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Glättungsdrosselspule Eine GlättungsUrosselspule bewirkt bei genügender
Größe, daß der von dem Gleichrichter mit Ventilen in Graetzschaltung abgegebene
Strom zeitlich konstant, d. h. frei von überlagertem Wechselstrom ist. Um das zu
ermöglichen, muß die Glättungs,drosselspule Leine Wechselspannung liefern, welche
.die vom Gleichrichter abgegebene gleichgerichtete Wechselspannung zu einer zeitlich
gleichbleibenden Gleichspannung ergänzt. Es ist dann in jedem Augenblick die Summe
der im Gleichstromkreis zur Wirkung kommenden Spannungen konstant.
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Setzt man für die Gleichrichterschaltung ideale Ventile voraus, so
ergibt sich bei diesen Verhältnissen, daß der vom Gleichrichter ,aufgenommene Wechselstrom
R@echteckform besitzen muß.
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Ist bei einem solchen Gleichrichter auf der Wechselstromseite eine
Drosselspule, beispielsweise eine mit Gleichstrom erregte Riegeldrosselspule, e
ngeschaltet, so muß auch diesle den rechteekförmigen Strom führen. Die Folge davon
ist, daß in dieser Drosselspule beim Nulldurchgang des Stromes eine ganz kurze,
aber :sehr hohe Spannungsspitze abwechselnder Polarität erzeugt wird, während in
der übrigen Zeit die Spannung an der Drosselspule Null ist. Ein solcher Spannungsverlauf
ist für Regelzwecke ungeeignet. Da am Eingang der Gleichri.chterschaltung die Differenz
zwischen der zugeführten Wechselspannung -und :der Spannung an der Regeldrossel
auftritt, besitzt die gleichgerichtete Spannung ebenfalls entsprechende Spannungsspitzen,
die von,der Glättungädros,sel wieder zu dem konstanten Gleichspan.nungswert ergänzt
werden müssen. Diese Spannungsspitzen treten mit gleichbleibender Polarität an,der
Glättungsdrossel in Erscheinung.
Diese Überlie;gung führt zu dem
Schluß, daß bei Anwendung einer sehr großen Glättungsidroseel eine Regelung mit
einer im Wechselstromkreis liegenden Drossel nicht möglich ist und :daß ,die Regel--drossel
die Wechsielspannung laxn der Glättungsdros,sel erheblich vergrößert. Erst bei erheblichen
Zugeständnissen an die Konstanz des -abgegebenen Gleichstroms, d. h. bei verhältnismäßig
kleiner Glättungsdrossel, ist eine Reglun.gswirkung :der Regeldrossel zu erwarten.
Aber auch .dann noch stören sich dile beiden Drosselspulen gegenseitig in ihrer
Wirkung, :da nach wie vor die Glättunigsdrossel bestrebt ist, einen möglichst rechteckförmigenStrom
zu erzeugen, während dieRegeld'rossel eine möglichst @sinusföirmi@ge- Wechselspannung
hesitzen eoll, an der Erzeugung einer solchen, Spannung aber durch ,den aufgezwungenen
Strom gehindert wird.
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Eine Abhilfe kann gemäß .der Erfindung dadurch geschaffen werden,
:daß ein: Wieldungsteil dler Glättungsdros.selspule, der eine höhere Windungsza'hl
besitzt als, der von dem gleichgerichteten Wechselstrom .durchflossene Wicklungsteil,
:der jedoch eine Bestandteil Beis ersten Wicklungsteiles sein kann; über ein Ventil
parallel zum Verbraucherzweig angeschlossen ist. Diaidurchentsteht beim Abnehmen
des gleichgerichteten Wechselstromes. ein Ausgleichs:trom, der die an,der Glättungsdrossiel:
spule auftretenide Spannung begrenzt und es d:adurch ermöglicht, :daß der vom Netz
aufgenommene Wechselstrom von der Rechteckform abweicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in dien Zeichnung @d!argesitellt.
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Bei :der Anordnung nach Fig. i ist mit 5 der Transformator bezeichnet,
ider über Gleichrichter i, 2, 3, 4 in Graetzschaltung einen Verbraucher 6 speist.
Die Glättungsidro:s@sel:spulla 7 besitzt eine Anzapfung 8, und,der Teil der Drosselspule
zwischen der Anzapfung 8 und dem Ende io liegt, wie sonst üblich, im Stromkreis
des Verbrauchers. Das Ende 9 der Glättungs@d?rosselspule ist über ein Ventil ii
mit dem anderen Pol dies Verbrauchers verbunden, an welchen das Ende io nicht angeschlossen
ist. Die Spannung zwischen den Punkten 8 und io ist in folgendem mit Ui, die Spanrnung
@ zwischen, den Punkten 8 und 9 mit U2 und die Spannung an dem Verbraucher mit U"
bezeichnet.
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Unter der Voraussetzung, draß die dem Gleichrichter zugeführte Wechselspannung
sinusförmig ist, sind die Verhältnisse, .die durch .die Anwendung .der Glättungs,drosselspule
mit ,dem Ventil i i auftreten, in Fig. 2 und Fig. 2 a dargestellt. In Fig. 2 sind
über der Zeit die beiden Halbwellen U" der gleichgerichteten Wechselspannung und
ferner die Spannung -des Verbrauchers U, dargestellt. Bei normaler Glättungs,drossel
würde die schraffierte Fläche die eine Halbwelle der Wechselspannung sein, die an
edier Glättungs,drossel :auftritt. Diese Spannung erscheint zwischen den Punkten
8 und io. Zwischen-den Punkten 9 und 8 tritt eine Spannurig U2 auf, die der Spannung
zwischen :den Punkten 8, und: io verhältnisgleich ist, und durch den Abstand-dier
strichlierten Kurve in Fig. 2 von dei schraffierten Fläche .dargestellt ist. Diese
Verhältwisse ergeben sich, wenn kein Ventil i i vorhandien ist, und die Wirkungsweise
der Drossel wäre die einer normalen Gl@ättungsdrosselspule. Ist jedoch das Ventil
ii vorhanden, so fließt über ,dieses. ein Strom, sobald, die Summe aus U1 und U2
die Spannung U" überschreitet. Dadurch wird .die Größe der auftretenden Spannung
U2 und damit euch die Spannung Ui begrenzt (strichlierte Kurven in Fig. 2), und
zwar kann die Summe :dieser Spannungen nicht größer werden, als: es ider Spannung
U1 max + U2 max entspricht.. Diese wird, dadurch gegeben, .daß diie Differenzspannung
Ui max -f" U2 max - U, gleich dem Spannungsabfall im Gleichrichter iral bei vollem
Strom durch diesen wird. Sobald dier Strom über das Hilfsventil z i fließt, werden
die Ventile, z. B. i und 4, sowie der speisende Transformator vom Strom entlastet.
Der Strom in,diesen Hauptventilen wird Null, sobald die Spannung U1+ U2- U, den
Spannungsabfall im Gleichrichter i i bei . dem maxiiiiia,l in idiesem auftretenden
Strom decken, kann. Da die in der Glättungsdrossel auftretenden Amperewindungen
durch den Strom im Ventil i i nicht größer werden können als hisher, ist der durch
das Ventil i i fließende Strom entsprechend dem Windungsverhältnisi U1
: (U, -I- U2)
kleiner wie es in Fig. 2:a ,dargestellt ,ist, in welchem
der Strom 11 bzw. 14 in den Ventilen i und 4, der Strom 1, bzw. 1s in den
Ventilen 2: und 3 und der Strom 1" über den. Gleichrichter i i rufgetragen siinid.
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Bereits durch ,die O'hm.sichen Widerstände der Ventile bedingt, erfolgt,
wie in der Fig. 2e dlarge-,stel.lt, eine allmähliche Stromabgabe von: den Hauptventilen
auf das Ventil ii.
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Di,e Ausbildung und Schaltung der Glättungsdrosselspule geschielht,
wie dargelegt, in der Weise, daß sich über diese und, iden Verbraucher ein Ausgleichsstrom
ausbilden kann.. Dieser bewirkt, d:aß ider von den Hauptventilen ,gelieferte Strom
nicht mehr rechtieckförmig zu sein braucht, s,o daß auch der laufgenommene Wechselstrom
von! :der Rechteckform abweichen kann, wie es für ,die Wirkung einer Regeldrosslel
im Wechselstromkreis vorteilhaft ist. Wird nun' .eine solche' Drosiselspule im Wechselstromkreis
eingeschaltet, so kann :diese also einen Strom erhalten, der nicht mehr rechteckförrnig
ist, wodurch die Regelwirkungen verbessert werden. Die Form der Stromkurve wird
nicht mehr durch die Glättungsdrossel bestimmt, sondern wird sich so ausbilden,
wie es,durc'h ,dkie Begrenzung der Spannung an: der GUttungs-drossel auf U,, -I-
Spannungsabfall im Ventil: i i vorgeschrieben wird und wie es die Regzldrossel -zur
Ausbildung :einer geeigneten Spannung ian.dies-er verlangt.
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Das Hilfsventil i i führt nur während .der Zeit t Strom, kann also
strommäßig für einen Bruchteil des Gesamtstroms ausgelegt werden. Während der übrigen
Zeit hat es praktisch,die volle Gleichspan nung zu sperren.
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An Stelle einer .angezapften Wicklung kann man auch der Drosiselspule
zwei getrennte Wicklungs,
teile geben, von denen der mit geringerer
Windun;gszah1 in den Stromkreis so eingeschaltet wird, wie .der Teil zwischen den
Punkten 8 und io der Fig. i. Der andi:re Teil, welcher eine höhere Wirndungszahl
besitzt, wird über ein. Ventil. i i parallel zum Verbraucher gelegt und' bat dann
die Wirkung, welche im Ausführungsbeispiel der Fig. i die Wicklung, die zwischen
den Punkten 9 und io liegt, hinsichtlich des Ausgleichsstromes besitzt.
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Während bei der Anordnung nach Fig. i ein besonderes Hilfsventil erforderlich
ist, ist bei der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 ein solches nicht notwendig. Bei
der Anordnung nach Fig. 3 wird die Drosselspule .2 zwischen die durch die Ventile
3 und 4 gebildeten Brückenzweige ,gelegt und der Wech.selstroma,nschluß zur Mitte
der Dros elspule 7 geführt. Hier wirkt jewieil's eine Hälfte der Drosselspule als
Glättungs(drosselspule. In den Zeltern t fließt über dien Ventile 3 und 4 und die
Gesamtwicklung der Drosselspule ein Ausgleichsstrom, der gleich dem halben gleichgerichteten.
Wechselstrom ist. Im übrigen ist die Wirkangswense die gleiche wie beider Anordnung
nach Fig. i.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 besitzt die Drosselspule noch eine weitere
Wicklung 12, welche nur vom gleichgerichteten Wechselstrom durchflossen wird und'
welche es gestattet, das Verhältnis des Ausgleichsstromes zum gleichgerichteten
Wechselstrom beliebig festzulegen, wobei auf alle Fälle dieses Verhältnis kleiner
als i ist. Sind die Wicklungen 12 und 13 gleich, so wäre im Ausführungsbeispiel
das Verhältnis 3 : 4.
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Die übrigen, Bezugszeichen der Fig. 3 und 4 entspreche:n denen. der
Fig. i.
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Allen Lösungen ist gemeinsam, daß eine noch so große Glättungsdrosselspule
keinen oberwellenfreien Gleichstrom erzeugen kann. Wie sich jedoch aus der Fig.
2 ergibt, erreicht der Effektivwert des dem Gleichstrom überlagerten Wechselstromes
nur geringe Werte.
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Die Anordnung nach Fig. i kann. iauch für mechanische Gleichrichter,
z. B. Kontaktumformer, angewandt werden, bei .denen an Stelle der Ventile i, 2,
3 und 4 gesteuerte Kontakte treten, um ein stromloses Schalten der Ventile zu ermöglichen.
Wie nämlich die Figur zeigt, tritt in .den Ventilen i, 2, 3 und 4 in der Zeit t
eine stromlose Pause auf. In dieser Zeit werden ,diese Ventile in der Sperrichtung
von: einer Spannung beeinflußt, welche gleich der Spannung U2 vermindert um die
Spannung um Gleichrichter i i und vermindert um den Augenblickswert der Wechselspannung
ist. Diese Spannung, welche die Ventile in der Sp;e-rric'htung beansprucht, ist
zu Beginn der Zeit t1 gleich Null. Treten an Stelle der Ventile i, 2, 3 und 4 mechanische
Kontakte, so wird diese Spannung versuchen, solange diesle Kontakte noch nicht geöffnet
sind, einen Strom in. Sperrichtung über die Kontakte und den speisenden Transformator
zu schicken. Durch eine kleine Induktivität in diesem Stromkreis könnte man einen,
solchen Rückstrom sehr klein halten. Noch günstiger ist es, ein Hilfsventil zwischen
Punkt 8 und den. Kontakten anzuschließen, Idas den Rückstrom für die Kontakte sperrt.
Während der Zeit t sind dann die Kontakte strom- und spannungslos und können gefahrlos
geöffnet oder geschlossen werden. Dieses Hilfsventil, das in den Stromkreis eingeschaltet.
wird, ist für den vollen Gleichstrom, aber nur für die sehr kleine und kurzzeiitng
auftretende Rückspannunig zu bemessen. Als Hilfsventil, das zur Sperrung .des Rückstroms
in den Stromkreis eingeschaltet wird, wird man vorzugsweise einen Trockengleichrichter
verwenden bzw. wird; man vorzugsweise einen. Trockengleichrichter als Ventil i i
vorsehen.