DE2104117C - Kreisstromdrossel - Google Patents

Description

Abschnitte des Magnetkreises durch Verminde- Kunststoffteilen wird entsprechend bemessen und ist rung des Eisenquerschnitts in halber Länge der so gewählt, daß die Sättigung selbst kurz hinter der Schenkelkernbleche mittels rechteckförmiger Aus- Lückgrenze eintritt. Die letzte Variante mit Kunststoff sparungen, die von der Kernblechaußenkante ist unter anderem zur Bekämpfung von Schwingungen quer zur Schenkelachse in Richtung Blechmitte 25 und Geräuschen erforderlich, die bei dieser bekannten verlaufen und durch einen Hackschnitt erzei'gbar Anordnung unvermeidlich werden, weil sehr wenige sind, gebildet sind, und daß die Aussparungen Dynamobleche oder zusammengesetzte Roste geringer derart bemessen sind, daß die stehengebliebene Steifigkeit in den Luftspalt hineinragen. Bei den hier Kernblechbreite der halben Kernblechgesamtbreite vorkommenden Frequenzen von 300 Hz sind diese entspricht und die Länge der Aussparungen in 30 Geräusche besonders störend.

Richtung der Schenkelachse etwa das l,5fache Bei jener bekannten Anordnung ist es weiterhin

der gesamten gerechneten Länge des Luftspalts nachteilig, daß die durch die magnetisch leitenden (der Luftspalte) an dem Schenkelende (den Sehen- Stege im Luftspalt bedingte Isthmus-Wirkung durch kelenden) pro Schenkel beträgt, und daß in den die im Luftspalt vorhandene Streuung der magnetiungeschwächten Teilen des magnetischen Kreises 35 sehen Kraftlinien überdeckt und geschwächt wird, die Induktion bei dem größten Betriebsstrom ' Hierdurch wird ein vom Luftspalt abhängiger, vergleich oder kleiner als 17 000Gauß ist. gröüerter Luftquerschnitt vorgetäuscht. Bei den ent-2. Kreisstromdrossel nach Anspruch 1, da- sprechend größeren Drosseln handelt es sich ja auch durch gekennzeichnet, daß bei Verwendung ver- um größere Luitspalte mit cm-Dimensionen. Die schiedener Kernblechbreiten innerhalb eines Sehen- 40 magnetische Wirkung der Stege ist daher verwaschen, kels, wie es bei großen Schenkeiquerschnitten mit weil sie von der Größe des jeweils eingestellten Luftdürch Abstufung der Blechbreiten angenäherter spaltes abhängt.

Kreisflächenform der Fall ist, die Aussparungen Die in der Praxis vorkommenden Daten der thyri-

mit konstantem Verhältnis zur Kernblechbreite storgespeisten Gleichstromantriebe hinsiciitlich Leidurch einen einzigen, lediglich verschieden tief 45 stung und Drehzahl variieren beträchtlich, was sich eingestellten Hackschnitt herstellbar sind. auch auf die Bedingungen für die Drosseln auswirkt.

Es kommt daher vor, daß der Besteller sich zunächst in diesen Daten auf eine Schätzung beschränken muß; dann wird eventuell im Prüffeld oder bei In-

50 betriebsetzung einer solchen bekannten Einrichtung

eine Auswechslung der Roste erforderlich sein, was eine Erschwerung darstellt.

Es sind zur Erzeugung von Induktivitäten, die vom

Die Erfindung betrifft eine Kreisstromdrossel zum Laststrom abhängig sind, noch eine Reihe von Einrich-Betrieb von Gleichstrommotoren über Thyristoren 55 tungen bekanntgeworden (deutsche Offenlegungsschrifinkreisstromgeregelter Antiparallelschaltung mit einem ten 2 022 693 und 1613 603, deutsche Patentschrift für die kreisstrombehaftete Antiparallelschaltung 1 268 729, deutsche Auslegeschrift 1 251 419, deutsche erforderlichen stromabhängigen Induktivitätsver- Offenlegungsschrift 1 951 973, deutsche Auslegeschrifhältnis — große Induktivität bei kleinem Strom und ten 1026 416 und 1017 700), die alle verschiedene kleine Induktivität bei großem Strom —, das mittels 60 oder zusätzliche Stromkreise vorsehen und vom Lastverstellbarer Luftspalte zwischen einem oder beiden strom oder einem getrennten Hilfsstrom gespeist Jochen und den Schenkelenden des Eisenkerns sowie werden, um den Arbeitspunkt auf der Drosselcharakmittels bei einer bestimmten Stromstärke sättigbaren teristik hin- und herzuschieben.
Abschnitten im Magnetkreis beeinflußbar ist (deutsche In anderen bekannten Einrichtungen werden zuPatentschrift 1 109 253). G₅ sätzlich magnetische Hilfskreise vorgeschlagen.

Es ist bekannt (deutsche Patentschrift I 109 253 Die genannten, bekannten Einrichtungen mit Zu-

und 1 120 006), eine im Ankerkreis eines durch Strom- satzkreisen elektrischer oder magnetischer Art berichter in Umkehrschaltung gespeisten Gleichstrom- dingen zusätzliche Wicklungen, also einen Mehr-

aufwand an Material, besondere Anforderungen an Fig.4a und 4b verschiedene Drosselausführun-

die Typengröße der Drossel, erhöhte Wickelkosten gen mit verstellbarem Joch und entsprechenden Li'ft-

und eine aufwendige Schaltungstechnik. Besonders spaiten nach dem Stand der Technik,

nachteilig vom Standpunkt des Regeltechnikers ist F i g. 5 eine bei Rundspulen angewendete abge-

aber die durch diese Zusatzeinrichtungen bedingte 5 stufte Form des Eisenquerschnittes innerhalb eines

Verschlechterung der Zeitkonstante. umschriebenen Kreises .K nach dem Staad der Technik,

Schließlich sind aus der deutschen Patentschrift F i g. 6 ein Anwendungsbeispiel mit Aussparungen 922 423, der deutschen Auslegeschrift 1167438 und im Eisenquerschnitt nach der Erfindung,
der deutschen Patentschrift 579 575 Isthmen bekannt, Nach dem Grundsatzschaltbild (F i g. 1) werden mit der die Drosselinduktivität als Funktion des io die Kreisstromdrosseln zum Betrieb von Gleichstrom-Stromes und der dadurch bedingten Sättigung ge- motoren über Thyristoren in kreisstromgeregelter ändert wird, wobei diese Isthmen auch rechteckige Antiparallelschaltung verwendet. Dabei werden, beGestalt haben, mitunter in Schenkelmitte und in der zöge« auf gleiche Stromwerte, in bekannter Weise Mitte der Schenkellänge und an der Schenkelseite auf der Rückarbeitsseite Drosseln mit einer Induktiviangeordnet und im einen Falle (deutsche Patent- 15 tat Lc, in der Hauptrichtung solche mit der I nduktivischrift 922 423) mit speziellen magnetischen Materialien tat Lh vorgeschlagen. La ist dem Betrage nach etwa kombiniert sein können. Im letzteren Fall gilt das ' Lh- Die Strombelastung von La sowie die Typenoben über die Kompliziertheit, Geräuschanfälligkeit, größe ist jedoch kleiner als bei den Drosseln mit der Beschaffungsschwierigkeit und Aufwendigkeit beim Induktivität Lh der Hauptrichtungsseite.
Auswechseln Gesagte; für die übrigen Isthmen ist ao Ganz allgemein sinkt bei fest vorgegebener Induktikein Weg aufgezeigt, allein durch deren Anwendung vität die Typengröße einer Drossel mit steigender zu einer geräuscharmen Kreisstromdrossel zum Betrieb Sättigung, wobei die Grenzen für die erwünschte Vervon Gleichstrommotoren über Thyristoren in kreis- kleinerung durch die Eisenverluste und den Magnetistromgeregelter Antiparallelschaltung zu gelangen. sierungsstrom gezogen werden. Obwohl man eine

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die »5 Kreisstroimlrossel so klein wie möglich dimensionie- \orstehenden Nachteile zu vermeiden und für die ren möchte, sind hier die Grenzen für die Erhöhung Antiparallelschaltung eine günstige geräuscharme besonders deutlich gebogen. Der Anteil der Eisen-Drosselspule mit für die Kreisstromschaltung ge amperewindungen im magnetischen Kreis steigt bei eignetem Verhältnis Strom/Induktivität und ein- Erreichung bestimmter Eiseninduktionen schnell an. deutiger, übersichtlicher Einstellbarkeit zu schaffen. 3a Gemäß F i g. 2 wird bei einem solchen hoch an der

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß charakteristischen Kurve liegenden Punkt P eine

vorgeschlagen, daß bei einem Verhältnis der Induktivi- · spannungsbedingte Induktionsschwankung A B_ft von

tat L₁ bei Betriebsstrom zu der Induktivität L₂ bei einer großen Verzerrung Λ i₀ des Mischstromes/,

„.. L, ,,. _.. », 1 . begleitet. Die den Strom erfassende Regeleinrichtung

Kreisstrom von £ _S 5 die satügbaren Abschnitte _{3J 6}* _{Thyristorschaltung reag}iert auf die Spitzen des

des Magnetkreises durch Veiminderung des Eisen- Magnetisierungsstromes durch Herabsetzung der Spanquerschnitts in halber Länge der Schenkelkernbleche nung. Infolgedessen sinkt der Strom in dem Maße, mittels rechteckförmiger Aussparungen, die von der daß die Regeleinrichtung im entgegengesetzten Sinne Kernblechaußenkante quer zur Schenkelachse in anspricht und Pendelerscheinungen eingeleitet werden. Richtung Blechmitte verlaufen und durch einen 40 Die Kreisstromdrosseln führen während des Be-Hackschnitt erzeugbar sind, daß die stehengebliebene triebs sehr verschieden große Ströme, wodurch der Kernblechbreite der halben Kernblechgesamtbreite Arbeitspunkt an der Drosselcharakteristik hin- und entspricht und die Länge der Aussparungen in Rieh- herwandert (F i g. 3). Das Verhältnis der Drosseltung der Schenkdachse etwa das l,5fache der ge- induktivität L₂ bei kleinem Strom zu derjenigen von samten gerechneten Länge des Luftspalts (der Luft- 45 L₁ bei Betriebsstrom bzw. derjenigen von L₃ bei spalte) an dem Schenkelende (den Schenkelenden) Spitzenstrom wird einerseits groß gewünscht zwecks pro Schenkel beträgt, und daß in den ungeschwächten Erreichung einer möglichst kleinen Drosselausfüh-Teilen des magnetischen Kreises die Induktion bei rung, andererseits wird der Bereich begrenzt durch dem größten Betriebsstrom gleich oder kleiner als die Rücksichtnahme auf die Verzerrung des Misch-17 000 Gauß ist. 50 stromes durch zu hohe Eisensättigung.

Dabei ist es vorteilhaft und zweckmäßig, daß bei Als zweckmäßig sind daher nach der Erfindung

Verwendung verschiedener Kernblechbreiten inner- Kreisstromdrosseln in einem Arbeitspunktverhältnis

halb eines Schenkels, wie es bei großen Schenkel- L₂ „ , , ,, ... , . _T

querschnitte« mit durch Abstufung der Blechbreiten ^von L₁ ^{S 5 zu} empfehlen. Wenn man auf die Typen-

angenäherter Kreisflächenform der Fall ist, die Aus- 55 größe der Drossel keine Rücksicht zu nehmen hätte,

sparungen mit konstantem Verhältnis zur Kernblech- wurden alle Anforderungen der Schaltung an die

breite durch einen einzigen, lediglich verschieden Drossel auch von einer überdimensionierten Drossel

tief eingestellten Hackschnitt herstellbar sind. mit gerader Charakteristik gelöst werden können.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher Von diesem durch die Praxis der thyristorgespeisten

erläutert. Es zeigt 60 Gleichstromantriebe sich ergebenden Sachverhalt geht

F i g. 1. eine Antiparallelschaltung mit Gleich- die Erfindung aus. Um einerseits einen ordentlichen

strommotor, Drosseln und Thyristoren nach dem Betrieb zu gewährleisten, d. h. um eine Verzerrung

Stand der Technik, des Mischstromes und Pendelerscheinungen des

Fi g. 2 das charakteristische Diagramm Bf_t ~/{i₀) Stroms zu unterbinden, sowie andererseits eine einer Kreisstromdrossel, wobei B_fe = Induktion, be- 65 günstige Drosselgröße, Drosselcharakteristik, Einzogen auf Eisen, und i„ = Mischstrom bedeutet, stellbarkeit und Geräuscharmut zu erzielen, sind die

F i g. 3 das Diagramm L// bzw. La=f{i) der Schenkelquerschnitte der Drosseln mit speziellen Aus-Drosseln in Hauptrichtung bzw. Gegenrichtung, sparungen versehen.

Die Induktivität L₃' beim Spitzenstrom (F i g. 3) rechteckige Aussparung in Schenkelmitte wird gemäß braucht nicht mit L₁ bei Vollaststrom identisch zu der Erfindung mit einem Hackschnitt an der Schenkelsein. Die Induktivität kann vielmehr bei Stromanstieg seite hergestellt,
geringfügig von L₁ nach L₃ abnehmen. Dies erlaubte die Herstellung gleichlanger, aber

Die Eiseninduktion der außerhalb des Isthmus 5 verschieden breiter Isthmen mit einem einzigen Schnitt liegenden Teile des magnetischen Kreises hat auf je nach Einstellung desselben. Für Eisenquerschnitte den Magnetisierungsstrom beträchtlichen Einfluß. größerer Drosseln, die meist Rundspulen haben, j

Nach einem Merkmal der Erfindung soll sie bei werden üblicherweise die Schenkelquerschnitte zwecks I

Spitzenstrom maximal etwa 17 000Gauß betragen, größtmöglicher Raumausnutzung abgestuft (F i g. 5). ]

um Pendelerscheinungen zu verhindern. Dieser Wert io Der Umfang des Querschnitts folgt jeweils einem ,;

wird durch die Wahl des magnetischen Flusses und umschriebenen Kreis K. Damit nicht Teile des Flusses \

der Leiterzahl erreicht und nicht etwa, wie sonst ' von einem Teikpaket zum anderen senkrecht zu der naheliegend, durch eine einfache Vergrößerung des Ebene der Transformatorenbleche übertreten und Eisenquerschnitts gegenüber dem Normaltyp. damit Zusatzverluste erzeugen, wird nach der Erfin-

Die große Induktivität L₄ bei kleinem Strom stellt 15 dung in allen Streifenbreiten das Verhältnis von sich in an sich bekannter Weise bei jeder stromge- Aussparungstiefe zur restlichen Eisenbreite gleich speisten Drossel automatisch ein. Sie kann durch /groß gemacht.

die Luftspaltgerade des gesamten Drosselkreises dar- Gemäß der Erfindung wird dieses zusätzliche Merkgestellt werden,, für den der normale, berechnete mal dadurch erreicht (F i g. 6), daß in allen Stufen Luftspalt der Drossel und im wesentlichen der noch ao des Querschnitts derselbe Hackschnitt benutzt wird, ungesättigte Isthmus in Verbindung mit dem anfangs lediglich die Tiefe / der Aushackung bzw. Aussparung noch wenig wirksamen, dem Isthmus parallelgeschal- wächst mit der Streifenbreite. Die Tiefe t der Austeten Luftquerschnitt maßgebend ist. sparung ist in F i g. 6 nur für eine Blechbreite des

Dieser dem Isthmus parallelgeschaltete magnetische abgestuften Querschnitts dargestellt.
Leitwert der Luft verhindert bei den von der Erfin- as F i g. 4 zeigt die gesamte Luftspaltlänge je Schendung vorgesehenen Querschnittsverhältnissen, daß die kel 1 und das verstellbare Joch 2. Die gesamte Luftunvermeidliche höhere Sättigung des Isthmus selbst spaltlänge ist einmal für nur einen Luftspalt δ auf sich ungünstig auf die Gesamtcharakteristik auswirkt. der einen Seite eines jeden Schenkels (F i g. 4a), Im Gebiet von L₁ (Betriebsstrom) bis L₃ (Spitzen- sie ist gleich zweimal δ auf jeder Seite des Schenkels, strom) hat man somit keine scharf getrennte weitere 30 d. h. für einen Luftspalt δ auf jeder Seite des Schenkels Abstufung von L, sondern nur einen sehr schwach (Fig. 4b).
geneigten Verlauf der Kurve. F i g. 5 zeigt die bei Rundspulen gebräuchliche

Die von der Erfindung angestrebte Geräuscharmut abgestufte Form des Eisenquerschnitts innerhalb wird durch den verhältnismäßig schwach ausgeprägten eines umschriebenen Kreises K.
Isthmus erreicht, d. h. mit einer entsprechend großen 35 Die getrennte Anwendung der einzelnen Elemente Restbreite des Eisens. Zum / usgleich dient eine der Erfindung je allein füi sich bei Verkennung der größere Pfadlänge des Isthmus. Die Erfindung benutzt übrigen läßt den Vorteil der Erfindung nicht voll vorzugsweise eine Restbreite des Eisens von etwa in Erscheinung treten, weshalb der Nutzen in der 0,5 bis 0,7 der Blechbreite (Schenkelbreite) und eine gleichzeitigen Anwendung der Erfindungsmerkmale Länge des Isthmus von etwa 1,1- bis l,6facher Länge 40 als Kombination begründet und hierauf abgestellt des gesamten berechneten Nennluftspalts je Schenkel. ist. Der Elementenschutz selbst wird nicht begehrt. Diese oder eine ähnliche Dimensionierung ergibt Durch die Erfindung wird es ermöglicht, vorteilhafte

einen kompakten, gegen die Aussendung von Schwin- kleine Kreisstromdrosseln anzuordnen, die trotz gungen und Geräuschen widerstandsfähigen Rest- Typenausnützung unzulässige Verzerrungen des Mischkörper und läßt sich in eine Gesamtplanung zur Er- 45 Stroms vermeiden, also pendelfreien Betrieb gewähr-

. , . ,, ... . L- . . „ ..„ j leisten. Sie erreicht weiter Geräuscharmut durch An-

reichung eines Verhältnis £ in der Großenord- _{bringung kompakt}er Restpakete in dem durch den nung von z. B. etwa < 5 ohne Schwierigkeiten ein- Isthmus geschwächten Bereich, dazu Unabhängigkeit fügen. der Isthmuswirkung von der jeweiligen Luftspalt-

Der Isthmus ist hierbei in bekannter Weise möglichst so einstellung sowie eine Herabsetzung der Herstellungsweit vom Luftspalt (von den Luftspalten) der Drosseln, kosten durch einfaches Ausstanzen der magnetischen vorzugsweise in der Mitte der Schenkellänge, ange- Engpässe ohne zusätzliche Einrichtungen, wie ferroordnet. Dort ist die Streuung am kleinsten und der magnetische Roste u. dgl. Ferner wird eine einfache magnetische Fluß ist sehr konzentriert. Die Isthmus- Anwendbarkeit des Isthmusprinzips auch auf gestufte wirkung wird dadurch unabhängig vom Normal- 55 Schenkelquerschnitte ermöglicht,
luftspalt und dessen nachträglicher Veränderung Unter sonst gleichen Bedingungen ist es mit der

sowie von der verschieden starken Streuung der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, mit einer magnetischen Kraftlinien. Diese Lage des Isthmus um etwa 2000 bis 3000 Gauß niedrigeren Eisenbringt die Verbesserungen nach der Erfindung be- induktion im Vergleich zu einer normalen Drossel sonders gut zut Geltung. 60 in dem durch den Isthmus nicht geschwächten Teil

Die Merkmale der Erfindung werden wirksam des magnetischen Kreises auszukommen, was für ergänzt durch verbilligende Maßnahmen in her- die zu verhindernde Stromverzerrung ausschlagstellungstechnischcr Hinsicht. Die an sich bekannte gebend ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 motors liegende Drosselspule vorzusehen, deren Induktivität im Bereich kleiner Ströme groß und bei Patentansprüche: großen Strömen klein ist, wobei der Drosselkern einen zur Einstellung der Drosselinduktivität ver-

1. Kreisstromdrossel zum Betrieb von Gleich- 5 ändenichen Luftspalt aufweist, der an einzelnen strommotoren über Thyristoren in kreisstrom- Stellen durch eingesetzte Stege aus magnetisierbarem geregelter Antiparallelschaltung mit einem für die Material teilweise überbrückt ist
kreisstrombehaftete Antiparallelschaltung erfor- Die Stege sind so bemessen, daß ihre Sättigung

derlichen stromabhängigen Induktivitätsverhältnis erst kurz hinter der Lückgrenze eintritt Nicht ma-— große Induktivität bei kleinem Strom und io gnetisierbare Teile sind zusammen mit den Stegen kleine Induktivität bei großem Strom —, das als Rost angeordnet, der in den Luftspalt einführbar ist. mittels verstellbarer Luftspalte zwischen einem Diese Stege aus ferromagnetischem Material werden

oder beiden Jochen und den Schenkelenden des auch als Sättigungselemente bezeichnet Es ist eben-Eisenkernes sowie mittels bei einer bestimmten fails als Variante bekannt, daß diese Sättigungs-Stromstärke sättigbaren Abschnitten im Magnet- 15 elemente aus Kunststoff mit eingebetteten Teilen aus kreis beeinflußbar ist, dadurch gekenn- ferromagnetischem Material bestehen, wobei der zeichnet, daß bei einem Verhältnis der In- Kunststoffteil der Stege den gesamten Luftspaltduktivität L₁ bei Betriebsstrom zu der Induktivi- querschnitt ausfüllt, während die ferromagnetischen

tat L. bei Kreisstrom von " § 5 die sättigbaren Teile sich auf einen geringeren ^l beschränken,

Li ⁶ 20 Das Verhältnis zwischen den ferromagnetiscnen una