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Die Erfindung betrifft eine Siebschaltung für Mehrphasennetzgleichrichter mit niederohmiger Last und mit einem oder mehreren Kondensatoren am Gleichspannungsausgang und Diodenanordnung im Ladekreis des Kondensators, sowie einer zur Ladediode (n) antiparallel geschalteten Halbleiterelementanordnung etwa zur Versorgung von Relaissteuerungen oder elektronischen Einrichtungen. Vorzugsweise finden dreiphasige Netze Verwendung, wobei sich die Erfindung jedoch nicht darauf beschränken soll.
Die ungeglättete Ausgangsspannung eines Vollweggleichrichters, der von einem dreiphasigen Netz gespeist wird, hat eine charakteristische Welligkeit von zirka 13% der mittleren Gleichspannung. Eine Welligkeit dieser Grössenanordnung und noch zusätzliche Netzspannungsschwankungen von : 15% stellen für Relaissteuerungen und auch für Einrichtungen mit elektronischer Feinstabilisierung kein Problem dar. In vielen Fällen können jedoch der Netzspannung Schwingungen relativ niedriger Frequenz und grosser Amplitude überlagert sein, was einerseits zu einem kurzzeitigen Ausbleiben (einige ms), anderseits aber auch zu starken Überhöhungen der Ausgangsgleichspannung des Netzgleichrichters führen kann.
Sehr ausgeprägt sind diese Effekte bei einer automatischen Blindleistungskompensation durch Phasenschieberkondensatoren, die je nach Bedarf dem Netz, von dem z. B. auch der Gleichrichter gespeist wird, parallel geschaltet werden. Im ungünstigsten Fall, das ist z. B. dann, wenn die erste Stufe der Phasenschieberkondensatoren auf das kapazitiv unbelastete Netz womöglich noch im Spannungsmaximum parallel geschaltet wird, tritt eine gedämpfte Schwingung auf, deren Frequenz durch die Grösse des Phasenschieberkondensators und die Induktivität des Netzes (Streuinduktivität des Hochspannungstransformators) gegeben ist und in der Grössenordnung von 1 kHz liegt.
Die Amplitude der Schwingung hat unmittelbar nach dem Schaltvorgang nahezu dieselbe Höhe wie die Netzspannung und ist letzterer überlagert, d. h. die vom Gleichrichter abgegebene Gleichspannung schwankt zwischen 0 und dem doppelten Nennwert. Es leuchtet ein, dass dadurch schwere Störungen auftreten können. Durch die Amplitude, die infolge ihrer grossen Energie von üblichen Schutzelementen für Schaltüberspannungen nicht absorbiert werden kann, können Zerstörungen auftreten und durch die kurzen Unterbrechungen der Gleichstromversorgung gehen vor allem in Schaltungen zur Speicherung, sei es in Relaissteuerungen mit Selbsthalteschaltungen, aber auch in elektronischen Speichern, Informationen verloren. Umfangreiche Relaissteuerungen haben einen derart hohen Stromverbrauch, dass eine herkömmliche Siebung der Gleichspannung problematisch ist.
Zur Stützung der Gleichspannung sind Kapazitäten von einigen Zehntel Farad nötig, die wegen des Volumens nur als Elektrolytkondensatoren ausgeführt werden können.
Elektrolytkondensatoren können infolge eines nennenswerten Verlustwinkels und der daraus resultierenden Erwärmung jedoch nur einen relativ geringen Wechselstrom ableiten und sind daher unmittelbar zur Siebung der welligen Ausgangsspannung des Gleichrichters nicht geeignet. Nennenswerte Temperaturerhöhung setzt zudem die Lebensdauer der Elektrolytkondensatoren wesentlich herab.
Die Erfindung erfüllt die Forderungen hinsichtlich Stützung der Gleichspannung und Absorption der energiereichen Überspannungen, vermeidet aber anderseits eine Erwärmung der Elektrolytkondensatoren durch Wechselstrom infolge der Welligkeit der vom Mehrphasengleichrichter abgegebenen Gleichspannung.
Durch die FR-PS Nr. 1. 474. 138 wurde bereits eine Siebanordnung für eine gleichgerichtete Spannung
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--4--,Widerstand.
In der DE-OS 2226197 erfolgt die Ladung des Kondensators --C-- in der Fig. 4 und 7 bis 10 auch über Dioden, die Entladung des Kondensators-C--jedoch über einen Transistor.
Die erfindungsgemässe Siebschaltung ist gekennzeichnet dadurch, dass auch die antiparallel geschaltete Halbleiterelementanordnung zumindest eine Diode ist, wobei die Summe der Spannungsschwellen beider Diodenanordnungen, bei der noch kein nennenswerter Strom fliesst, grösser ist als die betriebsmässige Welligkeit der Ausgangsspannung des Netzgleichrichters.
Als Vorteile der erfindungsgemässen Schaltung kann angeführt werden, dass bei dieser die Last relativ niederohmig ist, somit also hohe Ströme verbraucht. Die Schaltung gemäss der zitierten FR-PS Nr. 1. 474. 138, welche den Widerstand zur Entladung des Kondensators verwendet, kann Netzspannungseinbrüche in nicht ausreichendem Masse überbrücken, es sei denn, der Widerstand ist sehr niederohmig, wodurch allerdings die begrenzende Wirkung des Ladestromes für den Kondensator verloren geht.
In der DE-OS 2226197 ist für den Transistor, der die Parallelschaltung des Kondensators zur Last bewirkt, eine aufwendige Steuerschaltung nötig. Die erfindungsgemässe Schaltung erfüllt demgegenüber mit
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einfachsten Mitteln alle gestellten Forderungen wie : Herabminderung des Lade- und Entladestromes durch den Kondensator und echte Überbrückung von Kurzunterbrechungen der Netzspannung.
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt an Hand der Zeichnungen, in denen die Fig. l bis 5 mögliche Varianten für verschieden hohe Welligkeit am Beispiel einer dreiphasigen Netzanspeisung (R, S, T) eines Vollweggleichrichters darstellen.
Fig. l zeigt das einfachste Anwendungsbeispiel. Um einen Wechselstrom durch den Kondensator --C-zu vermeiden, muss die Welligkeit der Gleichspannung kleiner als die Summe der Schwellspannungen der Diode-Dl und D2-- sein, das sind bei Siliziumdioden zirka 1, 4 V.
Eine Schaltung gemäss Fig. 2 dient für höhere Welligkeit. Es sind je zwei Dioden --D1, D3 und D2, D4-- in Antiparallelschaltung angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Variante, mit zu der Diode-Dl-antiparallel geschalteten Dioden-D2, D3, D4, D5--.
Fig. 4 zeigt eine praktische Lösung unter Verwendung einer Einphasengrätzbrücke-B-mit einer Wirkung entsprechend der Schaltung nach Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine Erweiterung der Schaltung nach Fig. 4 für hohe Welligkeit mit zwei in Serie geschalteten Einphasengrätzbrücken --B1, B2-- und einem Serienwiderstand --S--. (8 Diodenschwellen ergeben zirka 5, 6 V). Der Widerstand --R-- dient zur Stossstrombegrenzung durch die Grätzbrücken-Bl und B2-- im Falle eines Kurzschlusses im Verbraucherkreis.
Bisher war bekannt, eine Glättung des welligen Ausgangssignals des Netzgleichrichters mittels einer Drossel (die bei hohen Strömen gewaltige Ausmasse annimmt) und nachfolgende Siebung mit direkt zum Verbraucher parallel geschalteten Elektrolytkondensatoren vorzunehmen.