DD159826B1

DD159826B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE TAXED TRANSMISSION OF ELECTRICAL ENERGY

Info

Publication number: DD159826B1
Application number: DD23101281A
Authority: DD
Inventors: Joachim Fechner; Wolfgang Knoeschke; Heinz Engelbrecht
Original assignee: Joachim Fechner; Wolfgang Knoeschke; Heinz Engelbrecht
Priority date: 1981-06-22
Filing date: 1981-06-22
Publication date: 1987-06-24
Also published as: DD159826A1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung wird auf dem Gebiet der Elektroenergieversorgung in Mittelspannungs-Schaltanlagen wirksam und betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung elektrischer Energie aus einem Speisestromkreis über einen Zwischenspeicher in einen Laststromkreis.The invention is effective in the field of electric power supply in medium-voltage switchgear and relates to a circuit arrangement for transmitting electrical energy from a supply circuit via a buffer in a load circuit.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Umwandlung von Gleichspannungen mit einer bestimmten Spannungshöhe in eine andere mit einer größeren bzw. geringeren Spannungshöhe werden allgemein Transverter eingesetzt, die die Energie von einem Speisekreis in einen Lastkreis übertragen. Hierzu ist bekannt, daß als Zwischenspeicher ein Kondensator verwendet wird, der in Parallelschaltung zu Speicherund Lastinduktivitäten geschaltet ist. Diese Schaltung ist sehr aufwendig, da zusätzlich zum Parallelkondensator mehrere steuerbare Gleichrichter und ein Kommutierungskondensator benötigt werden.For the conversion of DC voltages with a certain voltage level into another with a higher or lower voltage level, transducers are generally used, which transfer the energy from a supply circuit in a load circuit. For this purpose, it is known that a capacitor is used as a buffer, which is connected in parallel to Speicherund load inductances. This circuit is very expensive, since in addition to the parallel capacitor several controllable rectifier and a commutation capacitor are needed.

Weiterhin ist nach der DE-AS 1147 678 eine Schaltungsanordnung bekannt, mit der elektrische Energie von einer ersten Batterie auf eine zweite Batterie über eine in einer der Verbindungsleitungen als Zwischenspeicher angeordnete Drosselspule übertragen wird. Es ist auch eine modifizierte Ausbildung dieser Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine zu den Batterien parallel geschaltete Drosselspule verwendet wirdFurthermore, according to DE-AS 1147 678 a circuit arrangement is known, is transmitted with the electrical energy from a first battery to a second battery via a arranged in one of the connecting lines as a buffer inductor. There is also a modified embodiment of this circuit arrangement is known in which a battery connected in parallel with the choke coil is used

Bei beiden Schaltungen ist der Energiefluß umkehrbar. In both circuits, the energy flow is reversible.

Eine Lösung, bei der eine Speicherung einer Energiedifferenz in einem Zwischenkondensator erfolgt, beschreibt die DD-PS 94515. Diese Lösung hat den Nachteil, daß die Eingangsspannung mindestens der doppelten Ausgangsspannung entsprechen muß. Außerdem ist die Lösung nur bei ununterbrochener Speisespannung funktionsfähig. Die DE-OS 2062258 beschreibt einen richtungsunabhängigen, kleinen, leichten Spannungstranformator, der bei Wechsel- wie bei Gleichstrom arbeiten kann und die Energie eines Eingangsspeichers über einen Zwischenspeicher auf den Ausgangsspeicher übertragen wird. Als Energiespeicher werden Kondensatoren verwendet. Alle Umladevorgänge bei der Verwendung eines Kondensators als Zwischenspeicher erfolgen ohne Strombegrenzung. Eine schwingende Umladung wird nicht erwähnt. Damit hat dieses Prinzip den Nachteil eines extrem geringen Wirkungsgrades. Es ist zum Beispiel als Havariespeicher sinnvoll nicht einsetzbar.A solution in which an energy difference is stored in an intermediate capacitor is described in DD-PS 94515. This solution has the disadvantage that the input voltage must correspond to at least twice the output voltage. In addition, the solution is functional only with uninterrupted supply voltage. DE-OS 2062258 describes a direction-independent, small, lightweight Spannungsstranformator that can work in AC as well as DC and the energy of an input memory is transferred via a buffer to the output memory. As energy storage capacitors are used. All reload operations when using a capacitor as a temporary storage without current limit. A swinging transhipment is not mentioned. Thus, this principle has the disadvantage of extremely low efficiency. For example, it can not be used as an emergency store.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei für die Stromversorgung von Mittelspannungs-Schaltanlagen eingesetzten Gleichspannungsreglern einfache und betriebssichere Schaltungen vorzusehen.The object of the invention is to provide simple and reliable circuits in DC voltage regulators used for the power supply of medium-voltage switchgear.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von elektrischer Energie zu entwickeln, mit der gleichzeitig eine Umwandlung der eingespeisten Gleichspannung auf ein niedrigeres Spannungsniveau ermöglicht wird und die bei unterbrochener Speisespannung die Energie eines Kondensatorspeichers weitgehend ausnutzen kann.The invention has for its object to develop a circuit arrangement for the transmission of electrical energy, with the same time a conversion of the injected DC voltage is made possible to a lower voltage level and can largely exploit the energy of a capacitor storage when the supply voltage is interrupted.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß eine Schaltungsanordnung zum Übertragen von elektrischer Energie, die in einem Speicherkondensator enthalten ist, auf einen Lastkreis entwickelt wurde, mit der erfindungsgemäß aus einer Gleichspannungsquelle über einen ersten Schwingkreis eine bestimmte Ladungsmenge auf zwischen Pluspol und Minuspol angeordnete Schwingkreisglieder und von diesen über einen zweiten Schwingkreis als Lastkreis auf einen zwischen Minuspol und Pluspol liegenden Ausgangskondensator übertragen wird. Dabei besteht der erste Schwingkreis aus dem zwischen Minuspol und Pluspol der Gleichspannungsquelle liegenden Speicherkondensator, aus einem an den Pluspol anliegenden ersten Thyristor und den Schwingkreisgliedern. Der zweite Schwingkreis besteht aus dem zwischen Pluspol und Minuspol des Lastkreises liegenden Ausgangskondensator, einem zweiten Thyristor und den Schwingkreisgliedern, die auch Bestandteile des ersten Schwingkreises sind. Die Schwingkreisglieder im Querzweig der Schaltungsanordnung bestehen aus der Reihenschaltung einer Induktivität mit einem Kondensator. Über den Kondensator, auf den die elektrische Energie aus dem ersten Schwingkreis übertragen und von dem aus die Energie wieder entnommen und auf den zweiten Schwingkreis übertragen wird, ist parallel eine Diode gelegt. Sowohl der erste als auch der zweite Thyristor werden über ein Steuergerät gezündet. Zur Steuerung des Durchzündvorganges des ersten Thyristors besteht die Diode aus mindestens zwei Teildioden, die in Reihe liegen. Während der stromführenden Phase des zweiten Thyristors des Lastkreises entsteht zwischen den Teildioden eine Spannung, die als Sperrkriterium für das Zünden des Thyristors des ersten Schwingkreises verwendet wird.This object has been achieved in that a circuit arrangement for transmitting electrical energy contained in a storage capacitor has been developed on a load circuit with the present invention from a DC voltage source via a first resonant circuit a certain amount of charge on between positive pole and negative pole arranged oscillating circuit elements and this is transmitted via a second resonant circuit as a load circuit to a lying between negative and positive terminal output capacitor. In this case, the first resonant circuit consists of the between the negative pole and positive pole of the DC voltage source storage capacitor, from a voltage applied to the positive terminal of the first thyristor and the resonant circuit elements. The second resonant circuit consists of the between the positive pole and negative pole of the load circuit lying output capacitor, a second thyristor and the resonant circuit elements, which are also components of the first resonant circuit. The resonant circuit elements in the shunt branch of the circuit arrangement consist of the series connection of an inductance with a capacitor. Via the capacitor to which the electrical energy is transferred from the first resonant circuit and from which the energy is removed again and transmitted to the second resonant circuit, a diode is connected in parallel. Both the first and the second thyristor are ignited via a control unit. To control the Durchzündvorganges the first thyristor, the diode consists of at least two partial diodes, which are in series. During the current-carrying phase of the second thyristor of the load circuit, a voltage arises between the partial diodes, which voltage is used as a blocking criterion for the ignition of the thyristor of the first resonant circuit.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:The invention will be explained below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing shows:

Fig. 1: die Schaltung eines erfindungsgemäß ausgebildeten GleichspannungsreglersFig. 1: the circuit of an inventively designed DC voltage regulator

Fig. 2: Stromverlauf durch Τ_Ί und T₂ für einen Umladezyklus mit Grundform des SteuerimpulsesFig. 2: current _flow through Τ _Ί and T ₂ for a Umladezyklus with basic shape of the control pulse

Fig.3: schematisch ein zugeordnetes Steuergerät3 shows schematically an associated control unit

Fig. 4: Einzelheit nach Fig. 1.4: detail of FIG. 1.

Ein Gleichspannungsregler, der eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Übertragung elektrischer Energie aufweist, besteht aus einem an der Speisespannung anliegenden ersten Schwingkreis als Speisestromkreis, einem Zwischenspeicher und einem zweiten Schwingkreis als Lastkreis.A DC voltage regulator, which has a circuit arrangement according to the invention for the transmission of electrical energy, consists of a voltage applied to the first voltage resonant circuit as a supply circuit, a latch and a second resonant circuit as a load circuit.

Der Zwischenspeicher besteht aus einer Drosselspule L und einem Kondensator C, die zwischen Pluspol und Minuspol in Reihe liegen. Der Kondensator C ist durch eine parallel liegende Diode D zwecks Verhinderung einer umkehrenden Aufladung desselben überbrückt. Der ersten Schwingkreis S₁ wird durch einen Kondensator C₁, der zwischen Pluspol und Minuspol liegt, einem Thyristor T₁, der einerseits mit dem Pluspol der Speisespannung U₁ und andererseits mit einer Anzapfung der Drossel-Spule L des aus einem L/C-Glied bestehenden Zwischenspeichers verbunden ist und dieser Drosselspule L und dem Kondensator C des Zwischenspeichers gebildet. Der zweite Schwingkreis S₂ besteht aus einem zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des Lastkreises liegenden Kondensator C₂, einem an der Drosselspule L des Zwischenspeichers anliegenden Thyristor T₂ und aus den gleichen Bauteilen des Zwischenspeichers. Die Zuordnung des Zwischenspeichers zu dem Schwingkreis S₁ oder zu dem Schwingkreis S₂ ist abhängig von dem Zünden des entsprechenden Thyristors T₁ bzw. T₂.The buffer consists of a choke coil L and a capacitor C, which are in series between the positive pole and the negative pole. The capacitor C is bridged by a diode D in parallel for prevention of reverse charge thereof. The first resonant circuit S ₁ is connected through a capacitor C ₁ , which lies between the positive pole and the negative pole, a thyristor T ₁ , on the one hand to the positive pole of the supply voltage U ₁ and on the other hand with a tap of the inductor coil L of a L / C Link existing buffer is connected and this inductor L and the capacitor C of the buffer formed. The second resonant circuit S ₂ consists of a capacitor C ₂ lying between the positive pole and the negative pole of the load circuit, a thyristor T _{2 connected} to the choke coil L of the intermediate store and of the same components of the intermediate store. The assignment of the buffer to the resonant circuit S ₁ or to the resonant circuit S ₂ is dependent on the ignition of the corresponding thyristor T ₁ or T ₂ .

Die Kapazitätswerte der Kondensatoren C₁ und C₂ sind gegenüber denen des Kondensators C groß gewählt. Wird der auf die Speisespannung U₁ aufgeladene Kondensator C₁ durch Zünden des Thyristors T₁ auf die Drosselspule L und den Kondensator C geschaltet, vollführt der Schwinkreis S₁ eine Halbschwingung und lädt dabei den Kondensator C auf die Spannung 2 χ U₁ auf. Danach verlischt der Thyristor T₁ selbsttätig. Durch Zünden des Thyristors T₂ wird über eine Halbschwingung des zweiten Schwingkreises S₂ die Ladung des Kondensators C auf den Kondensator C₂ übertragen. Auch hier verlischt der Thyristor T₂ selbsttätig, wenn die während des Umladevorganges in der Drosselspule L gespeicherte magnetische Energie vollständig entnommen worden ist. Unter Vernachlässigung der in den Bauelementen auftretenden Verluste wird somit bei jedem Zyklus eine Energiemenge 2 χ C · U? vom Kondensator C₁ zum Kondensator C₂ umgesetzt.The capacitance values of the capacitors C ₁ and C ₂ are chosen to be large compared with those of the capacitor C. If the charged to the supply voltage U ₁ capacitor C _{1 is switched} by igniting the thyristor T ₁ to the inductor L and the capacitor C, the Schwinkreis S ₁ performs a half-wave and charges the capacitor C to the voltage 2 χ U ₁ . Thereafter, the thyristor T ₁ automatically extinguishes. By igniting the thyristor T ₂ , the charge of the capacitor C is transferred to the capacitor C ₂ via a half-oscillation of the second resonant circuit S ₂ . Here, too, the thyristor T ₂ automatically extinguishes when the magnetic energy stored in the choke coil L during the transfer process has been completely removed. Neglecting the losses occurring in the components, an amount of energy 2 χ C · U is thus produced for each cycle. from the capacitor C ₁ to the capacitor C ₂ implemented.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltungsanordnung enthält weiterhin eine Zündeinrichtung zur Erzeugung der notwendigen Zündimpulse für die Thyristoren T₁ und T₂. Besondere Löscheinrichtungen werden nicht benötigt. Die erforderlichen Zündimpulse können zweckmäßigerweise durch elektrische Differentation aus einer Rechteckspannung mit variablem Tastverhältnis abgeleitet werden. Dabei wird die Zeit t, durch die Umladezeit des ersten Schwingkreises S₁ und die Freiwerdezeit des Thyristors T₁ bestimmt und kann auf einen konstanten Wert eingestellt werden. Die Zeit t₂ bestimmt zusammen mit ti die Zyklusdauer des Gesamtvorganges. Sie wird von der erforderlichen Größe der Ausgangsspannung U₂ abhängig gemacht und so gewählt, daß sich die Lastspannung U₂ auf einen festen definierten Spannungswert einregelt. Die Schaltungsanordnung zeigt den Vorteil, daß die einstellbare Lastspannung U₂ theoretisch von Null bis zur Höhe der Einspeisespannung U₁ betragen kann. Das bedeutet, daß zur Erzeugung einer bestimmten Ausgangsspannung U₂ mit beliebigen Speisespannungen U₁ gearbeitet werden kann, sofern sie oberhalb der Ausgangsspannung U₂ liegen.The inventively constructed circuit arrangement further includes an ignition device for generating the necessary ignition pulses for the thyristors T ₁ and T ₂ . Special fire extinguishers are not required. The required ignition pulses can be conveniently derived by electrical differentiation from a square-wave voltage with a variable duty cycle. In this case, the time t is determined by the recharging time of the first resonant circuit S ₁ and the recovery time of the thyristor T ₁ and can be set to a constant value. The time t ₂ together with ti determines the cycle duration of the overall process. It is made dependent on the required magnitude of the output voltage U ₂ and chosen so that the load voltage U ₂ adjusts to a fixed, defined voltage value. The circuit arrangement has the advantage that the adjustable load voltage U _{2 can} theoretically be from zero to the level of the supply voltage U ₁ . This means that it can be used to generate a specific output voltage U ₂ with arbitrary supply voltages U ₁ , provided that they are above the output voltage U ₂ .

Claims

1. Circuit arrangement for controlled transmission of electrical energy using an input, intermediate and output memory, characterized in that the buffer in the transverse branch contains resonant circuit elements, which together with a thyristor (T ₁ ) and a storage capacitor (C ₁ ) on the one hand and with a Thyristor (T ₂ ), a diode (D) and a capacitor in the load circuit (C ₂ ) on the other hand each form a resonant circuit (S ₁ , S ₂ ), wherein the capacitors (C ₁ , C ₂ ) in their capacitance value large compared to Capacitor (C) are.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the resonant circuit elements consist of an inductor (L) and a capacitor (C).

3. Circuit arrangement according to item 1 to 2, characterized in that the diode (D) is connected in parallel to the capacitor (C).

4. Circuit arrangement according to item 1 to 3, characterized in that the thyristors (T ₁ JT ₂ ) with different taps of the inductor (L) are connected.

5. Circuit arrangements according to item 1 to 4, characterized in that the parallel to the capacitor (C) lying diode (D) consists of at least two series-connected diodes (D ₁ ; D ₂ ) and during the current-carrying phase of the thyristor (T ₂ ) to the partial diodes (D ₁ , D ₂ ) resulting voltage is used as a blocking criterion for the ignition of the thyristor (T ₁ ).