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Gleichstromvormagnetisierte Drosselspule Bei Regel- und Verstärkeranordnungen,
wo Gleichstrom-oderWechselstromleistungendurch gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen
gesteuert oder verstärkt werden sollen, ist bei gegebener Gleichstromvormagnetisierungsleistung
N= der Verstärkungsgrad in hohem Maße von dem ohmschen Widerstand R der meist über
der Wechselstromwicklung liegenden Gleichstromwicklung abhängig, da sich bei gegebener
Gleichstromleistung 1V- = J? - R eine um so größere Vormagnetisierung J-
- W (W = Windungszahl der Gleichstromwicklung) erzielen läßt, je kleiner
R ist. Zur Erzielung einer möglichst linearen Regelcharakteristik und eines kleinen
Leerlaufstromes sollen die Eisenweglängen möglichst klein sein. Die Kernlängen sind
aber wieder abhängig von dem zu umschließenden Wickelraum der Gleichstrom- und Wechselstromwicklungen.
Dieser Wickelraum kann herabgesetzt werden, wenn sowohl der Gleich- als auch der
Wechselstrom in einer einzigen gemeinsamen Wicklung fließen. Da außerdem hierdurch
die mittlere Windungslänge für die Gleichstromwicklung verringert wird und die Drahtstärken
größer gewählt werden können, so ergibt sich auch eine beträchtliche Verringerung
des ohmschen Widerstandes R, so daß der Verstärkungsgrad erhöht wird.
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Die Schaltung des Wechselstromkreises und des Gleichstromkreises muß
natürlich so vorgenommen werden, daß der Wechselstrom oder die Wechselspannung keine
Beeinflussung des Gleichstromkreises herbeiführen kann. Bei der bekannten Ausführung
wird eine Brückenschaltung der Wicklung derart verwendet, daß die eine Spannung
an Äquipotentialpunkten
des Stromkreises in bezug auf die andere
Spannung zugeführt wird.
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Nachteilig ist hierbei, daß die Wicklung sehr sorgsam hergestellt
werden muß, damit an den Äquipotentialpunkten wirklich kein Spannungsunterschied
herrscht. Außerdem liegt das Übersetzungsverhältnis für die fiktiven Gleich- und
Wechselstromwindungen fest, was einerseits eine Erschwerung der Auslegung der Drosselspule
mit sich bringt und bei hohen M'indungszahlen zu großen Spannungsunterschieden innerhalb
der Wicklung führen kann.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß die Trennung des Wechselstromes vom Gleichstrom außerhalb der Wicklung durch
Widerstände vorgenommen wird, die entweder keinen Gleich- oder keinen Wechselstrom
durchlassen. Widerstände, die keinen Wechselstrom durchlassen, sind z. B. bestimmte
Drosselspulen, und Widerstände, die keinen Gleichstrom durchlassen, sind Kondensatoren.
Da sich bei Verwendung von Kondensatoren die Schaltung sehr einfach gestaltet, wird
diese Ausführung bevorzugt und im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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Fig. i zeigt eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule, die aus
zwei Wicklungsteilen i und :2 besteht, die auf den Kernen 3 und q. angeordnet sind.
Die Wechselstromleitung 5 ist einmal über den Kondensator Cl an das Ende der Wicklung
i und über den Kondensator U2 an den Anfang der Wicklung 2 angeschlossen. Die zweite
Wechselstromleitung ist mit der Verbindungsleitung 7 der Wicklung i und 2 leitend
verbunden. Der Gleichstrom wird hinter den Kondensatoren an den Punkten 8 und 9
zugeführt. So sind die Wicklungen für den Wechselstrom parallel geschaltet, und
für den Gleichstrom liegen sie in Serie. Infolge des verschiedenen Anschlusses des
Wechselstromes in den Wicklungen ist der magnetische Fluß in den Kernen 3 und 4.
entgegengesetzt gerichtet. Die hierdurch in den Wicklungen induzierten Spannungen
heben sich also gegenseitig auf, so daß eine Beeinflussung des Gleichstromkreises
durch die Wechselspannung nicht auftreten kann. Der Leerlaufstrom der Drosselspule
kann gegebenenfalls durch einen hinter der Belastung 1o an den Wechselstromleitungen
parallel geschalteten Kondensator C3 kompensiert werden.
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Die gleich großen Kondensatoren Cl und C, deren Scheinwiderstand einen
Bruchteil des Scheinwiderstandes der mit maximaler Gleichstromvormagnetisierung
erregten Drossel beträgt, haben gleichzeitig den Vorteil, mit zunehmender Gleichstromvormagnetisierung
und der damit zunehmenden Belastung durch einen kapazitiven Spannungsabfall die
an der Drossel liegende Wechselspannung zu erhöhen. Hierdurch wird, da bei großer
Belastung der größte Spannungsabfall auf den Verbraucher entfällt, ein Absinken
der an der Drosselspule liegenden Spannung verhindert, so daß die Drosselspule weiter
im günstigsten Bereich arbeitet. Die Kondensatoren Cl und C. tragen also außerdem
zur Erhöhung des Verstärkungsgrades und zur Verbesserung der Charakteristik bei.
Die Trennung der beiden Stromkreise kann gegebenenfalls auch doppelseitig erfolgen,
wobei auch in der Zuleitung 6 noch ein Kondensator C4 angeordnet wird, dessen Kapazität
gleich der Summe der Kapazitäten von C, und C2 sein muß.
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Ist der vormagnetisierte Gleichstrom sehr klein und bei gegebener
Magnetisierungsamperewindungszahl die Windungszahl der Drossel sehr groß, so müßte
auch die angelegte Wechselspannung U- groß werden, damit die optimale Leistungsverstärkung
erzielt wird. Bei Verstärkung von Wechselstromleistungen ist aber die Wechselspannung
gewöhnlich schon vorher festgelegt, so daß eine hohe Wechselspannung nicht ausgewählt
werden kann. Außerdem ist bei hohen Wechselspannungen ein erhöhter Isolationsaufwand
nötig, dem nach der Erfindung dadurch aus dem Wege gegangen wird, indem man das
fiktive Übersetzungsverhältnis zwischen Gleichstrom- und Wechselstromwindungen ändert.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist die Wicklung unterteilt und gruppenweise für
die Gleichstromseite in Reihe geschaltet. Die nutzbare Gleichstromwzndungszahl ist
also die Summe der Windungszahlen der Spulengruppen ii bis 15. Gleichzeitig werden
sämtliche Wicklungsgruppen ii bis 15 für die Wechselstromseite unter Verwendung
von Trennkondensatoren 16, i7 und z8 parallel geschaltet. Damit sinkt bei ia-Gruppen
die Wechselspannung auf den ia-ten Teil der nach Fig. i erforderlichen Spannung,
während der Wechselstrom gleichbleibt.
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Der gesamte Kapazitätsaufwand ist aber auch hierbei nicht größer als
nach der Schaltung gemäß Fig. i. Von den fünf Kondensatoren 16 erhält jeder eine
Kapazität von
und die Kondensatoren 17 und 18 erhalten einen Kapazitätswert von
bzw.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung mit je fünf Spulengruppen beträgt dann
das fiktive Übersetzungsverhältnis der Gleichstromzu den Wechselstromwindungen 5
: 1. Natürlich sind auch andere Übersetzungsverhältnisse möglich, je nachdem was
für eine Wechselstrom- oder Gleichstromspannung zur Verfügung steht. Es lassen sich
hierdurch also die Drosselspulen gut an die zur Verfügung stehende Spannung anpassen
und besondere Einrichtungen können erspart werden.
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Fig. 3 zeigt eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule mit Rückkopplung,
d. h. die Drosselspule wird außer von dem Gleichstrom J1= noch von dem sekundären
gleichgerichteten Wechselstrom J2- vormagnetisiert. Die Regelcharakteristik ist
hier also lastabhängig. Auch hier erhalten die Teilkerne jeweils nur eine Wicklung.
Der Strom der Rückkopplung darf zur Erhaltung der Stabilität nur einem Teil der
Wicklung zugeführt werden, was im vorliegenden Fall über die Anzapfungen ig und
2o der Wicklungen i und 2 erfolgt. Der Wechselstromkreis ist mit beiden Zuleitungen
über die Kondensatoren Cl, C., und C4 vom Gleichstromkreis getrennt. Der Wechselstrom
wird in dem Gleichrichter 21 gleichgerichtet. Der Kompensationskondensator C3 ist
in ähnlicher Weise wie in Fig. i zu der Drosselspule
parallel geschaltet.
Die gezeigten Anordnungen sind natürlich nicht auf Verstärkeranordnungen für Wechselstrom
beschränkt, sondern es können in gleicher Weise auch Gleichstromleistungen mit der
erfindungsgemäßen Anordnung verstärkt werden.
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Infolge der verringerten Eisenweglänge des Kernes dieser Drosselspule
können bei Verwendung von hochpermeablem Material bei einem Kern, wie er in Fig.
i gezeigt ist, die nicht bewickelten Teile des magnetischen Weges mit vergrößertem
Querschnitt ausgeführt werden. Das ist deshalb gerade bei hochpermeablem Kernwerkstoff
von Wichtigkeit, weil an den Übergangsstellen des Flusses eine Verdopplung des Übertrittsquerschnittes
erreicht wird, so daß die Induktion, deren Sättigungspunkt bekanntlich sehr niedrig
liegt, hier nicht mehr heraufgesetzt wird. Die Blechbreiten des Kernes i und 2 werden
also an den Rückschlußteilen von b/2 auf b herausgesetzt, so daß das
Blech überall gleich breit ist.