DE2357157A1 - Elektrische stromversorgung - Google Patents

Description

Dr.-ing. DipL-Phys. OSKAR KÖNIG Patentanwalt

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Weir Electronics Limited Bognor Regis, Sussex, England

Elektrische Stromversorgung

Die Erfindung betrifft elektrische Stromversorgungen für Lasten, bei denen der Koeffizient der elektrischen Impedanzgiidening mit der angelegten Spannung entweder negativ (bspw. eine Leuchtstofflampe) oder sehr niedrig-(bspw. ein Magnetron)ist, was Probleme in der Gestaltung geeigneter Stromversorgungen aufwirft.

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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für solche Lasten eine verbesserte einfache Stromversorgung zu schaffen, bei welcher der Laststrom leicht auf gewünschte Pegel begrenzt v/erden kann und bei Änderungen der an die Last angelegten Speisespannung und der Impedanz dieser Last konstant gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung dieser Aufgabe eine elektrische Stromversorgung zur Erzeugung einer Wechse3aisgangspannung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zwei Transduktoren oder sättigbare Drosseln (engl. reactors) aufweist, die gegenphasig

in Reihe zu dem Ausgang geschaltet sind, und daß Mittel vorgesehen sind, sie mit einem konstanten Steuer— gleichstrom zu versorgen, so daß sie in dem erzwungenen Kagnetisierungszustand arbeiten, wodurch eine Konstantstromquelle mit einer hohen Ausgangsimpedanz erhalten wird, deren Ausgangsstrom durch, den Steuergleicfc.— strom einstellbar ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stromversorgung ohne ihren Steuerstromkreis und geschaltet zur Speisung einer Leuchtstofflampe,

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Fig. 2 eine charakteristische Kurve der Stromversor- · gung der Fig. 1, '.

Fig. 3 zeigt Spannungs- und Stromverläufe, die der · " Stromversorgung der Fig. 1 zugeordnet sind,

Fig. 4 zeigt einen Steuerstromkreis, welcher für die Schaltung nach Fig. 1 benutzt werden kann,

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerstromkreises,

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, einer zur Speisung einer Leuchtstofflampe geschalteten Stromversorgung,

Fig. 7 zeigt eine andere Form einer mit einem Magnetron verbundenen Stromversorgung,

Fig. 8 zeigt Spannungs- und Stromverläufe, die der Strom versorgung der Fig. 7 zugeordnet sind.

Fig. 1 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. Λ ist ein Teil einer Stromversorgung dargestellt, welche eine Wechselspannungsquelle 11 aufweist, die in Reihe mit den gegenphasig geschalteten Arbeitswicklungen (Hauptwicklungen, Netzwicklungen) von zwei Transduktoren (sättigbare Drosseln) 12 und 13 geschaltet ist, um eine Leuchtstofflampe 14- zu speisen.

Es ist ein Stromkreis 16 vorgesehen, um einen Steuergleichstrom durch die Steuerwicklungen der beiden Transduktoren 12 und 13 hindurchzuleiten, wobei diese Steuerwicklungen in Reihe in Phasenunterstützung (phase assistance^ geschaltet sind, und durch eine Drosselspule 15 hindurch,

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die in Reihe mit den Steuerwicklmgen geschaltet ist, um Wechselströme vom Steuerstromkreis fernzuhalten und um Änderungen des Gleichstromes während des Zyklus zu verhindern.

Die Transduktoren 12 und. 13 werden in dem erzwungenen Kagnetisie-rungszustand betrieben, d.h. derart, daß der Steuergleichstrom .während des Arbeitszyklus nicht variieren darf. Unter diesen Bedingungen werden die Transduktoren zu einer Konstantstromquelle mit einer hohen Ausgangsimpedanz und der Ausgangsstrom ist durch den Gleichstrom in der Steuerwicklung einstellbar.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie Jedes Transdukt.ors. I/er Transduktor ist durch den Steuergleichstrom in die Sättigung bis zum Punkt A vormagnetisiert. Am Funkt A ist NcIc = KoIo, wobei Nc und No die Anzahl der Vindunre: der Steuerwicklungen bzw. der Arbeits- oder Auspar.gswicklungen sind und Ic und Io die Steuerströme bzw. die Arbeits- oder Ausgangsströme.

Wenn die Arbeitswicklungen der Transduktoren 12 ur:d ^~ mit Wechsel spannungen von der Quelle 11 beauf schlr-gt werden, wird ein Transduktor in Richtung X (I'ifs;. 2) getrieben, d.h. weiter in seine Sättigung hinein und behält eine niedrige Impedanz, wogegen der andere Tranrduktor in Richtung Y getrieben wird und wenn der Funkt E erreicht wird, eine hohe Impedanz annimmt; Einweiterer Anstieg der angelegten Wechselspannung hat dann nur noch einen sehr kleinen Anstieg des Ausgangsstrones zur

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Folge. Pig. 3 zeigt den Verlauf der Transduktorspannunf und des Ausgangsstromes während eines

La der Kernwerkstoff der Transduktoren bis z-urri £ättifur_ri?>r.:e punkt endliche Permeabilität hat, besteht die Wirkung eines Ansteigens der Eingangsspeis urig auf den Stromkreis in einem Ansteigen des Ausgangsspitzen- oder -rchcn stromes. Es ist möglich, diese Übertragungsadmittanz( engl.: transfer admittance) in dem Steuer pie;chstromkreis zu kompensieren.

Je größer die Permeabilität des Kernwerkstoffes der Transduktoren ist, umso kleiner ist die-Wirkung: der tibertragungsadmittanz. "

Deshalb werden bessere Ergebnisse erhalten, wenn man einen Werkstoff mit einer rechteckigen Hysteresisschleife verwendet.

In Fig. 4- ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Steuerstromkreises schematisch dargestellt. Die Bezugs- ■ spannungsdiode D 1 wird über den Widerstand E 1 von einer Gleichstromquelle mit einem Strom versorgt, der proportional zur Netzspeisung für das System ist. Der Widerstand E 1"liefert die Basisvorspannung für einer. Transistor VT 1. Daher wird der Emitter des Transistors VT 1 auf einem festen Potential gehalten und hierdurch läßt sich der^TransduktorSteuerstrom durch einen Widerstand EV Λ einstellen.

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Ein Widerstand R 2 liefert einen zu der Speicerpannur.r proportionalen Strom an den Verbindungepunkt des Widerstandes RV 1 und des Emitters des Transistors VT- 1. Der Stromkreis hält den Strom durch den Widerstand RV 1 konstant, so daß, wenn die Eingangsspannung ansteigt der Transduktorsteuerstrom absinkt und daher die tTbertrr-g admittanz des Transduktors kompensiert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Steuerstromkreises ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Der Vorteil dieses Steuerstromkreises ist, daß die Stromschiene für Niederspannung vorgesehen sein kann und daher wirksamer ist. Eine Kompensation de? Übertrapur.j admittanz wird durch Wahl des Verhältnisses H1/Ü2 erhalten.

Fig. 6 zeigt eine vollständige Stromversorgung, die ar. eine Leuchtstofflampe 14 angeschlossen ist und in welcher ein Transformator 18 henutet wird, um die Wechselspannung zu den Transduktoren 12 und 13 und der Lampe 14 zu liefern und um den Steuerstrorckreis gemäß Fig. 4' über einen Gleichrichterkreis 17 zu speisen.

Die Spannungsquelle 11 kann direkt ein Wechselstromnetz oder, im allgemeinen noch günstiger, ein Wechselrichter (engl. inverter) sein, der von einer gleichgerichteter. Netzspannung oder einer Niederspannungsgleichstromquelle, d.h. einer Batterie gespeist sein kann. Die

Arbeitsfrequenz kann sich "bis über 30 KHz ausdehnen

7 und 8 zeigen ein System, welches, bspw. für die" Verwendung in einer elektrischen Stromversorgung: für Magnetrons als Quelle für Hochfrequenzleistung in Mikrowellenheizvorrichtungen bspw. einer Frequenz von 2450 14 Hz vorgesehen sein kann.

Es besteht ein steigender Bedarf an Stromversorgungen, welche von einem üblichen Netz gespeist werden, bspw. 240 V ,50 Hz, oder auch von Gleichstrom, bspw. einer Batterie, um ein Magnetron in der erforderlichen "weise zu speisen, bspv?. mit einer Anodenspeisung von 35OO V bei 0,5 A Gleichstrom und mit einer Heizleistung von 5. V bei 20 A Wechselstrom, wobei üblicherweise Mittel vorgesehen sind, um die Heizspannung für eine kurze Zeit anzulegen,ehe die Anodenspeisung erfolgt. Darüberhinaus muß das Magnetron mit einem konstanten Anodenstrom betrieben werden.

Bei Benutzung für Kochzwecke wird die Kochzeit wesentlich durch die mittlere Ausgangsleistung des Magnetrons bestimmt und folglich durch den mittleren Gleichstrom, der dem Magnetron zugeführt wird. Dieser Strom kann in Form von Impulsen vorliegen, wobei jedoch eine oberc-Grenze für das Verhältnis von Spitzenwert zu Mittelwert des Stromes vorhanden ist, die typischerweise bei etwa 3 : 1 liegt.

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Konventionelle Stromversorgungen für Magnetrons benutzen für die Anodenspeisung einen netzgespeister., die Spannung hinauftransformierenden Transformator mit hoher Streureaktanz zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen, welche zusammen mit einer äußeren Kapazität die notwendige Strombegrenzung bewirkt. Für die Speisung der Heizung wird ein gesonderter netzgespeister,' isolierter Transformator benutzt.

Die Magnetronausgangsleistung wird durch Variieren des Wertes der Kapazität, oder einen Nebenwiderstand oder einen Parallelwiderstand, in dem Anodenspeisestromkreis verändert. Das Schalten der Anodenspeisunf wird üblicherweise mittels eines Relais auf der Frimärseite des Anodenspeisestransformators bewirkt.

Diese konventionellen Stromkreise haben den Nachteil, daß sie große und schwere Transformatoren und große Kapazitäten, einen Hochspannungsschalter zum Ändern der Ausgangsleistung und einen Hochstromschalter zum Anlegen der Anodenspeisung erforderlich machen.

In der beschriebenen Magnetronstromversorgung sind einige oder alle Nachteile eliminiert oder wirksam reduziert.

Fig. 7 zeigt eine vollständige Magnetronstromversorgung, die ausgebildet ist, um von einem 50 Hz Ketz und einem Steuergleichstrom mit Energie versorgt zu Werden.

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Indem man, den Heiztransformator T 3 parallel zu der. Transduktoren TRA und TED schaltet, "wird die Heizspannung selbsttätig reduziert, wenn die Anodenspannung angelegt wird, was häufig ein gewünschtes Merkmal der Speisung ist.

Die Netzeingangsspannung (Fig. 8 (a)) wird durch eine Vollweggleichrichterbrücke BR gleichgerichtet, um Gleichstrom zu erzeugen (S¹Ig;. 8 (b)), der einen Hochfrequenz-Wechselrichter speist, welcher ausgangsseitir Wechselstrom liefert (Fig. 8, Spannungsverlauf (c)}.

Dieser Wechselstrom wird einem Transduktorstromkreis ähnlich der Fig. 1 zugeführt, jedoch hat dieser Stromkreis zwei Transduktoren TRA und TRD und Transforma- toren T3 und T4 für die Heizungsspeisung und Anodenspeisung des bei M angedeuteten Magnetrons.

Infolge der Spannungsbegrenzung durch das Magnetron K hat die Spannung am Ausgang des Transformators T4-die in Fig. 8 (d) gezeigte Form; die Spannung und der Strom des Magnetrons sind in Fig. 8 (e) und 8 (f) "dargestellt.

Die Anodenspeisung kann durch Unterbrechung des Steuergleichstromes ausgeschaltet werden, so daß der Transduktor in dem Bereich hoher Impedanz arbeitet und das Verhältnis der Nebenschlußreaktanzen (shunt reactances) für die Transduktoren TRA und TRB und den Transformator T 4 sind so gewählt, daß das Magnetron bei Spitzen-

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eingangsspannung nicht in den leitenden Zustand getrieben wird.

Der .Ausgangsstrom zum Hagnetron wird bloß durch Verändern des Steuergleichstromes variiert.

Die vorstehend beschriebene Schaltung hat die Vorteile, daß die Stromversorgung insbesondere für den Betrieb mit hohen Frequenzen viel kleiner und leichter als konventionelle Stromversorgungen ist. Obwohl eine Frequenz von 2 KHz als Beispiel angeführt wurde, können auch andere Frequenzen, z.B. 4, 10 oder 20 KHz mit Vorteil verwendet werden. Der Ausgangsstrom kann variiert werden und die Anodenspeisung kann leicht durch die Steuerung von Steuergleichstrom niedriger Hohe geschaltet werden, und der Transduktor bildet ein einfaches, vielseitiges und anpassungsfähiges Mittel zum Steuern der Ausgangsleistung des Magnetrons.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   '.Elektrische Stromversorgung mit Wechselspannunprsausfanr, dadurch gekennzeichnet, da B zwei Transduktoren (12,13 ; TEA, TEL·) oder sättirbsre Drosseln vorgesehen.sind, die in Gegenphare in heihe mit dem Ausgang geschaltet sind und daß ein Steuerstrcmkreis vorgesehen ist, um die Transduktoren mit einem konstanten Steuergleichstrom zu versorgen, um sie ir. einem erzwungenen Magnetisierungszustand zu betreiben, wodurch eine Kons^antstromquelle mit hoher Ausgangsimpedanz erhalten x-jird, deren Ausgangsstrom durch den Steuergleichstrom einstellbar ist.

   Stromversorgung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kompensationseinrichtungen zum Kompensieren von Übertragungsadmittanz (engl. transfer admittance) in demSteuerstromkreis durch Eeduzieren des Steuergieichstroms bei ansteigender Eingangsspeisespannung.

   Stromversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eompensationseinrichtungen einen zu den Transduktor en. oder Drosseln parallel geschalteten Widerstand aufweisen, daß ferner Einrichtungen vorgesehen sind, um durch den Widerstand einen zu der Eingangsspeisespennung proportionalen Strom hindurchzuleiten und daß eir. Transistor so angeordnet ist, daß der kombinierte £tror. durch den Widerstand und die Transduktoren oder Drosseln konstant ist.

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   4. Stromversorgung nach Anspruch 1, 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transduktoren oder sättigbaren Drosseln durch einen Wechselrichter gespeist werden.

   5. Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz "bis zu JO EEz beträgt.

   6. Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang eine Leuchtstofflampe/angeschlossen ist.

   7» Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang über einen Ausgangstransformator (T 4) an die Anode eines Magnetrons (M) angeschlossen ist.

   3. Stromversorgung nach. Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (T 3) zur Speisung der Heizung des Magnetrons parallel zu den Transduktoren (TRA., TED) geschaltet ist=

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