DE2531558A1

DE2531558A1 - Regleranordnung

Info

Publication number: DE2531558A1
Application number: DE19752531558
Authority: DE
Inventors: Patrick L Hunter
Original assignee: North Electric Co
Current assignee: North Electric Co
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1976-01-29
Also published as: CA1030219A; US3916295A; GB1498445A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz d · eooo moneben *o, 14. Juli 1975 Dr. Gertrud Hauser E,„.b.„c, uob.m 2531558 Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramme: Labyrinth München

Telefon: 831510

Telex: 5 212 226 pihl d PwhdiedJtonto: München 117078-800 Bank: Deutsche Bank. München 66/05000 Unser Zeichen; N 637

NORTH ELECTRIC COMPANY
553 South Market Street,
Galion, Ohio 44833,V.St.A.

Regle rano rdnung

Die Erfindung bezieht sich auf einen ferroresonanten Spannungsregler und insbesondere auf eine Regleranordnung, die eine einstellbare Ausgangsspannung oder geschlossene Rückkopplungsschleifen aufweist.

Ferroresonanzregler werden derzeit auf dem Gebiet der Netzgeräte in großem Umfang angev/endet. Einer der vielen Vorteile solcher Regler besteht darin, daß er aus einer regelnden Transformatorschaltung besteht, die eine Spannungsisolation ergibt und die Einstellung des AusgangsSpannungswerts erlaubt. Ferner sind solche Regler zuverlässig, relativ preisgünstig, und sie haben bei einfachem Aufbau kleine Abmessungen.Sie ergeben auch eine vorzügliche Spannungsregelung bei statischen und dynamischen

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Netzeingangsspannungsänderungen; sie haben von Haus aus einen Kurzschlußschutz und ihr Wirkungsgrad sowie ihre Eingangsleistungsfaktoren sind gut; ihre Ausgangskennlinien ergeben einen Gleichrichterschutz, und sie erfordern ein kleineres Filter als es bei anderen Typen von Versorgungsquellen der Fall ist; sie eignen sich für die Verwendung von Mehrfachausgängen. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß das Ferroresonanzregler-Netzgerät das einfachste, kostengünstigste und zuverlässigste Netzgerät ist, das derzeit zur Erzeugung großer Werte geregelter Gleichstrom- oder Wechselstromenergie aus einer Wechselstromquelle ist.

Ferroresonante Spannungsregler enthalten grundsätzlich eine lineare Spule, eine Sättigungsspule, die üblicherweise Sättigungsdrossel genannt wird, sowie ein Kondensator.^ Die lineare Spule liegt in Serie zur Eingangsleitung des Spannungsreglers und die Sättigungsdrossel liegt parallel zum Ausgang. Der oft als Ferroresonanzkondensator bezeichnete Kondensator liegt parallel zur Sättigungsdrossel; er ist gewöhnlich auf einen Punkt dicht bei der Resonanz mit der linearen Spule abgestimmt. Sowohl die lineare Spule als auch die Sättigungsdrossel können auf einen einzigen Transformatorkern gewickelt sein, wobei der Eingang und der Ausgang elektrisch voneinander isoliert sind; in diesem Fall befindet sich die Eingangswicklung auf einem nicht in die Sättigung übergehenden Abschnitt des Transformatorkerns, während die Ausgangswicklung auf einem in den Sättigungsbereich übergehenden Abschnitt angebracht ist. Bei jeder Halbperiode des Eingangswechselstroms geht der Sättigungskern in den Sättigungszustand über, und die Impedanz der Sättigungswicklung nimmt ab. Der Kondensator kommt mit der niedrigen, gesättigten Induktivität in Resonanz, damit die Sättigungswicklung schnell entladen und mit der entgegengesetzten

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Polarität wieder aufgeladen wird. Der Kern verläßt daraufhin den Sättigungsbereich, so daß ein weiteres Schwingen nicht mehr eintritt. Die Ausgangswechelspannung, die zur Bildung einer Ausgangsgleichspannung gleichgerichtet werden kann, wird vom Ferroresonanzkondensator abgenommen. Wenn die Spannung am Ferroresonanzkondensator ihr Vorzeichen umkehrt, ändert auch die Ausgangsspannung ihr Vorzeichen, und die Halbperiode des Ausgangssignals ist beendet. Damit ein Übergang in den Sättigungsbereich stattfindet, erfordert ein Sättigungskern jedoch eine feste Spannungs-Zeit-Fläche seiner Sättigungswicklungskennlinie. Folglich tritt bei einer Zunahme oder einer Abnahme der Eingangsspannung die Sättigung des Kerns in der jeweiligen Halbperiode früher oder ^später eän, doch bleibt das Spannungs-Zeit-Produkt jeder- Halbperiode der Ausgangsspannung konstant. Wenn die Eingangsfrequenz konstant ist, was im eingeschwungenen Zustand einen konstanten Spannungs-Zeit-Mittelwert in jeder Ausgangäialbpericde ergibt, muß die Ausgangsspannung somit konstant bleiben. Als Folge davon haben Änderungen der Eingangsspannung nur wenig Einfluß auf die Ausgangs spannung, wodurch sich eine Regelung bezüglich Änderung der Eingangsspannung ergibt.

Bei einer gegebenen Ausführung ist bekannt, daß die Ausgangsspannung der Frequenz der Quelle direkt proportional ist, da die Spannungs-Zeit-Fläche am Kern konstant gehalten wird. Ebenso ist bekannt, daß sich die Ausgangsspannung mit der Temperatur ändert, da die Sättigungsflußdichte temperaturabhängig ist. Auch die Impedanzen der Lastwicklung und der Lastschaltung verursachen Änderungen der Ausgangsspannung, wenn sich der Laststrom ändert. Herstellungstoleranzen des Transformatorkreises und Toleranzen der Sättigungsflußdichte des Magnetkernmaterials verursachen Änderungen der Ausgangsspannung bei einer festliegenden Ausführung. Es gibt keine

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zweckmässige Möglichkeit zur Einstellung der Ausgangsspannung oder zur Steuerung der Ausgangsspannung für eine Korrektur von Veränderlichen , wenn der Entwurf einmal fertiggestellt ist.

Beim Versuch, eine gewisse Einstell- oder Steuersöglichkeit auf dem Gebiet der Ferroresonanzregler zu Erzielen, sind viele Verfahren angewendet worden. Einige Verfahren sind , in der US-PS 3 739 257 angegeben. In dieser Patentschrift ist eine Anordnung mit vereinfachten Einstell-oder Steuermöglichkeiten angegeben! sie weist verbesserte Ausgangsregeleigenschaften auf. Diese Anordnung enthält ein einziges Transformator- oder Magnetbauelement mit zwei getrennten Sättlgungskernabschnitten, die beide durch getrennte Magnetnebenschlußvorrichtungen von der öuelle entkoppelt sind, wobei der Ferroresonanzkondensator parallel zu den Wicklungen auf beiden Sättigungskeraabschnfiten liegt. Die Schaltung ist thyristorgesteuert; parallel zur Wicklung jedes Sättigungskernabschnitts liegt ein eigener Thyristor· Der eine Thyristor wird dabei von einer Steuerschaltung während der erstenHalbpsraode freigegeben, damit er den Kondensator in Serie mit dem anderen Sättigungslcemabsclinitt zur Erzielung einer.Resonanzentladung und einer umgekehrten Aufladung des Kondensators schaltet , während der andere ühyristor -während der anderen Hallspejstofe in auswählbarer Weise freigegeben wird. In der erwähnten Patentschrift ist eine thyristorgesteuerte _t ferroresonante Spannungsreglerschaltung beschrieben» "bei der die Ausgangsspannung dadurch einstellbar gemacht wird, daß der Rückstellwert jedes von zwei parallelen Magnetkernpfaden, auf die die Lastwicklungen gewickelt sind, veränderlich gemacht wird. Ein Magnetkernpf ad wird während einer Halbpexköe der Ausgangsschwingung bis weit in die Magnetische Sättigung ausgesteuert, und der zweite

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Magnetkernpfad wird auf einem gegebenen Wert festgeklemmt. Der Klemmpegel wird von einer zugehörigen Steuerschaltung bestimmt, die aus einer einfachen, von Hand einstellbaren Potentialquelle gebildet sein kann, oder sie wird von einer Schaltung gebildet, die Lastabtast-und automatische Rückkopplungsfähigkeiten aufweist.

Der Ferroresonanzkondensator wird am Ende jeder Halbperiode der Ausgangsspannung entladen und mit der entgegengesetzten Polarität wieder aufgäLaden. Die Kennlinie der Resonanzentladung und der Wiederaufladung wird von der Form der B-H-Kennlinie bestimmt. Bei einem qualitativ hochwertigen, kornorientierten Siliziumstahl ist der magnetische Sättigungsbereich sehr flach, was eine große Magnetisierungskraft erfordert, um den Fluß um einen kleinenWert zu ändern. Dies ergibt eine sehr niedrige Impedanz an den Wicklungen auf den zwei Sättigungskernabschnitten, wenn der Kern in den Sättigungsbereich eintritt. Der resultierende Entladestrom des Ferroresonanzkondensators hat einen sehr hohen Spitzenwert und eine kurze Dauer.

Mit Hilfe der Erfindung soll ein Ferroresonanzregler geschaffen werden, der bei geringer Belastung oder ohne Last eine verbesserte Stabilität aufweist.

Nach der Erfindung ist zu jeder von zwei Schaltvorrichtungen eine kleine Spule in Serie geschaltet, die jeweils parallel zu den Wicklungen auf den zwei Sättigungskernabschnitten liegen. Wenn eine Schaltvorrichtung während einerHalbperiode freigegeben ist, schaltet sie die kleine Spule in Serie zwischen den Ferroresonanzkondensator und die Wicklung auf dem anderen Sättigungskernabschnitt. Die kleine Spule kann zwar in den Stromkreis auf jederSeite der Schaltvorrichtung eingefügt werden, doch liegt sie in der bevorzugten Ausführungs-

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form, bei der als Schaltvorrichtungen Thyristoren verwendet werden, im Kondensatorentladekreis zwischen dem gemeinsamen Katodenanschluß und dem Verbindungspunkt zwischen den Wicklungen auf den zwei Sättigungskernabschnitten.

Der Vorteil der Hinzufügung dieser kleinen Spule besteht darin, daß die Resonanzentladung wesentlich weicher erfolgt, was niedrigere Änderungsgeschwindigkeiten der Ausgangsspannung während der Resonanzentladung mit sich bringt. Dies verbessert die LeerlaufStabilität insbesondere bei Einstellbedingungen mit hohen Eingangs- und niedrigen Ausgangsspannungswerten, und ferner wird der Betrieb der Schaltung bei niedrigeren Einstellwerten am Ausgang bis hinab zum Leerlauf ermöglicht.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläiitert» Bs ze igen j

Pig.1 eine schema ti sehe Darstellung einerSchaltung mit einen Regler, wie er in der US-PS 3 739 257 verwendet wird, wobei gemäß der Erfindung zu dieser Schaltung eine Spule hinzugefügt ist,

Fig»2 den Kemaufbau und die Wicklungen der Schaltung von Fig.1,

Fig.3A, 3B und 3C verschiedene Ausführungsformen mum Anschlies- sen der Spule an die Schaltung,

Fig,4 ein Diagramm zur Darstellung des Stroms iia Ferroresonanzkondensator bei geringer Belastung,

Fig.5 ein Diagramm zur Darstellung einer Ersatzschaltung der Anordnung nach den Figuren 1 und 2_t

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Fig.6 ein Schaltbild eines Teils der Ersatzschaltung, das die Stromwege für den Ferroresonanzkondensator angibt,

Fig.7 und 8 Kurvenverläufe der bei geringer Belastung am Ferroresonanzkondensator anliegenden Spannung bzw. des durch ihn fliessenden Stroms mit und ohne Hinzufügung der erfindungsgemäßen Spule und

Fig.9 ein Diagramm zur Darstellung des Stromvisrlaufs von Fig.8, der zur Darstellung seiner Komponenten vergrößert ist.

Die Erfindung ist in eine Schaltung der Art eingefügt, wie sie in der US-PS 3 739 257 beschrieben ist, die nachfolgend als Bezugspatentschrift bezeichnet wird.

Die Erfindung kann in jede der in der Bezugspatenschrift dargestellten Ausführungsformen eingefügt werden; als beispielhafte Ausführungsformem entsprechen die Figuren 1 und 2 den Figuren und 14 der Bezugspatentschrift.

Der in Fig.2 dargestellte Regler enthält eine einteilige Transformatoranordnung aus einem dreischenkligen Kern aus geschichteten Eisenkernblechen. In der dargestellten Ausführungsform sind E-Kernbleche so angeordnet, daß sie einen oberen Querschenkel 34', vertikale Seitenschenkel 36', 38¹ und einen vertikalen MitteIschenkel 40^f aufweisen.I-förmige Kernblechö sind so angeordnet, daß sie an einem Ende der E-Kernbleche anstoßen und dieses so überspannen , daß ein unterer Querschenkel 42^! entsteht. Die E-I-Kernbleche sind in bekannter Weise zur Bildung der dargestellten Anordnung ineinander verschachtelt.

Im Abstand voneinander sind auf dem vertikalen Mittelschenkel 40' magnetische Nebenschlüsse 94, 96 angeordnet, deren Enden in

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dichtem Abstand von den vertikalen Schenkeln 36' , 38' liegen, so daß Luftspalte 93, 95 bzw. 97, 98 gebildet werden.

Auf den Mittelabschnitt des Mittelschenkels 40' ist zwischen die Nebenschlüsse 94, 96 eine einzige Primärwicklung N_p gewickelt, die gemäß Fig.1 über Leiter 101, 102 an eine Wechselspannungsquelle 90 angeschlossen ist. Eine aus einer Kondensatorwicklung N-j und einer Lastwicklung N,^ bestehende Sekundär spule ist auf den unteren Abschnitt des Mittelschenkels 40' zwischen den unteren Querschenkel 42' und den magnetischen Nebenschluß 94» gewickelt; der. magnetische Nebenschluß 94 bildet dadurch eine lose Kopplung zwischen der Primärwicklung Np und den Sekundärwicklungen N,- und N^,. . Eine zweite Kondensatorwicklung N₂ und eine zweite Lastwicklung N^₂ sind auf den oberen Abschnitt des Mittelschenkels 40' zwischen den magnetischen Nebenschluß 96 und den oberen Querschenkel 96' gewickelt; der Nebenschluß 96 bildet dabei eine lose Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen N_, N_T _o und der Primärwicklung N_.

c. i->c- P

Nach Fig.1 liegen die Lastwicklungen N_L1, N_L2 ⁱⁿ Serie zur Lastschaltung 20, und die Kondensatorwicklungen N^, Np sind in Serienschaltung parallel zum Resonanzkondensator C geschaltet. Parallel zu den Kondensatorwicklungen N^ und N₂ liegen Thyristoren SW1 und SW2. Eine Steuerschaltung 22 (und falls erwünscht eine Rückkopp lungs schaltung 46A) ist zur Steuerung der Thyristoren SW1 und SW2 angeschlossen.

Zur Verbesserung der Stabilität bei geringer Belastung ist die Spule LS zwischen den gemeinsamen Katodenanschluß 11 der Thyristoren SW1 und SW2 und den Yerbindungspunkt 13 der Kondensatorwicklungen N und N eingeschaltet worden. Es ist zu erkennen, daß diese Spule zu jeder der in der Bezugspatent-

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schrift gezeigten Ausführungsformen hinzugefügt werden kann. Verschiedene Anschlußmöglichkeiten sind in den Figuren 3A bis 3C dargestellt.Der in Fig.3A dargestellte Anschlußmöglichkeit entspricht Fig.1. In Fig.3B liegt zwischen der Anode des Thyristors SW2 und einem Ende 15 der Kondensatorwicklung Np eine erste Spule LS1, und zwischen der Anode des Thyristors SW1 und einem Ende 17 der Kbndensatotfwicklung N-] liegt eine zweite Spule LS2. Die anderen Enden der Wicklungen N^ und ^ sind mit den Katoden der Thyristoren SW1 und SW2 verbunden. Die Schaltung von Fig.3C gleicht der Schaltung von Fig.3B mit der Ausnahme, daß die Spule LS aus zwei auf einen gerneinsamenKern gewickelten Wicklungen besteht. Jede der Schaltungen von Fig.3A bis 3C kann mit jeder der Ausführungsformen nach der Bezugspatentschrift verwendet werden.

Die Schaltungsanordnung von Fig.3A wird bevorzugt, da die Spule LS bei dieser Ausführungsform kleinere Abmessungen hat, was niedrigere Kosten und eine einfachere Schaltung ergibt.

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise wird zunächst für den Fall beschrieben, daß die Induktivität der Spule LS den Wert 0 hat, wie es für die in der Bezugspatentschrift dargestellte Anordnung gilt.

Der Magnetkreis der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Anordnung besteht aus zwei Magnetpfaden, durch die die Flüsse 01 und 02 unabhängig voneinander und unabhängig vom Primärfluß 0p fliessen können. Im wesentlichen bedeutet dies, daß drei unabhängige Flußpföde vorhanden sind. In diesem Fall wird der Fluß 0p durch die

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Quellenspannung v_ erzielt, und er ergibt sich aus :

0p = (VNp) v_sdt χ 10⁸.

Die Werte der Flüsse 01 und0 werden vom Sekundärkreis gesteuert, der aus dem Resonanzkondensator C, den Thyristoren SW1 und SW2 mit der zugehörigen Steuerschaltung 22 sowie den Kondensatorwicklungen N₁ und N₂ besteht.Die Differenzflußwerte 0p - 01 und 0p - 02 werden gezwungen, über die magnetischen Nebenschlüsse 94, 96 zu fließen.

Im nichtleitenden Zustand der Thyristoren SV/1 und SW2 arbeitet die Reglerschaltung in ähnlicher Weise wie ein herkömmlicher Ferroresonanzregler, bei dem die Sekundärwicklungen, wie die Sekundärwicklungen M, ₍Njp von zwei Ferroresonanztransformatorschaltungen in Serie geschaltet sind. Die Flußdichtewerte B^ und B₂ ( 01/A oder 02/A) ändern sich in den in Fig.15 der Bezugspatentschrift gezeigten Grenzen von -3* _ bis 4B,, _ für

Io IS

den Kern SR1 und ~B_2s bis +B_2s für den Kern SR2.

Die resultierende Ausgangs spannung ist der Summe der Flußdichteänderungen 2B- und 2B₂ in jedem Kern proportional** Jeder Kern wird einmal pro Halbperiode bis weit in die magnetische Sättigung ausgesteuert. Durch Steuerung des Zündintervalls der Thyristoren S¥1 und SM2 in jeder Halbperiode können die Flußänderungen in jedem Kern verändert werden«

Anfanglich wird angenommen, daß zu irgendeinem Zeitpunkt in der Halbperiode der Ausgangsspannung, wenn die gestrichelt angegebenen Anschlußklemmen positiv sind, beide Thyristoren SW1 und 3V2 gesperrt sind, \jnd daß die Plußdichte in jedem Kernabschnitt 3R1 und SR2 in positiver Richtung zunimmt. Wenn die Flußdichte 3a Kernabschnitt SR2 den ¥ert +B_2R erreicht, wird der Thyristor SW2 in den leitenden

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Zustand geschaltet, was in wirksamer Weise die Wicklung Np kurzschließt und die Plußdichte auf diesen Wert festklemmt. Während der Thyristor SW2 leitet, ist keine weitere Flußänderung im Kernabschnitt SR2 möglich; im Kernabschnitt SR1 steigt die Flußdichte jedoch gegen die positive Sättigung und einen Maximalwert +B_{1 s} an.

Wenn der Kernabschnitt SR1 in den Sättigungsbereich gelangt, entlädt sich der Resonanzkondensator C als Folge der niedrigen Sättigungsinduktivität der Wicklung N₁ über den Stromkreis aus denThyristor SW2 und der Wicklung N₁. Die Spannung am Kondensator C kehrt daraufhin ihre Polarität um, und der Kondensator lädt sich auf eine negative Spannung auf. Wenn der Strom durch den Thyristor SW2 gegen 0 geht, wird der ■ Thyristor gesperrt. Als Folge davon beginnt die Flußdichte im Kernabschnitt SR2, sich in negativer Richtung zu ändern.

An einem späteren Zeitpunkt, in der negativen Halbperiode wird der Thyristor SW1 in den leitenden Zustand geschaltet, was in wirksamer Weise die Wicklungen N. kurzschließt und die Flußdichte.auf den Wert -B_1R festklemmt. Die Flußdichte im Kernabschnitt SR2 ändert sich weiter in Richtung gegen die negative Sättigung und gegen einen Maximalwert -B Wenn der Kernabschnitt SR2 in den Sättigungsbereich gelangt, entlädt sich der Resonanzkondansator auf Grund der niedrigen Sättigungsinduktivität der Wicklung Np über den aus dem Thyristor SW1 und der Wicklung N₂ bestehenden Stromkreis. Die Spannung am Kondensator C kehrt ihre Polarität um, und der Kondensator lädt sich auf eine große positive Spannung auf. Wenn der Strom durch den Thyristor SW1 gegen Null geht, wird dieser Thyristor SW1 gesperrt. Ein vollständiger Zyklus ist nun beendet.

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Die gesamte Lastspannung VV und die Resonanzkondensatorspannung V_c haben den gleichen Verlauf wie "bei einem herkömmlichen Ferroresonanzregler.

Der Resonanzkondensator C und die die Thyristoren SW1 und SW2 enthaltende Thyristorschaltung sind in der Ausführungsform von Fig.1 direkt gekoppelt dargestellt. Wie Fig.16 der Bezugspatentschrift zeigt, kann der Resonanzkondensator C auch induktiv an die Thyristoren SW1, SW2 angekoppelt sein. Die Steuerung der Zündung der Thyristoren kann mit jeder der in der Bezugspatenschriftt gezeigten Zündungsarten erreicht werden.

In der oben beschriebenen Schaltung wird der Kondensator C am Ende jeder Halbperiode der Ausgangsspannung entladen und mit der entgegengesetzten Polarität wieder aufgeladen. Die Kennlinie der Resonanzentladung und der Wiederaufladung wird von der Form der B-H-Kennlinie bestimmt, die in Fig.15 der Bezugspatentschrift gezeigt ist. Bei einem qualitativ hochwertigen komorientierten Siliziumstahl ist der magnetische Sättigungsbereich sehr flach, was eine große Magnetisierungskraft erfordert, um den Fluß um einen kleinen Wert zu ändern. Dies führt zu einer sehr niedrigen Impedanz der Wicklungen IL und Jig* wenn der Kern in den Sättigungsbereich übergeht »Der resultierende Entlade strom des Kondensators C hat einen sehr hohen Spitzenwert und eine sehr kurze Dauer, wie in Fig.4 dargestellt Ist* Dies hat zur Folge* daß der Spannungsverlauf sehr gut rechteckig ist, was Stabilitätsprobleae bei kleiner Belastung mit sich bringt, Üblicherweise ist zur Stabilisierung der Schaltung eine Minimallast erforderlich»

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Wirkungsweise mit der Spule LS

Durch Hinzufügung der Spule LS nach Fig.1 werden zwei Wirkungen eingeführt, die die Stabilität verbessern; (1) der wirksame Anstieg des äquivalenten Sättigungsbereichs wird durch die Spule LS erhöht, und (2) die Entkopplungsinduktivität zwisehen der Wechselspannungsquelle und dem Sekundärkreis wird zur Unterstützung der Resonanzentladung wirksam. In einfacher Form kann die Schaltung von Fig.1 durch das Ersatzschaltbild von Fig.5 wiedergegeben werden. Wenn angenommen wird, daß der Thyristor SV/2 leitet und der Thyristor SW1 gesperrt ist, wird der Kondensator C von dem in gestrichelten Linien in Fig.6 angegebenen Strom entladen.

Bei LS=O hat die Stromkomponente i_gR einen hohen Spitzenwert und eine kurze Dauer, wie oben erwähnt wurde. Der Thyristor SW2 leitet sehr nahe beim Ende der Halbperiode der Ausgangsspannung. Diß Stromkomponente i^ hat auf die Entladung wenig Einfluß. Der resultierende Kondensatorstrom und die Kondensatorspannung sind in Fig.7 dargestellt.

Durch Hinzufügung der Spule LS zur Schaltung ist die effektive Impedanz, die der Resonanzkondensator sieht, viel größer, so daß zur Entladung des Kondensators mehr Zeit erforderlich ist. Der resultierende Kondensatorstrom und die Kondensatorspannung sind in Fig.8 dargestellt. Die erhöhte Entladungszeit ermöglicht der Stromkomponente I^ , zur Resonanzentladung beizutragen. Normalerweise ist die Spule L1 im Vergleich zur Spule LS sehr groß. Dies berücksichtigt die geringere Steigung an den Vorder- und Hinterflanken des Summenstroms ig_R + ir^ , wie in Fig.9 gezeigt ist. In Fig.9 gibt die schraffierte Fläche die Stromkomponente i_SR an. Wenn der Kern SR1 in den Sättigungszustand übergeht, Bimmt die Stromkomponente ig_R zu, wie dargestellt ist. Die Amplitude und die Richtung werden von den Sättigungskennlinien des Kernabschnitts SR1 und vom Induktivitätswert der Spule LS bestimmt.

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Durch Hinzufügung eines bezüglich der Spulen L1 und L2 kleinen Induktivitätswerts der Spule LS erfolgt die Resonanzentladung ve sentlich weicher, was eine langsamere Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung während der Resonanzeniladung verursacht. Dies verbessert die LeerlaufStabilität insbesondere bei Einstellbedingungen mit hoher Eingangsspannung und niedriger Ausgangsspannung. Auf diese Weise wird ein Betrieb der Schaltung bei niedrigeren Einstellwerten am Ausgang bis hinab zum Leerlauf ermöglicht.

Bei einer typischen Ausführungsform des in Fig.1 dargestellten Reglers hat bei einer Spannung von 514 V und einem Strom von 19,8 A die Primärinduktivität(L1 und L2 von Fig.5) einen Nennwert von 20 mH, und die Induktivität der Spule LS beträgt 1,8 mH, während der Kondensator S einen Wert von 135 VE hat. Die Thyristoren SW1 und SW2 können Thyristoren vom Typ C 147 der Firma General Electric Company sein.

In Fig.3B muß jede der Spulen LS1 und LS2 einen Induktivitätswert von 1,8 mH haben, damit sie den gleichen Wert wie der oben für die Spule LS angegebene Wert haben. In Fig.3c hat jede Wicklung der Spule LS einen Induktivitätswert von 1,8 mH.

Wie oben erwähnte wurde, kann die Spule LS jeder in der Bezugspatentschrift dargestellten Ausführungsform hinzugefügt werden. Jede dieser Ausführungsformen besitzt einen Kernabschnitt für die Primärwicklungen und zwei getrennte Sekundärkernabschnitte, bei denen jeweils an die darauf befindlichen Wicklungen ein Thyristorschalter angeschlossen ist. Die kleine Spule LS kann mit einer der Schaltungsmöglichkeiten nach den Figuren 3A bis 3C hinzugefügt werden. In jedem Fall wird die Spule in v/irksamer Weise in Serie zu jedem der Thyristoren parallel zu einer der Kpndensatorwicklungen eines der Sekundärkernabschnitte geschaltet.

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Die Erfindung ist hier zwar im Zusammenhang mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden, doch ist offensichtlich, daß im Rahmen der Erfindung auch weitere Abwandlungen möglich sind.

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Claims

P atentansprüche

1,) Regleranordnung mit einem Transformator mit einem Magnetkern, der wenigstens einen ersten und einen zweiten Magnetpfad aufweist, einer auf den Magnetkern gewickelten Primärwicklung mit Einrichtungen zum Verbinden der Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle, einer Sekundärwicklung auf dem Magnetkern mit einer Lastwicklung zur Zuführung einer zur A'nderungsgeschwindigkeit des Flusses in den ersten und zweiten Magnetpfaden proportionalen Ausgangsspannung zu einer Last, einer Einrichtung zum Entkoppeln der Quelle von der Lastwicklung, einer ersten Kernwicklung für den ersten Magnetpfad, einer zweiten Kernwicklung für den zweiten Magnetpfad und einer parallel zu den ersten und zweiten Kernwicklungen angeschlossenen Kondensatoreinrichtung, gekennzeichnet durch eine Spulenvorrichtung und eine Schaltvorrichtung, die an einem ausgewählten Zeitpunkt in der ersten Halbperiode der Lastspannung die Induktivität der Spulenvorrichtung parallel zur ersten Kernwicklung schaltet und an einem zweiten ausgewählten Zeitpunkt in der zweiten Halbperiode der Lastspannung die Induktivität der Spulenvorrichtung parallel zur zweiten Kernwicklung schaltet, damit eine Resonanzentladung und eine umgekehrte Ladung der Kondensatorvorrichtung in jeder Halbperiode bewirkt werden.
2. Regleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Spulenvorrichtung klein im Vergleich zur effektiven Primärinduktivität ist.
3. Regleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung erste und zweite Thyristoren enthält, die jeweils eine Anode, eine Katode und eine Steuerelektrode aufweisen, daß die Anoden der ersten und zweitenThyristoren

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jeweils an ein Ende der ersten und zweiten Kernwicklungen

angeschlossen sind und daß die Spulenvorrichtung aus einer Spule besteht, die zwischen die Katoden der ersten und zweiten Thyristoren und den anderen Enden der ersten und zweiten Kernwicklungen eingeschaltet ist.
4. Regleranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorvorrichtung ein direkt zwischen die Anoden eingefügter Kondensator ist.
5. Regleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung erste und zweite Thyristoren enthält, die jeweils eine Anode, eine Katode und eine Steuerelektrode aufweisen, daß die Katoden der ersten und zweiten Thyristoren jeweils an ein Ende der ersten und zweiten Kernwicklungen angeschlossen sind und daß die Spulenvorrichtung aus ersten und zweiten Wicklungen besteht, die jeweils zwischen die Anoden der ersten und zweiten Thyristoren und den anderen Enden der ersten und zweiten Kernwicklungen eingeschaltet sind.
6. Regleranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spulenwicklungen auf getrennte Kerne gewickelt sind.
7. Regleranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spulenwicklungen auf den gleichen Kern gewickelt sind.
8. Regleranordnung mit einem Transformator mit einem Magnetkern, der einen Mittelschenkel aufweist, über den ersten

und zweite Magnetpfade verlaufen, einer auf den Mittelschenkel des Magnetkerns gewickelten Primärwicklung mit einer Einrichtung zum Verbinden der Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle .

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einer Sekundärwicklung mit einer auf den Mittelschenkel . des Kerns gewickelten Lastwicklung zur Bildung einer der Änderungsgeschwindigkeit des Flusses in den ersten und zweiten Magnetpfaden proportionalen Ausgangsspannung, einer ersten Kernwicklung auf dem Mittelschenkel für den ersten Magnetpfad, einer zweiten Kernwicklung auf dem Mittelschenkel für den zweiten Magnetpfad, magnetischen Nebenschlußeinrichtungen zum Entkoppeln der Quelle von den Sekundärwicklungen, einer parallel zur ersten und zweiten Kernwicklung liegenden Kondensatoreinrichtung, einer Schaltvorrichtung mit einem ersten Schalter in einem ersten parallel zur ersten Kernwicklung liegenden Weg zur Steuerung der Stromleitung aus der Kondensatorvorrichtung über den zweiten Kernpfad zum Aussteuern des zweiten Magnetkernpfads bis weit in die magnetische Sättigung und zum Festklemmen des Flusses im ersten Magnetkernpfad auf einem ausgewählten Wert, der sich ändert und der von dem Zeitpunkt in der ersten Halbperiocle-der Ausgangs spannung bestimmt wird, an dem der erste Schalter freigegeben wird und einem zweiten Schalter in einem zweiten Pfad, der parallel zur Sekundärwicklung liegt, und die Stromleitung von dem Kondensator über den ersten Kernpfad steuert, damit der Flußwert in dem zweiten. Kernpfad auf einen vorgewählten Wert festgeklemmt wird, der sich ändert und von dem Zeitpunkt in der zweiten Halbperiode der Ausgangsspannung bestimmt wird, an dem der zweite Schalter freigegeben wird, und eine Steuervorrichtung zum selektiven Freigeben der ersten und zweiten Schalter in abwechselnden Halbperioden, gekennzeichnet durch eine in Serie zu dem ersten Schalter in dem ersten und in Serie zu dem zweiten Schalter in dem zweiten Pfad liegende Spulenvorrichtung zur Hinzufügung einer Impedanz für die Stromleitung von dem Kondensator in jeder Halbperiode nach dem Freigeben der Schaltvorrichtung.

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9. Regleranordnimg nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Spulenvorrichtung klein im Vergleich zur effektiven Primärinduktivität ist.
10. Regleranordnung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung erste und zweite Thyristoren enthält, die jeweils eine Anode, eine Katode und eine Steuerelektrode aufweisen, daß die Anoden der ersten und zweiten Thyristoren jeweils an ein Ende der ersten und zweiten Kernwicklungen angeschlossen sind, und daß die Spulenvorrichtung aus einer Spule besteht, die zwischen die Katoden der ersten und zweiten Thyristoren und den anderen Enden der ersten und zweiten Kernwicklungen eingeschaltet ist.
11. Regleranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung erste und zweite Thyristoren enthält, die jeweils eine Anode, eine Katode und eine Steuerelektrode aufweisen, daß die Katoden der ersten und zweiten Thyristoren jeweils an ein Ende der ersten und zweiten Kernwicklungen angeschlossen sind und daß die Spulenvorrichtung aus ersten und zweiten Wicklungen besteht, die jeweils zwischen die Anoden der ersten und zweiten Thyristoren und den anderen Enden der ersten und zweiten Kernwicklungen eingeschaltet sind.
12. Regler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spulenwicklungen auf getrennte Kerne gewickelt sind.
13. Regler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spulenwicklungen auf den gleichen Kern gewickelt sind.

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