DE759802C - Anordnung zur Beseitigung der Frequenzabhaengigkeit von Spannungsgleichhaltern - Google Patents

Description

Die bekannten Einrichtungen zum Gleichhalten von aus Netzen schwankender Spannung entnommenen Wechselspannungen sind frequenzabhängig. Beispielsweise wächst die Ausgangsspannung magnetischer Spannungsgleichhalter mit Schwingungskreis und Spannungsteilerdrosselspule bei ι % Frequenzzunahme um i,5 bis 1,7 %. Zur - Beseitigung dieser Frequenzabhängigkeit wurde bereits vorgeschlagen, zwischen Gleichhalter und Verbraucher einen Parallelresonanzkreis, bestehend aus Drosselspule und parallel geschaltetem Kondensator, einzuschalten. Bei dieser Anordnung ist die Modelleistung der Drosselspule und des

densators je etwa das Doppelte der Verbraucherleistung. Außerdem wird ein energieverzehrender Dämpfungswiderstand im Schwingungskreis benötigt, und der Gleichhalter muß mindestens für die i,2fache Verbraucherleistung bemessen werden. Diese Anordnung ist nur für konstante Belastung brauchbar, da bei Entlastung der Spannungsabfall des Resonanzkreises Null wird und dadurch die Verbraucherspannung um etwa 25 °/₀ ansteigt.

Es ist ferner bekannt, bei Trockengleich- as richtergeräten zwischen Gleichhalter und Gleichrichter einen in erster Linie zur Verringerung der durch dessen Spannungsabfall hervor-

gerufenen Belastungsabhängigkeit der gleichgerichteten Spannung bestimmten Reihenresonanzkreis mit gesättigter Drosselspule einzuschalten, der nebenbei auch die Frequenzabhängigkeit der Anordnung teilweise vermindert. Diese Einrichtung ist aber nur in Verbindung mit Trockengleichrichtern zweckmäßig und zum vollkommenen Ausgleich des Frequenzfehlers nicht geeignet,
ίο Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beseitigung der Frequenzabhängigkeit von Spannungsgleichhaltern in Wechselstromkreisen, die sich gleichfalls eines zwischen Spannungsgleichhalter und Verbraucher liegenden Reihenresonanzkreises bedient. Dieser aus einer Drosselspule und einer Kapazität bestehende Reihenresonanzkreis ist aber zum Unterschied von den beschriebenen bekannten Einrichtungen mit einer ungesättigten Drosselspule ausgestattet und eigens für den Ausgleich des Frequenzfehlers bei induktiver Belastung bestimmt und ^! bemessen. Unter induktiver Belastung ist eine solche mit einem cos φ von 0,9 oder weniger ; zu verstehen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein solcher Reihenresonanzkreis bei induktiver Belastung einen nahezu be- . Iastungsunabhängigen Frequenzfehlerausgleich ■ bewirkt. Er läßt sich so bemessen, daß seine Frequenzabhängigkeit der des Spannungsgleichhalters entgegengesetzt ist und diese vollkommen | aufhebt. Die Größe des Wirkwiderstandes im j Belastungsstromkreis hat bei einer induktiven : Phasenverschiebung mit einem cos ψ von un- j gefähr o,S auf den Frequenzfehlerausgleich ι keinen Einfluß. Bei nichtinduktiver Belastung könnte man dagegen den Frequenzfehler nur für einen einzigen Wert der Wirklast ausgleichen, ι und die Anordnung wäre in verschiedenen praktischen Anwendungsfällen wirkungslos und unbrauchbar. Gegenüber den eingangs erwähnten Anordnungen mit parallelen Resonanz- j kreisen ergibt sich der Vorteil, daß die Drossel- j spule und der Kondensator nicht wie dort für j das Doppelte, sondern bei cos ψ = o,8 nur etwa j für das i.afache der Verbraucherleistung be- j messen werden müssen. Die Spannungsschwan- ^] kungen infolge der Frequenzänderung können j also mit verhältnismäßig geringem Aufwand [ praktisch ganz beseitigt werden. ι

Der Reihenresonanzkreis wirkt bei Frequenz- 1 abweichungen auch günstig auf den Spannungsgleichhalter selbst zurück; bei einer Frequenzerhöhung vergrößert sich nämlich dessen induktive- Belastung, wodurch der Spannungsanstieg j schon am Gleichhalter kleiner wird. j

Ein besonderer Vorteil des Frequenzfehler- j ausgleiche mit Reihenresonanzkreis ist, daß die Oberwellen von dem Verbraucher abgehalten werden. Der auf die Grundwelle abgestimmte Reihenresonanzkreis bildet nämlich für diese praktisch keinen Widerstand; dagegen stellt er für alle Oberwellen einen hohen induktiven Widerstand dar. Auf diese Weise wird eine fast sinusförmige Verbraucherspannung erreicht, die für viele Anwendungen erforderlich ist.

Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Parallelresonanzkreis besteht darin, daß im Reihenresonanzkreis fast kein Spannungsabfall entsteht, also der Spannungsgleichhalter viel kleiner bemessen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. ι der Zeichnung im Schaltbild wiedergegeben. Fig. 2 zeigt das Vektorbild für konstant gehaltene Ausgangsspannung bei induktiver " Belastung mit cos ψ = o,8. Der aus dem Netz η mit gleichbleibender Spannung zu speisende Verbraucher ν ist in der Regel schon infolge der meist benötigten Zwischenwandler induktiv. In Fig. ι ist der Verbraucher durch die Parallelschaltung eines Widerstandes r und einer Drosselspule i ersetzt. Der Spannungsgleichhalter g ist von bekannter Art und aus einer gesättigten Querdrossel a, einem zu ihr parallel geschalteten Kondensator b und einer als Spannungsteiler geschalteten Vordrossel c gebildet. Nach der Erfindung liegt zwischen Gleichhalter g und Verbraucher ν ein Reihenresonanzkreis, bestehend aus einer ungesättigten, zweckmäßig einen Luftspalt im Eisenkreis enthaltenden Drosselspule d und aus einem Kondensator k. Drosselspule und Kondensator sind für die Nennfrequenz oder mittlere Netzfrequenz auf Resonanz abgestimmt, so daß bei dieser Frequenz kein induktiver Spannungsabfall zwischen Gleichhalter und Verbraucher auftritt. Man kann den Kondensator k auch so bemessen, daß er zugleich den induktiven Widerstand des Gleichhalters kompensiert, damit die Anordnung auch gegen induktive Lastschwankungen unempfindlich wird.

In Fig. 2 entsprechen die voll ausgezogenen Linien der Nennfrequenz, die gestrichelten einer positiven Frequenzabweichung, die strichpunktierten einer negativen Frequenzabweichung. Der Wirkstrom I₇. ist mit der Verbraucherspannung U_v in Phase. Der Gesamtstrom / setzt sich aus dem Wirkstrom I_r und dem Blindstrom /,· zusammen und hat gegen die Verbraucherspannung eine Phasennacheilung (hier angenommen cos φ = 0,8). Der Vektor der Spannung U_d an der Drosselspule d steht senkrecht auf dem Stromvektor / und ist ebenso groß wie der entgegengesetzt gerichtete Vektor der Kondensatorspannung U_k. Wird der im wesentlichen induktive innere Widerstand des Spannungsgleichhalters vernachlässigt oder im Spannungsvektor U_ä mit berücksichtigt, so stellt U_x, zugleich die innere bzw. Leerlaufspannung U„" des Gleichhalters dar.

Bei einer Frequenzerhöhung um beispielsweise 5 °/₀ erfordert die Aufrechterhaltung der Spannung U_v eine höhere Gleichhalterspannung

U_e", die sich aus der Sollspannung U_v, der Drosselspulenspannung U_a" und der Kondensatorspannung Uj₁.", zusammensetzt. Die Drosselspulenspannung U_ä" ist gegenüber U_d entsprechend der Frequenzzunahme um 5 °/₀ erhöht, aber zugleich wegen der Verringerung des Stromes um etwa 1,5 % verringert, im Ergebnis also um 3,5 % vergrößert. Die Kondensatorspannung U_h" ist gegenüber U_k wegen der Frequenzänderung um 5 % und wegen der Stromabnahme um weitere i,5°/₀, insgesamt also um 6,5 % verringert. Der Unterschied zwischen den beiden Spannungen U_a und U_h wird also um so größer, je größer die Frequenzabweichung ist. Drosselspule d und Kondensator k können so bemessen werden, daß der Reihenresonanzkreis die durch die Frequenzerhöhung hervorgerufene Spannungserhöhung des Gleichhalters gerade aufzehrt. Bei einer Frequenzerniedrigung um 5 % ist die Drosselspulenspannung U_a' kleiner, die Kondensatorspannung U_k' größer geworden. Zur Aufrechterhaltung der Verbraucherspannung U_v ist nunmehr eine kleinere Gleichhalterspannung U_g' erforderlich, was auch tatsächlich der Spannungserniedrigung des Gleichhalters bei verringerter Frequenz entspricht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eilt bei erhöhtet Frequenz der Gesamtstrom/" um einen größeren Phasenwinkel gegenüber U_g" nach als bei Normalfrequenz der Strom / gegenüber U_g°. Durch diese stärkere induktive Belastung entsteht ein zusätzlicher Spannungsabfall im Spannungsgleichhalter, so daß seine Klemmenspannung bei Frequenzzunahme in geringerem Maße ansteigt als ohne Verwendung des Reihenresonanzkreises bzw. bei Anordnungen mit Parallelresonanzkreis.
Bei Verbraucherspannungen unter 220 V ist es zweckmäßig, vor den Verbraucher einen Zwischenwandler zu schalten und den Spannungsgleichhalter für höhere Spannungen zu bemessen, damit der Kondensator k nicht zu groß gewählt werden muß. Zur Erleichterung der Abstimmung kann man parallel zum Zwischenwandler eine zweckmäßig einstellbare Luftspaltdrossel parallel schalten oder den Zwischenwandler selbst mit veränderlichem Luftspalt ausführen. Eine solche Zusatzinduktivität ist natürlich auch bei rein Ohmschen Verbrauchern parallel zu schalten, damit der Frequenzfehlerausgleich im angegebenen Sinne wirken kann.

Der Frequenzfehlerausgleich bleibt auch dann erhalten, wenn der Ohmsche Widerstand r vergrößert, also der Wirkstromanteil verkleinert wird. Der Gesamtstrom und die Spannung an der Drosselspule d und am Kondensator k werden zwar kleiner, dafür kommt letztere aber wegen des Überwiegens der induktiven Stromkomponente in eine günstigere Phasenlage zur Gleichhalterspannung, so daß deren Fehler in gleichem Maße wie früher ausgeglichen wird.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Beseitigung der Frequenzabhängigkeit von Spannungsgleichhaltern in Wechselstromkreisen mit Hilfe eines zwischen Spannungsgleichhalter und Verbraucher liegenden Reihenresonanzkreises, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer ungesättigten Drosselspule und einer Kapazität bestehende Reihenresonanzkreis eigens für den Ausgleich des Frequenzfehlers bei induktiver Belastung (cos φ ^ o,g) bestimmt und bemessen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drosselspule und Kondensator so bemessen sind, daß sie bei der Nennfrequenz oder Mittelfrequenz des Stromkreises in Resonanz stehen und bei einer Frequenzabweichung einen frequenzabhängigen Spannungsunterschied aufweisen, der gerade den Frequenzfehler der Gleichhalterspannung ausgleicht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator für die Nennfrequenz auf die Summe der Induktivitäten der Drosselspule und des Spannungsgleichhalters abgestimmt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsgleichhalter und die Anordnung zum Ausgleich des Frequenzfehlers für eine höhere Spannung als die Verbraucherspannung bemessen und vom Verbraucher durch einen Zwischenwandler getrennt sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung der Einstellung dem Zwischenwandler eine zweckmäßig einstellbare Luftspaltdrossel parallel geschaltet oder der Zwischenwandler mit veränderlichem Luftspalt ausgeführt ist.

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

Archiv für Technisches Messen, Dezember 1934, J 062—8, Abschn. 2, letzter Satz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

0 S847 3.54