DE1042083B

DE1042083B - Circuit arrangement for rectifier devices

Info

Publication number: DE1042083B
Application number: DES36531A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Kalbskopf
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1953-11-28
Filing date: 1953-11-28
Publication date: 1958-10-30

Description

Schaltungsanordnung für Gleichrichtergeräte Die Erfindung bezieht sich auf Gleichrichtergeräte für Stromversorgungsanlagen, insbesondere auf Schaltanordnungen für geregelte Gleichrichtergeräte.Circuit arrangement for rectifier devices The invention relates on rectifier devices for power supply systems, in particular on switchgear assemblies for regulated rectifier devices.

Es sind bereits Gleichrichtergeräte bekannt, bei denen Schaltmittel zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung bei Netzspannungs-, Belastungs-und Frequenzschwankungen vorgesehen sind. Es wurden auch bereits Geräte vorgeschlagen, die nach dem Prinzip der Phasensteuerung arbeiten und nach der sogenannten Scottschen Schaltung aufgebaut sind. Bei den vorgeschlagenen Gleichrichtergeräten wird ein dreischenkeliger Transformatorkern verwendet, dessen Mittelschenkel unbewickelt ist und dessen beide Außenschenkel je eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung tragen. Zu einer Primärwicklung ist ein Kondensator parallel geschaltet, und die Spannungsverhältnisse sind so bemessen, daß durch Änderung des Netzstromes bzw. der Belastung eine Phasendrehung der Spannungsvektoren in den beiden Sekundärwicklungen auftritt, so daß nach der Gleichrichtung stets ein konstanter arithmetischer Mittelwert der Verbraucherspannung erzielt wird. Mit einer solchen Gleichrichteranordnung lassen sich Netzspannungsschwankungen innerhalb von ± 15 %o der Nennspannung ausregeln. Hinter den Gleichrichter kann weiter eine Glättungsdrossel geschaltet werden, die eine Veränderung der für die Erfindung maßgebenden Kennlinienform des Gerätes durch den Verbraucher verhindern soll.There are already known rectifier devices in which switching means to keep the consumer voltage constant in the event of mains voltage, load and frequency fluctuations are provided. Devices have also already been proposed which operate according to the principle the phase control work and built according to the so-called Scott circuit are. A three-legged transformer core is used in the proposed rectifier devices used, whose middle leg is unwound and both of its outer legs each carry a primary winding and a secondary winding. To a primary winding a capacitor is connected in parallel, and the voltage ratios are dimensioned in such a way that that by changing the mains current or the load, a phase rotation of the voltage vectors occurs in the two secondary windings, so that after rectification always a constant arithmetic mean value of the load voltage is achieved. With Such a rectifier arrangement, mains voltage fluctuations within of ± 15% o of the nominal voltage. Behind the rectifier can also be a Smoothing throttle are switched, which changes the decisive for the invention Is to prevent the shape of the characteristic curve of the device from being caused by the consumer.

Bei geregelten Gleichrichtergeräten wird jedoch bei Überschreitung einer bestimmten Größe der Aufwand an Schaltmitteln zur Regelung unverhältnismäßig groß und daher unwirtschaftlich. In den meisten Fällen kann jedoch auf eine Regelung der Ausgangsspannung eines Gleichrichtergerätes nicht verzichtet werden.In the case of regulated rectifier devices, however, if the value is exceeded a certain size, the cost of switching means for regulation is disproportionate large and therefore uneconomical. In most cases, however, you can rely on a scheme the output voltage of a rectifier device cannot be dispensed with.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Gleichrichtergeräte mit Trockengleichrichtern, enthaltend ein Hauptgleichrichtergerät und ein Steuergleichrichtergerät, das Mittel zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung enthält. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Gleichrichtergeräte unabhängig voneinander an das Wechselstromnetz und parallel zueinander an den Verbraucher angeschlossen sind und daß bei großer Belastung beide Gleichrichtergeräte auf den Verbraucher arbeiten und das Steuergleichrichtergerät über einen Magnetverstärker die Spannung des Hauptgleichrichtergerätes konstant hält, während bei geringer Belastung das Steuergleichrichtergerät allein den Verbraucher speist.The invention avoids this disadvantage. It relates to a Circuit arrangement for rectifier devices with dry rectifiers, containing a main rectifier device and a control rectifier device, the means for keeping constant contains the output voltage. The invention is characterized in that both Rectifier devices independently of each other to the AC network and in parallel are connected to each other to the consumer and that both Rectifier devices work on the consumer and the control rectifier device The voltage of the main rectifier device is constant via a magnetic amplifier holds, while at low load the control rectifier device alone the consumer feeds.

Die beiden Gleichrichtergeräte werden schaltungsmäßig so miteinander verbunden, daß der Hauptgleichrichter zwangläufig die Kennlinie des Steuergleichrichters annimmt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Steuergleichrichter über einen Magnetverstärker auf den Hauptgleichrichter einwirkt. Da zur Beeinflussung des Hauptgleichrichters nur verhältnismäßig geringe Energien nötig sind, kann der Steuergleichrichter wesentlich kleiner gehalten werden als der Hauptgleichrichter. Der Aufwand an Schaltmitteln zur Regelung der Ausgangsspannung des Steuergleichrichters ist daher wesentlich geringer als bei direkter Regelung des Hauptgleichrichters. Der Steuergleichrichter kann beispielsweise nach dem Prinzip der Phasensteuerung arbeiten, wie dies zuvor erläutert wurde. Bei großer Belastung arbeiten beide Gleichrichtergeräte gemeinsam auf den Verbraucher, während bei geringer Belastung das Hauptgleichrichtergerät abgeschaltet wird und das Steuergleichrichtergerät allein den Verbraucher speist. Auf diese Weise werden die Gleichrichtergeräte sehr gut ausgenutzt.The two rectifier devices are connected to one another in terms of their circuitry connected that the main rectifier inevitably the characteristic of the control rectifier accepts. This can be done, for example, by the control rectifier acts on the main rectifier via a magnetic amplifier. As for influencing of the main rectifier only relatively low energies are required, the Control rectifiers are kept much smaller than the main rectifier. The cost of switching means for regulating the output voltage of the control rectifier is therefore much lower than with direct control of the main rectifier. The control rectifier can for example be based on the principle of phase control work as explained earlier. Both rectifier devices work when the load is high jointly to the consumer, while the main rectifier device when the load is low is switched off and the control rectifier device only feeds the consumer. In this way, the rectifying devices are used very well.

Es sind zwar Gleichrichter mit gittergesteuerten Entladungsstrecken in Graetzschaltung bekannt, bei denen zwei Entladungsstrecken gittergesteuert und die anderen beiden ungesteuert sind. Man kann auf diese Weise mittels der Gittersteuerung eine Steuerung der abgegebenen Gleichspannung erzielen. Die bekannte Schaltung hat jedoch mehrere Nachteile. Da die beiden gittergesteuerten Brückenzweige einen Teil der Graetzschaltung bilden, müssen sie genau so hoch belastbar sein wie die beiden ungesteuerten Entladungsstrecken. Das bedeutet aber, daß die gittergesteuerten Gleichrichter für dieselbe Stromstärke wie die ungesteuerten Gleichrichter bemessen werden müssen. Im Gegensatz hierzu kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der außerdem die wesentlich unempfindlicheren und betriebssicheren Trockengleichrichter verwendet werden, der Steuergleichrichter wesentlich kleiner bemessen werden als der Hauptgleichrichter. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind außerdem, die beiden Gleichrichter unabhängig voneinander an das Wechselstromnetz angeschlossen., so daß im Bedarfsfalle, d. h. wenn eine Regelung nicht erforderlich ist, der Steuergleichrichter vollkommen abgeschaltet werden kann. Dies ist aber bei der bekannten Schaltung nicht möglich, da hierdurch die Brückenschaltung in eine einfache Gegentaktschaltung verändert würde.There are rectifiers with grid-controlled discharge paths known in Graetz circuit, in which two discharge paths are grid-controlled and the other two are uncontrolled. You can do this using the grid control achieve control of the output DC voltage. The known circuit has however, several disadvantages. Because the two grid-controlled bridge branches are a part the Graetz circuit, they have to be as resilient as the two uncontrolled discharge sections. But that means that the grid-controlled rectifier must be rated for the same amperage as the uncontrolled rectifier. In contrast to this, in the arrangement according to the invention, in which also the Much less sensitive and reliable dry rectifier used the control rectifier must be dimensioned much smaller than the main rectifier. In the circuit arrangement according to the invention, the two rectifiers are also independently connected to the alternating current network., so that if necessary, d. H. if regulation is not required, the control rectifier is perfect can be switched off. However, this is not possible with the known circuit, because this changes the bridge circuit into a simple push-pull circuit would.

Gemäß der weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens können mehrere ungeregelte Gleichrichtergeräte (Hauptgleichrichter) an ein und demselben Steuergleichrichter beispielsweise über magnetische `'erstärller angeschlossen sein, so daß alle Gleichrichtergeräte die Kennlinie des Steuergleichrichters annehmen. Natürlich muß der Steuergleichrichter so bemessen sein, daß er die Steuerenergie für sämtliche Gleichrichtergeräte liefern kann.According to the further development of the inventive concept, several Unregulated rectifier devices (main rectifier) on one and the same control rectifier for example via magnetic `` '' to be connected so that all rectifier devices adopt the characteristic of the control rectifier. Of course, the control rectifier must be dimensioned so that it provides the control energy for all rectifier devices can.

Es ist auch denkbar, daß für einen oder mehrere Hauptgleichrichter mehrere Steuergeräte vorhanden sind, so daß im Bedarfsfalle den einzelnen Hauptgleichrichtern wahlweise verschiedene Steuerkennlinien aufgeprägt werden könen.It is also conceivable that for one or more main rectifiers several control units are available, so that the individual main rectifiers if necessary optionally different control characteristics can be impressed.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat außer den bereits beschriebenen Vorteilen noch -weitere. Der Hauptgleichrichter kann z. B. um die Leistung des Steuergleichrichters kleiner bemessen werden. Weiter verschlechtert sich bekanntlich der Wirkungsgrad eines Gleichrichters bei abnehmender Belastung erheblich. Dieser Nachteil wirkt sich besonders bei Stromversorgungsanlagen aus, die öfters in wiederkehrenden Zeitabständen nur gering belastet werden. Das ist z. B. bei Fernsprechanlagen der Fall, bei denen die Belastung während der Nachtstunden auf einen Bruchteil der Spitzenbelastung sinkt. Bei der Schaltungsanordnung mit Hauptgleichrichter und Steuergleichrichter gemäß der Erfindung kann bei sehr kleiner Belastung der Hauptgleichrichter einfach abgeschaltet werden,, so daß der Steuergleichrichter die Stromlieferung allein übernimmt. Durch diese Maßnahme wird außerdem eine Verlängerung der Lebensdauer des Gleiehrichtergerätes erreicht. Das Zu- und Abschalten des Hauptgleichrichters kann auch durch ein stromabhängiges Schaltorgan automatisch gesteuert werden.The circuit arrangement according to the invention has besides that already the advantages described - more. The main rectifier can e.g. B. to the Power of the control rectifier can be made smaller. Further deteriorated As is well known, the efficiency of a rectifier increases with decreasing load considerable. This disadvantage is particularly important in power supply systems, which are often only slightly stressed at recurring time intervals. That is z. B. the case with telephone systems, where the load during the night drops to a fraction of the peak load. In the circuit arrangement with Main rectifier and control rectifier according to the invention can be very small Load on the main rectifier can simply be switched off, so that the control rectifier takes over the electricity supply alone. This measure also results in an extension reached the service life of the rectifier device. Switching the main rectifier on and off can also be controlled automatically by a current-dependent switching device.

Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt sich dadurch, daß man die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters unabhänjig von der des Steuergleichrichters erhöhen kann. Dies geschieht in der Weise, daß man zwischen beide Gleichrichter einen Spannungsabfall, beispielsweise einen ohmschen Widerstand, einschaltet. Da der Steuergleichrichter die Ausgangsspannung immer konstant hält, muß sich zwangläufig die Spannung des Hauptgleichrichters um den zwischengeschalteten Spannungsabfall erhöhen. Dies ist insbesondere erforderlich. wenn eine Batterie vom Hauptgleichrichter gepuffert wird.Another advantage of the circuit arrangement according to the invention results by having the output voltage of the main rectifier independent of that of the control rectifier can increase. This is done in such a way that one a voltage drop, for example an ohmic one, between the two rectifiers Resistance, turns on. Because the control rectifier keeps the output voltage constant holds, the voltage of the main rectifier must inevitably be around the intermediate rectifier Increase voltage drop. This is particularly necessary. if a battery is buffered by the main rectifier.

Die Spannung der Batterie kann in diesem Falle unabhängig von der Verbraucherspannung auf einem höheren Wert gehalten werden, was mit Rücksicht auf eine Kapazitätsreserve angezeigt ist. Es können: mit Vorteil auch stromabhängige Spannungsabfälle, beispielsweise Gegenzellen, verwendet werden.The voltage of the battery can in this case be independent of the Load voltage can be kept at a higher value, what with consideration a reserve capacity is indicated. It can: with advantage also current-dependent Voltage drops, for example counter cells, can be used.

Eine weitere Verbesserung der Schaltungsanordnung mit Pufferbatterie gemäg der Erfindung kann erzielt werden., wenn man zwischen Batterie und Steuergerät einen veränderlichen Widerstand einschaltet, der seinerseits mit einem ebenfalls geregelten Gleichrichtergerät, dem sogenannten Gegenspannungsgerät, in Verbindung steht. Die Erfindung kann in der Weise in die Praxis umgesetzt werden, daß zwischen dem Steuergerät und der Batterie bzw. dem Hauptgleichrichter ein fester und ein veränderlicher Widerstand in Serie hintereinandergeschaltet sind, und zwar derart, daß parallel zum festen Widerstand das geregelte Gegenspannungsgerät liegt, während der veränderliche Widerstand unabhängig davon ist. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß zunächst einmal die Batteriespannung jeweils um den Spannungsabfall an dem festen Widerstand höher liegt als die Verbraucherspannung und andererseits zusätzlich um diejenige Spannung höher bemessen werden kann, die an dem veränderlichen Widerstand, entsprechend der jeweiligen Last, entsteht. Dieses Ergebnis kommt dadurch zustande, daß die Ausgangsspannung wegen des dort angeschlossenen Steuergerätes auf alle Fälle konstant bleibt, so daß die Batteriespannung entsprechend hochgedrückt wird. Man hat es auf diese Weise in der Hand, durch Einstellen des veränderlichen Widerstandes den Spannungsabfall zu regeln und damit die Batteriespannung selbsttätig auf beliebige Werte bis zu einem Höchstwert zu bringen, ohne von den an sich bekannten Vorteilen der sogenannten Pufferschaltung abzugehen. An Stelle der Serienparallelschaltung von Widerständen und eines geregelten Gegenspannungsgeräts können auch spannungsabhängige Widerstände, wie beispielsweise Gegenzellen, verwendet werden.A further improvement of the circuit arrangement with a backup battery according to the invention can be achieved, if one between battery and control unit a variable resistor switches on, which in turn with one also regulated rectifier device, the so-called counter-voltage device stands. The invention can be put into practice in such a way that between the control unit and the battery or the main rectifier one fixed and one variable resistance are connected in series in series in such a way that that the regulated counter-voltage device is parallel to the fixed resistance, while the variable resistance is independent of it. The advantage of this circuit is that first of all the battery voltage by the voltage drop at the fixed resistance is higher than the consumer voltage and on the other hand can also be made higher by the voltage that is applied to the variable Resistance, according to the respective load, arises. This result comes from it comes about that the output voltage because of the control unit connected there remains constant in any case, so that the battery voltage is pushed up accordingly will. One has it in hand in this way, by adjusting the changeable Resistance to regulate the voltage drop and thus the battery voltage automatically to any values up to a maximum value without relying on the known ones Advantages of the so-called buffer circuit. Instead of the series parallel connection of resistors and a regulated counter-voltage device can also be voltage-dependent Resistors such as counter cells can be used.

In den Figuren sind schematisch Beispiele für Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung dargestellt.Examples of circuit arrangements are schematically shown in the figures shown according to the invention.

In Fig. 1 arbeitet der Hauptgleichrichter 1, der aus dem Wechselstromnetz N gespeist wird, direkt auf den Verbraucher V. Der ebenfalls aus dem Netz N gespeiste Steuergleichrichter 2 prägt einerseits durch einen magnetischen Verstärker 5 dem Hauptgleichrichter 1 seine Kennlinie auf und ist außerdem parallel zu dem Hauptgleichrichter an den Verbraucher V angeschlossen. Bei dieser Schaltungsanordnung können weitere Schaltmittel vorgesehen sein, um den Hauptgleichrichter 1 bei Unterschreiten einer bestimmten Belastung von dem Verbraucher TV bzw. vom Netz abzuschalten, so daß der Steuergleichrichter 2 allein den Verbraucher IV versorgt. Dies kann beispielsweise durch ein stromabhängiges Relais geschehen.In Fig. 1, the main rectifier 1, which is fed from the alternating current network N, works directly on the consumer V. The control rectifier 2, which is also fed from the network N , impresses on the one hand its characteristic curve on the main rectifier 1 through a magnetic amplifier 5 and is also parallel to connected to the main rectifier to consumer V. In this circuit arrangement, further switching means can be provided in order to switch off the main rectifier 1 from the consumer TV or from the network when the load falls below a certain level, so that the control rectifier 2 only supplies the consumer IV. This can be done, for example, by a current-dependent relay.

In Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der von dem Hauptgleichrichter 1, der aus denn Wechselstromnetz N gespeist wird, einmal der Verbraucher V mit Strom versorgt und zum anderen die Batterie 4 gepuffert wird- Der Steuergleichrichter 2 beeinfiußt wieder über einen magnetischen Verstärker 5 den Hauptgleichrichter 1 und ist weiter parallel zum Hauptgleichrichter an den Verbraucher TV angeschlossen-. Zwischen Batterie und Verbraucher ist ein Spannungsabfall wirksam, der beispielsweise durch einen veränderlichen ohmschen Widerstand 6 oder durch Gegenzellen hervorgerufen> werden kann. Hierdurch wird bewirkt, daß die Batterie 4 mit einer höheren Spannung versorgt wird als der Verbraucher TV. Bei dieser Schaltungsanordnung kann wieder ein nicht näher bezeichnetes stromabhängiges Relais vorgesehen sein, das. bewirkt, daß bei niedriger Belastung der Steuergleichrichter 2 allein den Verbraucher versorgt. Bei Netzausfall übernimmt die Batterie 4 die Stromv erso-rgttng.In Figure 2, a circuit arrangement is shown in which of the Main rectifier 1, which is fed from the AC network N, once the Consumer V is supplied with power and, on the other hand, the battery 4 is buffered- The control rectifier 2 again influences via a magnetic amplifier 5 the main rectifier 1 and is further parallel to the main rectifier to the consumer TV connected-. A voltage drop is effective between the battery and the consumer, for example by a variable ohmic resistance 6 or by counter cells can be caused>. This causes the battery 4 with a higher voltage is supplied than the consumer TV. With this circuit arrangement an unspecified current-dependent relay can again be provided, That. Causes that at low load of the control rectifier 2 only the consumer provided. In the event of a power failure, the battery 4 takes over the power supply.

In Fig. 3 ist eine. weitere Verbesserung der Schaltungsanordnung nach FFg 2 dargestellt- Der Hauptgleichrichter 1 wird wieder aus. dem Wechselstromnetz N gespeist und arbeitet direkt auf den Verbraucher TV. Eine Pufferbatterie 4 ist zum Verbraucher TV parallel an den Hauptgleichrichter 1 angeschlossen. Der Steuergleichrichter 2, der aus dem Wechselstromnetz i1' versorgt wird, beeinflußt einmal über den magnetischen Verstärker 5 den Hauptgleichrichter 1 und ist parallel zu diesem an den Verbraucher TV angeschlossen. Zwischen Batterie und Steuergleichrichter liegt ein veränderlicher ohmscher Widerstand 6 und in Reihe mit diesem ein fester ohmscher Widerstand 7. Parallel zum Widerstand 7 ist das Gegenspannungsgerät 3 angeschlossen, das ebenfalls aus dem Wechselstromnetz N versorgt wird.In Fig. 3 is a. further improvement of the circuit arrangement FFg 2 shown- The main rectifier 1 is switched off again. the alternating current network N fed and works directly on the consumer TV. A backup battery 4 is for Consumer TV connected in parallel to main rectifier 1. The control rectifier 2, which is supplied from the alternating current network i1 ', influences once via the magnetic Amplifier 5 the main rectifier 1 and is parallel to this to the consumer TV connected. There is a variable between the battery and the control rectifier ohmic resistor 6 and in series with this a fixed ohmic resistor 7. In parallel with the resistor 7, the counter-voltage device 3 is connected, which is also is supplied from the AC network N.

Die Erfindung ist nicht an ein bestimmtes Steuergerät, Gegenspannungsgerät oder an einen besonderen Gleichrichter gebunden, sondern es können hierfür alle Geräte bzw. Schaltungen in Frage kommen, die dem geforderten Zweck gerecht werden.The invention is not related to a specific control device, counter-voltage device or tied to a special rectifier, but all can do this Devices or circuits come into question that meet the required purpose.

Claims

PATENT APPLICATION: 1. Circuit arrangement for rectifier devices with dry rectifiers, containing a main rectifier device and a control rectifier device, contains the means for keeping the output voltage constant, characterized in that, that both rectifier devices independently of each other to the AC network and are connected in parallel to each other to the consumer and that under heavy loads Both rectifier devices work on the consumer and the control rectifier device The voltage of the main rectifier device is constant via a magnetic amplifier holds, while at low load the control rectifier device alone the consumer feeds.

2. Circuit arrangement according to claim 1, in particular for buffering batteries by the main rectifier, characterized in that between the main rectifier and control rectifiers switched on circuit elements which generate a voltage drop are.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that between Main rectifier and control rectifier have a current-independent voltage drop generating circuit elements, for example counter cells, are switched on.

4th Circuit arrangement according to Claim 2, characterized in that between the main rectifier and control rectifier a variable and a fixed ohmic resistance in Are connected in series and that a regulated rectifier device in parallel with the fixed resistor (Counter-voltage device). Publications considered: German patent specification No. 627 884.