DE1268729B

DE1268729B - Choke coil with a winding that can be pre-magnetized by direct current for controlling or regulating the current of alternating current consumers, in particular of gas discharge lamps

Info

Publication number: DE1268729B
Application number: DE19621268729
Authority: DE
Inventors: Hugo Schwerdtfeger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-06-26
Filing date: 1962-06-26
Publication date: 1968-05-22

Description

Drosselspule mit durch Gleichstrom vormagnetisierbarer Wicklung zur Steuerung oder Regelung des Stromes von Wechselstromverbrauchern, insbesondere von Gasentladungslampen Die Erfindung betrifft eine Drosselspule mit durch Gleichstrom vormagnetisierbarer Wicklung zur Steuerung oder Regelung des Stromes von Wechselstromverbrauchern, insbesondere von, Gasentladungslampen, deren Hauptkern mindestens einen Luftspalt besitzt, der durch mindestens einen magnetischen Nebenschluß überbrückt ist.Choke coil with winding that can be pre-magnetized by direct current for Control or regulation of the current of alternating current consumers, in particular of Gas discharge lamps The invention relates to a choke coil with direct current through pre-magnetizable winding for controlling or regulating the current of AC consumers, in particular of, gas discharge lamps, the main core of which has at least one air gap which is bridged by at least one magnetic shunt.

Es sind Drosselspulen bekannt, deren Induktivität mit wachsendem Spulenstrom zunimmt. Bei einer bekannten Drosselspule, die z. B. zur Begrenzung der Kurzschlußströme in Kraftwerken dienen kann, ist die Wicklung in zwei gegeneinandergeschaltete Spulen unterteilt. Der Kern der einen Spule ist mit einem kleineren Querschnitt versehen als der Kern der anderen Spule. Zwischen den beiden Spulenkernen befindet sich ein Mittelschenkel mit einem Luftspalt. Dieser Mittelschenkel wird zu Meß- oder Steuerzwecken mit einer Wicklung versehen. Die beiden gegensinnig angeordneten Wicklungen und die Schenkelquerschnitte der Drosselspule sind so gewählt, daß sich bei Wechselstrombetrieb die Magnetisierungen im Normalbetrieb aufheben, also die Induktivität der Drossel gleich Null ist. Bei einem Ansteigen des Stromes über den normalen Betriebsstrom hinaus beginnt die Gesamtinduktivität der Drossel zu wachsen, so daß die Drosselspule als strombegrenzendes Element wirkt. Um dabei die Sättigung des mit den! kleineren Querschnitt versehenen Schenkels verändern zu können, ist dieser mit einer durch Gleichstrom vormagnetisierbaren Wicklung ausgerüstet. Durch eine derartige Vormagnetisierung werden aber die einen Flußhalbwellen verstärkt und die entgegengesetzt gerichteten geschwächt, so daß eine starke Verzerrung der Sinusform entsteht. Wegen der dabei auftretenden Oberwellen kann daher die bekannte Ausführung zur betriebsmäßigen Beeinflussung von Wechselstromverbrauches, insbesondere von Gasentladungslampen, nicht eingesetzt werden.Choke coils are known whose inductance increases with increasing coil current increases. In a known choke coil which, for. B. to limit the short-circuit currents Can be used in power plants, the winding is in two oppositely connected coils divided. The core of one coil has a smaller cross-section than the core of the other coil. There is a Middle leg with an air gap. This middle leg is used for measurement or control purposes provided with a winding. The two oppositely arranged windings and the leg cross-sections of the inductor are chosen so that in AC operation cancel the magnetizations in normal operation, i.e. the inductance of the choke equals zero. When the current rises above the normal operating current In addition, the total inductance of the choke starts to increase, so that the choke coil acts as a current-limiting element. In order to avoid the saturation of the! smaller To be able to change cross-section provided leg, this is with a through Equipped with direct current pre-magnetizable winding. Such a premagnetization but the one river half-waves are amplified and the oppositely directed weakened, so that a strong distortion of the sinusoidal shape arises. Because of that occurring harmonics can therefore be the known design for operational influencing of alternating current consumption, in particular of gas discharge lamps, is not used will.

Es sind ferner Schweißgeräte bekannt, bei denen ein geschlossener Transformatorkern zwischen der Primär- und Sekundärwicklung durch einen vormagnetisierbaren Streukern überbrückt ist. Dieser Streukern ist als geschlossener dreischenkeliger Kern ausgebildet, dessen beide Joche in Richtung des magnetischen Wechselflusses liegen und dessen Mittelschenkel eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung trägt. Durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung wird eine Änderung des Kopplungsverhältnisses der Primärwicklung zur Sekundärwicklung des Transformators erzielt.There are also welding devices known in which a closed Transformer core between the primary and secondary winding through a pre-magnetizable Spreader core is bridged. This spreader core is a closed three-legged Core formed whose two yokes in the direction of the alternating magnetic flux lie and its center leg carries a DC bias winding. By changing the DC bias, there is a change in the coupling ratio the primary winding to the secondary winding of the transformer achieved.

Bei diesem Schweißgerät treten, ähnlich wie dies bei den stromsteuernden Transduktoren mit geschlossenem Kern der Fall ist, Verzerrungen der. Sinuskurve auf.This welding machine occurs, similar to the current-controlling ones Closed core transducers, distortions of the. Sine curve on.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drosselspule zu schaffen, bei der Verzerrungen der Sinuskurve weitgehend vermieden werden können und die Steuerleistung möglichst klein gehalten werden kann. Die Erfindung geht dabei von einer Drosselspule der eingangs genannten Art aus. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß der magnetische Nebenschluß als geschlossener zweischenkeliger Kern ausgebildet ist, dessen beide Schenkel in Richtung des magnetischen Wechselflusses liegen und je eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung tragen, deren Wickelsinn derart festgelegt ist, daß sich positive Halbwelle des Wechselflusses und Gleichfluß in einem Schenkel des magnetischen Nebenschlusses addieren, im anderen subtrahieren. Auf diese Weise verhält sich die Drosselspule ähnlich wie ein stromsteuernder Transduktor, bei dem der Wechselstrom etwa proportional dem vormagnetisierenden Gleichstrom ist. Gegenüber einem solchen Transduktor wird jedoch keine Vormagnetisierung und Sättigung des Hauptkerns vorgenommen, und es treten nur unbedeutende Verzerrungen der Sinuskurve auch im untersten Aussteuerbereich auf. Im Gegensatz zu den bekannten Drosselspulen, z. B. für Schweißzwecke, erfolgt die Induktivitätsänderung ferner nicht durch eine Kopplungsänderung oder durch eine Änderung eines Streupfades.The object of the invention is to create a choke coil in which Distortions of the sine curve can largely be avoided and the control output can be kept as small as possible. The invention is based on a choke coil of the type mentioned at the beginning. The solution is according to the invention that the magnetic shunt is designed as a closed two-legged core, whose two legs are in the direction of the alternating magnetic flux and each carry a DC bias winding, the winding direction of which is determined in this way is that positive half-wave of alternating flux and direct flux in one leg add the magnetic shunt, subtract in the other. In this way the inductor behaves similarly to a current-controlling transductor in which the alternating current is roughly proportional to the biasing direct current. Opposite to However, such a transductor will not bias and saturate the Main kernel and there is only insignificant distortion of the sine curve also in the lowest dynamic range. In contrast to the well-known choke coils, z. B. for welding purposes, the change in inductance is also not done by a Coupling change or by changing a scattering path.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die in der Figur gezeigte Drosselspule hat einen Hauptkern 1, der die beiden Schenkelblechpakete 2, 3 und die Jochblechpakete 4, 5 enthält. Auf den Schenkeln 2, 3 sind die in Serie geschalteten Lastwicklungen 6, 7 angeordnet, die mit den Anschlußklemmen a, b versehen sind. Die Lastwicklungen 6, 7 sind derart geschaltet, daß deren magnetische Kraftflüsse einander unterstützen. Der Hauptkern besitzt mindestens einen Luftspalt und ist durch mindestens einen magnetischen Nebenschluß 8 überbrückt. Bei der erfindungsgemäßen Drosselspule ist der magnetische Nebenschluß 8 als geschlossener zweischenkeliger Kern 9 ausgebildet, dessen beide Schenkel 12,13 in Richtung des magnetischen Wechselflusses liegen und je eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung 10,11 tragen, deren Wickelsinn derart festgelegt ist, daß sich positive Halbwelle des Wechselflusses und Gleichfluß in einem Schenkel des magnetischen Nebenschlusses 8 addieren, im anderen subtrahieren.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The choke coil shown in the figure has a main core 1, which contains the two leg lamination stacks 2, 3 and the yoke stacks 4, 5. The series-connected load windings 6, 7, which are provided with the connecting terminals a, b , are arranged on the legs 2, 3. The load windings 6, 7 are connected in such a way that their magnetic force flows support one another. The main core has at least one air gap and is bridged by at least one magnetic shunt 8. In the choke coil according to the invention, the magnetic shunt 8 is designed as a closed two-legged core 9, the two legs 12, 13 of which lie in the direction of the magnetic alternating flux and each carry a direct current bias winding 10 , 11, the winding direction of which is determined in such a way that positive half-wave of the alternating flux and Add constant flux in one leg of the magnetic shunt 8, subtract it in the other.

Der zweischenkelige Nebenschluß 8 ist zweckmäßigerweise mindestens über einen Luftspalt, im dargestellten Ausführungsbeispiel über die Luftspalte 85, äs, an den Hauptkern 1 angesetzt.The two-legged shunt 8 is expediently at least via an air gap, in the illustrated embodiment via the air gaps 85, äs, attached to the main core 1.

Vorzugsweise ist jeder der in dem Hauptkern 1 vorgesehenen Luftspalte öl bis 84 größer, z. B. dreimal größer als jeder der Luftspalte 85 und 88 zwischen dem zweischenkeligen Nebenschluß 8 und dem Hauptkern 1. Auf diese Weise wird ein magnetischer Flußweg mit kleinem magnetischem Widerstand geschaffen. Die Induktivität der Drosselspule 1 wird somit wesentlich größer, da die großen Luftspalte 81 und d2 nicht mehr wirksam sind. Infolgedessen wird der Fluß 01 nicht mehr über das Joch 5 geleitet, sondern schließt sich, wie in der Figur durch den Fluß fi angedeutet ist, über die beiden Schenkel 12 und 13 des Nebenschlusses B. Die Steuerwicklungen 10, 11 induzieren dabei Spannungen, es treten jedoch an den Klemmen cl und d1 keine Wechselspannungen auf, sofern die Windungszahlen der Wicklungen 10, 11 gleich sind.Preferably, each of the air gaps provided in the main core 1 is oil up to 84 larger, e.g. B. three times larger than each of the air gaps 85 and 88 between the two-legged shunt 8 and the main core 1. In this way, a magnetic flux path with low magnetic resistance is created. The inductance of the choke coil 1 is thus significantly greater, since the large air gaps 81 and d2 are no longer effective. As a result, the flux 01 is no longer passed via the yoke 5, but closes, as indicated in the figure by the flux fi, via the two legs 12 and 13 of the shunt B. The control windings 10, 11 induce voltages, it occurs however, there are no alternating voltages at the terminals cl and d1, provided the number of turns of the windings 10, 11 is the same.

Wie die Figur zeigt, können die beiden Gleichstromvormagnetisierungswicklungen 10, 11 hintereinandergeschaltet sein. Ferner kann der Hauptkernl zwei Schenkel 2, 3 besitzen, zwischen deren Enden je ein zweischenkeliger Nebenschluß 8 angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind dabei die mit den Klemmen cl, dl und c2, d2 versehenen Wicklungen in Reihe angeordnet.As the figure shows, the two DC bias windings 10, 11 can be connected in series. Furthermore, the main core can have two legs 2, 3, between the ends of which a two-leg shunt 8 is arranged. The windings provided with the terminals cl, dl and c2, d2 are expediently arranged in series.

Wird an die Klemmen cl und d2 eine Steuerspannung angelegt, so bildet sich ein vom Hauptfluß völlig unabhängiger magnetischer Fluß 02 jeweils in einem Magnetkreis ohne Luftspalte aus. Dieser Fluß leitet je nach Sättigungsgrad den Hauptfluß 01 über die beiden Joche 4 und 5 um. Infolge der nunmehr wirksamen größeren Luftspalte 81, a2 und 83, d4 stellt sich ein größerer Strom in den Lastwicklungen 6, 7 der Drossel ein. Versuche haben ergeben, daß die beiden Joche 4 und 5 auch entfallen können, da der magnetische Streufluß genügend groß ist, um eine hinreichend große Restinduktivität zu gewährleisten. Man kann also durch Erhöhen des an die Klemmen cl und d2 angelegten Steuerstromes den über die Lastwicklung 6, 7 dem Verbraucher zugeführten Strom beliebig erhöhen bzw. durch Verkleinern des Steuerstromes den Laststrom herabsetzen: Wie bereits erwähnt, ist hierbei lediglich eine kleine Steuerleistung aufzubringen.If a control voltage is applied to the terminals cl and d2, then a magnetic flux 02 which is completely independent of the main flux is formed in each case in a magnetic circuit without an air gap. Depending on the degree of saturation, this flow diverts the main flow 01 via the two yokes 4 and 5 . As a result of the larger air gaps 81, a2 and 83, d4 that are now effective, a larger current is established in the load windings 6, 7 of the choke. Tests have shown that the two yokes 4 and 5 can also be omitted, since the magnetic leakage flux is large enough to ensure a sufficiently large residual inductance. By increasing the control current applied to terminals cl and d2, the current supplied to the consumer via the load winding 6, 7 can be increased as desired or the load current can be reduced by reducing the control current: As already mentioned, only a small control power is required here.

Als Steuerspannung für die Drossel kann eine Gleichspannung dienen, die über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz gewonnen werden kann.A DC voltage can serve as the control voltage for the throttle, which can be obtained from the AC network via rectifiers.

Will man eine vorzeitige Sättigung des Nebenschlusses vermeiden, so ist es vorteilhaft, den Eisenquerschnitt der beiden -Schenkel12, 13 des Neben-Schlusses 8 zusammen ebenso groß zu bemessen wie den Querschnitt des Hauptkerns 1.If one wishes to avoid premature saturation of the shunt, it is advantageous to dimension the iron cross-section of the two legs 12, 13 of the secondary connection 8 together to be as large as the cross-section of the main core 1.

Um die Steuerungsmöglichkeiten der Drosselspule zu erweitern, kann der Nebenschluß 8 mit einer oder mehreren zusätzlichen Wicklungen e bzw. f versehen sein. Diese Wicklungen tragen Anschlußklemmen ei, f1 bzw. e2, 12. Vorzugsweise umfassen die zusätzlichen Wicklungen e bzw. f die beiden Schenkel 12, 13 des Nebenschlusses 8 und sind mit den Lastwieklungen 6, 7 in Reihe geschaltet. Dadurch wird erreicht, daß beim Magnetisieren der Nebenschlüsse 8 die auf ihnen befindlichen Lastwicklungen e, f nicht mehr wirksam sind. Die wirksame Gesamtwindungszahl der Lastwicklung reduziert sich somit bei voller Aussteuerung und ergibt ebenfalls eine Erhöhung des Laststromes.In order to expand the control possibilities of the choke coil, the shunt 8 can be provided with one or more additional windings e or f. These windings carry connection terminals ei, f1 and e2, 12. The additional windings e and f preferably include the two legs 12, 13 of the shunt 8 and are connected in series with the load cells 6, 7. This ensures that when the shunts 8 are magnetized, the load windings e, f located on them are no longer effective. The effective total number of turns of the load winding is thus reduced with full modulation and also results in an increase in the load current.

Die in der Figur dargestellte Drosselspule ist für Einphasenbetrieb ausgebildet. Bei entsprechender Schaltung läßt sich die erfindungsgemäße Drosselspule auch für Drehstrombetrieb verwenden.The reactor shown in the figure is for single-phase operation educated. With an appropriate circuit, the choke coil according to the invention also use for three-phase operation.

Claims

Claims: 1. Choke coil with a winding that can be pre-magnetized by direct current for controlling or regulating the current of alternating current consumers, in particular of gas discharge lamps, the main core of which has at least one air gap which is bridged by at least one magnetic shunt, characterized in that the magnetic shunt (8) as closed two-legged core (9) is formed, whose two legs (12, 13) are in the direction of the magnetic alternating flux and each carry a direct current bias winding (10, 11) whose winding direction is determined such that positive half-wave of the alternating flux and direct flux in one Add the leg of the magnetic shunt, subtract it in the other.

2. Choke coil according to claim 1, characterized in that the two-legged shunt (8) is attached to the main core (1) at least via an air gap.

3. Choke coil according to claim 2, characterized in that each of the air gaps (81 to 34) provided in the main core (1) is larger than each of the air gaps (85 and 8g) between the two-legged shunt (8) and the main core (1) .

4. choke coil according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two direct current bias windings (10, 11) are connected in series.

5. choke coil according to one of claims 1 to 4, characterized in that the main core (1) has two legs (2, 3) between the ends of which a two-legged shunt (8) is arranged.

6. Choke coil according to one of claims 1 to 5, characterized in that the iron cross-section of the two legs (12, 13) of the shunt (8) together is as large as that of the main core (1).

7. Choke coil according to one of claims 1 to 6, characterized in that the two-legged shunt (8) is provided with one or more additional windings (e or f). B. choke coil according to claim 7, characterized in that the additional windings encompass the two legs (12, 13) of the shunt (8) and are connected in series with the load windings (6, 7). Documents considered: German Patent No. 906 829; German Auslegeschrift No. 1059 964; German utility model No. 1698 514; AEG-Mitteilungen, 49 (1959), H.10 / 11, p.562.