DE2322924A1 - Saettigungsdrossel - Google Patents

Description

SaTi)IGIIMGODROSSEL

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf gesteuerte

Last stromkonstanthalter, insbesondere auf ein@i parametrischen.

,närilich eine,;

Konstanthalt er~7^Ysättigungsdrossel in der Betriebsart erzwungener Magnetisierung.

Sie ist auf allen Gebieten der Technik anwendbar, wo es erforderlich ist, einen Laststromwert konstant zu halten und ihn in einem weiten Bereich zu regeln. Als solche Gebiete können Gleich- und Wechselstrom-Lichtbogenschmelzschweißung, Plasmabogenschneiden, Lichtbogenumschmelaen, Elektrolyse, Galvanotechnik, elektrochemische Bearbeitungsverfahren, elektrische Kraftübertragung
bei einem konstanten Stromwert in der Leitung usw«, genannt werden.

Es ist eine Sättigungsdrossel in der Betriebsart freier
Magnetisierung bekannt, welche Steuervjicklungen und eine in
zwei Sektionen mit verschiedener Wicklungsanzahl geteilte
?/echseIstromwicklung aufweist ₈ die durch schnellwirkende Strom-

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richter geschaltet werden, wobei im Erregungsbereich in den Laststromkreis die" Sektion mit der größeren und im Durchlaßbereich jene mit der kleineren Windungsanzahl eingeschaltet wird (USA-Patent Nr. 3.688.181).

Diese bekannte Sättigungsdrossel hat die folgenden Nachteiles der Puls at ions faktor des Laststroms ändert sich in einem weiten Bereich sowohl bei einer Änderung der Belastung bzw. der Speisenetzspannung, als auch bei einer Laststromregelung (der mittlere Stromwert bleibt dabei unverändert) ₆ bei einem Betrieb der Sättigungsdrossel auf eine Gleichrichterbrücke mit einem Induktivitätsfilter und einer Belastung im Gleichstromkreis wird die Konstanthaltung des Laststroms gestört} bei belastungs- bzw· netzseitigen Störungen finden zeitweilige Abweichungen des mittleren Laststromwertes statt«

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sättigungsdrossel in der Betriebsart erzwungener Magnetisierung zu schaffen, bei welchers der Laststrom eine Rechteckform hat und infolgedessen der Momentan-, der Mittel- und der Effektivlaststromwert konstant gehaltenwird und kein Übergangsvorgang im Stromwert bei sowohl speisenetz- als auch belastungsseitigen Störungen (bei bestimmten Störungsbeträgen) auftritt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst_? daß die Sättigungsdrossel, welche Steuerwicklungenj geteilte Strom- und Spannungs-

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— j "~

arbeitswicklungen sowie einen mit gesteuerten Stromrichtern ausgeführten und die Spannungswicklungen im Durchlaßtoereich überbrückenden Kommutator enthält, erfindungsgemäß mit einer linearen Induktivität versehen ist, welche in Reihe in den

wobei

Stromkreis der Steuerwicklung eingeschaltet ist,' in den Laststromkreis in Reihe eine zusätzliche lineare Induktivität

ist)

eingeschaltet^ dabei sind die Spannungsarbeitswicklungen zwischen der Anode und der Steuerelektrode der erwähnten gesteuerten Stromrichter über eine Diode eingeschaltet. Wenn die Sättigungsdrossel zur Konstanthaltung nur eines

Wechselstromwertes verwendet wird, wird sie zweckmäsigerweise

-tialnach einer Differentschaltung ausgeführt, d.h. die Wicklung der

wird linearen Induktivität im Laststromkreis^vmit einer Anzapfung von deren Mitte aus versehen, welche in Reihe mit der Stromwicklung der Sättigungsdrossel geschaltet wirdJ dabei ist die Wicklung selbst zwischen der Anode und der Kathode der gesteuerten Stromrichter angeschlossen.

Wenn die Sättigungsdrossel zur Konstanthaltung sowohl eines Gleichstrom-, als auch eines einphasigen Wechselstromwertes verwendet wird, werden die gesteuerten Stromrichter zweckmäßigerweise nach einer einphasigen Brückenschaltung aufgebaut und die lineare Induktivität des LastStromkreises in den Gleich-Stromkreis der Brücke geschaltet.

Zur Konstanthaltung eines Gleich- und eines MehrphasenwechseIstromwertes werden die gesteuerten Stromrichter nach

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einer Mehrphasenbrückenschaltung und die lineare Induktivität des Laststromkreises in den Gleichstromkreis der Brücke geschaltet j die Anzahl der Spannungsarbeitswicklungen im Stromkreis Anode-Steuerelektrode hat der Phasenanzahl zu entsprechen; diese Wicklungen sind in Reihe derart zu schalten» daß an einem jeden Kern der Sättigungsdrossel Spannungsarbeitswicklungen angeordnet sind, die in die gemeinsam arbeitenden Brückenzweige eingeschaltet sind, wobei deren Anzahl auch der Phasenanzahl entspricht..

Die vorgeschlagene erfindungsgemäße Sättigungsdrossel ermöglicht es, steuerbare und der Stromart nach universelle Stromkonstanthalter mit einer praktisch unbegrenzten Leistung zu entwickeln, welche dabei hohe Volumen- und Massekennwerte, hohe Werte der Strom- und Leistungsverstärkungsfaktoren ( Jeweils 10 bzw. 10 ), eine lineare Regelkennlinie, eine parametrische Betriebsart der Konstanthaltung sowie keine Übergangsvorgänge im Stromwert bei belastungs- bzw. netzseitigen Störungen aufweisen.

Die Einfachheit der Schaltungen bedingt eine.hohe Zuverlässigkeit, eine einfache Bedienung und macht ein^bgleich überflüssig, wobei eine hohe Güte der Regelung und der Konstanthaltung sowohl eines Gleich- als auch eines Wechselstromwertes mit einer Rechteckform gesichert werden.

von

Des weiteren wird die Erfindung anhand Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf beigelegte Zeichnungen erläutert. Es zeigt

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_ ρ —

Fig. 1 die elektrische Prinzipdifferentialschaltung der erfindungsgemäßen Sättigungsdrossel mit getrennten Betriebswicklungeni

Fig. 2 die elektrische einphasige Prinzipbrückenschaltung der erfindungsgemäßen Sättigungsdrossel\

Fig· 3 die elektrische dreiphasige Prinzipbrückenschaltung der erfindungsgemäßen Sättigungsdrosself

Fig. 4 das Diagramm der Zeitabhängigkeit der Speisenetzspannung ι

Fig· 5 das Diagramm der Zeitabhängigkeit des Laststromsj

Fig. 6 das Diagramm der Spannungsänderung an Wicklungen der linearen Induktivität im Laststrom- und im Steuerstromkreis j

Fig· 7 das Diagramm der Spannungsänderung an einer der Wiklungen der Sättigungsdrossel{

Fig. 8 das Diagramm der Spannungsänderung an einer anderen Wicklung der Sättigungsdrossel\

Fig. 9 das Diagramm der Stromänderung der Steuerelektrode eines der Stromrichter!

Fig. 10 das Diagramm der Stromänderung der Steuerelektrode eines anderen Stromrichters.

Die in der Fig. 1 dargestellte Sättigungsdrossel mit getrennten Arbeitswicklungen ist nach einer Differen tialschaltung ausgeführt und enthält eine Wechselspannungspeisequelle 1, einen mit gesteuerten Stromrichtern 2 und 3 ausgeführten Kommutator, Dioden 4 und 3» welche in den Stromkreis Anode-Steuerelektrode der gesteuerten Stromrichter 2 und 3 über Arbeitswicklungen 6

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und 7 der Sättigungsdrossel eingeschaltet sind, die sich, auf Kernen 8 bzw. 9 befinden.

die Der Mittelpunkt der linearen induktivität, ^v aus in Reihe

geschalteten Sektionen 10 und 11 ausgeführt ist (durch Punkte sind Anfänge der Wicklungen gezeigt) , ist in den Stromkreis der Arbeitsstromwicklungen 12 und 13 der Sättigungsdrossel, welche in Gegenreihenschaltung liegen, und der Belastung 14 eingeschaltet.

Steuerwicklungen 15* 16 der Sättigungsdrossel, welche in Eeihe geschaltet sind, sind in Serie mit der Wicklung 17 der zusätzlichen linearen Induktivität an die Gleichspannungsquelle 18 angeschlossen.

Die in der Fig. 2 gezeigte Sättigungsdrossel ist nach einer einphasigen Brückenschaltung ausgeführt und besteht aus einer Wechselspannungsspeisequelle 19s gesteuerten Stromrichtern 20_s 21 j 22, 23, welche einen Kommutator -einen Brückengleichrichter bilden, in dessen Gleichstromkreis eine lineare Induktivität 24 eingeschaltet ist. Die Anode und die Steuerelektrode eines jeden gesteuerten Stromrichters sind über Spannungsarbeitswicklungen 25» 26, 27 _t 28 der Sättigungsdrossel und Dioden 29, 30, 31, 32 gekoppelt, dabei befinden sich die Spannungsarbeitswicklungen 26, 27 am Kern 33 und die Wicklungen 25 und 28 am Kern 34. Die Stromarbeitswicklungen 35 und 36 der Sättigungsdrossel, die sich auf den Kernen

33/bzw,34 befinden, liegen im Stromkreis der Belastung 37 in Gegenreihenschaltung. Der Steueikreis, bestehend aus einer

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_ 7 —

linearen Induktivität 38 und den in Heine geschalteten Steuerwicklungen der Sättigungsdrossel 39» 40, ist an eine Gleichspannung squelle 41 angeschlossen.

In Fig· 3 ist die Schaltung einer dreiphasigen Sättigungsdrossel mit getrennten Arbeitswicklungen dargestellt· Die Drossel "besteht aus einer dreiphasigen Speisequelle 42, deren Spannung über Stromarbeitswicklungen 43_t 44, 45, 46, 47, 48 der dreiphasigen Sättigungsdrossel, die sinngemäß an Kernen 49» 50, 51» 52,

t 53, 54 angeordnet sind, an eine dreiphasige Gleichricherbrücke gelegt wird, die mit den einen Kommutator bildenden gesteuerten Stromrichtern 55, 56» 57» 58, 59» 60 ausgeführt ist.

Steuerwicklungen 61, 62, 63, 64, 65, 66 der Sättigungsdrossel sind in Reihe geschaltet, in den Stromkreis der Steuerwicklungen 61, 62, 63, 64, 65, 66 und der Gleichspannungsquelle · 67 ist eine lineare Induktivität mit einer Wicklung 68 eingeschaltet.

In den Stromkreis Anode- Steuerelektrode der gesteuerten Stromrichter 55-60 sind Spannungsarbeitswicklungen 69, 70, 7⁴Ij 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86 der Sättigungsdrossel über Dioden 87, 88, 89, 90, 91, 92 eingeschaltet.

In den Stromkreis Anode-Steuerelektrode sind in Reihe ge

drei Spannungsarbeitswicklungen 69, 70, 71 bzw. 72, 73 _r 74

auf der Sättigungsdrossel eingeschaltet, die sich ν verschiedenen Kernen befinden. Deren Anschlußfolge wird durch die Phasenfolge des Speisenetzes bestimmt und die Anzahl ist der Phasenanzahl

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gleich. Dieser Aufbau macht die Sättigungsdrossel für eine Änderung der Phasenfolge bei deren Anschluß an das Netz unempfindlich.

In den Gleichstromkreis der Dreiphaseribrücke sind in Beine eine lineare Induktivität mit einer Wicklung 93 und eine Belastung 94 eingeschaltet. Die nach den Schaltungen der Fig. 2 und Fig. 3 ausgeführten Sättigungsdrosseln.ermöglichen es_t an einer Belastung sowohl Gleich-, als auch Wechselstrom konstant zu halten. Zu diesem Zweck ist die Belastung entweder an den Gleichstromkreis der Gleichrichterbrücke, oder in die Unterbrechung der Phase (der Phasen) anzuschließen» durchweiche die Gleichrichterbrücke eingespeist wird.

Die Sättigungsdrossel arbeitet wie folgt.

Ursprünglich stellt sieh bei eingeschalteter Gleichstromquelle 18 (Fig· 1) im Stromkreis der Steuerwicklungen 15 und 16 der Sättigungsdrossel über die lineare Induktivität mit der Wicklung 17 im Stromkreis ein bestimmter, im voraus vorgegebener Steuerstromwert ein. Die Kerne 8 und 9 der Sättigungsdrossel sind gesättigt. < .

Bei einer Spannungszufuhr von der Quelle 1 schalten sich die Stromrichter 3 und 2 zum Anfang einer jeden Halbperiode des Netzes 95 und 96 (Fig. 4) ein. Indem er den Stromkreis Quelle 1 (Fig. 1), Stromrichter 2 (bzw.3) , Wicklungen 8 (9), Stromwicklungen 12 und 13, Belastung 14 durchfließt, steigert sich der Laststrom vom Nullwert bis zu einem bestimmten Wert, der

^W12(13)
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gleich ist. Hierin "bedeuten J^ -Laststrom, J -Steuerstrom im Stromkreis der Wicklungen 15 und ^*^^(^ß\ ^un<i ^12(13) -Windungsanzahl der entsprechenden Wicklungen.

Die Ursache, die einen konstanten Anstieg des Laststroms bestimmt, besteht in der linearen Induktivität mit der Wicklung 10-11· Bei einer Stromzunahme steigert die lineare Induktivität den Pegel der gespeicherten magne tschen Energie, deren Grenz-

L-rC. L/

8 η * J-i
wert W,,, = beträgt," worin W_n, - magnetische Energie

JH ρ Hl

der linearen Induktivität und L_{Q n} - der Induktivitätswert sind·

In der Zeitspanne, in welcher die Induktivität den Yorrat an magnetischer Energie steigert, erfolgt keine Blind.arbeitrekuperation ins Netz·

Des weiteren hält die Sättigungsdrossel den Betrag der durch die lineare Induktivität erhaltenen magnetischen Energie durch eine parametrische Phasenregelung der dem Netz entnommenen und in das Netz abgegebenen Energie konstant, wodurch der Strom im Laststromkreis auf einem steuerungsseitig vorgegebenen Pegel konstant gehalten wird·

In der Zeitspanne t_o-t] (Fig. 4·) für den Kern 9 (Pig. 1) ist der Kern 9 gesättigt*, der Stromrichter 3, welcher die Spannungsarbeitswicklung 7 überbrückt, ist geöffnet;

über die Wicklung 17 der linearen Induktivität, die Steuerwicklungen 15 und 16 fließt Steuerstrom von der Quelle 18jder

Wechsel-Laststrora 97 (Fig. 5) fließt von der * spannungsquelle

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-ΙΟΙ über den Stromrichter 3» die Wicklung 11 der linearen Induktivität, die Stromwicklungen 12 und 13 der Sättigungsdrossel und die Belastung 14. Der Kern 8 der Sättigungsdrossel wird ummagnetisiert, an der Wicklung 6 entsteht Spannung 103 (Fig. T)₁

die dem Betrag nach der Spannung 100 an der linearen Induktivität (Fig. 6) gleich und entgegen gerichtet ist»

In dem Zeitpunkt t,. wird der Kern 8 gesättigt, die Spannung 103 (Fig. 7) wird gleich Null, die Spannung 100 (Fig. 6) an der Wicklung 10-11 erzeugt ein Strom 106 (Fig. 9) in der Wicklung 6, der Diode 4 und der Steuerelektrode des Stromrichters 2 (Fig. 1), der Stromrichter 2 schaltet sich ein, weil Netzspannung 95 (Fig. 4) für ihn zu diesem Zeitpunkt eine Dufchlaßspannung ist, überbrücktdie Spannungsarbeitswicklung 6,

der Stromrichter 3 (Fig. 1) schaltet sich aus· Die Belastung 14 wird durch Strom 98 mit einem anderen Vorzeichen (Fig· 5) durchflossen. Der Kern 8 bleibt .gesättigt, der Kern 9

die

wird ummagnetisiert, indem er durch" dem Betrag nach konstanten Steuerampere windungen versetzt wird. An der linearen Induktivi-

fällt die

tat mit den Wicklungen 10-11 -^v Spannung 101 (Fig. 6) ab,

die einer Differenz der Momentanwerte der Netzspannung 95 und des mit dem Widerstandswert der Belastung 14 multipli- > zierten Lasistroms 98 (Fig. 5) gleich ist· An der Wicklung 7 entsteht Spannung 105 (Fig. 8) die der Spannung 101 (Fig. 6) der linearen Induktivität gleich und gegen diese gerichtet ist.

Zum Zeitpunkt tp ändert sich das Vorzeichen der Netzspannung, durch die in der linearen Induktivität mit der Wicklung 10-11

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jedoch gespeicherte Energie behält der Läststrom 98^vseine Sichtung und der Stromrichter 2 bleibt eingeschaltet« Im Kern 9 setzt sich eine Integration des Blindflußes fort.

Zum Zeitpunkt t^ geht die Integration zu Ende, der Kern (Fig. 1)wird gesättigt,, in der Wicklung 7 und- der Diode 5 fließt Strom 107 (Fig. 10), welcher den Stromrichter 3 einschaltet, in der Belastung 14 fließt Strom 99 (Fig. 5) , an den Induktivitäten mit den Wicklungen 10-11 und 17 entsteht Spannung 102 (Fig. 6), der Kern 9 (Fig. 1) bleibt gesättigt. Dar Kern 8 wird ummagnetisiert und des weiteren wiederholt sich der Vorgang, argefangen vom Zeitpunkt t^,.

Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet auf die gleiche Weise mit dem Unterschied, daß die Schaltglieder der linearen Induktivität nach einer Brücken- anstatt der Differentialschaltung aus-^v geführt sind, die in Fig. 1 gezeigt und erläutert ist.

Die Schaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich durch keine physikalischen Vorgänge, die in den Schaltungselementen erfolgen, im Vergleich mit der Fig. 2. Eine mehrphasige Spannungsquelle 42 bedingt eine allgemeine Steigerung der Anzahl von Kernen, die zur Sättigungsdrossel gehören, sowie der Anzahl von Spannungswicklungen, die in den Stromkreis Anode-Steuerelektrode der Stromrichter eingeschaltet werden, wobei deren Anzahl um die Phasenanzahl des Netzes gesteigert wird, damit eine Unempfindlichkeit der Sättigungsdrossel in einer

gegenüber der
Mehrphasenausführung ^ Phasenfolge erzielt wird.

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Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE

1.^Sättigungsdrossel, welche Steuerwicklungen, getrennte Strom- und Spannungsarbeitswicklungen und einen mit steuerbaren Stromrichtern ausgeführten und die Stromarbeitswicklungen im Durchlaßbereich überbrückenden Kommutator hat, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine lineare, in Reihe in den Stromkreis der Wicklungen (15i 16) eingeschaltete Induktivität und eine zusätzliche lineare in Reihe in den LastStromkreis eingeschaltete Induktivität auf-

die
■weist, wobe^Spannungsarbeitswicklungen (6,7) zwischen den Anoden und Steuerelektroden der erwähnten gesteuerten Stromrichter (2,3) über eine Diode (4,5) eingeschaltet sind.

2. Sättigungsdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beim Schalten der gesteuerten Stromrichter (2,3) des Kommutators nach einer Differentialschaltung die Wicklung (10, 11) der in Lastkreis vorgesehenen linearen Induktivität zwischen α er Anode und der Kathode

und der gesteuerten Stromrichter (2,3) geschaltet ist ^v die er-

_ ^T^oie in Reihe mit der Stromwicklung (13) der Sättigungsdrossel geschaltet ist.

3· Sättigungsdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schalten der gesteuerten Stromrichter (20, 21, 22, 23) des Kommutators nach einer einphasigen Brückenschaltung die lineare Induktivität (24) des Laststromkreises (37) in den Gleichstromkreis der Brücke geschaltet ist.

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4. Sättigungsdrossel nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei Schalten der gesteuerten Stromrichter (55*60) des Kommutators nach einer mehrphasigen BrückenschaItung die lineare Induktivität (93) des Laststromkreises (94) in den Gleichstromkreis der Brücke eingeschaltet ist, die Spannungsarbeitswicklungen untereinander in Reihe geschaltet sind und ihre Anzahl der Phasenanzahl gleich ist, dabei entspricht die Anzahl der Spannungsarbeitswicklungen an einem jeden Kern der Sättigungsdrossel (49*54-)» welche in die zusammenarbeitenden Brückenzweige eingeschaltet sind, auch der Phasenanzahl·

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