DE906830C - Gleichstromvormagnetisierte Drossel - Google Patents

Description

Gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen, die voll ausgenutzt sind, d. h. mit geringer Streuung zwischen der Gleichstrom- und der Wechselstromwicklung und mit hoher Sättigung im Eisen arbeiten, haben im allgemeinen die Neigung, starke Oberwellen in der Wechselstromkurve zu erzeugen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drossel zu schaffen, bei der eine sinusförmige Wechselspannung auch einen annähernd sinusförmigen Wechselstrom erzeugt. Sie betrifft

ίο eine gleichstromvormagnetisierte Drossel mit derart geschalteten Wechselstrom- und Gleichstromwicklungen, daß der Gleichstromkreis nicht durch induktive Wirkung kurzgeschlossen ist.
Um eine symmetrische Wechselstromkurve zu erhalten und eine Rückwirkung der Grundwelle des Wechselstromes auf den Gleichstromkreis zu verhindern, setzt man die Drossel in der Regel aus zwei gleichen Teilen mit je einem Eisenkern zusammen.

Die Gleichstromwicklungen sind immer in Reihe geschaltet, während die im Verhältnis zum Gleichstrom einander entgegen gewandten Wechselstromwicklungen verschiedenartig geschaltet werden können. Wie bereits erwähnt, wird bei der Drossel gemäß der Erfindung eine solche Schaltung der Gleichstrom- und Wechselstromwicklungen benutzt, daß der Gleich-Stromkreis nicht durch induktive Wirkung kurzgeschlossen ist. Die einfachste Schaltung dieser Art ist eine Reihenschaltung der Wechselstromwicklungen. Man kann diese Wicklungen aber auch über eine Saugdrossel parallel schalten, so daß sie den Strom gleich unter sich teilen, oder eine Brückenschaltung verwenden, bei der der Gleichstrom und der Wechselstrom an verschiedenen Ecken einer vierteiligen, auf zwei verschiedenen Kernen verteilten Wicklung eingeführt werden. Solche Schaltungen sind an sich bekannt. Es zeigt sich, daß hierbei die Kurvenform

des Wechselstromes vom Charakter des Gleichstromkreises in hohem Maße abhängig wird. Dadurch hat man die Möglichkeit, durch eine geeignete Bemessung des Scheinwiderstandes des Gleichstromkreises besonders die dritte Oberwelle der Wechselstromkurve zu unterdrücken und letztere also annähernd sinusförmig zu gestalten. Die dritte Oberwelle ist in vielen Fällen schädlich, z. B. bei dem Anschluß von Maschinen oder Kondensatoren an den Wechselstromkreis, und eine Unterdrückung derselben ist deshalb von großer Bedeutung.

Zur Untersuchung der Bedingungen, unter welchen die dritte Oberwelle unterdrückt werden kann, sei zuerst der eine Grenzfall des Gleichstromkreises betrachtet, in dem dieser einen so hohen Blindwiderstand hat, daß der Gleichstrom ganz konstant gehalten wird. In diesem Falle kann man die Kurvenform des Wechselstromes in folgender .Weise herleiten: In dem Eisenkern, den der Gleichstrom und der Wechselstrom in einer gewissen Halbperiode in demselben Sinne magnetisieren, ist die Sättigung des Eisenkerns bereits durch den Gleichstrom so hoch, ' daß der Wechselstrom keine nennenswerte Erhöhung der Induktion erzeugen kann. In der entsprechenden Wechselstromwicklung tritt deshalb praktisch keine Spannung auf, sondern die ganze aufgedrückte Spannung legt sich auf die andere Wechselstromwicklung, die ihren Kern in der zur Gleichstromwicklung entgegengesetzten Richtung magnetisieren will. Damit hier nun eine halbe Sinuswelle der Spannung auftreten kann, muß im Eisenkern eine nach einer halben Sinuswelle verlaufende Änderung des Kraftflusses eintreten. Eine derartige Kraftflußänderung kann jedoch nur eintreten, falls der Wechselstrom bereits am Anfang der Halbperiode auf einen Wert hinaufspringt, der (in Amperewindungen gerechnet) fast gleich dem des Gleichstromes ist, und damit die resultierende Magnetisierung bis in die Nähe des Knies der Sättigungskurve heruntergebracht wird. Es sei angenommen, daß der H-Wert des Knies einem geringen Teil desjenigen des Gleichstromes entspricht. Nachdem der Wechselstrom den eben genannten Wert erreicht hat, braucht er sich weiterhin nur noch unbedeutend zu ändern, damit eine große Kraftflußänderung eintreten kann. Am Ende der Halbperiode sinkt der Strom ebenso schnell wieder bis auf Null. Das Ergebnis ist eine annähernd rechteckige Halbwelle des Wechselstromes, und aus Symmetriegründen folgt, daß während der nächsten Halbperiode eine rechteckige Halbwelle in der entgegengesetzten Richtung auftritt.

Bei dem anderen Grenzfall, in dem der Gleichstromkreis induktionsfrei ist, ist der Verlauf des Wechselstromes ein völlig anderer. Vom Verlauf des Gleichstromes kann in diesem Falle nichts Bestimmtes von vornherein gesagt werden. Immerhin steht aber fest, daß in den beiden Gleichstromwicklungen in jedem Augenblick gleich große und entgegengesetzte Spannungen induziert werden müssen, um nicht übermäßige Ströme zu erhalten. Dem entsprechen in den beiden Wechselstromwicklungen gleich große und entgegengesetzt gerichtete Spannungen. Hieraus folgt, daß die aufgedrückte Spannung sich in gleichem Maße auf die beiden Wechselstromwicklungen verteilt, d. h. jede dieser Wicklungen muß eine sinusförmige Spannung geben und demnach einem sinusartig schwankenden Kraftfluß ausgesetzt werden. Da der Gleichstromkreis als ganz induktionsfrei vorausgesetzt ist, kann in ihm neben einem Gleichstrom, der gleich dem Quotient zwischen der Gleichspannung und dem Ohmschen Widerstand ist, ein Wechselstrom von vorläufig ganz unbestimmter Kurvenform und Amplitude auftreten. Zusammen bilden diese Ströme den Magnetisierungsstrom, der dem obengenannten, sinusartig schwankenden Kraftnuß entsprechen muß. Die Ampelewindungen des Gleichstromkreises wirken hierbei auf dem einen Kern in entgegengesetzter Richtung wie auf dem anderen Kern, und zwar im Verhältnis zu den Amperewindungen des Wechselstromkreises.

Betrachtet man zuerst die Verhältnisse in dem einen Kern der Drossel während einer ganzen Periode, wobei vorausgesetzt sei, daß die Drossel derart bemessen ist, daß der Hauptteil der Zeitkurve des Kraftflusses einem ungesättigten Kern entspricht, so tritt also während dieser Zeit kein nennenswerter Magnetisierungsstrom auf. Erst in der Nähe des Gipfels der Halbperiode, wo der Wechselstrom und der Gleichstrom in demselben Sinne magnetisieren, tritt eine Sättigung ein, und der Magnetisierungsstrom springt hier während eines kurzen Teils der Periode auf einen bedeutenden Wert hinauf. Entsprechende Verhältnisse treten im anderen Kern während der anderen Halbperiode auf. Da bei dem einen Kern der Gleichstrom und der Wechselstrom in der Halbperiode, wo sie einander entgegenwirken, einen resultierenden Magnetisierungsstrom von niedrigem Wert ergeben und also praktisch gleich groß sein sollen, müssen in demselben Zeitabschnitt dieselben Ströme auch bei dem anderen Kern, wo sie zusammenwirken, einander gleich sein und also je die Hälfte des Magnetisierungsstromes betragen. Es ergibt sich somit, daß die Wechselstromkurve aus einer über einen von Null wenig abweichenden Wert überlagerten kurzen Pulsation in der Mitte jeder Halbperiode besteht.

Während also in dem zuerst geschilderten Grenzfall unendlich großer Induktanz im Gleichstromkreis der Wechselstrom beinahe rechteckige Kurvenform erhält, bekommt er im anderen Grenzfall ohne Induktanz im Gleichstromkreis eine Kurvenform mit einem ausgeprägten Gipfel in der Mitte der Halbperiode. Die zuerst genannte Kurvenform enthält eine ausgeprägte dritte Oberwelle mit demselben Vorzeichen wie die Grundwelle (beide Wellen als Sinuskurven gerechnet), die zuletzt genannte Kurvenform eine ebenso ausgeprägte dritte Oberwelle entgegengesetzten Vorzeichens. Wählt man nun einen mittleren Weg, so kann man annähernd eine Kurvenform ohne ausgeprägte dritte Oberwelle erhalten. Erfuidungsgemäß »vird das dadurch erreicht, daß der gesamte Scheinwiderstand des Gleichstromkreises, bezogen auf die doppelte Wechselstromfrequenz, zwischen einem Drittel und dem Doppelten des Wertes *γ^τ- Hegt,

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wobei i_w bzw. e_w den Nennstrom bzw. die Nenn-

spannung der gleichstromvormagnetisierten Drossel auf der Wechselstromseite und i_g den dem Strom i_w entsprechenden Gleichstrom bedeuten.

Der Scheinwiderstand des Gleichstromkreises kann gemäß der weiteren Erfindung auch einen Blindwiderstand enthalten, der aus einer Induktivität und einem dazu passenden Kondensator besteht. Der Kondensator kann auch parallel zur Gleichstromquelle liegen, um diese von einem größeren oder kleineren Teil des Wechselstromes zu entlasten.

Claims (2)

1. Patentansprüche .·

   i. Gleichstromvormagnetisierte Drossel mit derart geschalteten Wechselstrom- und Gleichstromwicklungen, daß der Gleichstromkreis nicht durch induktive Wirkung kurzgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Scheinwiderstand des Gleichstromkreises, bezogen auf die doppelte Wechselstromfrequenz, zwischen einem

   Drittel und dem Doppelten des Wertes

   wobei i_w bzw. e_w den Nennstrom bzw.

   liegt, Us)

   die Nennspannung der gleichstromvormagnetisierten Drossel auf der Wechselstromseite und i_g den dem Strom i_w entsprechenden Gleichstrom bedeuten. as
2. 2. Drossel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwiderstand des Gleichstromkreises einen Blindwiderstand enthält, der aus einer Induktivität und einem dazu passenden Kondensator besteht.

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