SE457193B - Serieresonansstabilisator - Google Patents

Description

457 193 Som tidigare antytts måste magnetiseringen under varje halvperiod passera magnetiseringskurvans knäpunkt under magnetiseringsförloppet. I praktiken visar det sig emellertid att denna avgörande knäpunkt blir individuellt belägen i varje enskild järnkärna. Detta beror bl a på variationer orsakade av den meka- niska bearbetningen vid framställningen av kärnmaterialet, kornorienteringen i materialet, men även materialets vännebehandling, bakning och i fallet med C-kärnor sågningen och framför allt slipningen av de båda C-kärnhalvornas an- liggningsytor. Denna oförutsebara förskjutning av knäpunkten och därigenom varje enskild transfonnators mättningsinduktans innebär problem vid bestäm- ningen av nödvändig magnetiseringsström och seriekapacitans. Det inses att dessa individuella variationer innebär ett stort hinder och närmast omöjliggör rationell serieproduktion. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en serieresonansstabilisator av inledningsvis nämnt slag som lämpar sig för serieproduktion genom att läget av den i transfonnatorn ingående järnkärnans knäpunkt är väsentligen förutsäg- bart och därigenom möjliggör rätt dimensionering av såväl magnetiseringsström som seriekondensator, varigenom även ett önskat ferroresonanssvängningstill- stånd i transformatorns primärkrets kan säkerställas.

Uppfinningsändamålet uppnås genom en serieresonansstabilisator av inlednings- vis nämnt slag som är kännetecknad av att ett definierat luftgap är anordnat i transformatorns järnkärna, varvid luftgapets storlek är bestämmande för en magneti- seringsström som driver järnkärnan till en mättningsgrad ovanför knäpunkten i kärn- materialets magnetiseringskurva, och varvid luftgapet är så beläget i järnkärnan att det magnetisk läckflödet vid luftgapet ej väsentligen påverkar transformatorns sekundär- eller arbetslindning.

Genom införandet av ett definieratfiluftgap enligt uppfinningen blir magne- tiseringsströmen för önskad mättningsgrad i huvudsak oberoende av individuella tillverkningstekniska variationer i järnkärnans magnetiska egenskaper. Det framhålles att en serieresonansstabilisator i princip fungerar bättre ju mindre eventuella luftgap kan göras. En naturlig strävan vid tillverkning av en sådan komponent är sålunda att eliminera sådana luftgap i största möjliga utsträck- ning. Genom införandet av ett luftgap enligt uppfinningen pâverkas sålunda järnkärnans magnetiseringskurva i en för ändamålet negativ riktning genom att dess ovanför knäpunkten belägna del erhåller ett mindre flackt förlopp. En sådan förändring av magnetiseringskurvan är egentligen till nackdel för det önskade ferroresonanta tillståndet. Nackdelen kan emellertid motverkas genom användning av moderna kärnmaterial, såsom nämnda kornorienterade material; vilka uppvisar en sådan utpräglad tendens till ferroresonanssvängning att man 3 457 193 àdå erhåller ett fullt tillräckligt svängningsområde för praktiska applika- tioner. Genom införande av ett i princip icke önskvärt luftgap uppnås i stället möjligheten till rationell serieproduktion. Det bör tilläggas att denna kompro- misslösning för serieresonansstabilisatorn synes lämpa sig bäst för förhållan- devis små effekter av storleksordningen mindre än 50-75 watt. Genom placeringen av luftgapet uppnås fördelen att serieresonansstabilisatorns benägenhet till belastningsberoende ej förstärks. Dm det magnetiska läckflödet vid luftgapet får påverka transformatorns sekundärlindning avledes magnetflödet i järnkärnan i en bana utanför ett anbl lindningsvarv, vilka därigenom blir verkningslösa med åtföljande spänningssänkning. Denna effekt tilltager med tilltagande ström genom sekundärlindningen och ökar sålunda belastningsberoendet.

Förutom spänningsstabilisering är det också viktigt att uppnå bästa möj- liga transientdämpning i serieresonansstabilisatorn. Därför eftersträvas lägsta möjliga strökapacitans mellan primär- och sekundärlindningarna. Detta uppnås bäst genom placering av lindningarna på helt skilda bobiner belägna på största möjliga avstånd från varandra och eventuellt genom avskärmning mellan lind- ningarna. En fördelaktig lösning därvidlag är att använda två stycken C-kärnor.

Detta innebär att man vid sammanföringen av C-kärnelementen till en ringformad järnkärna oundvikligen erhåller ett luftgap under vardera bobinen. Enligt ett föredraget utföringsexempel på en serieresonansstabilisator enligt uppfin- ningen, vars järnkärna är uppbyggd av C-element, är nämnda definierade luftgap beläget inom bobinen som uppbär transformatorns primärlindning, medan luft- gapet inom bobinen som uppbär transfonmatorns sekundärlindning är minimerat.

Genom denna placering av luftgapet erhålles ett läckflöde som gör ett antal lindningsvarv av transformatorns primärlindning verkningslösa. Det resulterande magnetflödet genom järnkärnan bestämmes emellertid av det ferroresonanta sväng- ningstillståndet i primärkretsen, som icke nämnvärt påverkas av denna placering av luftgapet. Därigenom kan även stabiliteten hos spänningen över transforma- torn väsentligen bibehållas.

Ett fördraget utföringsexempel på serieresonansstabilisatorn enligt upp- finningen beskrivs närmare i det följande under hänvisning till ritningarna, där: jig_1 visar den principiella uppbyggnaden av en serieresonansstabilisator med en därtill ansluten belastning; fjg_§ visar ett vektordiagram som åskåd- 457 193 i liggör den spänningsstabilisering som uppnås i serieresonansstabilisatorn enligt uppfinningen; fig_§ visar den stabiliserade utspänningens kurvform; 1jg_§ visar en av C-kärnelement uppbyggd transformator för användning i stabi- lisatorn enligt uppfinningen.

Den principiella uppbyggnaden av en serieresonansstabilisator är illustre- rad i fig 1. Stabilisatorn innefattar en transformator T med järnkärna upp- bärande en primärlindning och en sekundärlindning. En belastning B är ansluten till sekundärlindningen. Transformatorns primärkrets är seriekopplad med en kondensator C och primärkretsen spänningsmatas från nätet med nätspänningen UN. Primärlindningen har induktansen LT och över denna uppträder spänningen UT. Dä kondensatorn ges en kapacitans som svarar mot transfonmatorns mätt- ningsinduktans åstadkomes ett ferroresonant svängningstillstånd i primärkret- sen. I detta tillstånd sker varje halvperiod en urladdning från kondensatorn genom transformatorn, som därvid mättas. En förhållandevis stor energimängd pendlar sålunda mellan C och LT under varje halvperiod av nätspänningen.

Denna kopplingsspänningsstabiliserande verkan uppnås genom att spänningen UT över transformatorns primärlindning bestämmes av det ferroresonanta svängnings- tillståndet, medan förekommande variationer i nätspänningen UN upptages av kondensatorn C och väsentligen ej påverkar UT och därigenom ej heller trans- formatorns utspänning. Samtidigt uppnås den ytterligare fördelen att primär- kretsen blir självsvängande under viss del av varje halvperiod, varigenom sekundärspänningen kan upprätthâllas under kortvariga nätspänningsbortfall eller -sänkningar.

- Nämnda spänningsstabiliserande verkan är illustrerad i vektordiagrammet i fig 2. Diagrammet visar två fall då nätspänningen är UN respektive UN+ 50%.

I första fallet erhålles spänningen UT över transfonmatorn och spänningen UC över kondensatorn. I andra fallet erhålles en väsentligen oförändrad spän- ning UT över transformatorn medan spänningen U'c över kondensatorn ökar närmast som nätspänningen. Nätspänningsökningen upptages sålunda av kondensa- torn C.

Fig 3 visar kurvfonmen för spänningen UT över transformatorn. Det fram- går härav att ferroresonanssvängningen leder till en starkt deformerad spän- ningskurvfonn. Kurvformen är utpräglat rektangulär och närmast idealisk för likriktning. Detta innebär att serieresonansstabilisatorn enligt uppfinningen blir utmärkt väl lämpad för strömförsörjning av modern elektronisk apparatur, såsom exempelvis datorer. I sådana tillämpningar innebär serieresonansstabili- satorns störningsdämpande egenskaper en ytterligare fördel och i många fall en v» nödvändig förutsättning.

Den i fig 4 visade transfonnatorn innefattar tvâ C-kärnhalvor Cl, C2, vilka tillsammans bildar en ringkärna uppbärande två åtskilda bobiner 41 respektive 42. Bobinen 41 uppbär transformatorns primärlindning medan bobinen 42 uppbär sekundärlindningen. Enligt uppfinningen är det definierade luftgapet 43 beläget inom primärlindningen, medan det genom sammanfogningen av C-kärn- halvorna oundvikliga luftgapet 44 inom sekundärlindningen är reducerat till ett minimum. Minimeringen av luftgapet 44 âstadkommes genom noggrann slipning och sammanfogning genom limning under tryck.

I järnkärnan uppträder det totala flödet jfi medan ett läckflöde LF1 upp- träder i anslutning till det definierade luftgapet 43 och ett väsentligen för- sumbart läckflöde LF2 uppträder vid luftgapet 44. Läckflödet LF1 medför att ett antal lindningsvarv i primärlindningen blir verkningslösa, men eftersom luft- gapet är definierat kan läckflödets inverkan förutses och primärlindningen anpassas därefter så att önskat totalflöde jß erhålles i järnkärnan.

Läckflödet LF2 vid det minimerade luftgapet 44 är minimerat i motsvarande mån för att ej inverka på sekundärlindningen och därigenom öka stabilisatorns belastningsberoende. För att ytterligare minska läckflödets LF2 möjlighet att påverka sekundärlindningen kan det vara lämpligt att anbringa bobinen 42 så att en luftspalt 45 tillskapas.

Claims (3)

1. 457 193 Patentkrav l. Serieresonansstabilisator innefattande en transformator med järn- kärna vars primärlindning är seriekopplad med en kondensator, varvid järnkärnan är väsentligen mättad i driftstillståndet och innehåller ett luftgap, k ä n n n e t e c k n a d av att nämnda luftgap är definie- rat med avseende pâ storlek och läge i kärnan, varvid luftgapet är dimen- sionerat att vara bestämmande för en magnetiseringsström som driver järnkärnan till en mättningsgrad ovanför knäpunkten i kärnmaterialets magnetiseringskurva, och varvid luftgapet är så beläget i järnkärnan att det magnetiska läckflödet vid luftgapet ej väsentligen påverkar transfor- matorns sekundär- eller arbetslindning.

2. Serieresonansstabilisator enligt patentkravet l i vilken järnkärnan är uppbyggd av ett första och ett andra C-kärnelement vars respektive ändar är sammanförda inom två åtskilda bobiner uppbärande transformatorns primär- respektive sekundärlindning, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda definierade luftgap är anordnat vid sammanföringsstället inom primärlind- ningsbobinen,nedan liftgapet inom sekundärlindningsbobinen är minimerat.

3. Serieresonansstabilisator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att det definierade luftgapet är åstadkommet genom ett mellanlägg av omagnetiskt material anbringat mellan angränsande snittytor vid ett snitt genom järnkärnan riktat tvärs magnetflödets riktning. v