Leistung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen induktiven Ü bertragung elektrischer Leistung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Anordnung nach diesem Oberbegriff ist aus der Anmeldung WO 92/17929 A1 bekannt. Darin wird ein induktives Energieverteilungs- System beschrieben, das mittels einer Doppelleitung elektrische Energie auf einen oder mehrere bewegbare Verbraucher induktiv überträgt.

Zwischen diesen Doppelleitungen h und h' (s. Fig. 1 ) werden Ferritkörper 2 bewegt, die eine Sekundärwicklung W ₂ tragen, welche die Energie Antrieben und Verbrauchern auf den bewegten Systemen zuführt. Die Ferritkörper mit den Sekundärwicklungen werden nachfolgend auch als Übertrager köpfe bezeichnet. Die Leiter und ' der Doppelleitung (s. Fig. 1 und 2) sind auf Leiterstützen Sl und S1 ¹ aus magnetisch und elektrisch nichtleitendem Material befestigt. Die Doppelleitung wird von einem E-förmigen Ferritkern 2 umgeoen, dessen Mittelschenkel MS tief in den Raum zwischen den Leitern hineinragt und die Sekundärwicklung W ₂ trägt, über die Energie abgenommen und dem bewegten Verbraucher zugeführt wird. Die dort bekannte indu ktive Energieübertragungsanordnung besteht im einfachsten Fall aus einem Mittelfrequenzgenerator, der eine langgestreckte Leiterschieife aus den Leitern und l v mit einem Strom höherer Frequenz speist, wooei die beiden Leiter eine Doppelleitung bilden.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine derartige Doppelleitung nach αerr, Stanc der Techni k mit einem bewegbaren Übertragerkopf 1 in Draufsi cht ur. c

Querschnitt, der aus einem E-förmigen Ferritkern 2 mit der Sekundärwicklung W∑ auf dem Mittelschenkel MS besteht. Damit der Übertragerkopf oder die Übertrager köpfe möglichst klein bleiben, ist eine relativ hohe Frequenz erforderlich, die mindestens 10 KHz beträgt.

Anordnungen mit gestreckten Leitern werden als Linienleiter- oder als Linienpolsysteme bezeichnet, wei l der sich quer zur Bewegungsrichtung schließende magnetische Wechselfluß längs des Leiters stets einheitlicn gerichtet ist und somit linienförmige Pole bildet. Der bewegte Übertrager köpf besteht bei Doppelleitungen meistens aus einem E- förmigen Ferritkern, der beide Leiter des Stators umschließt und den magnetischen Fluß durch d ie Sekundärw icklung leitet.

Für derartige Energieübertragungen gibt es verschiedene Anwendungs- Gebiete, bei denen herkömmliche Schleifleitungen oder Schleppkabel mit Vorteilen ersetzt werden. So ist beispielsweise eine Übertragung mit Schleifkontakten mit Funkenbildung, Verschleiß und Geräuschen verbunden. Bedeutende Anwendungen für dre berührungslose Übertragung elektrischer Energie bestehen bei Laufkatzen von Hebezeugen, Hochregallagern oder Magnetbahnen. Auch für Fahrstühle wäre ein solches System zur Energieübertragung in die Kabine von Vorteil. Roboter, die eine bestimmte Wegstrecke abfahren müssen, um an verschiedenen Einsatzorten tätig zu sein, können ebenfalls mit einem solchen System mit Energie versorgt werden.

Bei einer Anordnung nach Fig. 1 speist der Mittelfrequenzgenerator MFG den Strom I mit einer Frequenz über 10 KHz in die aus und \ v bestehende Leiterschleife ein. Diese Leiterschleife erzeugt Streufelder, d ie in Fig. 1 mit φ _c und _c ' bezeichnet sind.

Im vorderen Tei l der Leiterschleife ist außerdem die aus und \ v bestehende Doppel leitung durch ein Aluminiumgehäuse 7 abgeschirmt. Abschirmungen sind im wesentlichen erforderlich, um eine weitere Ausbreitung des Streufeldes Φ _c zu verhindern, da es Störungen z. E. in benachbarten Signalstromkreisen erzeugt und die elektromagnetische

Verträglichkeit beeinflußt. Bei großen Leistungen kann auch d ie Gefahr einer Gesundheitsschädigung bestehen.

Im hinteren Teil der Fig. 1 zeigen die angedeuteten Streuflüsse ₀ und φ. an, daß das Feld ohne Abschirmgehäuse wesentlich weiter in die Umgebung ausstreut.

Der größte Nachteil d ieser Anordnung ist die hohe Induktivität der aus den Leitern h, \ v bestehenden Doppelleitung. Neben der unbehinderten Ausbreitung der Streufelder bei nicht geschirmten Doppelleitungen ist der relativ große Abstand D der Leiter h und ! r die Hauptursache für die hohe Induktivität. Dieser Abstand D muß aber eine Mindestgröße haben, damit der Mittelschenkel MS des E-Kernes, der die Sekundärwicklung W ₂ trägt, zwischen den Leitern 11 und 11 ' geführt werden kann. Dabei ist der Raumbedarf des Mittelschenkels und der Sekundärwicklung und damit auch der Abstand D durch die zu übertragende Leistung bestimmt.

Bei den hohen Übertragungsfrequenzen verursachen die Leitungs- Induktivitäten hohe induktive Spannungsabfälle, die durch einen hohen Aufwand an Kondensatoren kompensiert werden müssen.

Aus der Elektrie 34, 1980, Heft 7 ist eine Anordnung zur induktiven Energieübertragung auf Grubenlokomotiven bekannt. Bei dieser Anordnung werden Doppelleitungen verwendet, die an der Decke eines Grubenstollens verlegt sind. Zwischen diesen Doppelleitungen h, ' (s. Fig. 1 ) werden Ferritkörper 2 bewegt, die eine Sekundärwicklung W ₂ tragen, welche die Energie Antrieben und Verbrauchern auf den bewegten Systemen zuführt. Die Ferritkörper mit den Sekundär¬ wicklungen werden nachfolgend auch als übertragerköpfe bezeichnet.

In dieser Arbeit sind Verfahren zur Kompensation des induktiven Spannungsabfalls auf den Leitungen und an den Streuinduktivitäten der Übertrager köpfe durch in Reihe zur Doppelleitung und den Sekundärwicklungen geschaltete Kondensatoren beschrieben. Die

Energie kann auf mindestens zwei bewegbare Verbraucher über dieselbe Doppelleitung übertragen werden.

Die Induktivität der Doppelleitung wirkt sich entscheidend auf d ie realisierbare Länge des Fahrweges der bewegten Systeme aus. Für viele Anwendungen wi rd die Anordnung sehr aufwendig, da sie neben der Doppelleitung noch ein zusätzliches Abschirmgehäuse 7 benötigt. Die Leiter h und l v der Doppelleitung selbst müssen, um Stromverdrängungsverluste zu vermeiden, aus einer i n der Hochfrequenztechni k üblichen Hochfrequenzl itze bestehen, d ie aus einzelnen isol ierten Einzelleitern hergestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Leistung auch bei großen Längen der Leitung eine niedrige Induktivität der Leitung zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbi ldungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine induktive Energieübertragung bei Mittelfrequenz auf transiatoπsch bewegte Transportelemente der Fördertechnik und auf mobile Arbeitsplattformen.

Das gleichzeitige, unabhängige übertragen elektrischer Leistung zu mehreren Transportelementen auf langen Übertragungsstrecken bei Einzel leistungen bis in den 10 kW-Bereich sind wesentliche Kennzeichen dieser Anwendungen. Hierfür sind Ü bertrageranordnungen erforderlich, welcne d ie Leistung über Luftspalte bis in den cm-Bereich bei vertretbarem Aufwand und gutem Wi rkungsgrad übertragen, möglichst kleine induktive Spannungsabfälle auf den Ü bertragungsstrecken aufweisen und bei denen ausstreuende magnetische Felder im Hinblick auf d ie Exposition des Menschen lind die elektromagnetische Verträglich keit unbeden klich sind. Diese Eigenschaften werden im

wesentlichen durch die geometische Gestaltung der indu ktiven ύbertragerele ente erreicht.

Das Wesen der Erfindung wird in der " koaxialen ^" Anordnung der Leiter gesehen. Der Mittelleiter ist am Ende des Fahrweges mit dem U- förmigen Außenleiter verbunden, so daß oer Strom vom Mittel leiter über die Außenwandungen zurückfließt. Der Strom vertei lt sich auf zwei Außenwände. Trotz der niedrigen Eindringtiefe findet der Strom einen großen Querschnitt vor. Die koaxiale Anordnung gewährleistet zum einen eine möglichst kleine Induktivität der Leitung, so daß größere Übertragungslängen möglich sind und erfüllt gleichzeitig auch die Abschirmung der Anordnung gegenüber ausstreuenden Feldern. Das Streufeld φ _β liegt im wesentlichen nur innerhalb des Koaxial leiters und zwar im Inneren des Mittelleiters und um diesen herum.

Da das Abschirmgehäuse 7 mit der Rückleitung vereint ist, hat man einen zusätzlichen Vorteil dadurch, daß Leitermaterial eingespart wird. Man spart außerdem wegen der kleineren Induktivitäten Kondensatoren zur Kompensation der induktiven Spannungsabfälle. Das begründet die niedrige Induktivität.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung zur Energieübertragung auf bewegbare Verbraucher, die über eine längere

Strecke linear bewegt werden, nach dem Stand der

Technik; Fig. 2 einen Querschnitt durch die aktiven Teile des

Übertragungskopfes nach dem Stand der Technik; Fi g. 3 die erfindungsgemäße Anordnung des offenen

Koaxial leiters im Längsschnitt bzw. in Draufsicht; Fig. 4 einen Querschnitt durch den koaxialen Leiter mit dem Übertrager köpf; Fig. 5 den Querschnitt durch die Koaxialleiτeranordnung an einer Stel le, an aer sich im Augenblick kein

bewegtes System befindet;

Fig. 6 eine besonders vortei l hafte, detai l l ierte Ausfüh¬ rungsform einer Koaxialieiteranordnung mit u ber- tragerkopf im Querschnitt;

Fig. 7 eine allgemeine Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips zur induktiven Energieübertragung auf linearbewegte Systeme;

Fig. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der übertrager¬ anordnung nach Fig. 7;

Fig. 9 ein Zeigerd iagramm der Spannungen, Strome und Phasenwinkel des Ersatzschaltbilds nach F ig. 8;

Fig. 10 eine Koaxialieiteranordnung mit in sich ge¬ schlossener Bahn für die endlose Bewegung mehrerer Verbraucher und einer die Strome im Innen- und Außenieiter symmetπerenden Speiseschaltung;

Fig. 1 1 eine Koaxial ieiteranordnung entsprechend Fig. 5 mit einem aus mehreren Windungen bestehenden Innen- leiter und stromsymmetπerender Speiseschaltung;

Fig. 12 die Realisierung einer stromempragenden Quelle zur Speisung der ubertrageranordnungen:

Fig. 13 ein elektrisches Ersatzschaltbild der übertrager¬ anordnung nach den Fig. 1 1 und 12 mit elektroni¬ schem Verbrauchersteilgiied und

Fig. 14 ein Diagramm der Strom- und Spannungszeiger des Ersatzschaltbildes nach Fig. 13.

Die Erfindung wird zunächst anhand der schematischen Darstel lung in Fig. 3 ois 6 beschrieben. Sie stellt eine zu einer Seite hin offene koaxialieiterahnliche Anordnung dar. Im ubertragerkopf 1 umfaßt ein U-formi ger Ferritkern 2 den Mittelleiter 6 und leitet den magnetischen Fluß φ durch die Sekundärw icklung Wa Der Mittel leiter 6 wird an einem Ende uDer einen Mittelfrequenzgenerator gespeist, so daß er den Strorr I i fuhrt. Er ist an dem von der Speisequelle entfernten Ende E mit cem Gehäuse verbunden.

Der Strom teilt sich hier wegen der Symmetrie der Anordnung in zwei gleichgroße Teilströme I1/2 und fließt über das Gehäuse zum Mittelfrequenzgenerator MFG zurück.

Infolge der bei hohen Frequenzen in massiven Leitern wie dem U- förmigen Gehäuse (beispielsweise aus Aluminium) auftretende Stromverdrängung, häufig auch als Skineffekt bezeichnet, verteilt sich der Strom nicht gleichmäßig in den Gehäusewandungen, sondern α ringt von Innen her nur der Eindringtiefe SE entsprechend in die Gehäusewandungen ein. Die Eindringtiefe beträgt bei 25 kHz und Aluminium etwa 0,5 mm. Der Strom vertei lt sich auch nicht gleichmäßig über den inneren Umfang des U-Profils, sondern fließt vorwiegend an den Stellen der größten magnetischen Feldstärken. Auf den Streckenabschnitten, an denen sich kein Übertrager köpf befindet, wie in Fig. 5 dargestellt, sind das die dem Mittelleiter 6 gegenüber und am nächsten liegenden Stromführungsbereiche der Ausdehnung b Für die Rückleitung steht daher nur ein Querschnitt zur Verfügung, der sich aus der stromführenden Breite bi und der durch die Frequenz und d ie Materialeigenschaften bestimmten Eindringtiefe δE des Mittelfrequenzstromes ergibt.

Der Innen- oder Mittel leiter 6 wird vorteil hafterweise aus Mittelfrequenzlitze oder Hochfrequenzlitze hergestellt, um die Stromverdrängung in diesem Bereich zu eliminieren.

Durch die begrenzte Eindringtiefe des Stromes und d ie ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte auf den Innenseiten des Abschirmgehauses können der wirksame Widerstand und die Verluste in der Rückleitung 7 größer als in dem Innenleiter 6 aus Mtttelfrequenzlitze sein.

Durch die Formgebung von Innenleiter und dem Rück- oder Außenleiter, der gleichzeitig als Abschirmung und Gehäuse 7 dient, ist daher ein möglichst breiter Stromführungsbereich der Breite bi am inneren Gehauseumfang anzustreben. Dies geschieht am zweckmäßi gster in einer Form, wie Fig. 6 zeigt, indem der Innenleiter 6 schmal und mit einer möglichst großen Höhe H ausgeführt wird. Außerdem wird m't

einer Wölbung der Außenwandungen, wie i n Fig. 6 gestrichelt dargestellt, eine Vergrößerung der Stromführungsbreite bi und eine gleichmäßigere Stromverteilung erreicht.

Die Abmessungen der gesamten Ü bertrageranordnung und die zum übertragen einer bestimmten Leistung erforderliche Stromstärke I werden entscheidend durch d ie Größe des w irksamen Luftspalts im magnetischen Kreis bestimmt.

Damit der Luftspalt des magnetischen Kreises der den magnetischen Fluß führt, nicht größer sein muß als das mechanische Spiel δ i und δ ₂ des Übertrager köpf es, können in die Stütze S des Mittel leiters, wie in Fig. 4 und 5 beispielhaft dargestellt, Ferritkörper 5 eingesetzt werden. Diese Ferritteile erhöhen die Induktivität des Mittelleiters praktisch nicht, weil sich der Strom in den Seitenwänden nach physikalischen Gesetzen stets räumlich so einstellt, daß die Induktivität ein Minimum wi rd, d. h. der Strom vorwiegend auf den den Mittel leitern gegenüberiiegenden Seitentei len fließt.

Bei dem U-förmigen Ferritkern 2 in Fig. 6 besteht die Sekundärwicklung aus zwei Teilw icklungen W21 und W22, d ie auf beiden Schenkeln des Kerns direkt gegenüber dem in der Höhe H ausgedehnten Innenleiter angeordnet sind. Durch diese Wickiungsanordnung wird ein hoher magnetischer Koppelfaktor zum Pπmärleiter 6 und eine optimale Ausnutzung des verfügbaren Wickelraums bei kleiner Bauform und Indu ktivität des Koaxial leiters erreicht. Ein großer Wickel raum für die Sekundärwicklung ist, wie anhand der Figuren 7 bis 9 näher erläutert wird, im Hinblick auf große realisierbare Spaltweiten oder große übertragbare Leistungen besonders wichtig, wei l der Magnetisierungsstrom I n, der bei großen Spaltweiten entsprechend große Werte erreicht, bei der erfindungsgemäßen Übertrageranordnung in den Sekundärwicklungen W 21, W22 fl ießt.

Das vereinfachte und veral lgemeinerte uberτragungssystem in F ig. 7 besteht aus einer pπmarseitigen Leiterscnleife von der Lange I, α.

durch das Fenster eines C-förmigen Ferritkerns 2 verläuft. Er ist entlang der Leiterschleife beliebig verschiebbar. Um den Ferritkern ist eine Sekundärwicklung mit der Windungszahl W ₂ umgelegt. Sie ist mit einem Kondensator C2 in Reihe geschaltet, der so bemessen ist, daß die Spannung an der sekundärseitigen Streuinduktivität L2 bei der F requenz des Mittelfrequenzgenerators MFG kompensiert wird.

Die primäre Leiterschleife kann aus einer oder mehreren Windungen W 1 bestehen, in denen ein Strom I 1 fließt. Er teilt sich - dem ϋbertragerersatzschaltbild in Fig. 8 entsprechend - in den Magnetisierungsstrom Iμ und in sekundärseitigen Ersatzstrom I∑-.

Am Ausgang des Übertragers ist eine beliebige Last Z, beispielsweise mit einem Stromrichterstellglied, angeschlossen, das zwischen der Spannung U2 der Grundschwingung des Eingangsstromes IE einen bel iebigen Phasenwinkel einstellen kann. Das Zeigerd iagramm in Fig. 7 zeigt die Ströme, Spannungen und Phasenwinkel für einen beliebig angenommenen Betriebszustand. In der Darstellung wurde ein um den Winkel gegenüber der Ausgangsspannung U2 bzw. U r nacheilender Strom I E bzw. I E* also eine ohmsch-induktive Lastimpedanz Z bzw. Z' angenommen.

Die im Ersatzschaltbild durch ' gekennzeichneten Größen sind, wie von Übertragern und Transformatoren allgemein bekannt, die mit dem Übersetzungsverhältnis der Windungszahlen W 1/W2 auf die primäre Windungszahl umgerechneten Größen.

Da die Übertrageranordnung mit einer konstanten Frequenz betrieben wird, ist eine annähernd vollständige Kompensation der induktiven Spannungsabfälle an der sekundärseitigen Streuinduktivität L2' durch die in Reihe geschaltete Kapazität C2' und an der Induktivität Lo der koaxialen Leiteranordnung durch die Kapazität CK möglich. Bei Vernachlässigung der ohmschen Spannungsabfälle sind dann, w ie im Zeigerdiagramm in Fig. 9 dargestellt, die Lastspannung U 2' die Hauptfeldspannun g U H des Übertragers und die Speisespannung U 1 der Anordnung gleich. Die zur Lastimpedanz Z' parallel l iegende Kapazität

C kompensiert, wie Fig. 9 zeigt, nicht nur den Magnetisierungsstrom Iμ sondern auch noch einen Teil der induktiven Komponente des Laststromes Ie. Durch die Einstellung des Lastwinkels " , beispielsweise mit einem Stromrichter, und die Dimensionierung der sekundärseitigen Kapazität C bzw. C kann ein Phasenwinkel = 0 zwischen dem Strom I i des offenen Koaxial leiters und der Speisespannung U i der Übertrageranordnung eingestellt werden. Der offene Koaxialleiter überträgt dann reine Wi rkleistung, obwohl ein großer durch die Spaltbreite der Übertrageranordnung bedingter Magnetisierungsstrom Iμ auftritt und die Induktivität Lo des Koaxialleiters bei Leiterlängen I im 100 m-Bereich große Werte erreicht. Led iglich der sekundäre Strom I2' in der entsprechend der Übertragerkopflänge l κ wesentlich kürzeren Sekundärwicklung W2 ist durch den Magnetisierungsstrom Iμ erhöht.

Für viele Anwendungen der berührungslosen Energieübertragung, wie z. B. auch in der Fördertechni k, werden Ü bertrageranordnungen benötigt, bei denen sich mehrere Verbraucher mit beliebig veränderbarem Leistungsbedarf auf derselben Übertragungsstrecke bewegen können. Das Einsetzen mehrerer übertragerköpfe in den offenen Koaxialleiter der Fig. 3 oder in die primäre Leiterschleife 6, die in Fig. 7 dargestel lt ist, füh rt elektrisch zu einer Reihenschaltung der bewegbaren Verbraucher. In einer vortei lhaften Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 13 wird in den Koaxial leiter ein konstanter Mittelfrequenzstrom I . eingeprägt. Wie später noch erläutert wi rd, sind dazu elektronische Leistungsstellglieder mit Vorteil zu verwenden, welche ausgangsseitig unterschiedliche Verbraucher mit den erforderlichen Spannungen und Strömen speisen. Auf der Eingangsseite werden in den Kreis des eingeprägten konstanten Stroms I 1 des Koaxial leiters den Windungen der Verbraucher VB ., VB2 entsprechende Spannungen U vi, U v2 eingekoppelt.

Darüberhinaus sind in sich geschlossene Ü bertragungsstrecken, auf denen d ie Verbraucher end lose Bewegungen ausführen, von Vortei l. Dabei treffen, w ie in Fig. 10 gezeigt ist, an einer Einspeisestelle zwei Enden des Koaxialleiters mit insgesamt vier Anschlüssen A, B, B ^' und C

zusammen, die an einen Mittelfrequenzgenerator MFG anzuschließen sind. Dieser hat die Eigenschaft einer Mittelfrequenz- Konstantstromquelle (siehe Fig. 10) und prägt seinen Strom I in die Primärwicklung W3 eines aus dieser und den Sekundärwicklungen W ₄ und W5 bestehenden Transformators ein.

Die beiden Sekundärwicklungen W und W 5 haben d ie gleichen Windungszahlen und sind mit ihren Windungsenden a, b, b' unα c über Kompensationskondensatoren K3, K 1 in der Weise an die Koaxial leiterenden A, B, B' und C angeschlossen, daß die Sekundärwicklungen mit dem Innenund Außenleiter ( über die Verbindungen a, VI*, b, B, Außenleiter 7, B\ b\ Ws, c, K 1, C, Innenleiter 6, A, K3, a) einen Stromkreis bilden, in dem der Innen- und Außenleiter von demselben Strom I 1 = I v in entgegengesetzter Richtung geschlossen werden. Außerdem wirkt dieser Strom in den Sekundärwicklungen W und W5 zu gleichen Teilen additiv auf die Primärwicklung W3 des Transformators zurück und an den Anschlüssen A, C des Innenleiters treten gegenüber den Außenleiteranschlüssen B, B' gleich große in der Phasenlage entgegengesetzte Spannungen der Größe U κ3 - 1 /2 U 1 und - (U κι - 1 /2 ü i auf).

Bei dem offenen Koaxialleiter einer endlosen U bertragungsstrecke nach Fig. 10 bildet das Gehäuse 7, d. h. der Außenleiter des offenen Koaxial leiters, mit den Anschlußpunkten B, B', b, b' bezüglich des Potentials einen neutralen Mittelpunkt. Es ist aus Gründen der Sicherheit gegen elektrischen Schlag und wegen der elektromagnetischen Verträglichkeit von Vorteil, diesen neutralen Mittelpunkt mit der Masse bzw. der Erde zu verbinden. Dies geschieht am zweckmäßigsten, wie in Fig. 10 gestrichelt angedeutet, an der Einspeisestelle und dort aus Symmetriegründen an dem Verbindungspunkt b - b' der beiden gleichen Sekundärwicklungen W ₄ und W5. Durch diese Verbindung entsteht jedoch über die Anschlußpunkte B, B' und die vom Außenleiter 7 gebildete große Schleife ein zusätzlicher Stromkreis, in dem ein Ausgleichsstrom l i fl ießen kann. Durch diesen Ausgleichsstrom werden die Strome I . U P C I v im Innen- und Außenleiter des Koaxialieiters ungleich, und es

entsteht in der Umgebung des Koaxial leiters ein zusätzliches, die elektromagnetische Verträglich keit negativ beeinflussendes Streufeld. Zu r Vermeidung dieses Ausgleichsstromes, d. h. zur Sicherstel lung der Gleichheit der Ströme I i und I v des Koaxial leiters werden die Zuleitungen dieser Ströme über Kompensationsd rossein KDi und KD2 in der Weise geführt, daß der Strom I1 des Innenleiters und der Strom I v des Außenleiters eine entgegengesetzte Magnetisierung der weichmagnetischen Drossel kerne mit hoher magnetischer Permeabi l ität bewirken.

Die hohe Induktivität dieser Kompensationsdrosseln ist bei I 1 gleich I v bzw. Δ I 1 gleich Nul l unwirksam und begrenzt eine mögliche Ungleichheit auf vernachlässigbare Werte von Δ l i. Die Kompensationsdrosseln KDi und KD2 sind sehr einfach aus Ferπtπngkernen, die über d ie Zuleitungen der Koaxialleiter geschoben werden, zu realisieren.

Der Einsatz der Kompensationsdrosseln bei der Speisung von in sich geschlossenen ϋbertrageranordnungen mit offenem Koaxialleiter ermöglicht auch - w ie anhand der Fig. 1 1 gezeigt wird - die Realisierung von offenen Koaxial leitern mit aus mehreren Windungen W 1 bestehenden Innenleitern.

Für die Wirkungsweise der koaxialen Übertragungsanordnung ist wesentlich, daß in den Wänden des Koaxial leiters der Gesamtstrom W 1 . I ₁ in entgegengesetzter Richtung zu I t im Innenleiter fließt.

Die Gleichheit der Gesamtströme von Innen- und Außenleiter wird dadurch erreicht, daß d ie zu dem Transformator T bzw. der Mittelf requenzstromqueile MFG1 führenden Anschlußleitungen A-a, C-c in so vielen Windungen um die Kerne der Kompensationsdrosseln KD t, KD ₂ gewunden werden, daß zwischen diesen Windungen und den ebenfalls durch d ie Kerne der Kompensationsdrosseln geführten Anschlußleitungen B-b, B'-b der Koaxial leiteraußenwand ein Ü bersetzungsverhältnis von W 1 entsteht. In dem in Fig. 1 1 dargestellten Beispiel sind d ie Anschlußleitungen des Koaxialleiters nu r einmal durch d ie Kerne αer Drosseln KD i, KD2 gefüh rt, die

Innenleiteranschlußleitungen sind daher genau W i-mal um die Drosselkerne gewunden. Der Verbindungspunkt b der Außenleiteranschlußleitungen ist auch hier der Symmetriepunkt der gesamten Übertrageranordnung und daher an den sekundärseitigen Mittelabgriff des Transformators sowie an den Massepunkt bzw. d ie "Erde" angeschlossen.

Der Transformator T in Fig. 10 und Fig. 1 1 dient im wesentlichen der Bildung der beiden gleich großen Teilspannungen 1 /2 U i und der Anpassung der Impedanz der Übertrageranordnungen an die Mittelfrequenzstromqueile MFG. Mittelfrequenzstromquellen werden nach dem Stand der Techni k aus einer Mittelfrequenzspannungsquelle, beispielsweise einem Mittelfrequenzwechselrichter mit einer Stromregelung realisiert und sind daher sehr aufwendig.

Eine besonders einfache Speiseschaltung mit Stromquellenverhalten, die von einer Mittelfrequenzspannungsquelle MFG1 , beispielsweise einem Wechselrichter ohne aufwendige Stromregelung ausgeht, ist in Fig. 12 dargestellt. Bei diesem Schaltungsprinzip wird die Teilung der Spannung U i in zwei gleichgroße Teilspannungen durch die Reihenschaltung von zwei gleichgroßen Kondensatoren mit der Kapazität 2 C E erreicht. Die äußeren Anschlüsse a, c dieser Rei henschaltung sind über Induktionsspulen mit der Induktivität 1/2 LE an eine Mittelfrequenzspannungsquel le MFG1 mit der Spannung Uo angeschlossen.

Es läßt sich rechnerisch nachweisen, daß für die Schaltungsanordnung in Fig. 12 die Beziehung I i = Uo . V C E / L E gi lt, wenn C E und L E SO gewählt sind, daß sie bei der Frequenz fo der Mittelfrequenzspannungsquelle MFG1 die Resonanzbedingung erfüllen.

In diesem Fall wird in den Koaxialleiter ein Strom Ii eingeprägt, dessen Stärke allem durch d ie Spannung Uo und die Größen Cε und L E bestimmt ist. Die sich an den Klemmen a, c einstellende Spannung u . hangt ausschließlich von der Große aes Stromes I , und αer Impeda-z

des an die Klemmen a, b, c angeschlossenen ubertragungssystems mit den Verbrauchern VBi und VB2 ab. Die Spannung U i ist, wie anhand des Ersatzschaltbildes der Fig. 13 und des Zeigerdiagramms Fig. 14 gezeigt wird, die Summe mehrerer Teilspannungen. Bei annähernd vollständiger Kompensation des ubertragungssystems ist sie im wesentlichen durch die Spannungen der Verbraucher VB 1 und VB2 bestimmt. Wegen des stromeinpragenden Verhaltens der aus MFG1 , LE, C E gebildeten Speiseschaltung wirkt die Spannung U i auf den Strom I i nicht zurück.

In dem Ersatzschaltbild der Fig. 13 sind d ie in Fig. 12 aus Symmetπegrunden geteilten Kapazitäten und Induktivitäten in jeweils einer Kapazität C E und einer Induktivität L E vereint. Die zwischen den Kompensationskondensatoren K i bis K3 und den bewegbaren Verbrauchern VB 1 und VB2 liegenden Abschnitte des offenen Koaxial leiters sind in dem Ersatzschaltbild Fig. 13 durch die Induktivitäten L01, L02, L03 und Lw der entsprechenden Leiterabschnitte dargestellt. Am Ort der bewegbaren Verbraucher VB 1 und VB2 bilden d ie ubertragerkopfe mit i hren Ferritkernen, w ie anhand der Fi guren 7 bis 9 gezeigt wird, die beruhrungslosen Übertrager mit den Hauptinduktivitaten Lm und L HΣ. Zu r E rläuterung der ind ividuellen Steuerung und Regelung des Leistungsflusses der einzelnen, über einen gemeinsamen Koaxial leiter gespeisten Verbraucher, ist für den Verbraucher VB2 das Ersatzschaltbild des Übertrager kopfes mit einer Leistungsstell- und Regeleinrichtung dargestellt. Die sekundarseitige Streuinduktivitat L2' und der Magnetisierungsstrom Iμ des Übertrager kopfes sind den Figuren 7 bis 9 entsprechend durch d ie Kapazitäten C2' und C kompensiert, so daß bei der Resonanzfrequenz fo des Mittelfrequenzgenerators MFG1 d ie Indu ktivität L2' mit C2' einen Reihenschwingkreis in Resonanz und L H2 mit C einen Parallelschwingkreis in Resonanz bilden.

Bei dieser vollständigen Kompensation des Ü bertrager Kopfes sind der Strom I i des Koaxialleiters und die Grundschwingung αes Stromes I E' am Eingar g der zur Kapazität C paral lel l iegenαen Gleιcnrιchterbruc-> e GB identisch.

Dieser Strom fließt im Gleichstromzwischenkreis als Gleichstrom JZ über die Induktivität LZ und abwechselnd über die Diode D oder den steuerbaren Halbleiterschalter S. Das richtet sich danach, ob der Schalter S sperrt oder leitet. Bei gesperrtem Schalter S wi rd der Strom jz über die Diode D einem Gleichspannungspufferkondensator C G zugeführt, bei leitendem Schalter dagegen an dem Kondensator CG vorbei geleitet. Eine Regeleinrichtung RG steuert den Schalter S mit einer hohen Taktfrequenz abwechselnd in den leitenden und sperrenden Zustand, wobei die relativen Sperrzeiten so eingestellt werden, daß an einem oder mehreren Gleichspannungsverbrauchern V BG bei beliebiger Stromaufnahme die gewünschte Spannung U G gebi ldet wird. Wegen der Einprägung der Ströme Ii und I E' stel lt sich dabei an der Hauptinduktivität LH2 die Spannung U 2 so ein, daß das Produkt U v2 . I i dem Leistungsverbrauch entspricht.

Fig. 14 zeigt das Zeigerdiagramm zu dem Ersatzschaltbi ld eines Gesamtsystems nach Fig. 13. Die Teilspannungen U01, U 02, U03 und Uw an den Induktivitäten der Koaxialleiterabschnitte sind durch Strichpunktlinien dargestellt und haben gegenüber dem punktierten Koaxial leiterstrom Ii eine um 90 ' vorauseilende Winkellage. Sie werden durch die gestrichelten Pfeile U κι, U κ2 und U S weitgehend kompensiert. An den Stellen, an denen sich gerade ein bewegbarer Verbraucher befindet, entstehen an den Hauptinduktivitäten Lm und L H2 der Übertrager köpfe entsprechend der übertragenen Leistung die ausgezogenen und mit dem Koaxial leiterstrom I i weitgehend phasengleichen Spannungen U vi und U v∑. Wegen der nahezu vollständigen Kompensation der Übertragerkopf- und Koaxialleiterinduktivitäten ist die Eingangsspannung U i des Koaxial leiters ebenfalls annähernd phasengleich mit dem Koaxial leiterstrom und etwa gleich der Summe der Spannungen U vi und U v ₂ an den elektrisch in Reihe geschalteten übertragerköpfen.