch wenn sich seine sättigbare Dros-B i 1 d 2 gezeigt, und der entsprechende Wert der sei' in gesättigtem Zustand befindet. Ein großer ErSpannung VSR wird der mit T1 bezeichnete Wert. 40 regerstrom kann nur fließen, wenn zwei sättigbare Wenn die Phasenspannung der Quelle auf V2 steigt, Drosseln gleichzeitig gesättigt sind. Daher werden in so steigt der Strom auf I2 und die entsprechende diesem Fall die Erregerströme der nicht gesättigten Spannung VSK steigt auf den mit T2 bezeichneten Phase praktisch Null. Dementsprechend erhält die Wert. Wenn sich daher die Phasenspannung der Wellenform des Erregerstromes jeder Phase die in Spannungsquelle von V1 auf V2 ändert, wird die An- 45 Kurve 1 in B i 1 d 3 gezeigte Gestalt mit 2 Maxima, derung von VSR klein. Daher werden die Phasen- Durch Überlagerung der Wellenform der Kurven 1 spannungen an den Klemmen U, V und W nahezu und 2 in B i 1 d 3 erhalt die Wellenform des Erregerkonstant und gleich, auch wenn große Veränderun- stromes der Drossel jeder Phase die mittlere Wellengen der Spannungsquelle auftreten. form von Kurve 1 und 2 in B i 1 d 3, welche im we-
Bei Belastung, wenn die Verlustwinkel der Be- 50 sentlichen sinusförmig ist.
lastungen 8, 9 und 10 nahezu gleich Eins sind, ist Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß eine
die Phase des von der Spannungsquelle in die Be- derartige mittlere Wellenform erzielt werden kann,
lastungen gelieferten Stromes um 90° gegen den Er- indem der Streufluß außerhalb des dreischenkeligen
regerstrom In, phasenverschoben. Daher unterschei- Kernes verhältnismäßig groß gemacht wird. Der
det sich die Phase des Spannungsabfalles am Kon- 55 Grund dafür, daß die resultierende Wellenform der
densator, welcher vom Belastungsstrom verursacht der Kurven 1 und 2 in B i 1 d 3 im wesentlichen
wird, um etwa 90° von der Phase des Spannungs- sinusförmig ist, kann folgendermaßen erklärt werabfalles,
welcher vom Erregerstrom I1n verursacht den. Es ist klar, daß die Wellenform 1 und 2 die
wird, der mit der Phasenspannung der Spannungs- dritte harmonische Teilschwingung infolge der Sternquelle
in Phase ist, und da die Stärke des vollen Be- 60 schaltung der sättigbaren Drosseln nicht enthalten,
lastungsstromes und von In, nicht sehr unterschied- Sie enthalten zwar einen großen Teil der 5., 7., 11.
lieh ist, ändert sich die resultierende Klemmenspan- und 13. harmonischen Teilschwingung, die 5. und 7.
nung für die Belastung durch den Belastungsstrom heben sich jedoch gegeneinander auf, da sie um
nicht sehr stark. Dadurch werden die Phasenspan- 180° phasenverschoben sind und die gleiche Amnungen
an den Klemmen U, V und W auch bei Be- 65 plitude aufweisen, und die 11. und 13. sind so klein,
lastung nahezu konstant und gleich gehalten. daß sie vernachlässigt werden können. Daher wird
Der dreäschenkelige Stern 1. dient zur Verbesserung die resultierende Wellenform von Kurve 1 und 2 in
der Wellenform des Erregerstromes. Bevor die er- B i 1 d 3 im wesentlichen sinusförmig.
Es hat sich weiter herausgestellt, daß durch Anordnung von drei sättigbaren Drosseln an den
Schenkeln eines dreischenkeligen Kernes und durch Zusammenschalten dieser sättigbaren Drosseln an
einer Stelle in Sternform die im wesentlichen sinusförmige Wellenform der Erregerströme der dreiphasigen
sättigbaren Drosseln erzielt werden kann.
Da die Wellenform des Erregerstromes in den sättigbaren Drosseln im wesentlichen sinusförmig ist
und die Kapazität der Kondensatoren 5, 6 und 7 linear ist, ist es klar, daß die Wellenform der Dreiphasenausgangsspannung
im wesentlichen sinusförmig wird. Weiter muß die Vektorsumme der induzierten Spannungen VSK in jeder sättigbaren Drossel
2, 3 und 4 im wesentlichen Null sein, da die Gesamtsumme der magnetischen Flüsse in den drei
Schenkeln des Kernes 1 in jedem Augenblick im wesentlichen Null ist. Da weiter die in den Drosseln
2, 3 und 4 induzierten Spannungen VSI<
konstant und gleich sind, wie oben ausgeführt, muß der Phasenwinkel zwischen den induzierten Spannungen
VSR jeweils nahezu 120° betragen.
So erzielt der erfindungsgemäße Dreiphasenspannungsregulator mit Reihenresonanz einen guten Ausgleich
und gute Konstanz von Spannung und Phasenrelation an den Ausgangsklemmen.
Claims (1)
- Patentanspruch:Dreiphasenspannungsgleichhalter mit phasenweiser Reihenschaltung eines Kondensators und einer sättigbaren Drosselspule zur Erzeugung einer ausgeglichenen sinuswellenförmigen Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreiphasige sättigbare Drossel mit einem dreischenkeligen magnetischen Kern und an einem Ende sternförmig zusammengeschalteten Wicklungen vorgesehen ist, die am anderen Ende über je einen Kondensator mit je einer Netzklemme einer dreiphasigen Spannungsquelle verbunden sind, während jeder Verbindungspunkt Kondensator—Drossel mit einer der Klemmen einer dreiphasigen, ebenfalls sternförmig geschalteten Belastung zusammengeschaltet ist, und daß jede Reihenschaltung eines Kondensators mit einer Wicklung der dreiphasigen sättigbaren Drossel auf Resonanz mit der Grundfrequenz der gelieferten Spannung abgestimmt ist.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 600 456;
Elektronik, 1957, Nr. 9, S. 265;
Arch, techn. Messen, J 062-8, Dezember 1934, T 163.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen709 688/155 11. 67 © Bundesdruckerei Berlin
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