DE1928282C3 - Magnetischer Spannungskonstant halter fur rechteckförmige Eingangs spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Spannungskonstanthalter für rechteckförmige Eingangsspannunucn. der auf einem Kern eine Primärwicklung, ine magnetisch mit d^;eser Wicklung stark gekoppelte Kompensationswicklung, eine mit der Primärwicklung schwach gekoppelte Sekundärwicklung und eine magnetisch mit der Sekundärwicklung schwach gekoppelte Neutralisationswicklung, sowie einen kondensat .ir besitzt. Ein solcher Spannungskonstanthalter ist bekannt (fran: isische Patentschrift 1 537 ;!34, insbesondere F i g. 4).

Zweck der Erfindung ist es, du ch eine bescndere Verschaltung der verschiedenen Wicklungen und des Kondensators bei rechteckförmiger Einspeisung an der Kommutierungsstelle vorhandene Spitzen der Ausgangsspannung zu beseitigen.

Magnetische Spannungskonstanthalter bestehen in der einfachsten Form aus der Kombination einer ungesättigten Luftspaltdrossel mit einem hochgesättip,-len Transformator, der von einem parallel geschalteten Kondensator so stark magnetisiert wird, daß er weitgehend unabhängig von der Größe der eingespeisten Netzspannung diejenige Spannung ergibt, die der Sätligungsinduktion seines Kerns entspricht.

Die abgegebene Spannung ist daher annähernd konstant. Wegen der hohen Eisensättigung besitzt die abgegebene Spannung jedoch erhebliche ungradzahlige Oberwellen und besitzt daher eine etwa trapezlörmige Kurvenform.

Daneben sind magnetische Spannungskonstanthalter der eingangs genannten Art mit trapez- oder sinusförmiger Aasgangsspannung bekannt, bei denen die vorgeschaltete Luftspaltdrossel und der nachgeschaltete hochgesättigte Transformator in einem Kern zusammengefaßt sind.

Zum besseren Verständnis ist ein solcher Konstanthalter, der vom Netz mit 220 Volt bei 50 Hz gespeist wird, in A b b. 1 dargestellt.

Der Konstanthalter nach A b b. 1 besteht aus einem Kern, auf dem die Primärspule 1-2 und die Sekundärwicklung 5-7 durch einen magnetischen Nebenschluß 11, der einen Luftspalt enthält, weitgehend entkoppelt sind. Dadurch können die mit den Wicklungen 1-2 und 5-7 verketteten Flüsse sehr unterschiedliche Werte annehmen und so die Windungsspannungen der beiden Wicklungen erheblich voneinander abweichen. Dies ist die Voraussetzung für konstante Spannung in der Wicklung 5-7 bei schwankender Netzspannung in der Wicklung 1-2.

Schon beim anlegen einer geringen Eingangsspannung an die Wicklung 1-2, wird in der Wicklung 5-7 cir:e geringe Spannung erzeugt, die den der Wicklung 5-7 parallel geschalteten Kondensator auflädt. Der Kondensator nimmt dabei kapazitive Energie auf, bzw. gibt magnetische Energie an die Wicklung 5-7 zurück. Diese magnetische Energie erhöht den mit Wicklung 5-7 verketteten Fluß und damit die Spannung in Wicklung 5-7. Der Kondensator wird stärker aufgeladen und gibt wieder magnetische Energie an die Wicklung zurück usw.

Dieses Wechselspiel setzt sich fort, bis der mit Wicklung 5-7 verkettete Fluß gesättigt ist. Die induzierte Spannung kann dann auch bei Ansteigen der Netzspannung nicht weiter anwachsen. Wegen der Sättigungseigenschaften des Flusses wird die Spannung in Wicklung 5-7 annähernd trapezförmig und enthält also einen hohen Oberwellenanteil.

E:ine noch verbleibende Abhängigkeit der Ausgangsspanniing von der Netzspannung kann durch die mit der Primärwicklung 1-2 stark gekoppelte Kompensationswicklung 3-4 ausgeglichen werden. Dazu kommt zur Erzeugung einer etwa sinusförmigen Ausgangsspannung die Neutralisationswicklung 8-9. die durch den Streuweg 12 und den Luftspalt weitgehend von der Wicklung 5-7 entkoppelt 'St.

Durch die lose Kopplung mit der Wicklung 5-7, werden in der Wicklung 8-9 die in der Trapezform enthaltenen ungradzahligen Oberwellen noch einmal ei/.eugt. Infolge der Reihenschaltung der Wicklungen 5-7 und 8-9 mit dem Kondensator 10, enthält dann die Kondensatorspannung die in der Wicklung 8-9 erzeugten Oberwellen noch einmal, jedoch in Gegenphase.

Durch Abstimmen der Wind ngszahlen der Neutraüsationswicklung 8-9 auf die Kondensatorkapazität kann man erreichen, daß sich die Oberwellen niedriger Ordnungszahlen praktisch aufheben und die Ausgangsspannung etwa sinusförmig wird.

Bei Betrieb eines solchen Spannungskonstanthalters mit Wechselrichtern an Stelle einer Netzspannung ist die Eingangsspannung jedoch nicht mehr sinusförmig, sondern rechteckförmig. Dies führt zu Kommutierungsspitzen in der Ausgangsspannung, die außer-01 !.!entlieh störend sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Kommutierungsspitzen in der Ausgangsspannung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Spannungskonstanthalter der eingangs genannten und oben erläuterten Art dadurch gelöst, daß der Kondensator bei Betriebsfrequenz des Spannungskonstanthalter einen Resonanzkreis mit der Reihenschaltung der gegensinnig geschalteten Kompensationswicklung, der Sekundärwicklung und der Neutralisationswicklung bildet.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung an Hand der A b b. 2 und 3 näher erläutert.

A b b. 2 zeigt dabei die erfindungsgemäße Schaltung des magnetischen Spannungskonstanthalters.

A b b. 3 zeigt den Verlauf der Spannungen an einem Konstanthalter, der die erfindungsgemäße Verschaltung nicht besitzt.

Da die magnetischen und elektrischen Eigenschaften des magnetischen Konstanthalters gemäß A b b. 1 bei Einspeisung einer rechteckförmigen Spannung er-

halten bleiben, insbesondere bleibt die Wirkungsweise der Wicklungen 5-7 und 8-9 die gleiche, entsteht in der Wicklung 5-6 eine sinusförmige Spannung. Die Kompensationswicklung 3-4 ist auch bei rechteckförmiger Einspeisung erforderlich.

Wird jetzt von der sinusförmigen Spannung der Wicklung 5-6, dargestellt als oberste Kurve in Abb. 3, eine rechteckige Spannung von der Wicklung 3-4 subtrahiert (mittlere Kurve in Abb. 3), so tritt an den Kommutierungsstellen eine Spannungsspitze auf, wie dies die letzte Kurve der Abb. 3 zeigt.

Zur Vermeidung dieser Spannungsspitze wird bei der Schaltung gemäß Abb. 2 der Kondensator 10 nic.hi mehr parallel zur Reihenschaltung von Sekundärwicklung 5-7 und Neutralisationswicklung 8-9 geschaltet, sondern er bildet eine Reihenschaltung mit der gegensinnig geschalteten Kompensationswicklung 3-4, der Sekundärwicklung 5-7 und der Neutralisationswicklung 8-9. Der Kondensator liegt also nicht mehr am Schaltungspunkt 5, sondern direkt am Ausgang 4.

Die hochfrequenten Spannungsspitzen, die den Klirrfaktor des Spannungskonstanthalter bei Betrieb au.s statischen Wechselrichtern erheblich verschlechtern, werden dadurch ausgesiebt, so daß es durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich wird, den Klirrfaktor um einige Prozent zu vermindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetischer Spannungskonstanthalter für rechteckförmige Eingangsspannungen, der auf einem Kern eine Primärwicklung, eine magnetisch mit dieser Wicklung stark gekoppelte Kompensationswicklung, eine mit der Primärwicklung schwach gekoppelte Sekundärwicklung und eine magnetisch mit der Sekundärwicklung schwach gekoppelte Neutralisationswicklung, sowie einen Kondensator besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (10) bei Betriebsfrequenz des Spannungskonstanthalter einen Resonanzkreis mit der Reihenschaltung der gegensinnig geschalteten Kompensationswicklung (3-4). der Sekundärwicklung (5-7) und der Neutralisationswicklung (8-9) bildet.