DE955708C - Arrangement for improving the power factor in inverters for feeding consumers who require an at least approximately sinusoidal current - Google Patents

Arrangement for improving the power factor in inverters for feeding consumers who require an at least approximately sinusoidal current

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DE955708C
DE955708C DEL12349A DEL0012349A DE955708C DE 955708 C DE955708 C DE 955708C DE L12349 A DEL12349 A DE L12349A DE L0012349 A DEL0012349 A DE L0012349A DE 955708 C DE955708 C DE 955708C
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DEL12349A
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Inventor
Dipl-Ing Hellmuth Boehm
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/24Circuit arrangements in which the lamp is fed by high frequency ac, or with separate oscillator frequency
    • H05B41/245Circuit arrangements in which the lamp is fed by high frequency ac, or with separate oscillator frequency for a plurality of lamps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/64Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by combination of static with dynamic converters; by combination of dynamo-electric with other dynamic or static converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

AUSGEGEBENAM 10. JANUAR 1957ISSUED JANUARY 10, 1957

L 12349 VIIIb/21 d^L 12349 VIIIb / 21 d ^

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

sinusförmigen Strom benötigenneed sinusoidal current

Zusatz zum Zusatzpatent 911Addition to the additional patent 911

Gegenstand des Patents 911 033 ist eine Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern, deren angeschlossene Verbraucher eine angenähert sinusförmige Spannung bzw« Strom benötigen. Mittels eines Siebkreises, insbesondere für die dritte Oberwelle, wird dort die annähernd rechteckige Wechselspannung in eine sinusförmige verwandelt. Jeder Verbraucherkreis ist hierbei mit einem Siebkreis ausgerüstet. Die Belastung besteht aus Leuchtstofflampen, von denen jede durch eine Strombegrenzungsdrossel vor Überlastung geschützt ist. Die Anordnung besitzt den Nachteil, daß die vielen einzelnen Siebdrosseln der Siebkreise verhältnismäßig große Verluste hervorrufen und auch besonders teuer werden. Gemäß Weiterbildung der Erfindung soll deshalb für eine größere Zahl von Stromverbrauchern eine gemeinsame Siebdrossel größerer Typenleistung verwendet werden.The subject of patent 911 033 is an arrangement to improve the power factor in inverters whose connected consumers approximate a require sinusoidal voltage or current. By means of a sieve circle, in particular for the third harmonic, there the nearly rectangular alternating voltage is converted into a sinusoidal one. Each consumer circuit is equipped with a filter circuit. The burden is there made of fluorescent lamps, each of which is protected from overload by a current limiting reactor is. The arrangement has the disadvantage that the many individual sieve throttles of the sieve circles are proportionate cause large losses and also become particularly expensive. According to a further development of the invention should therefore a common filter throttle larger for a larger number of electricity consumers Type power can be used.

Ein Beispiel der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht. Ein Wechselrichter TW mit Quecksilberstrahl verbindet mittels der beiden Elek trodenA1 und A2 die Batterie B abwechselnd mitAn example of the invention is illustrated in Figure 1 of the drawings. An inverter TW with a mercury beam connects the battery B alternately by means of the two electrodes A 1 and A 2

der linken, ι, oder rechten Hälfte 2 der Primärwicklung des Transformators T. Ein kleiner Kon densator C1 dient zur Kompensation der Streuspannung des Transformators T. Der gesamte erzeugte Sekundärstrom füeßt durch die Siebdrossel D1 Vor der Drossel D1 ist die Spannungskurve annähernd rechteckig, hinter der Drossel D1 sinusförmig. An die Verteilung leitung sind eine Reihe von Leuchtstofflampen angeschlossen, die einzeln abgeschaltet werden können. Jede Lampe L mit einem Zünder Z ist durch die Drossel D2 im Strom auf den normalen Wert begrenzt. Vor jeder Drossel D2 liegt ein Kondensator C2, der mit der Drossel D1 den Siebkreis bildet. Die Kondensatoren C2 kompensieren den Leistungsfaktor jedes Lampenkreises zu cos ψ = ι. Jeder Verbraucherkreis besteht also aus einer Leuchtstofflampe mit ihrem Zünder, einer in Reihe geschalteten Drossel und einem diese Reihenschaltung überbrückenden Kondensator. Mit einem Schalter S kann jeder Lanipenkreis für sich zu- oder abgeschaltet werden.the left, ι, or right half 2 of the primary winding of the transformer T. A small Kon capacitor C 1 is used to compensate for the leakage voltage of the transformer T. The entire secondary current generated flows through the throttle D 1 Before the throttle D 1 , the voltage curve is approximately rectangular , behind the throttle D 1 sinusoidal. A number of fluorescent lamps, which can be switched off individually, are connected to the distribution line. Each lamp L with an igniter Z is limited by the choke D 2 in the current to the normal value. Before each choke D 2 there is a capacitor C 2 which , with the choke D 1, forms the filter circuit. The capacitors C 2 compensate the power factor of each lamp circuit to cos ψ = ι. Each consumer circuit therefore consists of a fluorescent lamp with its igniter, a series-connected choke and a capacitor bridging this series connection. With a switch S each Lanipenkreis can be switched on or off individually.

Der Oberwellensiebkreis arbeitet in folgender Weise: Die annähernd rechteckige Wechselspannung auf der Sekundärseite des Transformators, also auch am Kondensator C1, enthält außer der sinusförmigen Grundwelle in der Hauptsache eine dreifache Oberwelle. Bezeichnet man die Wechselspannung an D1 mit JJ1, an C2 mit U2, so istThe harmonic filter circuit works in the following way: The approximately rectangular alternating voltage on the secondary side of the transformer, i.e. also on the capacitor C 1 , contains mainly a triple harmonic in addition to the sinusoidal fundamental wave. If one denotes the alternating voltage at D 1 with JJ 1 , at C 2 with U 2 , then

U1 U 1

W2LCW 2 LC

Ist z. B. das Verhältnis von C2 zu U1 für die Grundwelle 2, so beträgt dieses für die dritte Oberwelle 2/9 = 0,22, d. h. die dritte Oberwelle beträgt rund den zehnten Teil der Grundwelle. Die Amplitude der dritten Oberwelle ist am Transformator etwa nur ein Drittel so groß wie die Grundwelle, so daß sie am Kondensator C2 nur noch rund ein Dreißigstel der Grundwelle ausmacht. Die folgende fünfte Oberwelle und die anderen sind in ihrer Wirkung noch stärker verringert, weshalb am Kondensator C2 eine fast sinusförmige Spannung entsteht.Is z. B. the ratio of C 2 to U 1 for the fundamental wave 2, is so that for the third harmonic 2/9 = 0.22, ie, the third harmonic is approximately one tenth of the fundamental wave. The amplitude of the third harmonic on the transformer is only about one third as large as the fundamental wave, so that it is only about one-thirtieth of the fundamental wave on the capacitor C 2. The effect of the following fifth harmonic and the others are reduced even more, which is why an almost sinusoidal voltage arises across the capacitor C 2.

Fig. 2 stellt das Vektordiagramm der -Schaltung nach Fig. 1 für die Grundwelle dar, worinFig. 2 shows the vector diagram of the circuit of Fig. 1 for the fundamental wave, wherein

Ut Sekundärspannung am Transformator, Ud Wechselspannung an der Drossel D1, Wechselspannung am Kondensator C2, Transformatorenstrom,
Sekundärstrom sämtlicher angeschlossener Leuchtstofflampen,
Ut secondary voltage at the transformer, Ud AC voltage at the choke D 1 , AC voltage at the capacitor C 2 , transformer current,
Secondary current of all connected fluorescent lamps,

Kondensatorenstrom sämtlicher Kondensatoren C9 bedeutet.Capacitor current of all capacitors C 9 means.

JtJt JlJl

JoYo

Das Diagramm wurde mit einem Vektormesser unter Ausschaltung der dritten Oberwelle aufgenommen. Um die leistungsmäßig interessierenden Summen der Kondensator- und der Lampenströme zu erhalten, brauchte nur in einem Lanipenkreis gemessen zu werden. Da die Ströme in den verschiedenen Lampenkreisen phasengleich fließen, ergibt sich die Länge der Vektoren J0 und J1 einfach durch Multiplikation der betreffenden Meßwerte mit der Anzahl der angeschlossenen Lampen. Der Lampenstrom JL eilt der Verbraucherspannung U0 um etwa 6o° nach, der Kondensatorstrom J0 um 900 vor. Beide ergeben den Transformatorenstrom JT, der mit der Transformatorenspannung Ut fast phasengleich ist. Mittels der Kondensatoren kann der Scheinstrom der Lampen somit auf cos φ = ι kompensiert werden. Der Blind- 7» Spannungsabfall an der Drossel D1, Up ist etwa halb so groß wie die Spannung U0. The diagram was recorded with a vector knife with the third harmonic eliminated. In order to obtain the sums of the capacitor and lamp currents, which are of interest in terms of power, all that was needed was to measure in a Lanipenkreis. Since the currents flow in phase in the various lamp circuits, the length of the vectors J 0 and J 1 is obtained simply by multiplying the relevant measured values by the number of connected lamps. The lamp current J L approaches the load voltage U 0 by approximately 6o °, the capacitor current J 0 90 0 before. Both result in the transformer current J T , which is almost in phase with the transformer voltage Ut. The apparent current of the lamps can thus be compensated to cos φ = ι by means of the capacitors. The reactive voltage drop across the choke D 1 , Up is about half as large as the voltage U 0 .

Die dritte Oberwelle wird nur an der Drossel D1 praktisch wirksam und ruft hier zusätzliche Eisenverluste hervor, die jedoch bei richtiger Auslegung nur geringe Bedeutung haben.The third harmonic is only practically effective at the throttle D 1 and causes additional iron losses here, which, however, are of little importance if the design is correct.

Infolge des höheren induktiven Widerstandes wird die dritte Oberwelle in der Drossel D2 bedeutend vermindert. Der Strom im Lampenkreis ist deshalb auch annähernd sinusförmig, obwohl die Lampenspannung infolge der Lampenstromspannungskennlinie trapezförmig ist.As a result of the higher inductive resistance, the third harmonic in the choke D 2 is significantly reduced. The current in the lamp circuit is therefore approximately sinusoidal, although the lamp voltage is trapezoidal due to the lamp current voltage characteristic.

Die Schaltung des Patents 911 033 hat auch noch den Nachteil, daß sich bei Durchbrennen einer Leuchtstofflampe der Stromkreis aus Drosseln und Kondensator fast in Reihenresonanz befindet und der Strom deshalb auf unzulässig hohe Werte in der Drossel D1 ansteigt. Im Gegensatz hierzu entstehen bei Störungen bei der Schaltung nach Fig. 1 keine unzulässigen Belastungen durch den alsdann ohne Lampenbelästung angeschlossenen Kondensator C2.The circuit of patent 911 033 also has the disadvantage that when a fluorescent lamp burns out, the circuit of chokes and capacitor is almost in series resonance and the current therefore rises to impermissibly high values in choke D 1. In contrast to this, in the event of malfunctions in the circuit according to FIG. 1, there are no inadmissible loads due to the capacitor C 2 then connected without any lamp load.

Die Schaltung nach Fig. 1 kann auch noch durch weitere zusätzliche Siebkreise ergänzt werden, z. B. durch Hinzuschaltung einer zweiten Drossel D1 und eines entsprechenden Summenkondensators im Verbindungspunkt der beiden Drosseln.The circuit according to FIG. 1 can also be supplemented by further additional filter circuits, e.g. B. by adding a second choke D 1 and a corresponding total capacitor at the junction of the two chokes.

Ferner können zur besseren Ausnutzung der Strombegrenzungsdrossel D2 zwei Lampen hintereinander in Reihe mit nur einer Drossel geschaltet sein.Furthermore, for better utilization of the current limiting choke D 2, two lamps can be connected in series with only one choke.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern zur Speisung von Verbrauchern, die einen wenigstens angenähert sinusförmigen Strom benötigen, nach Patent 911 033, dadurch gekennzeichnet, daß bei rechteckiger oder annähernd rechteckiger Spannungskurve des Wechselrichters hinter diesem eine derartig bemessene Oberwellensiebdrossel, insbesondere für die dritte Oberwelle, mit dem Verbraucher in Reihe geschaltet ist, daß sich an den Klemmen des Verbraucherkreises mit parallel geschaltetem Kondensator oder Kondensatoren eine sinusförmige bzw. angenähert sinusförmige Spannung ergibt.1. Arrangement to improve the power factor in inverters for feeding Consumers who require an at least approximately sinusoidal current, according to the patent 911 033, characterized in that the rectangular or approximately rectangular voltage curve of the inverter behind this one such dimensioned harmonic filter throttle, especially for the third harmonic, with the consumer is connected in series that is connected to the terminals of the consumer circuit with parallel connected Capacitor or capacitors have a sinusoidal or approximately sinusoidal voltage results. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vielen einzelnen Stromverbrauchern die gesamte notwendige Kapazität in entsprechend viele einzelne Kondensatoren iao aufgeteilt ist, die mit jedem einzelnen Verbraucher parallel zu- und abgeschaltet werden und proportional der Blindleistung der einzelnen Kreise bemessen sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that with many individual electricity consumers the entire necessary capacity in a corresponding number of individual capacitors iao which are switched on and off in parallel with each individual consumer and proportionally the reactive power of the individual circuits are measured. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch 1*5 gekennzeichnet, daß die einzelnen Belastungs-3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in 1 * 5 marked that the individual load kreise aus einzelnen Leuchtstofflampen mit je· davorgeschalteter Strombegrenzungsdrossel bestehen. circuits consist of individual fluorescent lamps, each with a current limiting choke connected upstream. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Belastungskreis aus zwei in Reihe geschalteten Leuchtstofflampen mit einer Strombegrenzungsdrossel besteht (Tandemschaltung). 4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that each has a load circuit consists of two series-connected fluorescent lamps with a current limiting choke (tandem circuit). 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite oder mehrere Oberwellensiebdrosseln sowie eine entsprechende Zahl von Oberwellenglättungskondensatoren verwendet werden.5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that a second or more Harmonic filter chokes and a corresponding number of harmonic smoothing capacitors are used will. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschrift Nr. 730 955.German patent specification No. 730 955. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 6OJ 547/228 6.56 (609 742 1.57)© 6OJ 547/228 6.56 (609 742 1.57)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1198929B (en) * 1963-10-02 1965-08-19 Licentia Gmbh Filter circuit for inverter to supply several parallel switched, individually switched on and off fluorescent lamps

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE730955C (en) * 1938-04-05 1943-01-29 Siemens Ag Circuit for a mechanical oscillating contact inverter

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