DE976289C - Magnetischer Spannungs-Konstanthalter zur Konstanthaltung von Wechselspannungen - Google Patents

Description

• Magnetischer Spannungs-Konstanthalter zur Konstanthaltung von Wechselspannungen Für viele Zwecke der Technik braucht man eine möglichst konstante Spannung, z. B. für die Stromversorgung von Meß- und Prüfanlagen, für die direkte Speisung von Fernmelde- und Signalanlagen aus dem Wechselstromnetz über Gleichrichter, für die Ladung und Dauerladung von Batterien aller Art. Bei Batterieladung oder Dauerladung verursacht eine geringe Netzspannungsänderung eine prozentual wesentlich größere Änderung des Lade-bzw. des Dauerladestromes, so daß ein Spannungsgleichhalter, der vor ein Batterie- bzw. Dauerladegerät geschaltet wird, besonders genau arbeiten muß.
• Es sind verschiedene Arten von Reglern zum Ausgleich von Netzspannungsschwankungen bekanntgeworden, von denen der magnetische Spannungsgleichhalter für kleinere Leistungen hauptsächlich angewandt wird. Ein solcher bisher bekannter magnetischer Spannungsgleichhalter besteht nach Bild r aus einem hochgesättigten Transformator T, der durch einen parallel geschalteten Kondensator C auf Resonanz mit der Netzfrequenz abgestimmt ist, und in Reihe geschaltet mit diesem Schwingkreis liegt eine ungesättigte Drossel D, die meist mit Luftspalt ausgeführt wird und einen Teil der Netzspannung sowie die Netzspannungsschwankungen aufzunehmen hat.
• Die geregelte Spannung wird von dem gesättigten Transformator T direkt, d. h. in Sparschaltung oder transformatorisch abgenommen. Um noch verbleibende Spannungsschwankungen auszugleichen, wird von der ungesättigten Drossel eine Teilspannung abgenommen und gegengeschaltet.
• Mit dem bisher bekannten Spannungsgleichhalter lassen sich bei geeigneter Bemessung relativ enge Spannungsgrenzen einhalten, doch hat dieser den Nachteil, daß die Ausweitung des Regelbereiches nach oben und nach unten durch das Auftreten von Kippstellen behindert wird, an denen sich die Kennlinie sprunghaft ändert. Damit eine günstige Regelkennlinie erreicht wird, ist es üblich, den parallel zu dem gesättigten Transformator liegenden Kondensator C durch einen Serienwiderstand R zu bedämpfen, um das Auftreten wilder Schwingungen zu verhindern. In diesem Widerständ R entstehen jedoch beträchtliche Verluste, die zu einer Verschlechterung des Spannungsgleichhalter-Wirkungsgrades führen.
• Wird der Widerstand R weggelassen, so ergibt sich eine starke Einengung des Regelbereiches nach oben und unten.
• Auch ist es bekannt, Filterkreise, bestehend aus einem Kondensator mit einem in Serie geschalteten Widerstand parallel zum Ausgang des Konstanthalters oder in einem völlig getrennten Stromkreis, vorzusehen, um Verzerrungen der Kurvenform, d. h. Abweichungen von der Sinusform auszugleichen.
• Es wurde auch vorgeschlagen, am Ausgang des Konstanthalters Filterkreise vorzusehen, bestehend aus Kondensatoren mit in Reihe geschalteten Luftspaltdrosseln, wobei Spannungsresonanzkreise entstehen, die auf die dritte, gegebenenfalls auf die fünfte usw. Harmonische abgestimmt sind und in denen die Oberwellen vernichtet werden.
• Diese Schaltungen erfordern zwingend zusätzliche Schaltmittel in Form eines Widerstandes oder von Drosseln, so daß dadurch die Herstellung eines Konstanthalters verteuert wird. Auch treten in dem Zusatzwiderstand bzw. in der Drossel zusätzliche Verluste auf, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führen. Schließlich ist im letzteren Falle ein aufgeteilter Kondensator teurer, da mehrere parallel geschaltete kleinere Kondensatoren teurer sind als ein einziger größerer Kondensator gleicher Kapazität.
• Gegenstand der Erfindung ist ein magnetischer Spannungsgleichhalter zur Konstanthaltung von Wechselspannungen, mit dem die aufgezählten Nachteile der bisher bekannten Spannungsgleichhalter vermieden werden. Mit diesem erfindungsgemäßen Spannungsgleichhalter läßt sich ein wesentlich größerer Bereich, insbesondere im Bereich der Unterspannungen, ausregeln, ohne daß ein Umspringen der Kennlinie oder wilde Schwingungen auftreten. Dieser technische Fortschritt wird durch eine Schaltung erzielt, die im Prinzip im Bild 2 gezeigt wird. Die Schaltung enthält einen gesättigten Transformator T1, einen ungesättigten Transformator T2 und einen Kondensator C. Die Bestandteile der Schaltung sind also die gleichen wie bei der bisher bekannten magnetischen Spannungsgleichhalterschaltung, jedoch sind sie in anderer Weise zusammengeschaltet, wodurch der erfindungsmäßige Vorteil erzielt wird. T1 und T2 sind, wie üblich, primär hintereinandergeschaltet. Der Kondensator C liegt jedoch erfindungsgemäß an einer Serienschaltung einer in Sparschaltung veränderten Windungszahl der Primärwicklung von Ti und einer elektrisch von den anderen Wicklungen isolierten Sekundärwicklung von T2, ohne Einschaltung zusätzlicher Schaltelemente, also unter Vermeidung einer Zusatzdrossel oder eines Zusatzwiderstandes. Die an C liegende Wechselspannung ist nahezu konstant, also auch der die Kapazität C durchfließende Strom I, In T2 wird der resultierende Magnetfluß durch zwei Stromkomponenten erregt, und zwar erstens durch die stark mit den Netzspannungsschwankungen veränderliche Primärkomponente und zweitens durch den nahezu gleichbleibenden Strom I, Beide Stromkomponenten liegen nicht in Phase, sondern schließen einen mit der Größe der Netzspannungsschwankungen veränderlichen Phasenwinkel ein.
• Der Kondensator C erfüllt in dieser neuen Schaltung gemäß der Erfindung drei Aufgaben: Erstens wirkt er zusammen mit der isolierten Sekundärwicklung von T2 als Gegenkopplung, so daß die Neigung des Transformators T1 zu wilden Schwingungen praktisch beseitigt wird; zweitens wird durch den Kondensator eine Phasendrehung der an T2 auftretenden Spannung erzielt, so daß sich eine günstigere Regelkennlinie und ein größerer Regelbereich im Vergleich zu einer gleich großen Drossel bei der bisher bekannten Regelanordnung ergibt; drittens liefert der Kondensator C den Blindstrom für die gesamte Schaltung, so daß dem Netz nur ein kleiner Strom entnommen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kondensator wesentlich größer gewählt wird, als er sein müßte, um nur den von dem gesättigten Transformator T1 erzeugten Blindstrom zu kompensieren. Diese Vorteile werden durch eine passende Auswahl der Amperewindungen der isolierten Sekundärwicklung von T2 erreicht, die von dem Kondensatorstrom allein durchflossen wird und die bei richtiger Bemessung bei Leerlauf, bei kleiner und bei großer Belastung des Konstanthalters eine praktisch gleichbleibende magnetische Erregung des ungesättigten Transformators T2 hervorruft.
• Bei dieser neuen Schaltung ergibt sich also mit einem verminderten Aufwand an Schaltelementen der Vorteil eines höheren Wirkungsgrades und eines größeren Regelbereiches. Schließlich wird auch ausreichende Oberwellenfreiheit für die eingangs erwähnten Verwendungszwecke erreicht. Mit dieser Anordnung wird ferner eine besonders genaue Regelung erzielt; sie ist daher für den Aufbau von Batterie-Dauerladegeräten mit konstanter Spannung besonders geeignet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Magnetischer Spannungs-Konstanthalter zur Konstanthaltung von Wechselspannungen, insbesondere zur Vorschaltung vor Gleichrichter, bestehend aus einem stark gesättigten Transformator und einem primär mit diesem in Reihe geschalteten, ungesättigten Transformator sowie einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kondensatorstromkreis die Gesamtspannung aus der vektoriellen Summe einer in Sparschaltung vergrößerten Primärspannung am gesättigten Transformator und der aus einer isolierten, vom Belastungsstrom nicht durchflossenen Wicklung auf dem ungesättigten Transformator entnommenen Teilspannung kombiniert wird und daß der außer der Bürde die alleinige Belastung darstellende Kondensator eine solche Größe hat, daß er den induktiven Blindstrom der Gesamtschaltung kompensiert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 578 849, 671 3I0, 73I 300, 749 486; britische Patentschrift Nr. 548 526; K. M a i e r »Trockengleichrichter«, München u. Berlin (1938), S.242; ETZ (1936), S. 489 bis 4gI.