Anordnung zur Erzielung eines von der Speisespannung und der Belastung
unabhängigen Stromes Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur
Stromkonstanthaltung, d. h. auf eine Schaltung, die einen konstanten Ausgangsstrom
(Mittelwert oder Effektivwert) unabhängig von \Tetzspannungsschwankungen oder Änderungen
des Belastungswiderstandes erzwingt.Arrangement to achieve one of the supply voltage and the load
independent stream The present invention relates to an arrangement for
Constant current maintenance, d. H. on a circuit that has a constant output current
(Mean or rms value) regardless of voltage fluctuations or changes
of the load resistance.
Es ist eine Anordnung zur Stromkonstanthaltung bekannt, bei der zu
einer Reihenschaltung, bestehend aus einer sättigbaren Induktivität und einer linearen
Induktivität, eine Kapazität parallel geschaltet wird. Diese Kapazität ist so bemessen,
daß die Steigung ihrer Stromspannungskennlinie gleich der Steigung der Stromspannungskennlinie
der Reihenschaltung der beiden Induktivitäten unter Zugrundelegung des bei Sättigung
geltenden Wertes der sättigbaren Indüktivität ist, Das bedeutet, daß die Kapazität
auf Parallelresonanz mit der zu ihr parallelliegenden resultierenden Induktivität
unter Zugrundelegung des bei Sättigung geltenden Wertes der sättigbaren Induktivität
abgestimmt wird. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der resultierende,
die gesamte Anordnung durchfließende Strom erst konstant wird, wenn die an der gesamten
Anordnung liegende Spannung gleich der Sättigungsspannung der sättigbaren Induktivität
ist.An arrangement for maintaining a constant current is known in which to
a series circuit consisting of a saturable inductance and a linear one
Inductance, a capacitance is connected in parallel. This capacity is dimensioned in such a way that
that the slope of its current-voltage characteristic is equal to the slope of the current-voltage characteristic
the series connection of the two inductances based on the at saturation
applicable value of the saturable inductance is, that means that the capacitance
to parallel resonance with the resulting inductance lying parallel to it
based on the value of the saturable inductance applicable at saturation
is voted. The disadvantage of this arrangement is that the resulting,
The current flowing through the entire arrangement only becomes constant when the current flowing through the entire arrangement
Arrangement lying voltage equal to the saturation voltage of the saturable inductance
is.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun
darin, durch eine geeignete erfinderische Maßnahme die bekannte Anordnung derart
abzuwandeln, daß auch bei Spannungen unterhalb der Sättigungsspannung der sättigbaren
Induktivität bereits ein konstanter Strom erzwungen wird.The object on which the present invention is based now exists
therein, by a suitable inventive measure, the known arrangement in this way
to modify that also at voltages below the saturation voltage of the saturable
Inductance is already forced a constant current.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, die an sich bekannte
Schaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung einer sättigbaren Induktivität und
einer linearen Induktivität und einer zu beiden Induktivitäten parallel geschalteten
Kapazität, durch eine zusätzliche Kapazität parallel zur sättigbaren Induktivität
zu ergänzen, die so bemessen wird, daß die Ersatzkapazität der Parallelschaltung
aus der sättigbaren Induktivität und der zusätzlichen Kapazität unter Zugrundelegung
des im ungesättigten Zustand geltenden Wertes der sättigbaren Induktivität mit der
linearen Induktivität auf Reihenresonanz abgestimmt wird.To solve this problem, the invention proposes that which is known per se
Circuit consisting of a series connection of a saturable inductor and
a linear inductor and one connected in parallel to both inductors
Capacity, through an additional capacity parallel to the saturable inductance
to be added, which is dimensioned so that the equivalent capacitance of the parallel connection
from the saturable inductance and the additional capacitance based on
the value of the saturable inductance applicable in the unsaturated state with the
linear inductance is tuned to series resonance.
In Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, in der die Stromkonstanthalteanordnung
nach der Erfindung i erwendet wird. Die Last 5 wird aus der Spannungsduelle Ui gespeist.
Um unabhängig von der Größe der Spannung Ui und der Größe der Last 5 einen konstanten
Strom JR zu erzwingen, wird zwischen die Last 5 und die speisende Spannungsquelle
Ui die Stromkonstanthalteanordnung nach der Erfindung geschaltet. Sie besteht aus
der als Spartransformator ausgeführten sättigbaren Induktivität 1, die in Reihe
mit der linearen Induktivität 2 geschaltet ist. Zu den Induktivitäten 1 und; 2 liegt
die Kapazität 4 parallel. Parallel zur sättigbaren Induktivität 1 liegt unter Ausnutzung
der Spartransformatorübersetzung die zusätzliche Kapazität 3. In Fig. 2 sind der
über die Kapazität 4 fließende Strom 1, sowie der über die Elemente 1, 2 und 3 fließende
Strom I1 in Abhängigkeit von der Spannung U2 aufgetragen. Die Summe beider Ströme
ergibt den konstantzuhaltenden Gesamtstrom IR. Aus Fig. 2 erkennt man, daß die Kapazität
4 wie bei der bekannten Anordnung auf Parallelresonanz mit dem zu ihr parallel geschalteten
Zweig, bestehend aus den Elementen 1, 2 und 3, abgestimmt ist, Die eigentliche Erfindung
besteht in der Schaffung des Zusammenhanges zwischen I1 und Uz durch entsprechende
Anordnung und Bemessung der zusätzlichen Kapazität 3.In Fig. 1, an arrangement is shown in which the current constant holding arrangement
according to the invention i is used. The load 5 is fed from the voltage duel Ui.
To regardless of the size of the voltage Ui and the size of the load 5 a constant
To force current JR is between the load 5 and the feeding voltage source
Ui switched the current constant holding arrangement according to the invention. it consists of
the saturable inductance 1, designed as an autotransformer, connected in series
is connected to the linear inductance 2. To the inductances 1 and; 2 lies
the capacity 4 in parallel. Parallel to the saturable inductance 1 is under utilization
the autotransformer ratio the additional capacity 3. In Fig. 2 are the
Current 1 flowing through the capacitance 4, as well as the current flowing through the elements 1, 2 and 3
Current I1 plotted as a function of voltage U2. The sum of both streams
gives the total current IR to be kept constant. From Fig. 2 it can be seen that the capacity
4 as in the known arrangement on parallel resonance with the one connected in parallel to it
Branch, consisting of elements 1, 2 and 3, is matched, the real invention
consists in creating the connection between I1 and Uz by means of appropriate
Arrangement and dimensioning of the additional capacity 3.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der zusätzlichen Kapazität 3 dienen
die Fig. 3, 3 a und 3 b. In Fig. 3 ist die in Fig. 1 enthaltende Stromkonstanthalteanordnung
abgebildet. Dabei ist die in Fig. 1 auf der Sekundärseite der als Spartransformator
ausgeführten sättigbaren Induktivität 1 liegende Kapazität 3 auf die Primärseite
der Induktivität 1 umgerechnet worden. Sie wird mit 3' bezeichnet. Diese Anpassung
über eine als Spartransformator ausgeführte Induktivität hat keine grundsätzliche
Bedeutung, sondern dient lediglich der Anpassung einer zufällig vorhandenen Kapazität
an die gewünschte Größe bzw. der Möglichkeit, mit einer verhältnismäßig kleinen
Kapazität auszukommen. In Fig. 3 a sind die Stromspannungskennlinien der Elemente
1, 2 und 3' mit 1, 2 und 3' bezeichnet. Dabei werden induktive Ströme nach rechts
und kapazitive Ströme nach links aufgetragen. Der sättigbaren Induktivität 1 wird
dabei
eine Ma;gnetisierungskennlinie, wie sie- die voll ausgezogene
Linie in Fig. 4 zeigt, zugrunde gelegt, d. h., es wird der Einfachheit halber angenommen,
daß die Permeabilität des Eisens für den ungesättigten Bereich gegen Unendlich gehe.
Die gestrichelte Kennlinie in Fig. 3 a stellt die resultierende Kennlinie der aus
den Schaltelementen 1 und 3' gebildeten Parallelschaltung dar. Die Kapazität 3'
wird derart bemessen, daß die Steigung ihrer Kennlinie mit der Steigung der Kennlinie
der linearen Induktivität 2 übereinstimmt [a2=a3']. Das bedeutet, daß die Kapazität
3' mit der. ihr vorgeschalteten linearen Induktivität 2 auf Reihenresonanz abgestimmt
wird. Da a2 = as, verläuft die in Fig. 3 b gestrichelt dargestellte resultierende
Kennlinie für die Elemente 1, 2 und 3 in ihrem Anfangsbereich auf der Abszisse.
Addiert man diese resultierende Kennlinie [(1+3')+2] mit der für die Kapazität 4
geltenden Kennlinie 4, deren Steigung in bekannter Weise gleich der Steigung der
resultierenden Kennlinie [(1-1-3')-I-2] ist, so erhält man einen Gesamtstrom TR,
der bereits für sehr kleine Werte der Spannung U2 konstant ist. Die Fig. 3 b ist
praktisch mit der Fig. 2 identisch. Die in Fig. 2 eingezeichneten Abrundungen der
Ecken der Kennlinie h und 72 werden dadurch verursacht, daß die Magnetisierungskurve
nicht, wie in Fig. 4 dargestellt, schlagartig, sondern allmählich in den die Sättigung
beschreibenden Bereich übergeht.To explain how the additional capacitance 3 works
Figs. 3, 3 a and 3 b. FIG. 3 shows the current constant-holding arrangement contained in FIG. 1
pictured. The one in FIG. 1 on the secondary side is used as an autotransformer
executed saturable inductance 1 lying capacitance 3 on the primary side
the inductance 1 has been converted. It is denoted by 3 '. This adaptation
An inductance designed as an autotransformer has no fundamental
Meaning, but only serves to adapt a randomly existing capacity
to the desired size or the possibility of a relatively small one
Capacity to get along. In Fig. 3a are the current-voltage characteristics of the elements
1, 2 and 3 'denoted by 1, 2 and 3'. Thereby inductive currents are to the right
and capacitive currents plotted to the left. The saturable inductance 1 becomes
included
a magnetization characteristic, like the one in full extension
Line in Fig. 4 is based, i. i.e., for the sake of simplicity, it is assumed
that the permeability of iron for the unsaturated region is approaching infinity.
The dashed characteristic curve in FIG. 3 a represents the resulting characteristic curve from
the switching elements 1 and 3 'formed parallel connection. The capacitance 3'
is dimensioned in such a way that the slope of its characteristic curve matches the slope of the characteristic curve
of the linear inductance 2 corresponds [a2 = a3 ']. That means the capacity
3 'with the. their upstream linear inductance 2 tuned to series resonance
will. Since a2 = as, the resultant shown in dashed lines in FIG. 3b runs
Characteristic curve for elements 1, 2 and 3 in their starting area on the abscissa.
Adding this resulting characteristic [(1 + 3 ') + 2] to the one for capacitance 4
applicable characteristic curve 4, the slope of which is equal to the slope of the known manner
resulting characteristic is [(1-1-3 ') - I-2], one obtains a total current TR,
which is constant even for very small values of the voltage U2. Figure 3b is
practically identical to FIG. The rounded-offs shown in FIG. 2
Corners of the curve h and 72 are caused by the magnetization curve
not suddenly, as shown in FIG. 4, but gradually into saturation
descriptive area.
Bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung wurde der Einfachheit
halber angenommen, daß die Magnetisierungskennlinie der sättigbaren Induktivität
im ungesättigten Bereich senkrecht verläuft. Die einwandfreie Arbeitsweise der Erfindung
ist jedoch nicht an diese Voraussetzung gebunden. Berücksichtigt man die in Wirklichkeit
stets vorhandene geringe Abweichung der Magnetisierungskennlinie von senkrechtem
Verlauf (gestrichelte Linie in Fig. 4), so ist nicht die zusätzliche Kapazität 3'
selbst auf Reihenresonanz mit der ihr vorgeschalteten linearen Induktivität abzustimmen,
sondern die Ersatzkapazität, als die sich die Parallelschaltung aus der Kapazität
3' und der sättigbaren Induktivität 1 unter Zugrundelegung des im ungesättigten
Zustand geltenden Wertes der sättigbaren Induktivität 1 darstellen läßt. Dies läßt
sich an Hand der Fig. 3 a leicht einsehen. Je größer die Induktivität 1 wird, um
so mehr nähert sich diese Ersatzkapazität in ihrer Größe der Kapazität 3'. Geht
die Induktivität 1 gegen Unendlich, so ist die Ersatzkapazität gleich der Kapazität
3'.In explaining the operation of the invention, simplicity has been emphasized
sake it is assumed that the magnetization characteristic of the saturable inductance
runs vertically in the unsaturated area. The flawless operation of the invention
however, it is not bound by this requirement. If you take them into account in reality
always existing slight deviation of the magnetization characteristic from the vertical
Course (dashed line in Fig. 4), then the additional capacity 3 'is not
tune yourself to series resonance with the upstream linear inductance,
but the equivalent capacitance, as the parallel connection from the capacitance
3 'and the saturable inductance 1 based on the in the unsaturated
State of the applicable value of the saturable inductance 1 can be represented. This leaves
can easily be seen on the basis of FIG. 3 a. The larger the inductance 1 becomes
the more this replacement capacity approaches the capacity 3 'in size. Goes
the inductance 1 towards infinity, the equivalent capacitance is equal to the capacitance
3 '.