DE749486C

DE749486C - Einrichtung zur Konstanthaltung einer Verbraucher-Wechselspannung

Info

Publication number: DE749486C
Application number: DEL105115D
Authority: DE
Priority date: 1940-08-14
Filing date: 1941-08-15
Publication date: 1944-11-23
Also published as: US2328037A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Konstanthaltung einer Wechselstrom-Verbraucherspannung bei veränderlicher Netzspannung und bzw. oder veränderlicher Belastung. Es ist bereits ein magneti-• scher Spannungsgleichhalter bekannt, der aus einer zum Verbraucher parallel geschalteten Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer gesättigten Drosselspule sowie einem zwischen diesen Resonanzkreis und die Spannungsquelle geschalteten Scheinwiderstand besteht.

Die Erfindung schlägt nun vor, den magnetischen Kern der gesättigten Drossel mit einem Luftspalt zu versehen, der durch einen oder mehrere sich schnell sättigende Teile überbrückt ist. Dadurch ist es u. a. möglich, die gewünschte Regelung für einen noch größeren Bereich der Spannungs- oder Lastao- Schwankungen durchzuführen.

Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1

»5 liegt parallel zu dem Verbraucherstromkreis 3 eine Reihenschaltung 4, bestehend aus einer Drosselspule 6 und einem Kondensator 5.

Dieser Reihenschaltung ist ein in der Netzzuleitung ι liegender Scheinwiderstand 2 vorgeschaltet, der ein Ohmscher Widerstand, eine Drossel, ein Kondensator oder eine Kombination dieser Widerstände sein kann. Unter Umständen kann auch der eigene innere Widerstand der Stromquelle als Vorschaltwiderstand dienen.

Die Strom-Spannungs-Charakteristik der Reihenanordnung 4 ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Diagramm bedeutet 7 die Kennlinie der gesättigten Drossel 6 und 10 die Kennlinie. des Kondensators 5. Die Kennlinie 7 hat ein äußerst scharf ausgeprägtes und im Bereich verhältnismäßig kleiner Lastströme liegendes Sättigungsknie und verläuft über einen sehr großen Strombereich praktisch geradlinig. Diese Charakteristik wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß der Kern der Drossel 6 mit einem Luftspalt 8 versehen ist, der durch einen oder mehrere schmale Stege 9 überbrückt ist. Diese Stege sättigen sich sehr schnell, und zwar schon bei verhält- g₀ nismäßig kleinen Strömen. Die Drossel wirkt daher wie eine Luftdrossel; ihre Charakteristik verläuft also praktisch geradlinig. Die von den Überbrückungsstegen hervorgerufene

Sättigungswirkung dient dazu, den geradlinig verlaufenden Teil der Charakteristik, der von dem Koordinatennullpuiikt ausgeht, abzubiegen. Dies ist für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung. :"/

Die Strom-Spannungs-Charakteristik io des Kondensators 5 verläuft vom Nullpunkt des Koordinatensystems aus geradlinig. Der Kondensator 5 ist dabei so ausgelegt, daß die Neigung seiner in den oberen Quadranten tinir geklappten Charakteristik 10' gleich derjenigen des geradlinigen Teiles der Drosselcharakteristik 7 ist. Infolgedessen ist für jeden Stromwert innerhalb des Strombereidies Z₁-Z₂, in dem die Drosselkennlinie geradlinig verläuft, die vektorielle Summe aus der Spannung an der Drossel und der Spannung an dem Kondensator konstant.

Der Kondensator und die Drossel sind so ausgelegt, daß ihre resultierende Spannung gleich der konstant zu haltenden Verbraucherspannung ist. Die Spannungskonstanthaltewirkung kommt dadurch zustande, daß der Stromkreis seinen resultierenden Scheimviderstand abhängig von der Änderung der resultierenden Spannung" oder des resultierenden Stromes selbsttätig" in solcher Weise ändert, daß der durch den Vorwiderstand 2 fließende Strom um einen Wert geändert wird, der ausreicht, um einen Spannungsabfall an dem Vorwiderstand zu erzeugen, der jede Änderung der Speisespannung oder jede Änderung des Spannungsabfalles, hervorgerufen durch die Änderung des Verbraucherstromes, selbsttätig ausgleicht.'

Diese Regelung ist von der Größe des Leistungsfaktors unabhängig, sofern der durch die Reihenschaltung 4 fließende Strom innerhalb des Bereiches Z₁-Z₂ bleibt. Am ungünstigsten für den Regelvorgang ist ein nacheilender Leistungsfaktor. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der resultierende Widerstand des Kondensators 5 und der Drossel 6 induktiv ist, da, wie aus dem Diagramm nach Fig. 2 hervorgeht, die Drosselspannung stets größer ist als die Kondensatorspannung. Infolgedessen addiert oder subtrahiert sich die um 90 nacheilende Komponente des .Laststromes zahlenmäßig von dem Strom, der durch die Reihenanordnung 4 fließt. Bei rein Ohmscher Belastung bzw. bei einem cos φ — ι ist der Laststrom gegenüber dem durch die Reihenschaltung 4 fließenden Strom um 90 verschoben, während bei einem voreilenden Leistungsfaktor die um 90 voreilende Korn- \ ponente des Laststromes in Phasenopposition mit dem durch die Reihenschaltung 4 fließenden Strom steht.

Es ist daher zweckmäßig, daß bei Xennspannung, Nennlast und cos φ= ι der Strom in der Reihenschaltung 4 etwa den Zwischcn-' wert Z,v hat, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist. Bei konstant bleibender Netzspannung und cos φ = ο nacheilend wird jede ■ Änderung des Laststromes eine gleiche und

im entgegengesetzten Sinne erfolgende Ände- - rung des durch die Reihenschaltung 4 fließenden Stromes verursachen. Bei cos φ = ο vor- \ eilend werden dagegen dieselben Änderungen ^: des Laststromes gleiche und in demselben Sinne erfolgende Änderungen des durch die : Reihenschaltung 4 fließenden Stromes herbeiführen. Bei allen Zwischenwerten des Leistungsfaktors ist die Änderung des Stromes der Reihenschaltung 4 der Größe nach nicht gleich der Änderung des Laststromes, erfolgt [ jedoch abhängig von dem Leistungsfaktor in dem entgegengesetzten oder in demselben Sinne.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der vorgeschaltete Scheinwiderstand 2 durch einen Netztransformator 11 ersetzt, dessen Streuwiderstand zur Spannungsregelung herangezogen wird. Zur Einstellung der Verbraucherspannung ist zwischen den Ausgangsklemmen des Spannungsgleichhalters und der Belastung ein regelbarer Spartransformator 12 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung, bei dem als Vorschaltwiderstand eine einen Konstantstrom erzeugende Widerstandsanordnung 13 gewählt ist. Diese Anordnung besteht aus einem Kondensator 14 und einer Drossel 15, die untereinander parallel geschaltet sind. Der Kern der Drossel 1 5 ist in ähnlicher Weise ausgebildet wie derjenige der Drossel 6 des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1. Die Kennlinien der Drossel 15 und des Kondensators 14 sind so gewählt, daß ihre Neigungen innerhalb eines vorbestimmten Bereiches des Spannungsabfalles an dem Vorwiderstand 13, der normalerweise größer ist als der Bereich, innerhalb dessen die Netzspannung schwankt, gleich sind.

Fig. 5 zeigt die Kennlinie der Drossel 15 und des Kondensators 14, die mit 16 bzw. 17 bezeichnet ist. Klappt man die Charakteristik 17 des Kondensators 14 in den Quadranten, in dem die Charakteristik 16 der Drossel 14 verläuft, so erkennt man, daß diese beiden Kennlinien parallel zueinander laufen und innerhalb des Spannungsbereiches V_s-V-> die Vektorsumme der Ströme in den Scheinwiderständen 14 und 15 konstant ist. Infolgedessen wird die im kapazitiven Bereich arbeitende Parallelschaltung 13 innerhalb dieses Spannungsbereiches den Strom des Speisestromkreises konstant halten.

Da der Vorwiderstand 13 den Ausgleich der Netzspannungsschwankungen übernimmt und somit die Reihenschaltung 4 lediglich die

durch eine Last- oder Leistungsfaktoränderung verursachte Änderung der Verbraucherspannung auszugleichen hat, ergibt sich für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ein noch größerer Regelbereich als bei der Anordnung nach Fig. 1.

Um die Herstellungskosten herabzusetzen, können die Kondensatoren 5 und 14 sowie die Drosseln 6 und 15 gleich ausgelegt werden.

Versuche haben ergeben, daß bei Änderungen der Netzspannung zwischen 160 und 120 Volt und Änderungen der Belastung zwischen ο und 100 0/0 bei einem Leistungsfaktor, der sich von cos 99=0,6 nacheilend bis cos 99=0,8 voreilend ändert, die größte Änderung der Ausgangsspannung von normalerweise no Volt lediglich 4:3% dieses Spannungswertes beträgt.

Unter gewissen Umständen können Unstabilitäten eintreten, die sich in einem Schwanken der Ausgangsspannung zwischen einem· niedrigen und einem.hohen Amplitudenwert und einem Schwanken der Phasenver- Schiebung bemerkbar machen. Diese Schwankungen können durch Einschaltung eines verhältnismäßig kleinen Ohmschen Widerstandes 18 in den Stromkreis der Reihenschaltung 4 unterdrückt werden. Zu dem gleichen Zweck kann auch die Drossel 6 so ausgebildet werden, daß sie gewisse Verluste aufweist.

Claims

Patentansprüche:

i. Einrichtung zur Konstanthaltung einer Verbraucher-Wechselspannung bei schwankender Netzspannung und bzw. oder veränderlicher Belastung, bestehend aus einer parallel zum Verbraucher liegenden Reihenschaltung aus einer gesättigten Drosselspule und einem Kondensator sowie einem zwischen dieser Reihenschaltung und dem Netz liegenden Scheinwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern der gesättigten Drosselspule mit einem Luftspalt versehen ist, der durch einen oder mehrere, sich schnell sättigende Teile überbrückt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der gesättigten Drossel und dem Kondensator bestehende Reihenanordnung induktiven Charakter hat.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, - dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschaltscheinwiderstand innerhalb des gewählten Regelbereiches den ihn durchfließenden Strom konstant hält.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorschaltwiderstand eine Parallelschaltung dient, die aus einer gesättigten Drossel und einem Kondensator besteht und kapazitiven Charakter hat.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesättigte Drossel der Parallelschaltung ebenfalls einen Luftspalt mit einer oder mehreren Überbrückungen aufweist.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegen-Standes vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden:

britische Patentschrift ..... Nr. 389 811.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen