CH434445A - Einrichtung zur unmittelbaren, statischen Entzerrung von Wechselspannungen - Google Patents

Description

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 Einrichtung zur unmittelbaren, statischen Entzerrung von    Wechselspannungen   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur unmittelbaren statischen Entzerrung von Wechselspannungen. Bei einer    Entzerrung   einer Wechselspannung    kann   es sich um eine Entzerrung hinsichtlich linearer oder nichtlinearer Verzerrungen oder beider handeln. 



  Bei Anschluss eines Verbrauchers an das Wechselstrom-Ortsnetz der    Elektrizitäts-Gesellschaften   muss in Kauf genommen werden, dass die zur    Verfügung   stehende Wechselspannung    Amplituden-Schwankungen   und Verzerrungen aufweist, bedingt durch die verschiedene Art der an diesem Netz angeschlossenen Verbraucher und den wechselnden Last-Verhältnissen. Schaltvorgänge im Ortsnetz können auch relativ hohe    Tran-      sienten   erzeugen, die für viele Anwendungen unzulässig sind. 



  Um die Qualität einer solchen Wechselspannung zu verbessern, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Zur Spannungsstabilisierung verwendet man entweder motorangetriebene Regeltransformatoren    oder   magnetische    Spannungs-Gleichhalter,   zum Herabsetzen der nichtlinearen Verzerrungen abgestimmte    Resonanz-Fil-      ter.   In letzter Zeit werden auch    Halbleiter-Stabilisatoren   verwendet, die dadurch, dass sie den Wechselstrom noch mehr verzerren, nachgeschaltete Filter    erfordern.   



  Alle diese Einrichtungen weisen Nachteile auf, die für hohe Ansprüche nicht in Kauf genommen werden können. Die motorangetriebenen Regeltransformatoren haben wohl einen hohen Wirkungsgrad, weisen aber eine    Regel-Zeitkonstante   auf, die in der Grössenordnung von Sekunden liegt und sind nicht in der Lage, nichtlineare Verzerrungen auszugleichen. Magnetische    Span-      nungs-Gleichhalter   haben eine viel kleinere    Regel-Zeit-      konstante,   bringen aber zusätzlich nichtlineare Verzerrungen; der Ausgangsstrom muss also für hohe Ansprüche gefiltert werden.

   Elektronische Stabilisatoren, die durch Anschnitt-Steuerung oder Amplituden-Begren-    zung   arbeiten, haben wohl eine sehr kleine    Zeitkonstan-      te,   bringen aber ebenfalls    zusätzliche      nichtlineare   Verzerrungen, die wieder ausgefiltert werden müssen. 



  Für höchste Ansprüche in bezug auf    Spannungs-      Konstanz,      Transienten   und    Kurvenform   war man bis heute auf den mittelbaren Weg angewiesen (z. B. rotierende    Umformergruppen)   oder auf die    Verwendung   statischer Wechselrichter über den Umweg einer Gleichspannung. Diese Lösungen    sind   aber, abgesehen vom schlechten Wirkungsgrad, nur für grössere Leistungen wirtschaftlich, platzraubend und z. T. geräuschvoll. 



  Die Einrichtung gemäss der    vorliegenden      Erfindung   erlaubt es, praktisch    beliebigvollkommene      Sinusspan-      nungen   konstanter Amplituden mit hohem Wirkungsgrad zu erhalten, durch unmittelbare Verarbeitung der    Ortsnetz-Spannung,   ohne nachträgliche    kostspielige      und   platzraubende    Filterung.   



  Die Wirkungsweise sei anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels erläutert. Bei diesem Beispiel    soll   eine    Wechselspannung   hinsichtlich ihrer linearen Verzerrungen    (Amplituden-Stabilisierung)   und ihrer nichtlinearen Verzerrungen entzerrt werden. Im Strompfad einer Wechselstrom-Versorgung    liegt   eine    Gleichrichter-Brückenschaltung      Si1-Si4,   deren Diagonalpfad durch    einen   oder mehrere Transistoren    (Tsl)      gebildet   wird der durch    Steuerung   als variabler Widerstand wirkt. 



  Es wird eine Steuerspannung für die    Diagonal-      Transistoren   verwendet, die aus der Differenz zwischen einem gleichgerichteten, jedoch    ungefilterten   Abbild der    Ausgangs-Spannung   und    einer   gleichgerichteten, ebenfalls ungefilterten    sinusförmigen      Amplituden-stabilen      Referenzspannung   gebildet wird, wobei die Referenzspannung auf einfache Art durch synchronen Anstoss eines    Parallel-Resonanz-Schwingkreises   durch die Netzwechselspannung gewonnen    wird.   



  Das von einer    Hilfswicklung   des Ausgangs-Auto- 

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    transformators      Trl   gewonnene Abbild der    Ausgangs-      Spannung   wird in der    Gleichrichter-Brückenschaltung      Se5-8   gleichgerichtet und mit der aus    Tr2   gewonnenen, durch    Se9-12   ebenfalls gleichgerichteten Referenz-Spannung, über    R2-R3   verglichen. Der Momentanwert der    Spannungs-Differenz   wird dem oder den    Diagonal-Zweig-Transistoren   als Steuerspannung zugeführt. 



  Es ist ohne weiteres    ersichtlich,   dass dadurch der Widerstand der Diagonal-Transistoren derart verändert wird, dass die    Ausgangs-Spannung   versucht, sich an die    Referenz-Spannung   anzuschmiegen. Die Vollkommenheit,    mit   der dies gelingt, ist nur abhängig von der Stromverstärkung und der Zeitkonstante der verwendeten Transistoren. Dass dabei auch    Transienten   der    Speise-Wechselspannung      eliminiert   werden, ist    ebenfalls      offensichtlich,   wenn man weiss, dass moderne Transistoren    Grenzfrequenzen   in der Grössenordnung von MHz haben. 



  Die    amplitudenkonstante,      sinusförmige   Referenzspannung wird auf einfachste    Art   erzeugt durch Anstoss eines    Parallel-Resonanz-Schwingkreises      C1/L1   mit hohem < < Q , durch die    Eingangs-Spannung      via      Tr2,   über die Schaltglieder    R7/C3/R5,   was einen streng synchronen Anstoss des Schwingkreises gewährleistet, jeweils im    Amplituden-Maximum   der Eingangs-Spannung.

   Die    Amplituden-Konstanz   wird erreicht durch    Stabilisierung   der über den Gleichrichter    Sel-Se4   gewonnen und mit    R4/C2      gefilterten      Speise-Gleichspannung   für den Schwingkreis    Ll/C1   mittels    Z1.   (Das    Selen-Schutzventil      Se14      parallel   zu den Diagonal-Transistoren dient als deren Schutz gegen    Überspannung   im Störungsfall    Tyl,      R1,   R6 als deren Schutz gegen Überstrom durch Betätigung eines    überstromschutzes,   im vorliegenden    Fall   der Sicherung S1.)

   Falls es sich nur um eine Entzerrung hinsichtlich der nichtlinearen Verzerrungen ohne Stabilisierung der Amplitude der    Ausgangsspannung   handelt, kann beim dargestellten    Ausführungsbeispiel   das Element Z1 weggelassen werden. Mit    Vorteil   wird jedoch eine andere Lösung gewählt. Es werden alle rechts der Linie    A-A      liegenden   Teile der Figur weggelassen wobei die    Referenzspannung   über eine weitere    Wicklung   des Transformators    Trl   abgenommen und über ein Resonanzfilter an die    Klemmen   a und b angelegt wird. Dieses Resonanzfilter besteht z.

   B. aus einem Längsglied    mit   einem nachfolgenden Querglied, wobei das Längsglied aus einem    LC-Serieresonanzkreis   und das Querglied aus einem    LC-Parallelresonanzkreis   besteht. Diese zweite Lösung hat den Vorteil, dass sie    eine   weitergehende Entzerrung gestattet. 



     Eine   Erhöhung der Wirkung der Schaltung, ob sie nun zur Entzerrung hinsichtlich der nichtlinearen Verzerrungen allein oder sowohl der linearen als auch der nichtlinearen Verzerrungen dienen soll, ist dadurch möglich, dass man die über    R2   -R3 auftretende    Differenz-      spannung   vor ihrer    Anlegung   an den Transistor    Ts1   verstärkt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur unmittelbaren statischen Entzerrung von Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung im Hauptstromkreis zwischen ihrem Eingang und Ausgang eine Gleichrichterbrücke aufweist, in deren einer Diagonale mindestens ein Halbleiter-Ver- stärkerelement liegt, welches durch die Differenzspan- nung zwischen einer ungeglätteten gleichgerichteten Wechselspannung, die ein Abbild der Ausgangsspannung darstellt, und einer ebenfalls ungeglätteten gleichgerichteten Referenzspannung derart gesteuert wird,

   dass die Ausgangsspannung unabhängig von der Kurvenform der Eingangsspannung ein Abbild der Referenzspannung wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet@ dass die Halbleiter-Verstärkerelemente in der Brückendiagonale aus Transistoren bestehen. 2. Einrichtung nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch einen Resonanzschwing- kreis, welcher von der Eingangsspannung synchron und mindestens einmal pro Periode der Eingangsspannung angestossen wird zwecks Erzeugung der Referenzspan- nung. 3.

   Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwecks Stabilisierung der Amplitude der Ausgangsspannung Mittel aufweist, um die dem Resonanzschwingkreis zugeführte Speisegleichspannung zwecks Erzielung einer konstanten Amplitude der Referenzspannung zu stabilisieren, so dass die Ausgangsspannung unabhängig von der Kurvenform und von Ampliiudenschwankungen der Eingangsspannung ein Abbild der Referenzspannung wird und eine konstante Amplitude aufweist. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch, bei welcher die Amplitude der Referenzspannung mit der Amplitude der Eingangsspannung schwankt, gekennzeichnet durch Mittel, um von der Ausgangsspannung über ein Resonanzfilter die Referenzspannung zu gewinnen. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch Mittel zur Verstärkung der Diffe- renzspannung vor deren Anlegung an die Diagonaltransistoren. 6.

   Einrichtung nach Unteranspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Diagonale eine Serieschaltung eines linearen mit einem nichtlinearen Widerstand parallelgeschaltet ist, derart, dass bei zu hoher Spannung an der Diagonale der Spannungsabfall am linearen Widerstand einen Thyristor zündet, der eine Überstrom-Schutzvorrichtung der Diagonaltransistoren zum Ansprechen bringt und diese dadurch vor Schaden durch Überbeanspruchung schützt.