DE1254238B

DE1254238B - Dreiphasenspannungsgleichhalter

Info

Publication number: DE1254238B
Application number: DEK46026A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Anayama; Hiroshi Kobayashi; Eijiro Miyazawa; Tomokichi Tango
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-05-01
Filing date: 1962-02-28
Publication date: 1967-11-16
Also published as: FR1320642A; US3212935A; DE1421629A1; GB995445A; MY6600035A; CH385938A; FR1316388A; US3115429A; US3202549A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02j

Deutsche Kl.: 21 d2 - 42/01

Nummer: 1254 238

Aktenzeichen: K 46026 VIII b/21 d2

Anmeldetag: . 28. Februar 1962

Auslegetag: 16. November 1967

Die Erfindung betrifft einen Dreiphasenspannungsgleichhaltcr, insbesondere einen Reihenresonanz-Dreiphasenspannungsgleichhalter in Resonanz mit der gelieferten Frequenz.

Ein Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Dreiphasenspannungsgleichhalters mit Reihenresonanz, welcher einen hohen Wirkungsgrad und eine schnelle Ansprechbarkeit aufweist, um eine gut ausgeglichene konstante Dreiphasenspannung mit guter Sinuswellenform in der gelieferten Frequenz bei einfacher Bauweise zu erzielen.

Es ist schon bekannt, bei Spannungsgleichhaltern Reihenresonanz vorzusehen, wobei zwischen Netzeingang und Verbraucher ein Kondensator eingeschaltet ist und eine sättigbare Drosselspule mit dazu parallel angeordnetem Verbraucher hinter dem Kondensator angeordnet wird.

Eine derartige Anordnung ist jedoch nur für Einphasenspannungsgleichhalter erdacht, und diese bekannten Schaltungen können nicht ohne weiteres auf dreiphasige Spannungsgleichhalter übertragen werden, da, wenn man lediglich die zweite Netzeingangsklemme bei einphasigem Betrieb durch einen Sternpunkt ersetzt, das Potential des Sternpunktes stark schwankt (etwa 30%) und nicht festgehalten werden kann und auch ohne weiteres mit dem Potential des elektrischen Sternpunktes der dreiphasigen Spannungsquelle zusammenfallen kann.

Solche Nachteile werden durch den erfindungsgemäßen Dreiphasenspannungsgleichhalter mit phasenweiser Reihenschaltung eines Kondensators und einer sättigbaren Drosselspule zur Erzeugung einer ausgeglichenen sinuswellenförmigen Ausgangsspannung vermieden, der sich dadurch auszeichnet, daß eine dreiphasige sättigbare Drossel mit einem dreischenkeligen magnetischen Kern und an einem Ende sternförmig zusammengeschalteten Wicklungen vorgesehen ist, die am anderen Ende über je einen Kondensator mit je einer Netzklemme einer dreiphasigen Spannungsquelle verbunden sind, während jeder Verbindungspunkt Kondensator—Drossel mit einer der Klemmen einer dreiphasigen, ebenfalls sternförmig geschalteten Belastung zusammengeschaltet ist, und daß jede Reihenschaltung eines Kondensators mit einer Wicklung der dreiphasigen sättigbaren Drossel auf Resonanz mit der Grundfrequenz der gelieferten Spannung abgestimmt ist.

An Hand der Bilder wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Bild 1 ein Schaltschema einer Ausführungsform der Erfindung,

B i 1 d 2 eine Ansicht zur Erläuterung der Arbeits-Dreiphasenspannungsgleichhalter

Anmelder:

Hiroshi Kobayashi, Kawasaki City, Kanagawa;

Eijiro Miyazawa, Mitaka City, Tokio (Japan)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann

und Dr. R. Koenigsberger, Patentanwälte,

München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:

Tomokichi Tango, Fujisawa City, Kanagawa;
Hiroshi Kobayashi, Kawasaki City, Kanagawa;
Takeshi Anayama, Sendai City, Miyagi;
Eijiro Miyazawa, Mitaka City, Tokio (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 10. März 1961 (10 760)

weise der in Bild 1 dargestellten Ausführungsform und

B i 1 d 3 ein Diagramm, welches die Wellenform des Erregerstromes dreiphasiger, sättigbarer Drosseln darstellt.

In B i 1 d 1 ist mit 1 ein dreischenkeliger Kern bezeichnet, 2, 3 und 4 sind Drosseln, die mit der R-, T- und 5-Phase sättigbar sind, und 5, 6 und 7 sind Reihenresonanzkondensatoren,, welche mit 2, 3 bzw. 4 zusammenarbeiten, 8, 9 und 10 sind die Belastungen der entsprechenden Phasen, 11 ist eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle, R, S und T sind die Klemmen für die Spannungsquelle 11 und TJ, V und W sind die Klemmen für die Belastungen 8, 9 und 10. .:

Jeder Kondensator 5, 6 und 7 ist an einem Ende mit einer der Klemmen R, S und T der Dreiphasenspannungsquelle und am anderen Ende mit je einem Ende der drei Wicklungen der drei sättigbaren Drosseln 2, 3 und 4 verbunden. Jeder Verbindungspunkt Kondensator—Drossel ist mit je einer Klemme U, V und W der Belastungen 8, 9 und 10 verbunden. Drei sättigbare Drosseln 2, 3 und 4 bilden als Ein-

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heit eine dreiphasige sättigbare Drossel, welche einen findungsgemäße Anordnung erläutert wird, soll die

dreischenkeligen magnetischen Kern 1 aufweist. Die Wirkungsweise der dreiphasigen, in Sternschaltung

Windungen von 2, 3 und 4 sind auf je einen Sehen- angeordneten sättigbaren Drosseln erläutert werden,

kel des dreischenkeligen magnetischen Kernes 1 ge- ohne daß das Vorhandensein der Kondensatoren 5,

wickelt. Die anderen Enden der Wicklungen von 2, 5 6, 7 und der Belastungen 8, 9 und 10 gemäß B i 1 d 1

3 und 4, welche nicht mit den Kondensatoren 5, 6 berücksichtigt wird.

und 7 verbunden sind, sind bei M sternförmig ge- Wenn zunächst in den sättigbaren Drosseln kein schaltet. Jede Reihenschaltung eines Kondensators Streufluß vorhanden ist, einer der drei Schenkel ge- und einer Wicklung der dreiphasigen sättigbaren sättigt ist und die anderen zwei Schenkel nicht geDrossel, 5 und 2, 6 und 3 sowie 7 und 4 ist so ange- io sättigt sind, so strömt ein großer Erregerstrom in ordnet, daß sie sich mit der Grundfrequenz der ge- den anderen Phasen, welche um die nicht gesättiglieferten Spannung in Resonanz befindet. ten Schenkel gewickelt sind. Wenn beispielsweise der

Wenn die Belastungen 8, 9 und 10 nicht mit den Schenkel der /?-Phase gesättigt ist, so hat die Dros-Ausgangsklemmen U, V und W verbunden sind, ent- sei 2 in der R-Phase eine kleine Restinduktanz und hält, da ein Ende jeder sättigbaren Drossel bei M in 15 dementsprechend arbeitet der magnetische Kreis in Sternform geschaltet ist, der Erregerstrom I_m in jeder Bild 1, wie wenn er nur einen zweischenkeligen der sättigbaren Drosseln 2, 3 und 4 keine dritte har- Kern mit großer Reaktanz der Wicklungen auf den monische Teilschwingung und weist daher eine im zwei Schenkeln hätte. Wenn der Strom I_K in der wesentlichen sinusförmige Wellenform auf, und die R-Phase in die zwei Phasen S und T strömt und zu Beziehung zwischen der Drosselspannung V_SR jeder 20 gleichen Teilen auf jede Phase aufgeteilt wird, so Phase und dem Erregerstrom I_m wird durch die haben die in den Wicklungen der entsprechenden Kurve 1 in B i 1 d 2 dargestellt. Da weiter der durch S-Phasen- und Γ-Phasenschenkel erzeugten Amperedie Kondensatoren 5, 6 und 7 fließende Strom gleich windungen die gleiche Richtung und den gleichen dem Erregerstrom ist, ergibt sich für das Verhältnis Wert und heben sich daher gegeneinander auf, und der Ausgangsspannung V_c des Kondensators zum 25 dadurch kann keine Veränderung des Flusses im Strom /„, die gerade Linie 2 in B i 1 d 2. Die Kurve 1 magnetischen Kreis der zwei Schenkel auftreten, erscheint in der oberen Hälfte und die Gerade 2 in Dementsprechend erzeugen die sättigbaren Drosder unteren Hälfte, da die Spannung V_SR dem Strom sein 3 und 4 keine elektromagnetische Gegenkraft. I_m um 90° vorauseilt und die Spannung V_c dem So stehen in den sättigbaren Drosseln, welche auf Strom /„, um 90° nacheilt. Wenn daher die Kurve 1 30 einen dreischenkeligen Kern, wie in B i 1 d 1 gezeigt, und die Gerade 2 auf der Spannungsachse addiert gewickelt sind, die Absolutwerte der Erregerströme werden, so erhält man die Kurve 3 in absoluten von drei Phasen immer im Verhältnis 2:1:1, und Werten, welche in B i 1 d 2 mit V_t bezeichnet ist. Da die Wellenform hat daher die in Kurve 2 in B i 1 d 3 die algebraische Summe der Spannungen V_SR und V _c gezeigte Gestalt mit 3 Maxima.
immer gleich der Phasenspannung der Spannungs- 35 Wenn andererseits die sättigbaren Drosseln auf quelle 11 ist, wenn der Wert der Phasenspannung gegenseitig unabhängige magnetische Kerne gewikder Spannungsquelle in Bild 2 V₁ ist, wird der ent- kelt werden, so fließt kein großer Erregerstrom in sprechende Wert des Stromes I_n, gleich I₁, wie in einer Phase, auch wenn sich seine sättigbare Dros-B i 1 d 2 gezeigt, und der entsprechende Wert der sei' in gesättigtem Zustand befindet. Ein großer ErSpannung V_SR wird der mit T₁ bezeichnete Wert. 40 regerstrom kann nur fließen, wenn zwei sättigbare Wenn die Phasenspannung der Quelle auf V₂ steigt, Drosseln gleichzeitig gesättigt sind. Daher werden in so steigt der Strom auf I₂ und die entsprechende diesem Fall die Erregerströme der nicht gesättigten Spannung V_SK steigt auf den mit T₂ bezeichneten Phase praktisch Null. Dementsprechend erhält die Wert. Wenn sich daher die Phasenspannung der Wellenform des Erregerstromes jeder Phase die in Spannungsquelle von V₁ auf V₂ ändert, wird die An- 45 Kurve 1 in B i 1 d 3 gezeigte Gestalt mit 2 Maxima, derung von V_SR klein. Daher werden die Phasen- Durch Überlagerung der Wellenform der Kurven 1 spannungen an den Klemmen U, V und W nahezu und 2 in B i 1 d 3 erhalt die Wellenform des Erregerkonstant und gleich, auch wenn große Veränderun- stromes der Drossel jeder Phase die mittlere Wellengen der Spannungsquelle auftreten. form von Kurve 1 und 2 in B i 1 d 3, welche im we-

Bei Belastung, wenn die Verlustwinkel der Be- 50 sentlichen sinusförmig ist.

lastungen 8, 9 und 10 nahezu gleich Eins sind, ist Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß eine die Phase des von der Spannungsquelle in die Be- derartige mittlere Wellenform erzielt werden kann, lastungen gelieferten Stromes um 90° gegen den Er- indem der Streufluß außerhalb des dreischenkeligen regerstrom I_n, phasenverschoben. Daher unterschei- Kernes verhältnismäßig groß gemacht wird. Der det sich die Phase des Spannungsabfalles am Kon- 55 Grund dafür, daß die resultierende Wellenform der densator, welcher vom Belastungsstrom verursacht der Kurven 1 und 2 in B i 1 d 3 im wesentlichen wird, um etwa 90° von der Phase des Spannungs- sinusförmig ist, kann folgendermaßen erklärt werabfalles, welcher vom Erregerstrom I_1n verursacht den. Es ist klar, daß die Wellenform 1 und 2 die wird, der mit der Phasenspannung der Spannungs- dritte harmonische Teilschwingung infolge der Sternquelle in Phase ist, und da die Stärke des vollen Be- 60 schaltung der sättigbaren Drosseln nicht enthalten, lastungsstromes und von I_n, nicht sehr unterschied- Sie enthalten zwar einen großen Teil der 5., 7., 11. lieh ist, ändert sich die resultierende Klemmenspan- und 13. harmonischen Teilschwingung, die 5. und 7. nung für die Belastung durch den Belastungsstrom heben sich jedoch gegeneinander auf, da sie um nicht sehr stark. Dadurch werden die Phasenspan- 180° phasenverschoben sind und die gleiche Amnungen an den Klemmen U, V und W auch bei Be- 65 plitude aufweisen, und die 11. und 13. sind so klein, lastung nahezu konstant und gleich gehalten. daß sie vernachlässigt werden können. Daher wird

Der dreäschenkelige Stern 1. dient zur Verbesserung die resultierende Wellenform von Kurve 1 und 2 in

der Wellenform des Erregerstromes. Bevor die er- B i 1 d 3 im wesentlichen sinusförmig.

Es hat sich weiter herausgestellt, daß durch Anordnung von drei sättigbaren Drosseln an den Schenkeln eines dreischenkeligen Kernes und durch Zusammenschalten dieser sättigbaren Drosseln an einer Stelle in Sternform die im wesentlichen sinusförmige Wellenform der Erregerströme der dreiphasigen sättigbaren Drosseln erzielt werden kann.

Da die Wellenform des Erregerstromes in den sättigbaren Drosseln im wesentlichen sinusförmig ist und die Kapazität der Kondensatoren 5, 6 und 7 linear ist, ist es klar, daß die Wellenform der Dreiphasenausgangsspannung im wesentlichen sinusförmig wird. Weiter muß die Vektorsumme der induzierten Spannungen V_SK in jeder sättigbaren Drossel 2, 3 und 4 im wesentlichen Null sein, da die Gesamtsumme der magnetischen Flüsse in den drei Schenkeln des Kernes 1 in jedem Augenblick im wesentlichen Null ist. Da weiter die in den Drosseln 2, 3 und 4 induzierten Spannungen V_SI< konstant und gleich sind, wie oben ausgeführt, muß der Phasenwinkel zwischen den induzierten Spannungen V_SR jeweils nahezu 120° betragen.

So erzielt der erfindungsgemäße Dreiphasenspannungsregulator mit Reihenresonanz einen guten Ausgleich und gute Konstanz von Spannung und Phasenrelation an den Ausgangsklemmen.

Claims

Patentanspruch:

Dreiphasenspannungsgleichhalter mit phasenweiser Reihenschaltung eines Kondensators und einer sättigbaren Drosselspule zur Erzeugung einer ausgeglichenen sinuswellenförmigen Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreiphasige sättigbare Drossel mit einem dreischenkeligen magnetischen Kern und an einem Ende sternförmig zusammengeschalteten Wicklungen vorgesehen ist, die am anderen Ende über je einen Kondensator mit je einer Netzklemme einer dreiphasigen Spannungsquelle verbunden sind, während jeder Verbindungspunkt Kondensator—Drossel mit einer der Klemmen einer dreiphasigen, ebenfalls sternförmig geschalteten Belastung zusammengeschaltet ist, und daß jede Reihenschaltung eines Kondensators mit einer Wicklung der dreiphasigen sättigbaren Drossel auf Resonanz mit der Grundfrequenz der gelieferten Spannung abgestimmt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 600 456;
Elektronik, 1957, Nr. 9, S. 265;
Arch, techn. Messen, J 062-8, Dezember 1934, T 163.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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