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Drosselspule mit durch Gleichstrom vormagnetisierbarer Wicklung zur
Steuerung oder Regelung des Stromes von Wechselstromverbrauchern, insbesondere von
Gasentladungslampen Die Erfindung betrifft eine Drosselspule mit durch Gleichstrom
vormagnetisierbarer Wicklung zur Steuerung oder Regelung des Stromes von Wechselstromverbrauchern,
insbesondere von, Gasentladungslampen, deren Hauptkern mindestens einen Luftspalt
besitzt, der durch mindestens einen magnetischen Nebenschluß überbrückt ist.
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Es sind Drosselspulen bekannt, deren Induktivität mit wachsendem Spulenstrom
zunimmt. Bei einer bekannten Drosselspule, die z. B. zur Begrenzung der Kurzschlußströme
in Kraftwerken dienen kann, ist die Wicklung in zwei gegeneinandergeschaltete Spulen
unterteilt. Der Kern der einen Spule ist mit einem kleineren Querschnitt versehen
als der Kern der anderen Spule. Zwischen den beiden Spulenkernen befindet sich ein
Mittelschenkel mit einem Luftspalt. Dieser Mittelschenkel wird zu Meß- oder Steuerzwecken
mit einer Wicklung versehen. Die beiden gegensinnig angeordneten Wicklungen und
die Schenkelquerschnitte der Drosselspule sind so gewählt, daß sich bei Wechselstrombetrieb
die Magnetisierungen im Normalbetrieb aufheben, also die Induktivität der Drossel
gleich Null ist. Bei einem Ansteigen des Stromes über den normalen Betriebsstrom
hinaus beginnt die Gesamtinduktivität der Drossel zu wachsen, so daß die Drosselspule
als strombegrenzendes Element wirkt. Um dabei die Sättigung des mit den! kleineren
Querschnitt versehenen Schenkels verändern zu können, ist dieser mit einer durch
Gleichstrom vormagnetisierbaren Wicklung ausgerüstet. Durch eine derartige Vormagnetisierung
werden aber die einen Flußhalbwellen verstärkt und die entgegengesetzt gerichteten
geschwächt, so daß eine starke Verzerrung der Sinusform entsteht. Wegen der dabei
auftretenden Oberwellen kann daher die bekannte Ausführung zur betriebsmäßigen Beeinflussung
von Wechselstromverbrauches, insbesondere von Gasentladungslampen, nicht eingesetzt
werden.
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Es sind ferner Schweißgeräte bekannt, bei denen ein geschlossener
Transformatorkern zwischen der Primär- und Sekundärwicklung durch einen vormagnetisierbaren
Streukern überbrückt ist. Dieser Streukern ist als geschlossener dreischenkeliger
Kern ausgebildet, dessen beide Joche in Richtung des magnetischen Wechselflusses
liegen und dessen Mittelschenkel eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung trägt.
Durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung wird eine Änderung des Kopplungsverhältnisses
der Primärwicklung zur Sekundärwicklung des Transformators erzielt.
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Bei diesem Schweißgerät treten, ähnlich wie dies bei den stromsteuernden
Transduktoren mit geschlossenem Kern der Fall ist, Verzerrungen der. Sinuskurve
auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drosselspule zu schaffen, bei der
Verzerrungen der Sinuskurve weitgehend vermieden werden können und die Steuerleistung
möglichst klein gehalten werden kann. Die Erfindung geht dabei von einer Drosselspule
der eingangs genannten Art aus. Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß der
magnetische Nebenschluß als geschlossener zweischenkeliger Kern ausgebildet ist,
dessen beide Schenkel in Richtung des magnetischen Wechselflusses liegen und je
eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung tragen, deren Wickelsinn derart festgelegt
ist, daß sich positive Halbwelle des Wechselflusses und Gleichfluß in einem Schenkel
des magnetischen Nebenschlusses addieren, im anderen subtrahieren. Auf diese Weise
verhält sich die Drosselspule ähnlich wie ein stromsteuernder Transduktor, bei dem
der Wechselstrom etwa proportional dem vormagnetisierenden Gleichstrom ist. Gegenüber
einem solchen Transduktor wird jedoch keine Vormagnetisierung und Sättigung des
Hauptkerns vorgenommen, und es treten nur unbedeutende Verzerrungen der Sinuskurve
auch im untersten Aussteuerbereich auf. Im Gegensatz zu den bekannten Drosselspulen,
z. B. für Schweißzwecke, erfolgt die Induktivitätsänderung ferner nicht durch eine
Kopplungsänderung oder durch eine Änderung eines Streupfades.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die in der Figur gezeigte Drosselspule hat einen Hauptkern 1, der die beiden Schenkelblechpakete
2, 3 und die Jochblechpakete 4, 5 enthält. Auf den Schenkeln 2, 3 sind die in Serie
geschalteten Lastwicklungen 6, 7 angeordnet, die mit den Anschlußklemmen
a, b versehen sind. Die Lastwicklungen
6, 7 sind derart
geschaltet, daß deren magnetische Kraftflüsse einander unterstützen. Der Hauptkern
besitzt mindestens einen Luftspalt und ist durch mindestens einen magnetischen Nebenschluß
8 überbrückt. Bei der erfindungsgemäßen Drosselspule ist der magnetische Nebenschluß
8 als geschlossener zweischenkeliger Kern 9 ausgebildet, dessen beide Schenkel 12,13
in Richtung des magnetischen Wechselflusses liegen und je eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung
10,11 tragen, deren Wickelsinn derart festgelegt ist, daß sich positive Halbwelle
des Wechselflusses und Gleichfluß in einem Schenkel des magnetischen Nebenschlusses
8 addieren, im anderen subtrahieren.
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Der zweischenkelige Nebenschluß 8 ist zweckmäßigerweise mindestens
über einen Luftspalt, im dargestellten Ausführungsbeispiel über die Luftspalte 85,
äs, an den Hauptkern 1 angesetzt.
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Vorzugsweise ist jeder der in dem Hauptkern 1
vorgesehenen Luftspalte
öl bis 84 größer, z. B. dreimal größer als jeder der Luftspalte 85 und 88 zwischen
dem zweischenkeligen Nebenschluß 8 und dem Hauptkern 1. Auf diese Weise wird ein
magnetischer Flußweg mit kleinem magnetischem Widerstand geschaffen. Die Induktivität
der Drosselspule 1 wird somit wesentlich größer, da die großen Luftspalte
81 und d2 nicht mehr wirksam sind. Infolgedessen wird der Fluß 01 nicht mehr über
das Joch 5 geleitet, sondern schließt sich, wie in der Figur durch den Fluß fi angedeutet
ist, über die beiden Schenkel 12 und 13 des Nebenschlusses B. Die Steuerwicklungen
10, 11
induzieren dabei Spannungen, es treten jedoch an den Klemmen cl und
d1 keine Wechselspannungen auf, sofern die Windungszahlen der Wicklungen
10, 11
gleich sind.
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Wie die Figur zeigt, können die beiden Gleichstromvormagnetisierungswicklungen
10, 11 hintereinandergeschaltet sein. Ferner kann der Hauptkernl zwei Schenkel
2, 3 besitzen, zwischen deren Enden je ein zweischenkeliger Nebenschluß
8 angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind dabei die mit den Klemmen cl, dl
und c2, d2 versehenen Wicklungen in Reihe angeordnet.
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Wird an die Klemmen cl und d2 eine Steuerspannung angelegt, so bildet
sich ein vom Hauptfluß völlig unabhängiger magnetischer Fluß 02 jeweils in einem
Magnetkreis ohne Luftspalte aus. Dieser Fluß leitet je nach Sättigungsgrad den Hauptfluß
01 über die beiden Joche 4 und 5 um. Infolge der nunmehr wirksamen
größeren Luftspalte 81, a2 und 83, d4 stellt sich ein größerer Strom in den Lastwicklungen
6, 7 der Drossel ein. Versuche haben ergeben, daß die beiden Joche 4 und 5 auch
entfallen können, da der magnetische Streufluß genügend groß ist, um eine hinreichend
große Restinduktivität zu gewährleisten. Man kann also durch Erhöhen des an die
Klemmen cl und d2 angelegten Steuerstromes den über die Lastwicklung 6, 7 dem Verbraucher
zugeführten Strom beliebig erhöhen bzw. durch Verkleinern des Steuerstromes den
Laststrom herabsetzen: Wie bereits erwähnt, ist hierbei lediglich eine kleine Steuerleistung
aufzubringen.
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Als Steuerspannung für die Drossel kann eine Gleichspannung dienen,
die über Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz gewonnen werden kann.
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Will man eine vorzeitige Sättigung des Nebenschlusses vermeiden, so
ist es vorteilhaft, den Eisenquerschnitt der beiden -Schenkel12, 13 des Neben-Schlusses
8 zusammen ebenso groß zu bemessen wie den Querschnitt des Hauptkerns 1.
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Um die Steuerungsmöglichkeiten der Drosselspule zu erweitern, kann
der Nebenschluß 8 mit einer oder mehreren zusätzlichen Wicklungen e bzw. f versehen
sein. Diese Wicklungen tragen Anschlußklemmen ei, f1 bzw. e2, 12. Vorzugsweise umfassen
die zusätzlichen Wicklungen e bzw. f die beiden Schenkel 12, 13 des Nebenschlusses
8 und sind mit den Lastwieklungen 6, 7 in Reihe geschaltet. Dadurch wird erreicht,
daß beim Magnetisieren der Nebenschlüsse 8
die auf ihnen befindlichen Lastwicklungen
e, f nicht mehr wirksam sind. Die wirksame Gesamtwindungszahl der Lastwicklung reduziert
sich somit bei voller Aussteuerung und ergibt ebenfalls eine Erhöhung des Laststromes.
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Die in der Figur dargestellte Drosselspule ist für Einphasenbetrieb
ausgebildet. Bei entsprechender Schaltung läßt sich die erfindungsgemäße Drosselspule
auch für Drehstrombetrieb verwenden.