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Magnetischer Spannungsgleichhalter Zur Beseitigung der Netzspannungsschwankungen
in Wechselstromkreisen verwendet man mit Vorteil magnetische Spannungsgleichhalter.
Es gibt verschiedene Schaltungen, die auf magnetischem Wege die Schwankungen einer
Wechselspannung auszugleichen gestatten. Der wichtigste Teil bei diesen Schaltungen
ist immer eine gesättigte Eisendrossel. Die gebräuchlichste Schaltung ist in ihrer
grundsätzlichen Form (ohne Kompensationswicklung) in Fig. r dargestellt. Die schwankende
Spannung U wird über eine nicht gesättigte Vordrossel L 1 einem Parallelresonanzkreis
mit dem Kondensator C und der gesättigten Querdrossel L, zugeführt und von diesem
Parallelresonanzkreis eine konstante Spannung vorn Verbraucher R entnommen. Die
Eigenschaften des Parallelresonanzkreises bestimmen die Wirkung der Schaltang. Seine
Stromspännungskennlinie ergibt sich aus den Kennlinien der gesättigten Drossel (1-Tagnetisierungsl.:urve-)
und des Kondensators.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die bekannte Schaltung
so umzubilden, daß sie eine geringere Blindleistung aufnimmt. Gemäß der Erfindung
bilden die durch eine Anzapfung unterteilte gesättigte Drossel zwei benachbarte
Arme, die Vordfossel und ein weiterer Kondensator die beiden anderen Arme einer
Brückenschaltung, in deren einer Diagonale zwischen dem Verbindungspunkt von Vordrossel
und Kondensator und der Anzapfung, im wesentlichen etwa der Spulen-Mitte, der gesättigten
Drossel die Speisespannungsquelle liegt. Der Kondensator des Parallelresonanzkreises
und der Belastungskreis können je an eine heliebige geeignete Anzapfung der Querdrosselwicl;lung
geschaltet werden.
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Die grundsätzliche Form des magnetischen Spannungsgleichhalters gemäß
der Erfindung zeigt die Fig. a, in der die gesättigte Drossel L, des Parallelresonanzkreises
zwei benachbarte Brückenzweige bildet, während die anderen Brückenzweige durch die
Vordrossel I_1 und einen weiteren Kondensator C gebildet sind. Die Speisespannungsquelle
mit der `Spannung U ist in der Brückendiagonale zwischen dem Verbindungspunkt von
Vordrossel L1 und Brückenkondensator C und etwa der Mitte der gesättigten Drossel
L(, angeordnet.
Der Kondensator C" des Parallelresonanzkreises,
der in Fig. 2 zu dem der Vordrossel Lt benachbarten Briickenarin der gesättigtenDrossel
parallel liegt, hat eine kleinere Kapazität als der Parallelkondensator
C
hei der bekannten Ausführung nach Fig. 1. Angenähert ist C -;- C" = C zu
machen.
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Um die bekannte Schaltung mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
zu vergleichen, muß man die gleiche Vergleichsgrundlage schaffen. Es ist also davon
auszugehen, dali die Durchflutung der Querdrossel L,i sich zwischen einem unteren
und einem oberen Grenzwert ändern darf und dal3 diese beiden Grenzwerte für die
zu vergleichenden Schaltungen dieselben sein sollen. Unter dieser Voraussetzung
ergibt sich, daß der Verlauf der geregelten Spannung (Spannung am Verbraucher R)
in Abhängigkeit von der Durchflutung für die beiden Schaltungen derselbe ist, wenn
der innere Widerstand der Spannungsduelle L" vernachlässigbar klein ist. Die Schaltungen
sind daher gleichwertig hinsichtlich Regelgenauigkeit. Ebenso sind sie gleichwertig
bezüglich der Stabilität. Bei konstanter Frequenz ist weiterhin das Verhältnis der
größten zur kleinsten Eingangsspannung für die beiden Schaltungen dasselbe. Dieses
\"erhältnis wird als Regelbereich bezeichnet. Bei konstanter Frequenz ist daher
auch der Regelbereich für beide Schaltungen derselbe.
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Jedoch weist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung bekannten
Schaltungen gegenüber den Vorteil auf, daß die vom Netz zu liefernden 131indleistungen
wesentlich geringer sind als bei den bekannten Anordnungen. Der Leistungsfaktor
wird daher bei etwa gleichem Wirkungsgrad höher. Um dies klar zu erkennen, gehe
man beispielsweise davon aus, daß zwei Gleichhalter für konstante Frequenz für dieselbe
abgegebene Leistung nach der bekannten Schaltung der Fig. i bzw. nach der Schaltung
gemäll der Erfindung, wie sie die Fig.2 zeigt, gebaut sind. Zur \-ereinfachung des
Vergleichs wird C gerade so groß gewählt, daß die Resonanzfrequenz von I_1
init C bei der- Netzfrequenz liegt. Der Kondensator C ist dabei
stets kleiner als der Kondensator C'der bekannten Schaltung, denn die Resonanz.
von L1 und C liegt stets unterhalb der Netzfrequenz. Betrachtet man jetzt den Fall
L"<cLl, der einem Weiti3ercichre,gler hei höchster Eingangsspannung und Leerlauf
entspricht, dann sind die Ströme in L i und .C von Fig. -- annähernd die Kurzschlußströme
und je die Hälfte des in L, von Fig. i (hei Kurzsclilul1) fliehenden Stromes. Es
ist also die Blindleistung von L i und C der Anordnung nach Fig. 2 je -ein
Viertel der Blindleistung von I_1 der Anordnung nach Fig. i. Die beiden 131indleistungen
von L t und C der Anordnung nach Fig. 2 zusannnen sind also die 1-Iiilfte
der Blindleistung von L 1 der Annrdntuig nach Fig. i. Die voni -Netz aufgenoiiimetie
Blindleistung ist bei einer _@nnrdnung nach der Fig, 2 für eine bestimmte Fre-_Iuenz
und Belastung gleich -Null, während sie bei der Anordnung nach Fig. i sehr hoch
ist. Man hat daher hei der Anordnung geinä 1:1 der Erfindung im Vergleich zu der
bekannten Anordnung nach Fig. i den Vorteil einer Ideiileren Vordrossel und eines
besseren Leistungsfaktors hei einem nur wenig hi@lirren _itifiwalid an Kondensatoren.
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Da hei der Schaltung gemäß der I?rtinduilg die Blindleistung de' -Netzes
für einen bestimmten hetriehszustand gleich -Null wird, ist sie hinsichtlich Aufwand
mit einer Schaltung zu vergleichen, die auch diese Eigenschaft hat. Wenn bei der
bekannten Schaltung eine Blindleistungskompensation notwendig erscheint, so ist
es üblich, einen Kondensator unmittelbar parallel zum Netz zu legen. Dieser Kondensator
hat unter denselben Annahmen die gleiche Blindleistung @cie die Vordrossel. Man
benötigt daher bei der bekannten Schaltung mit Blindleistungskonipensation eine
\'ordrossel und einen Kondensator von je der vierfachen Blindleistung wie
bei
derSchaltungsanordnung gemäh derErlindtinb.
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Die Erfindung sieht noch Erweiterungen der grundsätzlichen Schaltung
vor, die beispielsweise in den 3 und d. dargestellt sind. Über den Kondensator C'
der Brückenschaltung können die von der gesättigten Drossel L ,l erzeugten Oberwellen#pannungen
des Netzes Ströme in die gesättigte Dros#el schicken. Die Ausgangsspannung des Reglers
ist ntm von der Belastung der Oherwellenspannungen der gesättigten Drossel abhängig.
Damit wird die Ausgangsspannung abhängig von dem inneren Widerstand des Netzes für
die Oberwellen und von der Form der Spannungskurre des Netzes. Die Erfindung sieht
daher weiter vor, zwischen Speisespannungsquelle und gesättigter Drossel einen für
d111 Oberwellen hohen Scheinwiderstand einzuschalten. Den hohen Scheinwiderstand
kann man durch eine zusätzliche 1_)rosel erreichen, die inan in Reihe mit dein Brückenkondensator
oder in 1Zeilie mit der Speisespaliliungsquelle schaltet. In der Fig. 3 ist 1)eispielsweise
die Einschaltung der zusätzlichen Drossel I_= in die Brückendia-onale gezeigt. Die
Indu1,-tivität der zusätzlichen Drossel wird lnan zweckmäßig möglichst klein wählen.
insl)esondere soll sie etwa das o.3- 1)1s o.; Lache der Induktivität der Vordrossel
L1 betragen. Dabei gilt der niedrigere Wert für lc,-,tist;inte Frequenz, während
für einen Regler, der für mehrere Frequenzen bestimmt ist, lit'Aiere Werte zu nehmen
sind.
Auch hei einer Anordnung geinäf.i der Erfindung können die
bei der bekannten Schaltungsanordnung bekannten Maßnahmen angewendet werden. So
ist es beispielsweise bei der bekannten Anordnung nach Fig. i häufig notwendig,
den Kondensator des Parallelresonanzkreises durch einen oder mehrere Resonanzkreise
(Saugkreise) für die dritte oder mehrere Oberwellen zu ersetzen, um die Oberwelligkeit
herabzumindern. Diese Maßnahme kann auch bei einer Anordnung gemäß der-Erfindung
angewendet werden. In der Fig. -. ist beispielsweise ein solcher Saugkreis für die
Oberwelle 3 co dargestellt. Der Kondensator C" ist hier also ersetzt durch einen
Reihenresonän7kreis mit der Induktivität L, und Kapazität C3 '. (In der gleichen
`''eise können selbstverständlich auch noch weitere Resonanzkreise vorgesehen sein.)
Der Reillenresonanzkreis wird zweckmäßig tiefer abgestimmt als es der Oberwelle
3co hei einer mittleren Netzfrequenz entsprechen würde. Insbesondere ist der Reihenresonanzkreis
auf dieOberwelle 3co der niedrigsten Netzfrequenz abzustimmen, um die Stabilität
der Schaltung zu gewährleisten.
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Die Erfindung sieht weiter vor, derSpuleLs des Reihenresonanzkreises
eine zweite Wicklung zu geben, die in Reihe mit dem Ausgangskreis geschaltet wird,
um für eine bestimmte Netzfrequenz die Oberwelle 3co am Verbraucher zu beseitigen.
Insbesondere ist die Ausbildung so vorzunehmen, daß für eine mittlere Netzfrequenz
eine Kompensation erfolgt. Diese :Maßnahme ist insbesondere zweckmäßig hei Reglern
für mehrere Netzfrequenzen.
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Da mit steigendem Strom in der gesättigten Drossel die Spannung an
der gesättigten Drossel steigt, ist zweckmäßig in an sich bekannter Wise die Vordrossel
L1 durch eine Kompensationswicklung Li zu ergänzen, wie ein der Fig..f gezeigt ist.
Bei konstanter Netzfrequenz genügt diese eine Kompensationswicklung, bei Reglern
für einen Bereich von Frequenzen zeigt sich jedoch, daß diese Kompensation nur für
eine Frequenz genau stimmt.
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Bei der bekannten Schaltung (Fig. i) ist eine weitere Verbesserung
mit einfachen Mitteln nicht möglich. Bei der Schaltungsabordnung gemäß der Erfindung
kann jedoch ein Allgleich auch für einen Bereich von Frequenzen dadurch hergestellt
werden, daß im Ausgangskreis eine zweite Kompensationswicltlung I_,' vorgesehen
ist, die mit der in Reihe mit dem Kondensator des einen Brükkenzweiges hzw. in Reihe
mit der Speisespannungsquelle liegenden zusätzlichen Drossel gekoppelt ist. Durch
diese weitere Maßnahme ergibt sich die :Möglichkeit, den magnetischen Spannungsgleichhalter
gemäß der Erfindung i iir einen sehr groben Regelbereich und oder für mehrere Frequenzen
anzuwenden. Besondere Vorteile zeigt die Anordnung gemäß der Erfindung auch in ihrer
Anwendung als Spannungsgleiclihalter für größere Leistungen.