DE452935C

DE452935C - Arrangement for reducing the losses in high frequency generators

Info

Publication number: DE452935C
Application number: DEG53359D
Authority: DE
Inventors: Mendel Osnos
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1921-03-12
Filing date: 1921-03-12
Publication date: 1927-11-23

Description

Anordnung zur Verminderung der Verluste in Hochfrequenzerzeugern. Vorliegende Erfindung bezweckt, die Verluste in Hochfrequenzmaschinen bzw. Transformatoren zu verringern.Arrangement to reduce the losses in high frequency generators. The present invention aims to reduce losses in high-frequency machines or transformers to reduce.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens ist in Abb. r schematisch eine Hochfrequenzanlage in der einfachsten Weise dargestellt. In der Abbildung bedeuten: M die Hochfrequenzmaschine oder im allgemeinen die Hochfrequenzquelle (Frequenzwandler, Transformator usw. ), A die - Antenne, La deren Verlängerungsspule (Selbstinduktion) und E die Erdung. Um stabile Verhältnisse zu bekommen, muß bekanntlich die Eigenfrequenz des Antennenkreises, bestehend aus Maschine bzw. Elektrizitätsquelle, Verlängerung und Antenne, etwas größer als die Frequenz des Wechselstromes sein, d. h. die Antenne müß auf dem aufsteigenden Ast der bekannten Resonanzkurve arbeiten (Punkt P der Abb. z).To explain the concept of the invention, a high-frequency system is shown schematically in Fig. R in the simplest way. In the figure: M denotes the high-frequency machine or, in general, the high-frequency source (frequency converter, transformer, etc.), A denotes the antenna, La its extension coil (self-induction) and E the earth. In order to achieve stable conditions, the natural frequency of the antenna circuit, consisting of machine or electricity source, extension and antenna, must be slightly higher than the frequency of the alternating current, i.e. the antenna must work on the ascending branch of the known resonance curve (point P in Fig . z).

In diesem Falle liefert aber die Maschine einen Strom, der ihrer inneren EMK in der Phase voreilt. Dieses verursacht eine wesentliche Steigerung der Klemmenspannung über den Wert der EMK, wodurch nicht nur eine größere Isolation benötigt wird, sondern auch große Eisenverluste entstehen und als deren Folge eine große Erwärmung stattfindet. Andererseits wird die Leistung der Maschine durch den benötigten größeren Raum für die Isolation verkleinert. Nach der Erfindung werden alle diese Nachteile dadurch vermieden, daß parallel zur Maschine eine gegebenenfalls einstellbare Selbstinduktion L, geschaltet wird (s. Abb.3), die dem Antennenkreis den voreilenden Strom liefert, also die Maschine von diesem Strom ganz oder teilweise entlastet, und zwar in solchem Maße, daß die Klemmenspannung der Maschine bei der Belastung nicht oder nicht wesentlich über ihre innere Spannung bzw. die Leerlaufspannung hinausgehen kann. Man kann zweckmäßigerweise die Größe von L, so wählen, daß die Klemmenspannung der Maschine gleich oder nahezu gleich ist ihrer inneren EMK, d. h. ihrer Leerlaufspannung (bei der gleichen Gleichstromerregung). Statt L, direkt parallel zur Maschine zu legen, kann man sie natürlich auch indirekt mit der Maschine kapazitiv oder induktiv (vermittels Transformatoren) koppeln.In this case, however, the machine supplies a current that is internal to it EMF leads in phase. This causes a substantial increase in the terminal voltage about the value of the EMF, which not only requires greater insulation, but there are also large losses of iron and, as a result, great warming takes place. On the other hand, the performance of the machine is increased by the larger space required for the isolation diminishes. According to the invention, all of these disadvantages are eliminated avoided that a possibly adjustable self-induction parallel to the machine L, is switched (see Fig. 3), which supplies the antenna circuit with the leading current, thus the machine is wholly or partially relieved of this current, and indeed in such a way Measures that the terminal tension of the machine is not or not significantly under load can go beyond its internal voltage or the open circuit voltage. One can expediently choose the size of L so that the terminal voltage of the machine is equal to or close to is equal to their inner emf, i.e. H. their open circuit voltage (with the same DC excitation). Instead of laying L directly parallel to the machine, you can of course also place it indirectly couple with the machine capacitively or inductively (by means of transformers).

Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der die Verlängerungsspule statt in Reihe parallel zur Antenne gelegt wird. Diese Anordnung verfolgt den Zweck, zur direkten Speisung der Antenne eine Hochspannungsmaschine (d. h. deren Spannung nahe an der Antennenspannung liegt) verwenden zu können. Bei dieser Anordnung ist die Bemessung der Parallelinduktion (Verlängerungsspule ) so getroffen, daß der Maschinenstrom in Phase mit der inneren EMK der Maschine ist. Bei dieser Bemessung steigt die Klemmenspannung mit der Belastung beträchtlich über den Leerlaufswert.An arrangement is already known in which the extension coil instead of being laid in series parallel to the antenna. The purpose of this arrangement is a high-voltage machine (i.e. its voltage) to feed the antenna directly close to the antenna voltage). With this arrangement the dimensioning of the parallel induction (extension coil ) so hit that the machine current is in phase with the machine's internal emf. At this Rated, the terminal voltage increases with the load considerably above the no-load value.

Demgegenüber wird nach der vorliegenden Erfindung die Parallelselbstinduktion so bemessen bzw. eingestellt, daß die Spannung bei der Belastung gegenüber der Leerlaufspannung nicht oder nicht wesentlich ansteigt; dies ist aber nur dann möglich, wenn die Parallelselbstinduktion gegenüber der bekannten Anordnung so verkleinert ist, daß der Maschinenstrom der inneren EMK nacheilt.In contrast, according to the present invention, the parallel self-induction dimensioned or set in such a way that the voltage under load compared to the no-load voltage does not increase or does not increase significantly; but this is only possible if the parallel self-induction compared to the known arrangement is so reduced that the machine current of the inner EMF lags behind.

Das wird im nachstehenden an Hand der Vektordiagramme (Abb.4 bis 6) näher erklärt.This is shown in the following with the help of the vector diagrams (Fig. 4 to 6) explained in more detail.

Abb.4 stellt ein Spannungsdiagramm bei Voreilung des Maschinenstromes gegenüber der inneren Spannung dar. Hier bedeuten e - 0A die in der Armatur durch das Magnetfeld induzierte innere Spannung und i den etwa um einen Zeitwinkel cp voreilenden Strom (effektiver -Wert). Dieser Strom erzeugt in der Armatur infolge ihrer Reaktanz eine dem Strom um 9o° nacheilende S@elbstinduktionsspannung (induktiver Spannungsabfall) AB=!. L," w (L," ist der Selbstindnktionskoeffizient der Maschine und w die Kreisfrequenz), die also mit der inneren Spannung ei einen stumpfen Winkel (go+cp) bildet. Die innere Spannung 0A und der induktive Spannungsabfall summieren sich vektoriell zu einer Klemmenspannung ek = OB, die, da sie dem stumpfen Winkel des Dreiecks O-A-B gegenüberliegt, größer ist als die Seite 0A. Der induktive Spannungsabfall bedingt also in diesem Fall eine bedeutende Erhöhung der Klemmenspannung gegenüber der inneren Spannung bzw. der Leerlaufspannung.Fig. 4 shows a voltage diagram when the machine current is in advance of the internal voltage. Here, e - 0A mean the internal voltage induced in the valve by the magnetic field and i the current leading by approximately a time angle cp (effective value). Due to its reactance, this current generates a self-induction voltage (inductive voltage drop) AB =! L, " w (L," is the self-induction coefficient of the machine and w is the angular frequency), which therefore forms an obtuse angle (go + cp) with the internal stress ei. The internal voltage 0A and the inductive voltage drop add up vectorially to form a terminal voltage ek = OB, which, since it lies opposite the obtuse angle of the triangle OAB, is greater than the side 0A. In this case, the inductive voltage drop causes a significant increase in the terminal voltage compared to the internal voltage or the no-load voltage.

Diese unerwünschte Spannungserhöhung besteht immer, wie klein auch der Voreilungswinkel cp sein mag.This undesirable increase in voltage always exists, however small the lead angle cp may be.

Auch im Falle, daß der Strom i nicht mehr voreilend, sondern wie bei der bekannten Anordnung phasengleich mit der inneren Spannung e ist, erhält man eine bedeutende Klemmenspannungserhöhung bei der Belastung, wie dies die Abb.5 zeigt; der zu dem Stromvektor senkrechte Vektor AB des induktiven Spannungsabfalles ist jetzt auch senkrecht zu dem Vektor e der inneren Spannung; folglich ist die Klemmenspannung ek als Hypotenuse größer als die Kathete 0A = ei. Even in the event that the current i is no longer leading, but is in phase with the internal voltage e as in the known arrangement, a significant increase in terminal voltage is obtained when the load is applied, as Fig.5 shows; the vector AB of the inductive voltage drop perpendicular to the current vector is now also perpendicular to the vector e of the internal voltage; consequently, the terminal voltage ek as a hypotenuse is greater than the cathetus 0A = ei.

Wie groß die Spannungserhöhung in diesem Falle sein kann, zeigt am besten ein Zahlenbeispiel aus der Praxis: ein Hochfrequenzgenerator für 500 Volt Leerlaufspannung und io ooo Perioden pro Sekunde besitzt eine Selbstinduktion von 1,75.1a-4 Henry, also bei der oben angegebenen Frequenz eine Induktanz von w L"L = 2 7r it L"= = 2 r # 10000 # 1,75 -10 @ = 1.1 Ohm. Der normale Belastungsstrom beträgt etwa 4o Amp. Der induktive Spannungsabfall i (wL"), d. h. die Kathete AB in Abb. 5, ist also gleich 40 # i i = 440 Volt und die Klemmenspannung (Hypotenuse) gleich gegenüber der Leerlaufspannung von nur 500 Volt.How big the voltage increase can be in this case is best shown by a numerical example from practice: a high-frequency generator for 500 volts open circuit voltage and 100,000 periods per second has a self-induction of 1.75.1a-4 henry, i.e. one at the frequency given above Inductance of w L "L = 2 7r it L" = = 2 r # 10000 # 1.75 -10 @ = 1.1 Ohm. The normal load current is about 40 amps. The inductive voltage drop i (wL "), ie the cathetus AB in Fig. 5, is therefore equal to 40 # ii = 440 volts and the terminal voltage (hypotenuse) is the same compared to the open circuit voltage of only 500 volts.

Diese unerwünschte Spannungserhöhung bekämpft eben die vorliegende Erfindung; soll die Parallelinduktanz so eingestellt werden, daß die Klemmenspannung der Maschine bei voller Belastung gleich oder nahezu gleich ist ihrer inneren EMK (bzw. ihrer Leerlaufspannung), so ist dies, wie aus den obigen Betrachtungen ohne weiteres einleuchtet, nur dann möglich, wenn der Maschinenstrom der Spannung ei nacheilt, wie dies Abb.6 zeigt; eilt nämlich der Maschinenstrom. i der inneren Spannung um cp° nach, so bildet dann der Vektor AB des induktiven Spannungsabfalles einen spitzen Winkel (-go - cp) mit der inneren Spannung 0A, so daß die Klemmenspannung OB jetzt in gewünschten Grenzen gehalten werden kann.The present invention combats this undesirable increase in voltage; If the parallel inductance is to be set in such a way that the terminal voltage of the machine at full load is the same or almost the same as its internal EMF (or its open circuit voltage), then, as is readily apparent from the above considerations, this is only possible when the machine current the tension ei lags, as shown in Fig.6; namely, the machine current rushes. i follows the internal voltage by cp °, the vector AB of the inductive voltage drop then forms an acute angle (-go - cp) with the internal voltage 0A, so that the terminal voltage OB can now be kept within the desired limits.

Will man insbesondere die Klemmenspannung gleich der inneren Spannung erhalten, so wählt man den Nacheilungswinkel cp, so daß das Dreieck A-O-B ein gleichschenkliges ist, mit der Basis A-B und gleichen Schenkeln O- A und 0-B; dazu ist es notwendig und hinreichend, daß der zur Basis A-B senkrechte Stromvektor i den Winkel A-O-B halbiert; es muß also cp in diesem Falle so gewählt werden, daß der Maschinenstrom der inneren Spannung um so viel nacheilt, um wieviel er der Klemmenspannung voreilt, und der Nacheilungswinkel cp bestimmt sich in diesem Falle aus Abb. 6 wie folgt: Bei den Verhältnissen des obigen Zahlenbeispieles wäre der Nacheilungswinkel wie folgt: 25,2° cos cp - 0,9-Aus obigen Ausführungen ist es ersichtlich, daß, während bei der bekannten Anordnung der ganze Kreis (die Selbstinduktion der Maschine einbegriffen) so abgestimmt ist, daß man eine Resonanz hat, nach der vorliegenden Erfindung die Parallelselbstinduktion kleiner bemessen wird, so daß die Eigenfrequenz des ganzen Kreises kleiner und die Eigenfrequenz des Antennenzweiges -größer ist als die Frequenz des Wechselstromes.In particular, if one wishes to obtain the terminal voltage equal to the internal stress, one chooses the lag angle cp so that the triangle AOB is an isosceles one with the base AB and the same legs O-A and O-B; for this it is necessary and sufficient that the current vector i perpendicular to the base AB bisects the angle AOB; In this case, cp must be chosen so that the machine current lags the internal voltage by as much as it leads the terminal voltage, and the lag angle cp is determined in this case from Fig. 6 as follows: With the ratios of the numerical example above, the lag angle would be as follows: 25.2 ° cos cp - 0.9-From the above it can be seen that, while in the known arrangement the whole circle (including the self-induction of the machine) is tuned so that one has a resonance, according to the present invention the Parallel self-induction is dimensioned smaller, so that the natural frequency of the whole circle is smaller and the natural frequency of the antenna branch is greater than the frequency of the alternating current.

Die richtige Einstellung der Parallelinduktanz ist leicht zu treffen; man ändert das Variometer L", bis das Voltmeter bei der vollen Belastung die gewünschte Klemmenspannung hat.The correct setting of the parallel inductance is easy to find; one changes the variometer L "until the voltmeter is the desired one at full load Has terminal voltage.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Order to reduce. the losses in high frequency generators, at which the consumer or the antenna is on the ascending branch of the resonance curve works, characterized in that a dimensioned parallel to the energy source Self-induction is switched that the current of the internal emf of the energy source lags in phase for the purpose that the terminal voltage is opposite to the load the open circuit voltage cannot or not significantly increase. a. Arrangement according to Claim i, characterized in that the parallel self-induction is chosen so is that the terminal voltage under load is equal to or nearly equal to the open circuit voltage with the same DC excitation.