DE1073038B

DE1073038B - Method for influencing the saturation state of saturable chokes

Info

Publication number: DE1073038B
Application number: DENDAT1073038D
Authority: DE
Inventors: Berlin Dipl.-Ing. Hans Barth
Original assignee: LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Frankfurt/M
Priority date: 1958-09-05
Publication date: 1960-01-14
Also published as: CH385974A

Description

Verfahren zur Beeinflussung des Sättigungszustandes sättigbarer Drosseln Die beschriebene Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beeinflussung des Sättigungszustandes sättigbarer Drosseln.Method for influencing the saturation state of saturable chokes The invention described relates to a method for influencing the Saturation state of saturable chokes.

Die Beeinflussung des Sättigungszustandes sättigbarer Drosseln dient zur Schaffung steuerbarer Spannungs- oder Stromquellen. Besondere, diesem Zweck dienende Anordnungsformen sind die magnetischen Verstärker. Die magnetischen Verstärker lassen sich in zwei große Gruppen unterteilen: 1. Spannungssteuernde oder in Selbstsättigungsschaltung betriebene magnetische Verstärker.The influence of the saturation state of saturable chokes is used to create controllable voltage or current sources. Special, for this purpose Serving forms of arrangement are the magnetic amplifiers. The magnetic amplifier can be divided into two large groups: 1. Voltage-controlling or self-saturating circuits powered magnetic amplifier.

2. Stromsteuernde magnetische Verstärker.2. Current controlling magnetic amplifiers.

Die spannungssteuernden magnetischen Verstärker werden weiter unterteilt in durchflutungsgesteuerte magnetische Verstärker und spannungszeitflächengesteuerte magnetische Verstärker (Ramey-Verstärker).The voltage controlling magnetic amplifiers are further subdivided into flow-controlled magnetic amplifiers and voltage-time area-controlled magnetic amplifiers (ramey amplifiers).

Bei den zur Zeit meistens verwendeten spannungssteuernden magnetischen Verstärkern liegt jede Arbeitswicklung in einem Gleichrichterzweig und wird von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen. Der Steuerungseinfluß erfolgt jeweils während der Strompausen in den Arbeitswicklungen entweder durch Vormagnetisierung (Durchflutungssteuerung) oder Spannungsaufschaltung in negativer Richtung (Spannungszeitflächensteuerung). Die spannungssteuernden magnetischen Verstärker benötigen keinen oder nur sehr wenig Raum für die Steuerwicklung, so daß sie bisher die Schaltung mit dem geringsten Drosselaufwand ist.In the case of the voltage-controlling magnetic ones that are mostly used at the moment Each working winding is located in a rectifier branch and is powered by amplifiers a pulsating direct current flowing through it. The control influence takes place in each case during the current breaks in the working windings either by pre-magnetization (Flow control) or voltage application in the negative direction (voltage time area control). The voltage-controlling magnetic amplifiers require little or no need Space for the control winding, so that they have so far the circuit with the least Throttle effort is.

Gegenüber den spannungssteuernden magnetischen Verstärkern haben die bekannten stromsteuernden magnetischen Verstärker beispielsweise den Nachteil, daß die Steuerwicklungen den gleichen Raum einnehmen wie die Arbeitswicklungen. Da die Arbeitswicklung von einem Wechselstrom durchflossen wird, im allgemeinen von den Strömen zweier Gleichrichterzweige, muß die auf die Verstelleistung bezogene Typenleistung der Wicklungen l,'!-mal so groß sein wie bei den spannungssteuernden magnetischen Verstärkern. Ihr Vorteil liegt darin, daß bei großen Gleichrichteranlagen die Aufteilung in einzelne Gleichrichter-Einheiten hinter den Transduktordrosseln erfolgen kann, während bei den spannungssteuernden magnetischen Verstärkern so viele Drosseln benötigt werden, wie Ventilzweige vorhanden sind.Compared to the voltage-controlling magnetic amplifiers, the known current-controlling magnetic amplifier, for example, the disadvantage that the control windings occupy the same space as the working windings. Since the Working winding is traversed by an alternating current, generally from the If two rectifier branches flow, the type output related to the adjustment output must of the windings l, '! - be times as large as in the case of the voltage-controlling magnetic Amplifiers. Your advantage is that in large rectifier systems, the division can take place in individual rectifier units behind the transductor chokes, while the voltage-controlling magnetic amplifiers require so many chokes how valve branches are present.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der beiden bekannten Schaltungsarten zu vereinen.The invention is now based on the object of the advantages of both to combine known types of circuit.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung des Sättigungszustandes sättigbarer Drosseln vor, die in Wechselstromkreisen liegen und in beiden Richtungen vom Arbeitsstrom durchflossen werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in solchen Fällen, in denen die in beiden Richtungen fließenden Arbeitsströme nur während eines Teiles der zugehörigen Halbperiode zu fließen vermögen, in den arbeitsstromfreien Teilen der Halbperiode eine Beeinflussung des Sättigungszustandes der Drosseln durch eine steuerbare Wechselspannung vorgenommen wird, die einen Steuerstrom in beliebiger Richtung durch die Arbeitswicklungen treiben kann. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise zur Verstellung der Spannung von Gleichrichteranordnungen mit vorzugsweise ungesteuerten Ventilen geeignet. Verwendet man Halbleiter-Ventile, so ist die Drehstrom-Brückenschaltung günstig, da bei dieser die erforderlichen Strompausen in den Wechselspannungskreisen auftreten. Aber auch bei anderen Gleichrichteranlagen kann das Verfahren nach der Erfindung mit Vorteil angewandt werden.To solve this problem, the invention proposes a method for Influencing the saturation state of saturable chokes in AC circuits and are traversed in both directions by the working current, which thereby is characterized that in those cases where the flowing in both directions Working currents are only able to flow during part of the associated half-period, In the parts of the half-cycle without working current, an influence on the saturation state the chokes is made by a controllable alternating voltage, which is a control current can drift through the work windings in any direction. Such a thing The method is, for example, to adjust the voltage of rectifier arrangements suitable with preferably uncontrolled valves. If semiconductor valves are used, the three-phase bridge circuit is favorable because it provides the necessary Power breaks occur in the AC voltage circuits. But also with other rectifier systems the method according to the invention can be used with advantage.

Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Anordnung läßt sich weder der einen noch der anderen Gruppe von magnetischen Verstärkern zuordnen. Die spannungssteuernden Verstärker sind in sämtlichen ihrer Ausführungsformen (also auch beim Ramey-Verstärker) stets dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung einer Drossel mit einem Gleichrichterventil in Reihe geschaltet ist, so daß der Arbeitsstrom stets nur in einer Richtung die Arbeitswicklung durchfließen kann. Bei den spannungszeitflächengesteuerten magnetischen Verstärkern (Ramey-Verstärker), also der einen Untergruppe der spannungssteuernden magnetischen Verstärker, gilt das gleiche auch für den Steuerstrom, gleichgültig, ob er nun in der Arbeitswicklung selbst oder in einer zusätzlichen Steuerwicklung fließt. Hier kann auch der Steuerstrom stets nur in einer Richtung fließen. In der Anordnung zur Durchführung des die Erfindung darstellenden Verfahrens können dagegen der Arbeitsstrom - und der Steuerstrom -die Drossel in beiden Richtungen durchfließen. Das Merkmal; daß der Arbeitsstrom die Arbeitswicklung in beiden Richtungen durchfließen kann, ist zwar auch beim stromsteuernden magnetischen Verstärker erfüllt, jedoch ist ein stromsteuernder magnetischer, Verstärker stets durch eine zusätzliche Steuerwicklung gekennzeichnet. Außerdem werden die Drosseln beim vorliegenden Verfahren nicht in stromsteuernder Weise betrieben, sondern eindeutig in spännungssteuernder Weise, d. h. durch Steuerung des Sättigungswinkels. Aus diesem Grunde ist es nicht angängig, die Anordnung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens als magnetischen Verstärker zü bezeichnen, da in ihr weder das-Element des stromsteuernden magnetischen Verstärkers (Drosselkern mit Arbeits- und Steuerwicklung) noch das Element des spannungssteuernden magnetischen Verstärkers (Drosselkern, dessen Arbeitswicklung mit einem Ventil in Reihe geschaltet ist und der in manchen Fällen noch eine zusätzliche Steuerwicklung besitzt) verwendet wird. Es handelt sich im vorliegenden Falle einfach um sättigbare Drosseln, deren Sättigungszustand nach einem bestimmten Verfahren beeinflußt wird.The arrangement required to carry out the method can be do not assign to one or the other group of magnetic amplifiers. the Voltage-controlling amplifiers are in all of their embodiments (i.e. also with the Ramey amplifier) always characterized in that the working winding a throttle is connected in series with a rectifier valve, so that the Working current can only flow through the working winding in one direction. In the case of the voltage-time area-controlled magnetic amplifiers (Ramey amplifiers), that is, one of the subgroups of voltage-controlling magnetic amplifiers the same for the control current, regardless of whether it is in the working winding flows itself or in an additional control winding. The control current can also be used here always flow in one direction only. In the arrangement for carrying out the the invention On the other hand, the performing method can use the working current - and the Control current - flow through the throttle in both directions. The characteristic; that the Working current can flow through the working winding in both directions is is also fulfilled in the case of a current-controlling magnetic amplifier, but a current-controlling one is magnetic, amplifier always characterized by an additional control winding. In addition, in the present method, the chokes are not in a current-controlling manner Operated manner, but clearly in a chip-controlling manner, d. H. through control the saturation angle. For this reason it is not feasible to change the arrangement for Designate the implementation of the present method as a magnetic amplifier zü, because in it neither the element of the current-controlling magnetic amplifier (choke core with working and control winding) still the element of the voltage-controlling magnetic Amplifier (choke core, the working winding of which is connected in series with a valve and which has an additional control winding in some cases) will. It is in the present case simply saturable chokes whose Saturation state is influenced by a certain method.

Die für das Verfahren benötigten steuerbaren Wechselspannungen kann man stromsteuernden vorzugsweise magnetischen Verstärkern entnehmen. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, durch Verwendung von spannungsverbrauchenden Schaltmitteln, insbesondere von sättigbaren Drosseln, die Stromflußdauer des Steuerstromes zu verringern und jeweils nur einen kleinen Teil der Spannungshalbwelle zum Steuern zu benutzen. Weiter ist es möglich, das Verfahren in der Weise abzuwandeln, daß die Steuerung auch oder ausschließlich durch Verschieben der Phasenlage der steuerbaren Wechselspannung erfolgt.The controllable AC voltages required for the process can you can find current-controlling, preferably magnetic, amplifiers. A further education the invention consists in using voltage-consuming switching means, in particular of saturable chokes to reduce the duration of the current flow of the control current and to use only a small part of the voltage half-wave for controlling. It is also possible to modify the method in such a way that the control also or exclusively by shifting the phase position of the controllable alternating voltage he follows.

In Fig. 1 ist ein Anordnungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Dem Anordnungsbeispiel liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannung einer Gleichrichteranordnung zu steuern. Die dreiphasige Gleichrichteranordnung nach Fig. 1 besteht aus den Gleichrichterventilen 4 bis 9, die wechselstromseitig an dem dreiphasigen Netz 20 liegen und das Gleichstromnetz 24 speisen. In den Zuleitungen zu dem Gleichrichter 4 bis 9 liegen die drei den Arbeitsstrom führenden sättigbaren Drosseln 1 bis 3. Bei dieser Gleichrichterschaltung treten in den Wechselspannungskreisen stromlose Intervalle auf. Während dieser Intervalle sperren die zugehörigen Gleichrichter. In den Gleichrichterzuleitungen und damit in den sättigbaren Drosseln 1 bis 3 fließen bekanntlich im stationären Zustand Stromblöcke von 120° elektr. Dauer abwechselnder Polarität, zwischen denen sich 60° elektr. lange Pausen befinden. Ohne Steuerung werden die sättigbaren Drosseln 1 bis 3 in jeder Periode ganz durchmagnetisiert. Dabei nehmen sie die volle, ihrer Auslegung entsprechende Spannung auf- Legt man sie nun an eine Steuerwechselspannung, so nehmen sie einen entsprechend kleineren Anteil der Arbeitsspannung auf. Macht man die Steuerwechselspannung so -groß,-daß die sättigbare Drossel bereits vor Erreichen des natürlichen Kommutierungszeitpunktes ungesättigt ist,- so nimmt sie überhaupt keine Spannung- mehr auf. -Die über die sättigbare Drossel zur Verfügung gestellte. Gleichspannungsquelle 24 ist dann voll ausgesteuert: Bei der Schaltung nach Fig. 1 -werden die steuernden Wechselspannungen über die Transformatoren 16 bis 18 dem speisenden dreiphasigen Netz 20 entnomtuen und durch die stromsteuernden magnetischen Verstärker 13 bis 15 gesteuert. Dabei ist es nicht nötig, daß der Verlauf der Speisespannungen für die stromsteuernden magnetischen Verstärker 13 bis 15 mit dem Verlauf der Spannungen an den sättigbaren Drosseln übereinstimmt. Die Steuerwicklungen dieser stromsteuernden magnetischen Verstärker 13 bis 15 werden von einem Steuerglied 19 gespeist. Dieses kann ein Regler, Kommandogeber, Verstärker od. dgl. sein. Weil die stromsteuernden magnetischen Verstärker 13 bis 15 an sich dauernd Strom führen, tatsächlich aber nur während der kurzen Ummagnetisierungsintervalle Steuerströme an die sättigbaren Drosseln 1 bis 3 gegeben werden müssen, kann man, wie in Fig. 1 gezeigt, sättigbare Drosseln 10 bis 12 in Reihe zu ihnen schalten, die so ausgelegt sind, daß sie die Sekundärspannungen der Transformatoren 16 bis 18 etwa solange aufnehmen, wie die sättigbaren Drosseln 1 bis 3 einen Arbeitsstrom führen. Dann sind sie gesättigt, so daß sie dem Steuerstrom keinen Widerstand entgegensetzen. Damit wird die Dauer des Stromflusses, also auch der Effektivwert, verkleinert. Bei dieser Schaltung kann es unter Umständen günstig sein, die Transformatoren 16 bis 18 direkt vor den sättigbaren Drosseln 1 bis 3 vorzusehen bzw. die Transformatoren ganz zu sparen, indem man die Kerne der sättigbaren Drosseln 1 bis 3 mit angepaßten Steuerwicklungen versieht. Da bei der Steuerung auch die Phasenlage der Spannungen der Transformatoren 16 bis 18 eine Rolle spielt, ist auch eine Beeinflussung der Ausgangsspannung 24 durch Verschieben der Phasenlage möglich.1 shows an example of an arrangement for carrying out the method shown according to the invention. The arrangement example is based on the task to control the voltage of a rectifier arrangement. The three-phase rectifier arrangement according to Fig. 1 consists of the rectifier valves 4 to 9, the AC side lie on the three-phase network 20 and feed the direct current network 24. In the supply lines to the rectifier 4 to 9 are the three saturable ones carrying the working current Chokes 1 to 3. This rectifier circuit occurs in the alternating voltage circuits currentless intervals. The associated rectifiers block during these intervals. Flow in the rectifier feed lines and thus in the saturable chokes 1 to 3 known to be in the steady state current blocks of 120 ° electr. Duration alternating Polarity between which 60 ° electr. there are long breaks. Without control the saturable chokes 1 to 3 are completely magnetized in each period. In doing so, they take the full tension that corresponds to their design if you now apply a control alternating voltage, you take a correspondingly smaller one Proportion of the working voltage. If the control alternating voltage is made so large that the saturable choke before reaching the natural commutation time is unsaturated - so it no longer absorbs any tension at all. -The about that saturable choke provided. DC voltage source 24 is then full Controlled: In the circuit according to FIG. 1, the controlling alternating voltages are controlled Via the transformers 16 to 18 from the feeding three-phase network 20 and controlled by the current controlling magnetic amplifiers 13-15. Included it is not necessary that the course of the supply voltages for the current-controlling magnetic amplifier 13 to 15 with the course of the voltages on the saturable Throttles. The control windings of this current-controlling magnetic Amplifiers 13 to 15 are fed by a control element 19. This can be a controller, Commander, amplifier or the like. Because the current-controlling magnetic amplifier 13 to 15 conduct electricity continuously, but actually only during the short one Magnetization reversal intervals of control currents given to the saturable chokes 1 to 3 as shown in Fig. 1, saturable chokes 10 to 12 in Connect series to them, which are designed so that they take the secondary voltages of the Transformers 16 to 18 take up about as long as the saturable chokes 1 to 3 carry an operating current. Then they are saturated, so that they are the control current do not oppose any resistance. This increases the duration of the current flow, so too the rms value, reduced. With this circuit it can be favorable under certain circumstances the transformers 16 to 18 directly before the saturable reactors 1 to 3 to provide or to save the transformers altogether by removing the cores of the saturable Chokes 1 to 3 are provided with adapted control windings. As with the control the phase position of the voltages of transformers 16 to 18 also plays a role, is also an influence on the output voltage 24 by shifting the phase position possible.

In Fig. 2 sind die sich ohne und mit Steuerung ergebenden Spannungen dargestellt. Der Verlauf der Spannungen der drei Phasen ist mit 21 bis 23 bezeichnet. Die Spannungen am Ausgang der Gleichrichter entsprechen dem stark ausgezogenen Kurvenzug. Der obere Kurvenzug entspricht der positiven Spannung des Netzes 24, der untere Kurvenzug der negativen Spannung des Netzes. In der Darstellung ist angenommen, daß bis zum Zeitpunkt 25 keine Steuerwechselspannung an den sättigbaren Drosseln liegt. In diesem Fall nehmen die sättigbaren Drosseln die schraffierten Spannungszeitflächen 26 und 27 auf. Zum Zeitpunkt 25 erfolgt die Sättigung der sättigbaren Drosseln, so daß sie keine Spannung mehr aufnehmen können. In diesem Zeitpunkt erfolgt dann noch wie bisher die verspätete Kommutierung von der Phase mit der Spannung 22 auf die Phase mit der Spannung 23. Die sättigbare Drossel 2 dieser Phase wird stromlos, und am Gleichrichterventil5 liegt die Differenz zwischen der Spannung 22 und der Spannung 23. Diese Differenzspannung kann an die sättigbare Drossel t gelegt werden, so daß über das Gleichrichterventil5 Strom fließt. Wird dies getan, indem der zur Sättigung erforderliche Strom von dem Steuerkreis mit Transformator 17 und stromsteuerndem magnetischem Verstärker 14 geliefert wird, dann ist die sättigbare Drossel 2 am natürlichen Kommutierungszeitpunkt bereits ummagnetisiert, so daß sie dort ohne Verzögerung den Laststrom übernehmen kann. Aus dieser Betrachtung ersieht man, daß sich ein Steuersignal bereits wesentlich früher als nach einer Halbwelle auswirkt, daß also eine Totzeit auftritt, die wesentlich kleiner als eine Halbwelle ist. Darüber hinaus hat das Verfahren nach der Erfindung den Vorteil der 1/r2-mal kleineren Summe der Drossel-Typenleistungen als bei der spannungssteuernden magnetischen Verstärkerschaltung, bzw. der halben Summe der Drossel-Typenleistung -als bei stromsteuernden magnetischen Verstärkerschaltungen, weil kein oder nur sehr wenig Raum für die Steuerwicklungen benötigt wird und außerdem die sättigbaren Drosseln in Wechselspannungskreisen liegen. Zugleich ergibt sich eine Halbierung der Drosselanzahl bei einer Gleichrichtereinheit. Bei Aufteilung in mehrere Gleichrichtereinheiten werden ebenfalls nur drei Drosseln benötigt, die z. B. auch hochspannungsseitig vor dem Transformator angeschaltet werden können. Dagegen erfordert die spannungssteuernde magnetische Verstärkerschaltung eine Vervielfachung der Anzahl, weil in jedem einzelnen Gleichrichterzweig eine Drossel liegen muß. Das Verhältnis der gesteuerten Leistung zur Steuerleistung, also die Leistungsverstärkung, ist etwa x-mal so groß wie bei den spannungszeitflächengesteuerten magnetischen Verstärkern. Der spannungsflächengesteuerte Verstärker galt bisher als der schnellste magnetische Verstärker. Die einzige Verzögerung zwischen Ein- und Ausgangssignal beträgt bei ihm eine Halbwelle (Totzeit). Durch das Verfahren nach der Erfindung erreicht man jedoch eine wesentlich kleinere Totzeit und ist somit erheblich schneller.2 shows the voltages resulting with and without control shown. The course of the voltages of the three phases is denoted by 21 to 23. The voltages at the output of the rectifier correspond to the strongly drawn out curve. The upper curve corresponds to the positive voltage of the network 24, the lower one Curve of the negative voltage of the network. The illustration assumes that up to time 25 there is no control AC voltage at the saturable chokes lies. In this case, the saturable chokes take the hatched voltage-time areas 26 and 27 on. At time 25, the saturable chokes are saturated, so that they can no longer absorb tension. At this point in time then takes place the delayed commutation of the phase with the voltage 22 still occurs as before the phase with voltage 23. The saturable choke 2 of this phase is de-energized, and at the rectifier valve5 is the difference between the voltage 22 and the Voltage 23. This differential voltage can be applied to the saturable choke t, so that current flows through the rectifier valve5. Is this done by using the zur Saturation required current from the control circuit with transformer 17 and current-controlling magnetic amplifier 14 is supplied, then the saturable inductor 2 is on natural commutation time already remagnetized, so that they are there without Delay can take over the load current. From this consideration it can be seen that a control signal has an effect much earlier than after a half-wave, so that there is a dead time that is much smaller than a half-wave. About that In addition, the method according to the invention has the advantage of 1 / r2 times the smaller sum the choke type outputs than with the voltage-controlling magnetic amplifier circuit, or half the total of the choke type power than with current-controlling magnetic Amplifier circuits, because no or very little space is required for the control windings and also the saturable chokes are in alternating voltage circuits. At the same time it results halving the number of chokes in a rectifier unit. With division only three chokes are required in several rectifier units z. B. can also be switched on on the high-voltage side in front of the transformer. On the other hand, the voltage controlling magnetic amplifier circuit requires multiplication the number, because there must be a choke in each individual rectifier branch. The ratio of the controlled power to the control power, i.e. the power gain, is about x times as large as in the case of the voltage-time area-controlled magnetic Amplifiers. The voltage-area controlled amplifier was previously considered to be the fastest magnetic amplifier. The only delay between input and output signal is a half-wave (dead time). By the method of the invention however, a significantly shorter dead time is achieved and is therefore considerably faster.

Claims

PATENT CLAIMS: Divide the half-cycle influencing the state of saturation the chokes is made by a controllable alternating voltage, which is a control current can drift through the work windings in any direction.

2. Procedure for Influencing the saturation state of saturable chokes according to Claim 1, characterized in that characterized in that the controllable alternating voltage is preferred by current-controlling magnetic amplifiers (13 to 15).

3. Procedure for influencing the saturation state of saturable chokes according to claims 1 and 2, thereby characterized in that by using voltage-consuming switching means, in particular of saturable chokes (10 to 12), the current flow duration of the control current and only a small part of the voltage half-wave is used for control will.

4. Process for influencing the saturation state of saturable chokes according to claims 1 to 3, characterized in that the control also or exclusively by shifting the phase position of the controllable alternating voltage he follows. 1. Process for influencing the saturation state of saturable chokes, which are in alternating current circuits and flowed through in both directions by the working current are characterized in that in those cases where the in both directions flowing working currents only during part of the associated half-period can flow, in the publications without working current considered: German Auslegeschriften B 30506 VIIIb / 21 c (published May 17, 1956), B. 30130VIIIa / 21 a2 (published October 27, 1955); Magazine »Funk-Technik«, No. 19/1953, pp.628 and 629; Electronics magazine, June, 1953, pp. 161 to 163.