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Stromversorgungsanlage
Es sind Stromversorgungsanlagen vorgeschlagen worden, in welchen der Verbraucher von dem Wechselstromnetz über einen Transformator mit vorgeschalteter gleir. hstromvormagnetisierter Regeldrossel und einem Gleichrichter gespeist wird und wobei gleichzeitig in der Anordnung eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, die einem Ansteigen des Verbraucherstromes über einen vorbestimmten zugelassenen Grenzwert vorbeugen soll. Für diese Strombegrenzung ist dabei eine Einrichtung benutzt worden, in welcher ein auf der Wechselstromseite angeschlossener Stromwandler einen Gleichrichter speist, welcher in der Vergleichsleitung zwischen dem Ausgang der Regelstrecke und dem Eingang des Reglers liegt.
Von einem bestimmten Laststrom ab findet eine Überlagerung der dem Wechselstrom bei gleichstromseitiger Belastung der Anlage proportionalen, gleichgerichteten Stromkomponente über den Istwert des der Regelgrösse proportionalen Vergleichsstromes statt. Bei dieser Anordnung kann offenbar die Stromkurvenform des Wechselstromes in unerwünschter Weise auf den Steuerkreis des Vorverstärker bzw. der Hauptregeldrossel einwirken, da der Stromwandler diese Kurvenform sekundärseitig abbildet.
In solchen Stromversorgungsanlagen kann es notwendig werden, eine sehr starke Absenkung der Ausgangs-bzw. Verbraucherspannung durchzuführen. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Verbraucherwiderstand auf einen sehr geringen Widerstandswert absinken kann. Ein weiteres Beispiel für eine solche gegebenenfalls notwendige Spannungsabsenkung liegt in einer Anlage vor, in welcher neben einem Hauptgleichrichter ein Zusatzgleichrichter vorhanden ist und der Hauptgleichrichter für die Speisung des Verbrauchers bestimmt ist, während der Zusatzgleichrichter in Verbindung mit dem Hauptgleichrichter für die Ladung und/oder die Ladungserhaltung einer Batterie benutzt wird.
Ist in einer solchen Anlage durch eine Inanspruchnahme der Batterie während des Betriebes die Batteriespannung stark abgesunken, so ist es gewöhnlich üblich, eine Aufladung der Batterie zunächst in einem Bereich mit konstantem Strom und nach Erreichung der Gasungsspannung der Batterie, bei Bleizellen z. B. von etwa 2, 4 Volt/Zelle, die Ladung weiter mit etwa konstanter Spannung durchzuführen. Während des ersten Teiles einer solchen Ladung der Batterie mit etwa konstantem Strom ist es erwünscht, in einer solchen Einrichtung eine entsprechende Strombegrenzungseinrichtung als Überlastungsschutz für das LadegerNt vorzusehen.
In den beiden genannten praktischen Beispielen ist also eine starke Spannungsabsenkung der vom Gleichrichter gelieferten Spannung notwendig. Untersuchungen haben nun ergeben, dass bei einer solchen starken Spannungsabsenkung die oben beschriebene Strombegrenzungsanordnung mit Wechselsttomwandler nicht mehr ganz befriedigend arbeitet. Bei einer sehr starken Spannungsabsenkung wird offenbar in der Anlage die einwandfreie Wirkungsweise des Stromwandler für die Herbeiführung der Strombegrenzung nachteilig beeinträchtigt, denn es gelang, nur eine Kennlinie zu erreichen, nach welcher die Spannungabsenkung noch an eine gleichzeitige Zunahme des Belastungsstromes gebunden war. Es konnte bisher nicht eindeutig festgestellt werden, welches die physikalischen Ursachen sind.
Es wird vermutet, dass eventuell Sättigungserscheinungen an dem Stromwandler eine Rolle spielen können. Ferner kann diese Erscheinung, dass sich nur eine mit geringer Steilheit abfallende Kennlinie ergab, auch darauf zurückzuführen sein, dass bei der starken Spannungsabsenkung, die durch die Wirkung der gleichstromvormagnetisierten Regeldrossel herbeigeführt werden muss, der Strom über die Primärwicklung des Speisetransformators eine solche ungünstige Kurvenform annimmt, dass er durch seine starke Behaftung mit Oberwellen
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keine einwandfreien wirksamen Werte für die Speisung der Strombegrenzungsdnric ! 1tung liefern kann.
Diese Mängel der früher vorgeschlagenen Stromversorgungsanlagen, in welchen der Verbraucher vom Wechselstromnetz über eine Regeldrossel und einen Gleichrichter unterhalb eines Grenzstromwertes des Belastungsstromes mit etwa konstanter Spannung und beim Erreichen des Grenzstromwertes mit etwa konstantem Strom gespeist werden soll, lassen sich durch die Anwendung der Erfindung beseitigen.
Erfindungsgemäss wird zur Erzielung dieses Effektes die Regeldrossel im Bereich der Regelung 1Ut konstante Spannung in einem ersten Stromkreis abhängig von einem Sollwertgeber vormagnetisiert und in einem zweiten Stromkreis abhängig von der Verbraucherspannung vormagnetisiert, während mit Erreichen des zulässig, oberen Grenzstromwertes der Belastung ein auf der Gleichstromseite der Anlage vorgesehener Gleichstromwandler durch den von ihm gemessenen Laststrom die Vormagnetisierung in dem zweiten Stromkreis bestimmt.
In dieser Anordnung liegt die Gleichrichterbrückenschaltung des Wandlers mit ihrer Durchlassrichtung gleichsinnig mit der Richtung des Vormagnetisierungsstromes, der von der Verbraucherspannung hervorgerufen wird, im Zuge des Vormagnetisierungsstromkreises, und mit Erreichen des Grenzstromwertes speist die Gleichrichterbrückenschaltung zusätzlich einen vorzugsweise einstellbaren Mit- rückkopplungs -Vormagnetisierungsstromkreis an dem Gleichstromwandler.
Um eine solche Anordnung verschiedenen Verhältnissen anpassen zu können, kann es sich als zweckmässig erweisen, die Rückkopplungs-Vormagnetisierung des Gleichstromwandlers einstellbar einzurichten. Eine solche Einstellung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein im RückkopplungsMagnetisierungsstromkreis vorgesehener besonderer Widerstand einstellbar ist.
Eine beispielsweise Anordnung für die Anwendung der Erfindung veranschaulicht die Figur der Zeichnung. In dieser liegt an den Klemmen l und 2 das speisende Wechselstromnetz. Von den Klemmen 1, 2 wird über die Regeldrosseln 3a und 3b, welche in Sättigungswinkelsteuerung arbeiten, den Transformator 4, den Gleichrichter 5 in Brückenschaltung und die Glättungsmittel, bestehend aus der Drossel 6 und dem Kondensator 7, der Verbraucher 8 gespeist. Die vom Arbeitsstrom durchflossenen Wicklungen der Regeldrosseln 3a und b sind mit 3al und Sb. bezeichnet.
In Reihe mit der Wicklung 3al liegt ein Ventil Vl ; in Reihe mit der Wicklung 3beliegt ein Ventil V2. 3az und 3b2 bezeichnen zwei Vormagnetisierungswicklungen, welche von einem Sollwertgeber 9 für die Ausgangsspannung am Verbrauchen 8 gespeist werden. Die Vormagnetisierungswicklungen 3aa und 3b werden in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Gleichrichteranordnung bzw. der Verbraucherspannung gespeist. Dieser Vormagnetisierungsstromkreis verläuft vom Punkt 10 der Schaltung über die Leitung 11, die Vormagnetisierungswicklungen 3a3 und 3b3, die Widerstände 12 und die Drossel 13 und den Gleichrichter in Brückenschaltung 14 zum Punkt 15 der Schaltung. Die Gleichrichterbrücke 14 gehört aber dem Ausgang eines Gleichstromwandlers 16 an.
Der Gleichstromwandler besteht im übrigen aus den beiden Drosseln 16a und 16b. Die Wick-
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gende Hilfswechselspannung erzeugt wird und seinen Weg über die Ventile der Gleichrichterbrücke 14 nimmt. An den Ausgang der Gleichrichterbrücke 14 sind die Rückkopplungswicklungen 16a und 16ba angeschlossen. Sie liegen hiebei in Reihe mit dem Widerstand 19. Die Wicklungen I6a ! und 16b, sowie die Wicklungen 16as und 16bs sind hiebei in der für Gleichstromwandler üblichen Weise derart geschaltet, dass die aus dem Wechselstromkreis in diese Wicklung induzierten Wechselspannungen gegeneinander gerichtet sind.
Eine solche Schaltung hat die Eigenart, dass bis zu einem gewissen Grenzstromwert des vom Gleichstromwandler gemessenen Gleichstromes die Vormagnetisierung der Regeldrossel an ihren Wicklungen Sag und 3bs nur bestimmt ist durch die Spannung, welche an den Punkten 10 und 15 der Schaltung liegt. Sobald der vom Gleichstromwandler auf seiner Sekundärseite gemessene Strom jedoch einen vorbestimmten oberen Grenzstromwert überschreitet, der bestimmt ist durch einen bestimmten Spannungs-
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Spannung an den Klemmen 10 und 15 über die Wicklungen 3as und 3b, gelieferte Strom die Ventile der Gleichrichterbrücke 14 in Flussrichtung durchfliesst, wobei er sich gleichmässig auf die parallelen Zweige über die beiden Reihenschaltungen der Ventile aufteilt.
Ebenso wird die Gleichrichterbrücke 14 über den
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Dieser über den Gleichstromwandler 16 zugeführte Strom fliesst nun in der Weise über die Gleichrichterbrücke 14, dass in deren diagonal gegenüberliegenden Zweigen in jeder Halbperiode des Hilfswechselstromes des Gleichstromwandlers jeweils die Summe bzw. die Differenz des halben über die Klemmen 10 und 15 gelieferten Stromes und des halben vom Gleichstromwandler 16 zufliessenden Stromes gebildet wird, solange der über den Gleichstromwandler 16 gelieferte Strom kleiner ist als derjenige Strom, der abhängig von der Spannung an den Verbraucherklemmen 10 und 15 über die Wicklungen 3a und 3b3 geschickt wird.
Der Gleichstromwandler 16 arbeitet also solange im Kurzschluss, wie der über ihn gelieferte Strom die entsprechenden Zweige der Gleichrichterbrücke 14 in Sperrichtung der in ihnen liegenden Ventile passieren kann, d. h. solange der aus der jeweilig genannten Differenzbildung resultierende Strom in den betreffenden Zweigen der Gleichrichterbrücke 14 in Durchlassrichtung fliesst. Wird der über den Gleichstromwandler 16 gelieferte Strom grösser als der abhängig von der Spannung an den Verbraucherklemmen 10 und 15 gelieferte Strom, so fliesst der in der Gleichrichterbrücke 14 gleichgerichtete Differenzwert dieser beiden Ströme zusätzlich zu dem Wert des abhängig von der Spannung an den Klemmen 10 und 15 gelieferten Stromes über die Wicklungen 3as und 3b3.
In je zwei Zweigen der Gleichrichterbrücke 14 tritt an dem Ventil eine Sperrspannung auf, und an dem gleichstromseitigen Ausgang der Brücke 14 tritt eine über den Gleichstromwandler 16 gelieferte, zwar aU3 den Wicklungen Sag, 3b3, dem Widerstand 12 und der Drossel 13 entsprechende treibende Spannung auf, die die Differenz der von der über 16 und an den Klemmen 10,15 gelieferten Ströme über diese genannte Bürde treibt.
Nach dem Eintreten dieses Zustandes wirkt also als beeinflussender Strom in den Wicklungen 3as und 3bs der beiden Drosseln 3a und 3b die Summe aus dem von den Klemmen 10 und 15 gelieferten Strom und aus der Differenz der über den Gleichstromwandler 16 und von den Klemmen 10 und 15 gelieferten Ströme, somitalso resultierend der über den Gleichstromwandler 16 gelieferte, durch die Gleichrichterbrücke 14 gleichgerichtete Strom.
Dieser Zustand dauert solange an, bis der Strom über den Gleichstromwandler 16 wieder unter den Wert desjenigen Stromes absinkt, der abhängig von der Spannung an den Klemmen 10 und 15 der Anordnung über die Steuerwicklungen 3as und 3bs der Teildrosseln 3a und 3b der Regeldrossel 3 fliesst, so dass dieser der durch die Wicklungen 3as und 3bs fliessende Steuerstrom ist und der Wandler 16 damit an seinem sekundärseitigen Ausgang wieder im Kurzschluss arbeitet. Durch die Anwendung der Rückkopplung an dem Gleichstromwandler ergibt sich, wie die Untersuchungen gezeigt haben, in der erwünschen Weise ein sehr steiler Abfall der Spannungsstromkennlinie mit Erreichen des vorbestimmten Grenzstromwertes.
Durch Einstellung des Masses der Rückkopplung an den Rückkopplungswicklungen 16as und 16b, kann eine entsprechende erwünschte Anpassung der Kurvensteilheit erreicht werden. Für diesen Zweck ist es vorteilhaft, wenn der Widerstand 12 einstellbar eingerichtet ist, so dass also die Spannungsstromkennlinie eine erwünschte Einstellung erfahren kann.
Es kann sich ausserdem als zweckmässig erweisen, in dem zweiten Vormagnetisierungsstromkreis der Regeldrosseln 3a und 3b, der über die Wicklungen 3as und 3bs verläuft, eine Drossel 13 anzuordnen, welche bereits in der vorstehenden Beschreibung Erwähnung gefunden hat.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Spannung, welche am Ausgang der Gleichrichterbrücke 14 entsteht, praktisch etwa der Spannungsabsenkung entspricht, welche zwischen den Punkten 10 und 15 der Schaltung zufolge des Wirksamwerdens der Strombegrenzung zwischen der Einleitung dieser Strombegrenzung und dem Endwert, wenn die Strombegrenzung wirksam geworden ist, auftritt.
Bezeichnet man nämlich mit Ut4 diejenige Spannung, welche am Ausgang der Gleichrichterbrücke 14 entsteht, weiterhin mit U8E die Spannung, welche am Verbraucher 8 bzw. zwischen den Punkten 10 und 15 der Schaltung besteht, bevor die Stromabsenkung an der Anordnung in Wirkung gesetzt wird, mit U8Bdiejenige Spannung,
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ss denlich U= U -Uss, d. h. aber, die Absenkung der Ausgangsspannung.
welche durch die Strombegrenzung von ihrem Wert vor der Strombegrenzung auf den Wert nach der Strombegrenzung stattfindet, ist gleich demjenigen Wert, der als Spannung an dem Ausgang der Gleichrichterbrticke 14 und damit für die Speisung der Rückkopplungswicklungen 16as und 16bs an dem Gleichstromwandler 15 bestimmend ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromversorgungsanlage, in welcher der Verbraucher vom Wechselstromnetz über eine Regeldrossel (3) und einen Gleichrichter (5) unterhalb eines Grenzstromwertes des Belastungsstromes mit etwa konstanter Spannung und beim Erreichen des Grenzstromwertes mit etwa konstantem Strom gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeldrossel (3) im Bereich der Regelung auf konstante Spannung in einem ersten Stromkreis abhängig von einem Sollwertgeber (3) für die Eingangsspannung und in einem zweiten (an die Klemmen 10 und 15 über die Leitung 11 angeschlossenen) Stromkreis abhängig von der Spannung am Verbraucher (8) (über die Wicklungen 3az.
3b2) vonnagnetisiert wird, während mit Erreichen des zulässigen oberen Grenzstromwertes der Belastung (8) ein auf der Gleichstromseite der Anlage vorgesehener Gleichstromwandler (16) durch den von ihm gemessenen Laststrom die Vormagnetisierung (über die Wicklungen 3a3'3b3) in dem zweiten Stromkreis bestimmt, indem die Gleichrichterbrückenschaltung (14) des Wandlers (16) mit ihrer Durchlassrichtung gleichsinnig mit der Richtung des von der Verbraucherspannung (8) hervorgerufenen Vormagnetisierungsstromes im Zuge des Vormagnetisierungsstromkreises liegt (über die Wicklungen 3a3'3b3) und mit Erreichen des Grenzstromwertes einen vorzugsweise einstellbaren Mitrückkopplungs-Vormagnetisierungs-Stromkreis (über die Wicklungen 16a , 16b3) an dem Gleichstromwandler (16) speist.