DE715406C

DE715406C - Voltage equalization transformer

Info

Publication number: DE715406C
Application number: DES122874D
Authority: DE
Original assignee: Sueddeutsche Apparate Fabrik GmbH
Current assignee: Sueddeutsche Apparate Fabrik GmbH
Priority date: 1936-05-31
Filing date: 1936-05-31
Publication date: 1941-12-20

Description

Spannungsausgleichstransformator Bei Gleichrichteranordnungen, insbesondere solchen, bei denen die Gleichrichtung des Wechselstroms durch Metalltrockengleichrichter erfolgt, wird häufig. die Forderung gestellt, daß sich die Werte der Gleichspannung bei schwankender Belastung nur in verhältnismäßig engen -Grenzen ändern dürfen.Voltage equalization transformer In rectifier arrangements, in particular those in which the rectification of the alternating current by metal dry rectifiers occurs becomes common. the requirement is that the values of the DC voltage are only allowed to change within relatively narrow limits in the event of fluctuating loads.

. Werden bei Gleichrichtergeräten keine besonderen Anordnungen zur Spannungsregelung verwendet, so fällt die Gleichspannung mit steigender Belastung infolge des Spannungsabfalles in ,der Gleichrichtetanordnung stark ab.. If there are no special arrangements for rectifier devices When voltage regulation is used, the DC voltage drops as the load increases as a result of the voltage drop in the rectifier arrangement.

Es sind verschiedene Anordnungen und Schaltungen bekanntgeworden, durch die eine selbsttätige Spannungsregelung in Abhängigkeit von .der Belastung des Gleichrichters erreicht wird. Bekannt sind für diesen Zweck z. B. gleichs.tromvorm.agnetisierte Regeldrosselspulen, die mit ihrer Wechs.elstromwicklung in Reihe mit der Primär- oder Sekundärwicklung .des die Gleichrichteranordnung speisenden Transformators geschaltet sind, und deren Vormagnetisierungswicklung vom Verbraucherstrom durchflossen wird. Mit steigendem Verbraucherstrom werden diese Drosselspulen mehr und mehr gesättigt. Es sinlet infolgedessen der Spannungsabfall an der Wechselstromwicklung der Regeldrosselspule, . und um den gleichen Betrag steigt die Spannung am Transformator und deckt den erhöhten Spannungsabfall an der Gleichrichteranordnung. Bei richtiger Bemessung der Regeldrosselspule .kann die Anordnung .so abgeglichen werden, daß die Gleichspannung am Verbraucher bei steigender und fallender Belastung unverändert bleibt.Various arrangements and circuits have become known by means of which automatic voltage regulation is achieved as a function of the load on the rectifier. Are known for this purpose z. B. Gleichs.tromvorm.agnetisiert regulating inductors, which are connected with their alternating current winding in series with the primary or secondary winding .des the rectifier arrangement feeding transformer, and whose bias winding is traversed by the consumer current. As the consumer current increases, these inductors become more and more saturated. As a result, the voltage drop across the AC winding of the regulating reactor,. and the voltage across the transformer rises by the same amount and covers the increased voltage drop across the rectifier arrangement. With the correct dimensioning of the regulating choke coil, the arrangement can be adjusted in such a way that the DC voltage at the consumer remains unchanged with increasing and decreasing loads.

Es ist auch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der der Spannungsausgleich am Transformator selbst erfolgt. Bei diesem Transformator mit drei « Schenkeln befinden sich die Primär- und ein Teil der Sekundärwicklung auf einem Schenkel, der Rest der Sekundärwicklung .auf einem zweiten und die Gleichstromwicklung auf einem dritten Schenkel. Da sich die Gleichstromwicklung und der von ihr beednflußte Teil der Sekundärwicklung auf verschiedenen Schenkeln befinden, ist die Streuung zwischen beiden groß, so daß keine Proportionalität zwischen dem Gleichstrom und der Sekundärspannung besteht.An arrangement has also become known in which the voltage equalization on the transformer itself. This transformer has three legs the primary and part of the secondary winding are on one leg, the rest the secondary winding on a second and the DC winding on a third Leg. Since the direct current winding and the part of the secondary winding affected by it are on different legs, the variation between the two is large, so that there is no proportionality between the direct current and the secondary voltage.

Durch Gegeneinanderschaltung zweier Vormagnetisierungswicklungen ist es bekanntlich sowohl bei den Regeldrosselspulen als auch bei den Regeltransformatoren möglich, zu verhindern, daß eine Wechs:elstromkomponente in den Verbraucherkreis übertritt, ohne daß hierdurch die vormagnetisierende Wirkung dieser Wicklungen aufgehoben wird.By connecting two bias windings against each other is it is known to both the regulating reactors and the regulating transformers possible to prevent an alternating current component from entering the consumer circuit passes without thereby canceling the pre-magnetizing effect of these windings will.

Die beschriebenen bekannten Anordnungen zur Spannungsregelung bei Gleichrichterschaltungen haben aber verschiedene Nachteile, die durch die Anordnung gemäß der Erfindung beseitigt werden.The known arrangements for voltage regulation described in However, rectifier circuits have various disadvantages caused by the arrangement be eliminated according to the invention.

Die !Nachteile bestehen bei der Regeldrosselspule darin, daß außer dem Transformator noch eine Drosselspule für .die Spannungsregelung vorgesehen werden muß, die den Preis solcher Gleichrichtergeräte nicht unerheblich verteuert. Außerdem können -Gleichrichteranordnungen mit Regeldrosselspule infolge der verwickelten vektoriellen Sl}annungabhängigkeit von Transformator und Regeldrosselspule immer nur für eine bestimmte Netzspannung bemessen werden. Es ist in der Praxis aber nicht möglich, durch einfaches Umschalten von Wicklungsanzapfungen am Transformator und an der Regeldrosselspule ein solches Gerät für an verschiedene Netzspannungen anschließbar herzustellen.The disadvantages of the regulating choke coil are that besides A choke coil for voltage regulation can be provided next to the transformer must that the Price of such rectifier devices is not insignificant expensive. In addition, rectifier arrangements with regulating choke coil can result the intricate vectorial signal dependency of the transformer and regulating reactor can only ever be rated for a specific mains voltage. It is in practice but not possible by simply switching winding taps on the transformer and such a device on the regulating reactor for different line voltages connectable to manufacture.

Auch ist es nicht möglich, die Wicklungen dieser bekannten Regeldrosselspulen vorher genau zu berechnen. Jede Drosselspule muß vielmehr nach dem Zusammenschalten mit dem zugehörigen Transformator und, der Gle:ichrichteranordnung besonders abgeglichen «-erden.It is also not possible to use the windings of these known regulating inductors to calculate exactly beforehand. Rather, each choke coil must be interconnected with the associated transformer and the rectifier arrangement especially balanced "-earth.

Auch ist ein Spannungsgleichhalter mit dreischenkeligem Eisenkern bekanntgeworden, welcher eine Primär- und zwei gegeneinandergeschaltete Sekundärwicklungen besitzt, von denen die eine Sekundärwicklung mit der Primärwicklung auf dem gleichen Transformatorschenkel aufgewickelt ist, während der dritte Schenkel nicht bewickelt ist. Durch diesen Spannungsgleichhalter, der sich auch in seiner Schaltung vom Erfindungsgegenstand unterscheidet, soll in erster Linie ein Ausgleich von Schwankungen der Netzspannung vorgenommen werden.There is also a voltage equalizer with a three-legged iron core became known, which one primary and two counter-connected secondary windings owns, one of which has a secondary winding with the primary winding on the same Transformer leg is wound, while the third leg is not wound is. Through this voltage equalizer, which is also different from the subject matter of the invention in its circuit The main aim is to compensate for fluctuations in the mains voltage be made.

Gemäß der Erfindung soll die Primärwicklung pr mit der Hauptsekundärwicklung si auf einen Transformatorschenkel, die Hilfssekundärwicklung s. zusammen nlit einer vom Verbraucherstrom oder einem Teil desselben durchflossenen GleichstromWicklunig in auf dem zweiten Transformatorschenlcel aufgewickelt sein, während der dritte nicht bewickelte T1 ansformatorschenkel ohne Luftspalt mit den beiden anderen Schenkeln verbunden ist.According to the invention, the primary winding should pr with the main secondary winding si on one transformer leg, the auxiliary secondary winding s. together with one Direct current winding through which the consumer current or part of it flows in be wound on the second transformer sleeve, while the third unwound T1 on the transformer leg without air gap with the other two legs connected is.

Im unbelasteten Zustand der Gleichrichteranord.nung Gl ist die Gleichstromwicklung va, die in den Verbraucherstromkreis eingeschaltet ist. stromlos. Ein Teil des durch die Primärwicklung erzeugten Wechselflusses durchsetzt die Gegensekundärwicklung s. und verringert die wirksame, an der Gleichrichteranordnung Gl liegende Sekundärspannung entsprechend. Im vollbelasteten Zustand der Gleichrichteranordnung Gl ist der die Gleichätrom@vicklung in tragende Transformatorschenkel magnetisch gesättigt oder stark vormagnetisiert. Der diesen Schenkel durchsetzende Teilwechselfluß wird dadurch vollständig oder fast vollständig in den unbewickelten Schenkel abgedrängt. Die zuvor in der Gegenwicklung s_ induzierte Wechsel-E\IK verschwindet, und die Gesamtwechselspannung an der Gleichrichteranordnung steigt an. Innerhalb der Grenzen der bei Leerlauf und Vollast an der Gleichrichteranordnung auftretenden Wechselspannungen kann jede ;Zwischenspannung, je nach der Vormagneti-" ,i 'tttincr b des 1 nittleren Transformators- c henkels, uil zwar in Abhängigkeit ngiglseit von der jeweiligen Belastung auftreten. Durch die Wicklung nt kann der ganze Verbraucheerstrom oder ein Teil fließen.In the unloaded state of the rectifier arrangement Gl, the direct current winding is va, which is switched into the consumer circuit. currentless. A part of the alternating flux generated by the primary winding passes through the counter secondary winding s. And reduces the effective secondary voltage applied to the rectifier arrangement Gl accordingly. In the fully loaded state of the rectifier arrangement Gl, the transformer leg carrying the DC winding is magnetically saturated or strongly premagnetized. The partial alternating flow penetrating this leg is thereby completely or almost completely displaced into the unwound leg. The alternating E \ IK previously induced in the counter winding s_ disappears and the total alternating voltage across the rectifier arrangement increases. Within the limits of the AC voltages occurring at idle and full load on the rectifier assembly, each; intermediate voltage depending on the magnetises "i 'tttincr b of 1 nittleren Transformators- c Henkel, uil Although in dependence ängigkeit ngiglseit of the respective loading occur through. the winding nt can flow all or part of the load current.

Der Spannungsausgleichätransforrnator gemäß der Erfindung fäßt sich mit dem gleichen Erfolge sowohl für eine Gleichrichteranordnung mit Widerstandsbelastung als auch für B-atteriepufferung verwenden. Eingehende Versuche haben gezeigt, daß sich bei Widerstandsbelastung selbst unter ungünstigen Bedingungen eine höchste Spannungsschwankung von -f- 2'1, mühelos erreichen läßt.The voltage equalization transformer according to the invention can be summarized with the same success both for a rectifier arrangement with a resistance load as well as for battery backup. Extensive tests have shown that with resistance load even under unfavorable conditions a highest Tension fluctuation of -f- 2'1, can be reached effortlessly.

Es ergab sich bei den Versuchen, daß über einen weiten Bereich die Gleich- und die Wechselspannungszunahme annähernd proportional blieben.It was found in the tests that the DC and AC voltage increase remained approximately proportional.

Bei Batteriepufferurg läßt sich das Einsetzen und Wiederaussetzen des Ladestromes in sehr engen Grenzen der Batteriespannung erreichen, z. B. zwischen den Zellenspannungen 2,2 und 2,4 Volt.In the case of battery backup, it can be inserted and removed again of the charging current within very narrow limits of the battery voltage, z. B. between the cell voltages 2.2 and 2.4 volts.

Auch ist mit dein Spannungsausgleichstransformator gemäß der Erfindung eine zeitweise Schnelladung einer Pufferbatterie möglich. Hierfür «erden die Gleichstromwicklung ni oder die Gegenwicklung s. oder Teile dieser Wicklungen kurzgeschlossen.Also with your voltage equalization transformer according to the invention a temporary quick charge of a backup battery is possible. For this purpose «earth the direct current winding ni or the opposite winding s. or parts of these windings short-circuited.

Bei _ der Ausführung des Spannungsausgleichstransformators, wie sie in der Zeichnung dargestellt und so; ben beschrieben worden ist, wird, da die Gleichstromwicklung in ebenfalls von einem Wechselfluß durchsetzt ist, eine Wechsel-EMK in ihr induziert. In allen Fällen, in denen dies unerwünscht ist, sind zwei Spannungsausgleichstransforniatoren der halben Leistung erforderlich. Die Gleichstromwicklungen der beiden Transfornlatoren sind dann so- in Reihe zu schalten, claß sich die in ihnen induzierten Grundwellen der Wechsel-EMKK nach außen hin aufheben. Auf die Arbeitsweise des Ausgleichstransformators gemäß der Erfindung hat diese Zusammenschaltung von zwei Transformatoren keinen Einfluß. Durch verschiedene An.zapfungen an der Priniärwicklung kann der Spannungsausgleichstransformator im Gegensatz zu den Anordnungen mit Spannungsregeldrosselspule leicht zum Anschluß an mehrere Netzspannungen eingerichtet werden. Durch wahlweise Parallel- oder Reihenschaltung der Primärwicklungen zweier Transformatoren können diese, ohne daß besondere Anzapfungen vorgesehen werden müssen und ohne Mehraufwand an Kupfer, an zwei verschiedene Netzspannungen angeschlossen werden. Da bei dem Spannungsaus:gleichstransformator gemäß der Erfindung-die Beziehungen der einzelnen W echselstr omgrößen zueinander nicht v ektorieller Natur sind, äst es verhältnismäßig einfach, die einzelnen Transformatörwicklungen vorher zu berechnen, so daß :das umständliche nachträgliche Abgleichen, wie es bei den bekannten Regeldrosselspulen notwendig ist, wegfällt. Gegenüber den bereits bekannten Regeltransformatoren hat die Anordnung gemäß der Erfindung noch den ganz wesentlichen Vorteil, daß durch die Gegenschaltung der beiden Sekundärwicklungen s1 und s2 die Anordnung der Hauptwicklung s1 auf dem gleichen Transformatorschenkel wie die Primärwicklung pr und durch das Vorhandensein des unbewickelten Schenkels; der dem durch die Vormagnetisierung abgedrängten magnetischen Fluß einen Weg bietet, eine fast einwandfreie Proportionalität zwischen der Gleichspannung am Verbraucher -und der sekundären Wechselspannung besteht, wie sie mit den bekannten Anordnungen nicht erreicht werden kann. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß bei der Anordnung des Transformators gemäß der Erfindung praktisch jeder Streufluß der magnetischen Kraftlinien vermieden wird und dadurch die gesamte durch die Gleichstromwicklung hervorgerufene Flußänderung für die Änderung der Sekundärspannung nutzbar gemacht wird.When _ the execution of the voltage equalization transformer, as shown in the drawing and so; ben described, since the DC current winding is traversed by an alternating flux in also, an alternating EMF induced in it. In all cases where this is undesirable, two voltage equalizing transformers of half the power are required. The direct current windings of the two transformers are then to be connected in series so that the fundamental waves of the alternating EMFF induced in them cancel each other outwards. This interconnection of two transformers has no effect on the operation of the equalizing transformer according to the invention. By means of various taps on the primary winding, the voltage equalization transformer can easily be set up for connection to several mains voltages, in contrast to the arrangements with a voltage regulating choke coil. By optionally connecting the primary windings of two transformers in parallel or in series, they can be connected to two different mains voltages without the need for special taps and without additional expenditure on copper. Since in the voltage equalization transformer according to the invention the relationships between the individual alternating currents are not vectorial in nature, it is relatively easy to calculate the individual transformer windings beforehand, so that: the cumbersome subsequent adjustment, as is the case with the known regulating reactors is necessary, is omitted. Compared to the already known regulating transformers, the arrangement according to the invention has the very significant advantage that the arrangement of the main winding s1 on the same transformer leg as the primary winding pr and the presence of the unwound leg by the counter connection of the two secondary windings s1 and s2; of the pushed aside by the bias magnetic flux provides a way an almost perfect proportionality between the DC voltage at the load - and the secondary alternating voltage is, as it can not be achieved with the known arrangements. The reason for this is to be seen in the fact that in the arrangement of the transformer according to the invention practically any leakage flux of the magnetic lines of force is avoided and thereby the entire change in flux caused by the direct current winding is made usable for the change in the secondary voltage.

Der Spannungsausgleichstransformator gemäß der Erfindung kann auch für AkkÜmulatorenlad-eeinrichtungen, bei denen bis zum Ende der Ladung mit voller Stromstärke geladen werden soll, verwendet werden.' Bei einer solchen Anordnung sind auf dem mittlere-nTransformatorschenkelzwei Vorma:gnetisierungswicklungen nzl und m2 angeordnet, von denen die Wicklung ml an der Ladespannung und die Wicklung in, im Ladestromkreis liegt. Diese beiden Vormagnetisierungsw-icklungen sind gegeneinandergeschialtet. Bei Leerlauf der Anordnung ist nur die an der Ladespannung liegende Wicklung in, stromdurchflossen. Der mittlere Transformatorschenkel ist durch die Vormagnetisierung dieser -Wicklung gesätbigt, so daß in der Sekundärwicklung s2 keine 'Wechsel-EMK induziert werden kann. An der Gleichrichteranordnung liegt demnach die unverminderte Spannung der Sekundärwicklung s1. Beim Anschluß der Batterie wird die Wicklung nie vom Ladestrom durchflossen und hebt die magnetisierende Wirkung der Wicklung nzl auf. Der Wechselfluß durchsetzt nun auch teilweise den mittleren Schenkel. Die Spannung an der Gleichrichteranordnung sinkt, da ja,die Wicklungen s1 und s2 einander entgegenarbeiten. Die einzelnen Schaltelemente sind so aufeinander abgeglichen, daß beim Einschalten der Batterie die höchste Ladestromstärke vorhanden ist. Fällt man im Verlauf der Ladung die Ladestromstärke infolge der steigenden Batteriegegenspannung ab, so überwiegt die an der Ladespannung liegende Vormagnetisierungswicklung ml. Es tritt hierdurch eine Vormagnetisierung des mittleren Transformatorschenkels ein, und damit sinkt die in der Wicklung s2 induzierte EMK: Entsprechend steigt die Spannung an der Gleichrichteranordnung und hebt die Ladestromstärke wieder auf ihren ursprünglichen Wert.The voltage equalizing transformer according to the invention can also for AkkÜmulatorenlad-eeinrichtung, where until the end of the charge with full Amperage to be charged should be used. ' With such an arrangement there are two pre-magnetization windings nzl on the middle transformer leg and m2, of which the winding ml is connected to the charging voltage and the winding in, in the charging circuit. These two premagnetization windings are switched against one another. When the arrangement is idle, only the winding connected to the charging voltage is in, current flowing through it. The middle transformer leg is due to the premagnetization this winding is saturated, so that no alternating EMF in the secondary winding s2 can be induced. The rectifier arrangement is therefore the undiminished Secondary winding voltage s1. When connecting the battery, the winding will never the charging current flows through it and lifts the magnetizing effect of the winding nzl on. The alternating flow now also partially penetrates the middle leg. The voltage decreases at the rectifier arrangement, since the windings s1 and s2 work in opposition to one another. The individual switching elements are matched to one another so that when switched on the battery has the highest charging current. If you fall in the course of the Charge the charging current as a result of the increasing battery reverse voltage, then predominates the bias winding ml which is connected to the charging voltage. It occurs through this a premagnetization of the middle transformer leg, and thus sinks the EMF induced in the winding s2: The voltage on the rectifier arrangement increases accordingly and raises the charging current strength back to its original value.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Voltage equalization transformer with three-legged Iron core in interconnection with a rectifier, its internal voltage drop is to be balanced at an approximately constant AC mains voltage, with one primary and two counter-connected secondary windings, of which the a secondary winding with the primary winding on the same transformer leg is wound up, while the third leg is not wound, characterized that the primary winding (pr) with the main secondary winding: g (s1) on a transformer leg, the auxiliary secondary winding (s2) together with a vam consumer current or a Part of the same through-flow DC winding (m) on the second transformer leg are wound, and the third, non-wound transformer leg without an air gap is connected to the other two legs.

2. Voltage equalization transformer according to claim 1, characterized by such an interconnection of two transformers, that no alternating current occurs on the direct current side.

3. Voltage compensation transformer according to claim r, characterized in that two: bias windings connected against one another (ml and 'm2) are arranged on one leg of the transformer, of which the one is due to the charging voltage and the other is in the charging circuit, so that when the Charging current the AC voltage at the rectifier increases.