DE893369C

DE893369C - Arrangement for generating a constant current

Info

Publication number: DE893369C
Application number: DEST1150D
Authority: DE
Inventors: Harry Forssell
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1943-02-01
Filing date: 1944-01-13
Publication date: 1953-10-15
Also published as: US2530011A; BE475019A; CH239100A

Description

Es ist bekannt, aus einer Wechselspannung einen Strom, der innerhalb weiter Grenzen vom Widerstand in dem von ihm durchflossenen Kreis unabhängig ist, dadurch herzuleiten, daß die Wechselstromquelle über einen überwiegend induktiven und einen überwiegend kapazitiven Stromkreis zwei Transformatorwicklungen derart speist, daß ihre Amperewindungen zusammenwirken, wobei der Strom demselben Transformator entnommen wird. Besonders wenn der Widerstand im Belastungskreis überwiegend Ohmscher Natur ist, hat er auf den Strom einen sehr kleinen Einfluß. Gleichzeitig wird die Stromquelle nur in geringem Maße induktiv belastet, da die beiden primären Stromkreise sich in dieser Hinsicht kompensieren.It is known to generate a current from an alternating voltage, which is within wide limits of the resistance in the circuit through which it flows, can be derived from the fact that the alternating current source via a predominantly inductive and a predominantly capacitive circuit two Transformer windings fed in such a way that their ampere-turns cooperate, the Electricity is taken from the same transformer. Especially when the resistance is in the load circuit is predominantly Ohmic in nature, it has a very small influence on the current. At the same time will the power source is only inductively loaded to a small extent, since the two primary circuits are mutually exclusive compensate in this regard.

Durch die beschriebene Anordnung wird der entnommene Strom, wie erwähnt, ziemlich unabhängig vom Widerstand im Belastungskreie, er wird dagegen aber von der Spannung der Stromquelle direkt abhängig. Um diese Abhängigkeit auf ein Mindestmaß zu beschränken, schließt man gemäß der Erfindung an die Stromquelle einen dritten Stromkreis an, der eine Induktanz mit gesättigtem Eisen enthält, und speist über diesen durch die Stromquelle eine Wicklung desselben Transfermators, deren Amperewindungen denen der beiden erstgenannten Wicklungen entgegenwirken. In Reihe mit der Induktanz liegt zweckmäßig ein Ohmscher Widerstand.As mentioned, the described arrangement makes the current drawn quite independent from the resistance in the load circuit, but it is from the voltage of the power source directly dependent. In order to keep this dependency to a minimum, one concludes according to of the invention to the power source to a third circuit, which has an inductance with saturated Contains iron, and feeds a winding of the same transfermator through the current source, whose ampere turns counteract those of the first two windings mentioned. In An ohmic resistance is expediently placed in series with the inductance.

Eingehende mathematische Untersuchungen haben dargelegt, daß man durch eine geeignete Bemessung des dritten Stromkreises Und der von ihm gespeisten Wicklung des Transformators, die voreinen Teil der kapazitiv gespeistenIn-depth mathematical investigations have shown that one can with a suitable dimensioning of the third circuit and the winding of the transformer fed by it, the one in front Part of the capacitively fed

Wicklung bilden kann, eine,,genaue Kompensation dar Schwankungen in der Spannung und Frequenz der Stromquelle erhalten kann.Winding can form, an, accurate compensation for fluctuations in voltage and frequency the power source.

Eine Ausführungsfarm der Erfindung ist in Abb. ι der Zeichnung schematisch dargestellt, während Abb. 2 ein Diagramm ihrer Wirkungsweise darstellt.One embodiment of the invention is shown in FIG Fig. Ι of the drawing shown schematically, while Fig. 2 is a diagram of their mode of operation represents.

In Abb. ι bezeichnet ι zwei Wechselstrompole, zwischen denen eine etwas schwankende Spannung ίο herrschen kann. Zwischen den Polen sind drei parallele Strombahnen geschaltet, welche nahe dem einen Pol eine konstante Induktanz 2, eine Induktanz mit gesättigtem Eisen 3 in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand 11 und einen Kondensator 4 enthalten.. Die konstante Induktanz 2 und der Kondensator 4 sind an je ein Ende einer Transformatorwicklung 5 angeschlossen, deren Mittelpunkt an den anderen Wechselstrompol angeschlossen ist. Falls man von den Ohmschen Widerständen der Strombahnen durch 2 und 4 absehen kann, sind die sie durchfließenden Ströme um i8ö^a phasenverschoben, und da sie an entgegengesetzte Enden der Transformato.rwicklung angeschlossen sind, liegen ihre Amperewindungen in Phase und wirken also zusammen. Der Transformator hat eine Sekundärwicklung 6, die an eine Belastung 7 in der dargestellten Ausführungsform über einen Gleichrichter 8 und Glättungsmittel 9, 10 angeschlossen ist. Solange der Spannungsabfall in dieser Be-3Q lastung, .welcher als rein ohmisoh angenommen wird und bei gleichgerichtetem Strom selbsttätig ohmisch wird, auf die Primärseite des Transformators bezogen um eine technische Größenordnung kleiner als die Spannungsabfälle in der Induktanz 2 und im Kondensator 4 gehalten wird, werden die Schwankungen des Stromes in der Belastung 7 noch um eine Größenordnung kleiner. Eine kleine Frequenzschwankung des Wechselstromes ruft auch keine nennenswerte Änderung des Stromes hervor, aber dagegen wird der Strom im wesentlichen proportional der zwischen den Polen 1 herrschenden Spannung.In Fig. Ι, ι denotes two alternating current poles, between which a somewhat fluctuating voltage ίο can prevail. Three parallel current paths are connected between the poles, which near one pole contain a constant inductance 2, an inductance with saturated iron 3 in series with an ohmic resistor 11 and a capacitor 4. The constant inductance 2 and the capacitor 4 are each connected one end of a transformer winding 5 is connected, the center point of which is connected to the other AC pole. If one can disregard the ohmic resistances of the current paths through 2 and 4, the currents flowing through them are phase shifted by 180 °, and since they are connected to opposite ends of the transformer ^{winding, their ampere turns are in phase and therefore work together.} The transformer has a secondary winding 6 which is connected to a load 7 in the illustrated embodiment via a rectifier 8 and smoothing means 9, 10. As long as the voltage drop in this load, which is assumed to be purely ohmic and which automatically becomes ohmic when the current is rectified, is kept on the primary side of the transformer by a technical order of magnitude smaller than the voltage drops in inductance 2 and capacitor 4, the fluctuations in the current in the load 7 are even smaller by an order of magnitude. A small frequency fluctuation of the alternating current does not cause any significant change in the current, but on the other hand the current is essentially proportional to the voltage between the poles 1.

Die erfindungsgemäß hinzugefügte dritte Strombahn, die die Induktanz 3 enthält, vermindert dagegen bei geeigneter Bemessung in hohem Maße die Spannungsabhängigkeit des Stromes. Eine genaue Auseinandersetzung der diesbezüglichen Wirkung erfordert eine ziemlich umständliche mathematische Behandlung, aber eine Übersicht der Wirkungsweise wird durch das in Abb. 2 dargestellte Diagramm erhalten. In diesem Diagramm bezeichnet E die Spannung zwischen den Wechselstrompolen und E_L und E_T zwei Komponenten derselben, nämlich die Spannung über der Induktanz 3 mit dem Widerstand 11 und die Spannung über der an den letzteren angeschlossenen Transformatorwicklung. Letztere Komponente erhält zwar in der Wirklichkeit keine reine Sinusform, aber da sie verhältnismäßig klein ist, kann von ihrer Abweichung von dieser Form bei der Übersicht abgesehen werden. I_T bezeichnet den durch die Strombahnen durch 2 und 4 bestimmten Primärstrom des Transformators. Dieser Strom liegt praktisch in Phase mit der Spannung E_T und eilt E_L um 90⁰ nach. Ihre Kurve kann deshalb auch während der Zeitabschnitte, wenn vom Strom durch 3 und 11 abgesehen werden kann, den Kraftfluß im Eisenkern der Induktanz 3 vertreten. Ii bezeichnet den Strom durch 3 und 11. Je mehr die Sättigungskurve für den genannten Eisenkern sich der idealen Gestalt derart nähert, daß sie als von einem geraden senkrechten und einem geraden waagerechten Teil zusammengesetzt betrachtet werden kann, desto mehr wird die eben genannte Bedingung des Stromes Ιγ, nämlich daß er dam Kraftfluß im Eisenkern der Induktanz 3 proportional ist, während des ersten Teils einer Halbperiode von I_T erfüllt sein. Die Erregung des Eisenkerns steigt dann bis nahe an den Sättigungswert, ohne einen nennenswerten. Strom zu erfordern. Der erste Teil der Kurve I_L ist deshalb beinahe waagerecht. Nachdem der Eisenkern gesättigt ist, wird die Spannung E_L im wesentlichen vom Widerstand 11 aufgenommen. Der Strom Ii nähert sich dann der Phasengleichhedt mit der Spannung E_L. Der Übergang erfolgt jedoch in der Wirklichkeit nicht augenblicklich, sondern die Stromkurve erhält etwa den in Abb. 2 dargestellten Verlauf. Da dieser Strom im Transformator 5, 6 den Strömen von der Induktanz 2 und dem Kondensator 4 entgegenwirkt, aber einen kleineren Teil der Transformatorwicklung als diese Ströme durchfließt, werden die resultierenden Amperewindlungen in der Primärwicklung 5 von der Kurve I_R dargestellt, wo letztere von I_T abweicht.The third current path added according to the invention, which contains the inductance 3, on the other hand, if dimensioned appropriately, greatly reduces the voltage dependency of the current. A detailed discussion of the relevant effect requires a rather complicated mathematical treatment, but an overview of the mode of action is obtained from the diagram shown in Fig. 2. In this diagram, E denotes the voltage between the alternating current poles and E _L and E _T two components thereof, namely the voltage across the inductance 3 with the resistor 11 and the voltage across the transformer winding connected to the latter. In reality, the latter component does not have a pure sinusoidal shape, but since it is relatively small, its deviation from this shape can be disregarded in the overview. I _T denotes the primary current of the transformer determined by the current paths through 2 and 4. This current is practically in phase with the voltage E _T and lags E _L by 90 ⁰ . Its curve can therefore also represent the flow of force in the iron core of the inductance 3 during the time segments when the current through 3 and 11 can be disregarded. Ii denotes the current through 3 and 11. The closer the saturation curve for the mentioned iron core approaches the ideal shape in such a way that it can be regarded as composed of a straight vertical and a straight horizontal part, the more the condition of the current just mentioned becomes Ιγ, namely that it is proportional to the flux of force in the iron core of the inductance 3, must be fulfilled during the first part of a half period of I _T. The excitation of the iron core then rises almost to the saturation value, without any appreciable. Requiring electricity. The first part of curve I _L is therefore almost horizontal. After the iron core is saturated, the voltage E _L is essentially absorbed by the resistor 11. The current Ii then approaches the phase correspondence with the voltage E _L. In reality, however, the transition does not take place instantaneously, rather the current curve has approximately the course shown in Fig. 2. Since this current in the transformer 5, 6 counteracts the currents from the inductance 2 and the capacitor 4, but flows through a smaller part of the transformer winding than these currents, the resulting ampere-turns in the primary winding 5 are represented by the curve I _R , where the latter by I. _T deviates.

Falls die (Spannung £ nun beispielsweise etwas steigen sollte, wobei E_L in demselben Verhältnis steigt, so kann der von der Induktanz 3 aufgenommene Teil dieser Spannung nicht nennenswert steigen, sondern der Hauptteil der Steigerung wird vom Widerstand 11 aufgenommen. Der Strom Ii steigt deshalb schneller als der Strom I_T, und das Verhältnis zwischen den entgegenwirkenden Windungen der Trans formatorwicklung und der ganzen Wicklung kann immer derart abgepaßt werden, daß der gleichgerichtete Mittelwert von I_R annähernd konstant bleibt, unabhängig von den Schwankungen von I_T. Hierbei soll jedoch beachtet werden, daß eine Grenze dadurch gesetzt ist, daß der Scheit el wert von I_L so groß wenden kann, daß die Vertiefung in I_R auf die negative Seite übertritt. Bei Gleichrichtung wirkt dann sein negativer Teil erhöhend anstatt erniedrigend auf die gesamte Amperewindungszahl, weshalb letzterer dann fehlerhaft wird. Falls die Spannung £ sinkt, anstatt zu steigen, tritt eine ähnliche Kompensation bis zu der Grenze auf, bei der die Induktanz 3 nicht mehr gesättigt ist.If, for example, the (voltage £ should rise somewhat, with E _L increasing in the same ratio, then the part of this voltage absorbed by inductance 3 cannot increase significantly, but the main part of the increase is absorbed by resistor 11. The current Ii therefore increases faster than the current I _T , and the ratio between the opposing turns of the transformer winding and the entire winding can always be adjusted in such a way that the rectified mean value of I _R remains approximately constant, regardless of the fluctuations in I _T That a limit is set by the fact that the peak value of I _L can turn so large that the depression in I _R crosses over to the negative side. With rectification then its negative part increases instead of decreasing the total number of ampere-turns, which is why the latter then becomes faulty. If the voltage decreases instead of increasing, a similar Ko occurs mpensation up to the limit at which the inductance 3 is no longer saturated.

Die in Abb. 1 dargestellte Schaltung kann in verschiedener Weise im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. So ist es z. B. nicht notwendig, daß der Kondensator 4 und die Induktanz 3 unmittelbar an den einen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, sondern sie können an eine oder mehrere zwischenliegende Anzapfungen der Induktanz 2 angeschlossen werden, wobei letztere als Spannungsteiler wirkt. Die Glieder 3, il und 4The circuit shown in Fig. 1 can be in different Way to be modified within the scope of the invention. So it is B. not necessary that the capacitor 4 and the inductance 3 are connected directly to one pole of the voltage source but they can be connected to one or more intermediate taps of the inductance 2 can be connected, the latter acting as a voltage divider. The links 3, il and 4

sollen dann selbstverständlich mit Rücksicht auf die mit ihnen parallel geschalteten Teile der Induktanz bemessen werden. Der Transformator kann natürlich ohne besondere Sekundärwicklung ausgeführt werden, oder umgekehrt können die über die Induktanz 3 und den Widerstand 11 gespeisten . Windungen eine besondere Wicklung bilden.should then of course with consideration for the parts of the inductance connected in parallel with them be measured. The transformer can of course be designed without a special secondary winding or vice versa, they can be fed via the inductance 3 and the resistor 11 . Turns form a special winding.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Arrangement for the production of a current with a constant rectified mean value, in which an alternating current source has a predominantly inductive and a predominantly capacitive one Current path feeds two transformer windings in such a way that the ampere-turns of the currents add up while the current is running is taken from the same transformer, characterized in that the same power source via a third current path, which is a choke coil with iron in series with an ohmic one Contains resistance, feeds one winding of the same transformer, whose ampere-turns counteract those of the first two windings mentioned.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the transformer winding fed via the third current path has a Tbil the capacitively fed winding.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the predominantly capacitive current path or the third current path or both to one or two of the AC poles separate points of the predominantly inductive current path are connected.

1 sheet of drawings