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Anordnung zur Konstanthaltung der Spannung an Verbrauchern, welche
über Gleichrichter, insbesondereTrockengleichrichter, gespeist werden Trockengleichrichter,
z. B. Kupferoxydgleic'hrichter, besitzen einen stark von der Belastung abhängigen
Spannungsabfall., der in vielen Fällen äußerst !unerwünscht ist. Insbesondere macht
sich dieser Spannungsabfall dann ungünstig bemerkbar, wenn man den Gleichrichter
als Ersatz für eine Batterie verwenden will, um einem Wechselstromnetz eine konstante
Gleichspannung entnehmen zu können.
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Diesen Spannungsabfall auszugleichen ist Aufgabe der Erfindung. Die
Erfindung benutzt hierzu eine Reihenschaltung aus einer gesättigten Drossel und
einem Kondensator, dessen Spannungsstromkennlinie flacher verläuft -als der
ansteigende Ast der Drosselk ennlinie. Es ist bereits bekannt, eine solche Reihenschaltung
in Verbindung mit einem konstanten Ohmschen Widerstand als Schaltungsglied zu benutzen,
an dessen Klemmen die Spannung von dem hindurchfließenden Strom in einem gewissen
Bereich nahezu lunabhä.ngig ist. In diesem Fall sind die @einzelnen Größen der Reihenschaltung
so g@ewählt, d@aß die Differenz zwischen der Drossel-und der Kondensatorspannung,
geometrisch zu der linear mit dem Strom zunehmenden Spannung an dem Widerstand addiert,
einen Spannungsvektor konstanter Absolutgröße ergibt, dessen Phase allerdings mit
dem Strom veränderlich ist.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Verwendung der Reihenschaltung aus
gesättigter Drossel und Kondensator derart, .daß durch die Wechselstrom,glieder
der Reihenschaltung der Spannungsabfall von Gleichrichtern, insbesondere Trockengleichrichtern,
in solchen Schaltungen, bei denen im Wechselstromkreis keine Gleichstromkomponente
Sauftritt, derart ausgeglichen wird, daß am Gleichstromverbraucher über einen bestimmten
Belastungsbereich eine konstante Spannung auftritt.
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Die sich dabei reinstellende Wirkungsweise sowie die für die Bemessung
erforderlichen Grundlagen ergeben sich aus den folgenden Betrachtungen, die an Hand
der Zeichnung ,durchgeführt werden sollen. In Fig. i ist .ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung @dargestellt. Mit i ist das Wechselstromnetz bezeichnet. 2 ist die
Gleichrichteranordnung, die aus vier Gleichrichtern in Graetzscher Schaltung besteht.
Die Gleichrichteranordnung speist einen Verbraucher, der im Ausführungsbeispiel
als Widerstand 3 dargestellt
ist. Zwischen dem Netz und der Gleichrichteranordnung
liegen eine im Sättigungsbereich arbeitende Drosselspule 4 und ein Kondensator 5.
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Über die Bemessung dieses aus :der Drosselspule ¢ !und dem Kondensator
5 bestehenden Resonanzkreises ist folgendes zu sagen: Bezeichnet man mit U die Netzspannung,
die als konstant angenommen werden soll, mit U, die-konstant zu haltende Gleichrichterspannung,
mit Uu, den Spannungsabfall im Widerstand R des Gleichrichters, und mit U, den Spannungsabfall
am Resonanzkreis (der Verlustwiderstand des Resonanzkreises soll gleich Null sein),
so erhält man für eine bestimmte Belastung das in Fig.2 dargestellte Vektordiagramm.
Der Spannungsabfall U" ist in Phase mit der Spannung Ug, der Spannungsabfall U,
steht .senkrecht zur Spannung Ug. Damit die Spannung U, stets bei wechselndem Strom
konstant bleibt, muß der Gesamtspannungsabfall U" und U, stets so groß sein,
daß sich der Vektor U, der als konstant angenommen wurde, auf einem Kreisbogen bewegt.
In Fig.2 sind für verschiedene Werte des Gleichstromes J die Spannungen aufgetragen,
und zwar ist angenommen., daß der Spannungsabfall U",, dem Strom proportional ist.
Aus der Figur kann man die Größe von U, ermitteln. Trägt man in Abhängigkeit von
J die Größe U, auf, so :erhält man die in Fig.3 dargestellte gestrichelte Kurve.
Um die Größe des Resonanzkreises zu finden oder, anders ausgedrückt; um die Spannung
U, in nie Teilspannungen an der Drosselspule E'd und am Kondensator F, zu zerlegen,
muß man den Resonanzkreis so bestimmen, daß sein Spannungsverlauf in einem bestimmten
Bereich. annähernd mit dieser Kurve zusammenfällt. In Fig.3 ist angenommen, daß
die Spannung ungefähr zwischen den Gleichstromwerten J1 und J2 konstant bleiben
soll. Die Größe des Kondensators wird angenommen. Sie soll so groß sein, daß sich
in Abhängigkeit vom Strom die Kondensatorspannung nach der Geraden E, ändert. Addiert
man zu den auf ,der gestrichelten Kurve für U, liegenden Spannungen Ui und U2 die
Spannungen :des Kondensators bei dem Strom J,. bzw: J2, sa erhält man die zwei Punkte
z und 2 für die Kennlinie der Drosselspule. Man muß nun die Drossel so bestimmen,
@daß ihre Kennlinie durch diese beiden Punkte hindurchgeht, wie :es in :der Figur
durch die Kurve Ed dargestellt ist. Bildet man nun die Differenz aus E, und E'd,
so bekommt man die stark ausgezogene Kurve in Fig"3, und man sieht, daß sich diese
indem Bereich J1 bis J2 eng an die gestrichelte Kurve anschließt. Man kann :auch
aus mehreren Punkten der Spannungskurve U, zwischen J1 und J2 die entsprechenden
Punkte der Drosselspannung :ermitteln. Auch wem mann genau den Spannungsabfall ausgleicht,
wird durch den Widerstand -des Verbrauchers die Anordnung stabil.
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Man kann auch berücksichtigen; daß der Spannungsabfall,, der im Gleichrichter
@entsteht, dem Strom nicht genau proportional ist und kann dann aus einer ähnlichen
Konstruktion wie in Fig.2 wieder den notwendigen Spannungsabfall im Resonanzkreis
ermitteln, der in Abhängigkeit von J aufgetragen wird; dazu kann man dann einen
passenden Kondensator und eine Drosselspule bestimmen.
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Die gestrichelte Kurve. in Fig.3 läßt :sich auch rechnerisch ermitteln,
und zwar aus folgender Gleichung, wenn man wieder an nimmt, daß der Ohmsche Spannungsabfall
am Widerstand nem- Strom proportional ist. Es ist dann nämlich
Differentiiert man diese Gleichung nach J, wobei U als konstant angenommen werden
soll, so erhält man
und daraus :ergibt sich
oder
Daraus folgt
| d U,. Z _ _JR |
| .-°- .#-- Ur R . |
| dJ . --(ljr ) |
Aus .dieser Gleichung kann man für bestimmte Werte von R und J die Kurve ermitteln,
nach der sich der Spannungsabfall im Resonanzkreis ändern muß: Bei der Bestimmung
der Größe des Kondensators und der Drosselspule wurde nicht berücksichtigt; -daß
auch der Resonanzkreis einen Ohrensehen Widerstand hat. Dies kann in einfacher Weise
dadurch ,geschehen, daß man diesen Ohmschen Widerstand zum Ohmschen Widerstand des
Gleichrichters addiert.
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An Stelle der :elektrischen Reihenschaltung von Kondensator und I,nduktivität
kann man auch eine Flußparallelschaltung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer
Spannungstransformation für den Kondensator, verwenden. Ein Ausführungsbeispiel
dafür zeigt die Fing. ¢.
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Soweit die Teile mit .denen .der Fig. z übereinstimmen, sind dieselben
Bezugszeichen -gewählt.
In Reihe mit .dem Gleichrichter 2 liegt
die Primärwicklung 7 eines Transformators 6, der einen dreischenklig en Eisenkern
besitzt. Der zweite Schenkel des Transformators trägt eine Sekundärwicklung 8, an
welche der Kondensator 5angeschlossen ist. Der Mittelschenkel, welcher die erhöhte
Streuung zwischen Primär- und Sekundärwicklung erzeugt, ist so bemessen, daß er
;gesättigt äst.
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Um zu verhindern, daß bei Leerlauf die Spannung Ug ansteigt, kann
man z. B. einen Belastungswiderstand dauernd an den Gleichrichter anschließen. Man
kann auch, wie in Fig. ¢ dargestellt, einen Belastungswiderstand 9 parallel zu den
Wech selstromwicklungen der Gleichrichteranordnung schalten. Zweckmäßig wird man
als Belastungswiderstand eine Drosselspule verwenden, um die Verluste gering zu
halten. In diesem Fall muß man bei Konstruktion des Diagramms in Fi,g. 2 darauf
Rücksicht nehmen, .daß der Strom durch die Drosselspule um 9o° dem Gleichrichterstrom
nacheilt und der Spannung an den Wechselstromklemmen des Gleichrichters proportional
ist. Um den Spannungsanstieg bei Leerlauf zu beseitigen, könnte man ,auch parallel
zur gesättigten Drosselspule einen Kondensator schalten. In Fig.5 ist Ed die Spannung
der Drosselspule q.. Schaltet man zur Drosselspule .eilten Kondensator
Ei, parallel (nicht dargestellt), so be-
kommt man als resultierende
Spannung die Kurve Ekd. Wie die Kurve zeigt, geht beim Strom Null die Spannung EM
nicht .durch Null. Schaltet man daher bei der Anordnung nach Fig. i einen Kondensator
parallel zur gesättigten Drosselspule, so kann man die gestrichelte Kurve in Fig.3
sogar bis zum Nulldurchgang des Stromes annähernd nachbilden. Bei der Anordnung
nach Fig. ¢ wäre der Kondensator an eine auf dem Mittelschenkel anzubringende Wicklung
anzuschließen.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Anordnung für Einphasenstrom gezeichnet.
In sinngemäßer Erweiterung kann die Erfindung auch für Drei- oder Mehrphasenstrom
Anwendung finde.
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Die Erfindung ist nicht ,auf Trockengleichrichter beschränkt, sondern
kann auch bei anderen Gleichrichtern Anwendung finden, bei'-,denen. der Spannungsabfall
veränderlich ist, z. B. bei Elektrolytgleichrichtern.