Magnetische Wechselspannungskonstanter bestehen im wesentlichen aus einem Spezial-Transformator und einem Kondensator und werden zwischen Netzseite und Verbraucher eingefügt. Sie sind wartungsfrei, kurzschlußfest, störspannungssicher und wurden für den industriellen Einsatz in elektronischen Steuerungen, Regeleinrichtungen, Analysegeräten usw. entwickelt.

Die Konstanter stabilisieren schwankende Netzspannungen, überbrücken kurzzeitige Spannungseinbrüche bis zu etwa einer halben Periodendauer (10ms) und unterdrücken Störspannungsspitzen von Motorschaltern, Thyristorreglern usw.

Um die Vorteile der neuen Technologie würdigen zu können, sollen zunächst der ganz ordinäre Transformator und danach das Prinzip der konventionellen Ferroresonator- Technik vorgestellt werden. Der einfache Transformator besitzt prinzipiell einen aus einzelnen Blechen zusammengesetzten geschlossenen Eisenkern, auf dem die Primärwicklung Wp und die Sekundärwicklung Ws angebracht sind, siehe Bild 1. Beide Wicklungen sind über den Eisenkern magnetisch miteinander gekoppelt.

Legt man an die Primärwicklung eine Wechselspannung Up, erzeugt der Strom Ip einen magnetischen Fluß phi(p) im Eisenkern. Dieser Fluß induziert in der Sekundärwicklung eine Spannung Us, die der Primärspannung proportional ist (Us = Up • Ws/Wp). Die Magnetisierungskurve eines typischen Eisenkerns ist in Bild 2 dargestellt.

Steigt die Primärspannung, erhöht sich der Magnetisierungsstrom. Dadurch verstärkt sich auch der magnetische Fluß im Eisenkern, bis der Kern in die magnetische Sättigung gefahren wird. Der Sättigungsbereich beginnt beim Knie der Magnetisierungskurve. Solange der Trafo im linearen Bereich unterhalb des Knies arbeitet, bewirkt eine Änderung der Primärspannung eine proportionale Änderung der Sekundärspannung.

Bei den ersten Entwicklungen wurde ein normaler Trafo verwendet, in Reihe mit der Primärwicklung lag jedoch ein Kondensator C, siehe Bild 3. Große Eingangsspannungsänderungen werden durch den Sättigungsbetrieb abgeflacht, so daß eine annähernd konstante Ausgangsspannung ansteht. Die Anordnung weist jedoch einen extrem schlechten Leistungsfaktor auf. Bei einer Sekundärbelastung von 1 kVA muß die Primärseite durch den hohen Blindstrom für ca. 50 A ausgelegt sein!
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Durch eine andere Form des Eisenkerns (magnetischer „Shunt" mit Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärkreis) und durch einen Kondensator parallel zur Sekundärwicklung wurden die vorher genannten Probleme beseitigt. Bild 4 zeigt das Prinzip. Hierbei bildet die Sekundärwicklung mit dem Kondensator einen Parallelschwingkreis, in dem der vom Magnetisierungsstrom erzeugte Fluß eine Spannung induziert. Die Sekundärspannung bewirkt einen kapazitiven Strom, der wiederum einen magnetischen Fluß hervorruft, der mit dem von der Primärspannung erzeugten Fluß in Phase ist. Der Sekundärfluß darf den Sekundärkern in die Sättigung treiben, während der Primärkern im linearen Bereich bleibt!

Falls der Luftspalt richtig bemessen ist, wird ein bestimmter Teil des Primärflusses „kurzgeschlossen" und ist nicht mit dem Sekundärkreis verkoppelt. Andererseits kann ein Teil des Sekundärflusses nicht auf die Primärseite gelangen. Der magnetische Shunt bewirkt, daß der Sekundärkreis des Kerns in der Sättigung und der Primärkreis im linearen Bereich betrieben wird.
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• Up = Eingang sspannu ng
• Us = Ausgangsspannung
• E = Eingangswicklung
• K = Kompensationswicklung
• R = Resonanz- und Ausgangswicklung
• 0 = Oberwellenkompensationswicklung
• ST 1,2 = Streuluftspalt
• C = Resonanzkondensator

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Bei dieser Anordnung werden die durch Schwankungen der Primärspannung hervorgerufenen Änderungen des Primärflusses über den Luftspalt geleitet, so daß die Spannung des in der Sättigung betriebenen Sekundärkreises verhältnismäßig konstant bleibt. Die Sättigung des Sekundärkreises erfolgt in jeder Halbwelle, bevor die Primärspannung ihren Spitzenwert erreicht. Durch den Sättigungsbetrieb ist die Sekundärspannung nicht mehr sinusförmig; da der Sekundärkreis aber als Parallelschwingkreis ausgebildet ist, wird eine einigermaßen sinusförmige Spannung erzeugt, deren Kurvenform allerdings noch lastabhängig ist.

Hier hilft man sich nun mit einem Trick. Auf der Sekundärseite ist eine Oberwellenkompen- sationswicklung hinzugefügt worden, die über den Luftspalt ST2 magnetisch verkoppelt ist. In ihr wird eine oberwellenhaltige Spannung in Höhe der zu kompensierenden Oberwellenspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung entgegenwirkt und so deren Oberwellenanteile reduziert. Konstanter, die nach dieser Methode arbeiten, eignen sich sehr gut für Computeranwendungen.