Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern
zur Speisung von Verbrauchern, die einen wenigstens angenähert sinusförmigen Strom
benötigen Zusatz zum Patent 882 723 Gegenstand des Patents 882 727 ist eine Anordnung
zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern zur Speisung von Verbrauchern,
die einen wenigstens angenähert sinusförmigen Strom benötigen, und zwar wird ein
Teil der Verbraucher über Reihendrosseln, ein anderer Teil über Reihenkondensatoren
gespeist. Vorliegende Erfindung stellt eine Weiterbildung dieses Gedankens dar,
und zwar sind erfindungsgemäß zwei Drosseln in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet,
deren Mitte über einen Kondensator mit dem anderen Pol des Speisenetzes derart verbunden
ist, daß auf der Netzseite sich ein angenähert rechteckförmiger Wechselstrom bei
gutem Leistungsfaktor bildet, daß der Effektivstrom des Speisenetzes zum Verbraucherstrom
ein Minimum erreicht und daß der Ladestrom des Kondensators sich aus Teilstrecken
von angenäherten Sinuskurven mit geringer Dämpfung von etwa der i1/2fachen Frequenz
zusammensetzt.Arrangement to improve the power factor in inverters
for supplying consumers with an at least approximately sinusoidal current
need addendum to patent 882,723 subject of patent 882,727 is an arrangement
to improve the power factor in inverters for feeding consumers,
which require an at least approximately sinusoidal current, namely a
Part of the consumers via series chokes, another part via series capacitors
fed. The present invention represents a further development of this idea,
namely two chokes are connected in series with the consumer according to the invention,
the center of which is connected to the other pole of the feed network via a capacitor
is that on the network side there is an approximately square-wave alternating current
Good power factor forms that the effective current of the supply network to the consumer current
reaches a minimum and that the charging current of the capacitor is made up of sections
of approximated sinusoidal curves with low damping of about i1 / 2 times the frequency
composed.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. i eine Schaltung mit einer Leuchtstoffröhre L als Verbraucher.
Außerdem werden die Drosseln D1 und D2 sowie der Kondensator C von der Wechselspannung
U h des Wechselrichters gespeist. Die beiden Drosseln können in ihrer Induktivität
gleich oder verschieden sein. An die Mitte U' der beiden
Drosseln
und an den anderen Pol V ist ein Kondensator C angeschlossen. Die Leuchtstofflampe
wird zur Zündung schließlich noch durch die Zündröhre Z in bekannter Weise überbrückt.
Der Kondensator C wird so abgestimmt, daß der Ober-Wellenstrom bzw. die Oberwellenspannung
(dritte Oberwelle) über den Kondensator C abgeführt wird, so daß die Spannung an
der Leuchtstofflampe und Drossel D2 annähernd sinusförmig wird. Der Strom in der
Netzleitung wird alsdann annähernd reehteckförmig und fällt zeitlich mit der Spannungskurve
des Wechselrichters zusammen. Infolgedessen wird der Wechselrichter sehr günstig
belastet, und die Verluste werden ein Minimum. Wenn es auch durch diese Schaltung
gelungen ist, eine einheitliche Montage der Leu@htstofflampen zu erzielen und den
Wirkungsgrad es Wechselrichters auf 85 bis go% zu steigern, so darf man nicht außer
acht lassen, daß im Gegensatz zur normalen Schaltung statt einer Vorschaltdrossel
zwei benötigt werden, wodurch an sich die Verluste im Lampenkreis steigen. Die Drosseln
lassen sich jedoch so auslegen, daß ihre Verluste zusammen kaum nennenswert größer
sind als bei einer Drossel für normalen Netzbetrieb. Außerdem sind die Ströme in
der Drossel D1 durch die Verbesserung des Leistungsfaktors wesentlich kleiner und
können in der Größenordnung von 5o bis 6o% des Lampenstromes liegen. Da die Ohmschen
Verluste mit dem Quadrat der Stromstärke steigen, sind die Verluste in der Drossel
D1 infolge des kleineren Stromes bei gleicher Type wesentlich kleiner als in der
Drossel D2.In the drawing, the idea of the invention is illustrated, for example,
namely Fig. i shows a circuit with a fluorescent tube L as a consumer.
In addition, the chokes D1 and D2 and the capacitor C are activated by the alternating voltage
U h powered by the inverter. The two chokes can in their inductance
be the same or different. To the middle U 'of the two
Chokes
and a capacitor C is connected to the other pole V. The fluorescent lamp
is finally bridged by the ignition tube Z in a known manner for ignition.
The capacitor C is tuned so that the harmonic current or the harmonic voltage
(third harmonic) is dissipated via the capacitor C, so that the voltage on
the fluorescent lamp and choke D2 is approximately sinusoidal. The current in the
The power line then becomes approximately rectangular and coincides with the voltage curve over time
of the inverter together. As a result, the inverter becomes very inexpensive
burdened, and the losses will be a minimum. If it is also through this circuit
has succeeded in achieving a uniform assembly of the fluorescent lamps and the
To increase the efficiency of the inverter to 85 to go%, one must not except
Be careful that in contrast to normal switching instead of a series reactor
two are required, which in itself increases the losses in the lamp circuit. The thrushes
can, however, be interpreted in such a way that their combined losses are hardly appreciably greater
than with a choke for normal mains operation. Also, the currents are in
the choke D1 by improving the power factor is much smaller and
can be in the range of 5o to 6o% of the lamp current. Because the Ohms
Losses increase with the square of the current strength, are the losses in the choke
D1 due to the smaller current for the same type is significantly smaller than in the
Throttle D2.
Die Eigenfrequenz des Drosselkondensatorkreises muß etwa 5o% höher
liegen als die Wechselrichterfrequenz, um einen günstigen Leistungsfaktor auf der
Wechselrichterseite zu erzielen, d. h. das Verhältnis des vom Wechselrichter aufgenommenen
Stromes zum Lampenstrom erreicht dann ein Minimum. Die Schwingungskreise sind wenig
gedämpft, was mit Rücksicht auf die Verminderung der Verluste erwünscht ist. Man
wird bei der Abstimmung auf die z,5fache Netzfrequenz wegen der Eigenfrequenz
versuchen, den Faktor der Induktivität so klein wie möglich zu machen und den Faktor
des Kondensators größer zu wählen, da die Kondensatoren gegenüber den Drosseln verschwindend
kleine Verluste aufweisen.The natural frequency of the choke capacitor circuit must be about 50% higher than the inverter frequency in order to achieve a favorable power factor on the inverter side, ie the ratio of the current consumed by the inverter to the lamp current then reaches a minimum. The oscillation circles are not attenuated much, which is desirable with a view to reducing losses. When tuning to the z, 5 times the network frequency because of the natural frequency try to make the factor of the inductance as small as possible and to choose the factor of the capacitor larger, since the capacitors have negligible losses compared to the chokes.
3n Fig. 2 ist eine andere Anordnung gezeigt, bei der ein Kondensator
C parallel zur Drossel D1 liegt, mit welcher in der Hauptsache die dritte
Oberwelle der Spannung aus dem Stromkreis der Lampe ferngehalten wird. Meist ist
außerdem noch der gestrichelte Kondensatorkreis mit dem Kondensator C erforderlich,
um den Leistungsfaktor günstig zu beeinflussen. Eine weitere Anordnung zeigt die
Fig. 3, bei welcher drei Drosseln Do, DL
und De erforderlich sind, die zwar
einen gut kompensierten rechteckigen Wechselstrom am Wechselrichter ergibt, jedoch
wegen der Verluste in den drei Vorschaltdrosseln etwas ungünstiger arbeitet. Fig.
4. stellt die gleiche Schaltung dar; die dritte Drossel Do ist jedoch als gemeinsames
Vorschaltglied fortgelassen. Die Kompensation ist hier nicht so vollständig wie
nach der Schaltung nach Fig. 3, auch ist der rechteckige Wechselstrom mit einem
tiefen Satteleinschnitt versehen, doch sind die Gesamtverluste kleiner. Eine weitere
Anordnung zeigt die Fig. 5, bei der der Drosselkondensatorkreis mit De und C parallel
zur Drossel DL gelegt ist, die also mit der Fig. 3 eine gewisse Ähnlichkeit
hat. Auch hierbei ergibt sich wieder ein annähernd rechteckiger, gut kompensierter
Wechselstrom, doch sind die Verluste der drei Drosseln etwas störend. e An Hand
der vorgenannten Beispiele ist gezeigt, daß man die Kompensationsschaltungen sehr
verschieden ausführen kann. Es gibt noch weitere Anordnungen dieser Art, die jedoch
alle annähernd dasselbe bewirken.3n Fig. 2 shows another arrangement in which a capacitor C is parallel to the inductor D1, with which the third harmonic of the voltage is kept away from the circuit of the lamp in the main. Usually the dashed capacitor circuit with the capacitor C is also required in order to have a favorable effect on the power factor. Another arrangement is shown in FIG. 3, in which three chokes Do, DL and De are required, which indeed result in a well-compensated rectangular alternating current at the inverter, but work somewhat less favorably because of the losses in the three series chokes. Fig. 4 shows the same circuit; however, the third choke Do is omitted as a common ballast element. The compensation is not as complete here as after the circuit according to FIG. 3, and the rectangular alternating current is also provided with a deep saddle notch, but the total losses are smaller. A further arrangement is shown in FIG. 5, in which the choke capacitor circuit with De and C is placed parallel to the choke DL , which is therefore somewhat similar to FIG. 3. Here, too, there is again an approximately rectangular, well-compensated alternating current, but the losses of the three chokes are somewhat disruptive. e The above examples show that the compensation circuits can be designed very differently. There are other arrangements of this type, but they all have approximately the same effect.
Noch einmal zusammengefaßt ergeben sich bei der Schaltung nach Fig.
i etwa folgende Strom-und Spannungskurven: An den Klemmen UV, Spannungskurve
rechteckig, an den Klemmen U' V, Spannungskurve sinusförmig, an der Leuchtstofflampe,
Spannungskurve entsprechend der Entladecharakteristik der Leuchtstofflampe, Strom
in der Drossel D1, angenähert rechteckig, Strom in der Drossel Dz; angenähert sinusförmig,
Strom im Kondensatorkreis C setzt sich aus Bruchstücken von Sinuskurven der 11/2fachen
Netzfrequenz zusammen, wie in Fig.6 gezeigt.At voltage curve voltage curve terminals UV, voltage curve rectangular, at the terminals U 'V, sinusoidal, at the fluorescent lamp, in accordance with the discharge characteristic of the fluorescent lamp, power in: again summarized i as the following current and voltage curves arise in the circuit of FIG. the choke D1, approximately rectangular, current in the choke Dz; approximately sinusoidal, current in capacitor circuit C is composed of fragments of sinusoidal curves of 11/2 times the mains frequency, as shown in Fig. 6.
Während üblicherweise bei Zerhackern im Wechselrichterkreis ein voreilender
Kondensatorstrom angestrebt wird, um den Strom im Augenblick der Kontaktöffnung
Null werden zu lassen, ist dies beim Wechselrichter mit Quecksilberstrahl nicht
erforderlich. Es kann der volle Strom i unterbrochen werden, wenn, wie im Hauptpatent
bereits betont, die Kondensatoren zur Grundkompensation am Wechselrichter einerseits
die öffnungsspannung an der Elektrode so klein halten, daß keine Rückzündung stattfinden
kann und andererseits der nächstschließende Kontakt ohne wesentliche Spannungsdifferenz
geschlossen werden kann. Diese Bedingungen, die für die Kontaktpause gelten, ändern
sich mit der Belastung. Es empfiehlt sich deshalb, zu jeder Schaltung noch einen
kleinen Parallelkondensator unter Umständen zum Wechselrichternetz zu schalten.While usually a leading one with choppers in the inverter circuit
Capacitor current is aimed at the current at the moment of contact opening
This is not the case with inverters with a mercury beam
necessary. The full current i can be interrupted if, as in the main patent
already emphasized, the capacitors for basic compensation on the inverter on the one hand
keep the opening voltage at the electrode so small that no flashback takes place
can and on the other hand the next closing contact without any significant voltage difference
can be closed. Change these conditions that apply to the contact break
deal with the burden. It is therefore advisable to add one to each circuit
under certain circumstances to switch a small parallel capacitor to the inverter network.