DE112005001647T5

DE112005001647T5 - Überspannungsschutzschaltung für mehrphasig gespeiste Spannungsversorgungen

Info

Publication number: DE112005001647T5
Application number: DE112005001647T
Authority: DE
Inventors: Michael A. Murphy
Original assignee: Elster Electricity LLC
Current assignee: Elster Solutions LLC
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-06-06
Also published as: GB2429854A; US20060012935A1; WO2006017328A2; AR049988A1; BRPI0513128A; GB2429854B; GB0700318D0; RU2007103728A; RU2347306C2; WO2006017328A3

Abstract

System für das Schützen einer Gleichstromvorrichtung, die mit einer Mehrphasen-Spannungsversorgung verbunden ist, umfassend:
eine Vielzahl von Phaseneingängen für das Empfangen jeder der Phasen der Spannungsversorgung;
einen Mittelleitereingang;
einen positiven und einen negativen Ausgang für das Verbinden mit der Gleichstromvorrichtung;
eine Vielzahl von Impedanzen;
nur einen Metalloxidvaristor, wobei der Metalloxidvaristor in Serie zwischen dem positiven und negativen Ausgang verbunden ist; und
eine Vielzahl von Dioden, die eine Verbindung zwischen jedem Phaseneingang und jedem Phaseneingang und dem Mittelleitereingang liefern, wobei die Verbindung durch den mindestens einen Metalloxidvaristor, der in Serie zwischen dem positiven und negativen Ausgang verbunden ist, hindurch geht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des Hochenergieüberspannungsschutzes. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf die Konstruktion einer Schaltung für die Verwendung in Spannungsversorgungen, um diese gegen Hochenergieüberspannungen zu schützen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die zunehmende Verwendung von empfindlichen Halbleiterbauelementen in modernen elektrischen Systemen, insbesondere in Computern, hat eine zunehmende Besorgnis vor Überspannungen entstehen lassen. Diese Sorgen rühren von der Tatsache her, dass Halbleiterbauelemente gegenüber streuenden elektrischen Überspannungen, die in einem Verteilungssystem vorhanden sind, sehr empfindlich sind. Überspannungen in einer elektrischen Schaltung ergeben sich aus dem plötzlichen Freigeben vorher gespeicherter Energie. Die Heftigkeit und somit der Schaden, der durch Überspannungen verursacht wird, hängt von der Frequenz des Auftretens, den Spitzenausgleichsströmen, den vorhandenen Spannungen und ihren Wellenformen ab.
Es ist bei Spannungsversorgungen allgemeine Praxis, eine Schaltung einzufügen, die einen Schutz vor hohen Überspannungen, die am Eingang vorhanden sind, liefert. Dieser Schutz umfasst oft einen Metalloxidvaristor ("MOV"), der über den Eingangsleitern mit einer Impedanz, oft einem Widerstand, in Serie mit einem der Leiter verbunden ist, um den Strom durch den MOV zu begrenzen.
Das Problem des Vorsehens eines Überspannungsschutzes wird bei einer Versorgung, die mit mehreren Phasen mit Energie versorgt wird, erschwert. Eine traditionelle Lösung, die in 1 gezeigt ist, umfasst sechs MOVs: drei zwischen jeder Phase und dem Mittelleiter und drei von Phase zu Phase. Strombegrenzungswiderstände sind in Serie mit jeder Phase verbunden. Die Schaltung liefert einen Schutz gegen Überspannungen zwischen jedem der vier Eingänge.
Insbesondere zeigt 1 eine Schaltung des Stands der Technik für das Verhindern von Überspannungen in einer Dreiphasenspannungsversorgung. Es gibt vier Eingänge in die Schaltung. Die vier Eingänge sind die A-Phase, die B-Phase, die C-Phase und der Mittelleiter, die als Eingänge 101, 102, 103 beziehungsweise 104 gezeigt sind. Während 1 unter Bezug auf eine Dreiphasenspannungsversorgung beschrieben wird, werden Fachleute erkennen, dass die beschriebene Schaltung für eine Verwendung bei Spannungsversorgungen mit mehr als drei Phasen erweiterbar ist.
Die Schaltung verwendet sechs MOVs, um einen Schutz gegen hohe Überspannungen zwischen den Phasen zu liefern. Drei MOVs sind zwischen jeder Phase und dem Mittelleiter angeordnet, und drei MOVs sind Phase-zu-Phase verbunden. Der MOV 151 verbindet die A-Phase mit der B-Phase, der MOV 152 verbindet die A-Phase mit der C-Phase, und der MOV 153 verbindet die A-Phase mit dem Mittelleiter. Der MOV 154 verbindet die B-Phase mit der C-Phase, der MOV 155 verbindet die B-Phase mit dem Mittelleiter, und der MOV 156 verbindet die C-Phase mit dem Mittelleiter. Die MOVs weisen typischerweise eine Größe auf, die genügt, um einen Schutz gegen die größte denkbare Überspannung zwischen jeder der Phasen und zwischen jeder der Phasen und dem Mittelleiter zu liefern.
Diese Schaltung kann einen Schutz gegen Überspannungen zwischen jedem der vier Eingänge liefern. Diese Schaltung reduziert effektiv hochenergetische Überspannungen zwischen jeder der Phasen und jeder der Phasen und dem Mittel leiter unter Verwendung von sechs MOVs auf einen Pegel, der für nachfolgende Komponenten der Spannungsversorgung ungefährlich ist.
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer weiteren Schaltung des Stands der Technik für das Verhindern von Überspannungen in einer Dreiphasenspannungsversorgung. Es gibt vier Eingänge in die Schaltung: A-Phase, B-Phase, C-Phase und Mittelleiter, die in 2 als Eingänge 201, 202, 203 beziehungsweise 204 gezeigt sind. Während 2 in Bezug auf eine Dreiphasenspannungsversorgung beschrieben wird, werden Fachleute erkennen, dass die beschriebene Schaltung für die Verwendung in Spannungsversorgungen mit mehr als drei Phasen erweiterbar ist.
Die Schaltung umfasst vier MOVs, um einen Schutz gegen hochenergetische Überspannungen zwischen den vier Eingängen zu liefern: einen MOV zwischen jeder Phase und dem Mittelleiter, und einen, der zwischen den positiven und negativen Anschlüssen des Gleichspannungsausgangs verbunden ist. Der MOV 251 verbindet die A-Phase mit dem Mittelleiter, der MOV 252 verbindet die B-Phase mit dem Mittelleiter, und der MOV 253 verbindet die C-Phase mit dem Mittelleiter. Der MOV 254 verbindet durch Dioden 261, 262, 263, 264, 271, 272, 273 und 274 jede dieser drei Phasen.
Strombegrenzungswiderstände sind in Serie mit jeder Phase verbunden. Der Widerstand 231 ist in Serie mit dem A-Phasen-Eingang verbunden, der Widerstand 232 ist in Serie mit dem B-Phasen-Eingang verbunden, und der Widerstand 233 ist in Serie mit dem C-Phasen-Eingang verbunden.
Die Dioden 261, 262, 263, 264, 271, 272, 273 und 274 schaffen zusammen mit dem MOV 254 eine Schaltung, die jede dieser drei Phasen miteinander verbindet. Dies hat die Wirkung des Lenkens von Überspannungen zwischen irgend welchen der drei Phasen durch den MOV 254, um sie so auf einen Pegel zu reduzieren, der für die nachfolgenden Komponenten der Spannungsversorgung ungefährlich ist.
Die Dioden sind vom Typ, der geeignet ist, hohen Strömen zu widerstehen, die als Ergebnis der Überspannungen durch sie hindurch fließen können.
Die Diodenpaare 261, 272 und 262, 271 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 201 und 202. Die Überspannungen zwischen den Eingängen 201 und 202 werden zum MOV 254 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 261, 272 oder 262, 271 gelenkt. Der MOV 254 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Dioden 261, 272 und 262, 271 und begrenzt zusammen mit den Widerständen 231 und 232 die Überspannung auf einen Pegel, der für den Rest der Schaltung ungefährlich ist.
In ähnlicher Weise liefern die Diodenpaare 261, 273 und 263, 271 einen Pfad für die Überspannungen zwischen den Eingängen 201 und 203. Die Überspannungen zwischen den Eingängen 201 und 203 werden zum MOV 254 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 261, 273 oder 263, 271 gelenkt. Der MOV 254 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Dioden 261, 273 und 263, 271 und begrenzt in Verbindung mit den Widerständen 231 und 233 die Überspannung auf einen Pegel, der für den Rest der Schaltung ungefährlich ist.
Weiterhin liefern die Dioden 262, 273 und 272, 263 einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 202 und 203. Die Überspannungen zwischen den Eingängen 202 und 203 werden zum MOV 254 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 262, 273 oder 272, 263 gelenkt. Der MOV 254 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Dioden 262, 273 und 272, 263 und reduziert in Verbindung mit den Widerständen 232 und 233 die Überspannung auf einen Pegel, der für den Rest der Schaltung ungefährlich ist.
Diese Schaltungen des Stands der Technik haben jedoch signifikante Nachteile. Beispielsweise sind die Kosten eines MOV hoch. MOVs sind signifikant teurer als die anderen Bauteile, die die Schaltung bilden. Darüber hinaus sind MOVs die eine ausreichende Stärke aufweisen, um Überspannungen in einer Spannungsversorgung zu reduzieren, typischerweise sehr groß, insbesondere wenn man sie mit den anderen Bauteilen in der Schaltung, wie Widerständen und Kondensatoren, vergleicht. Das Reduzieren der Anzahl der MOVs, die in einer gegebenen Schaltung verwendet werden, kann die Gesamtgröße der Schaltung stark reduzieren und den erforderlichen, kostbaren Leiterplattenbereich minimieren.
Es wird eine Schaltung benötigt, die einen Schutz gegen Überspannungen in einer mehrphasigen Spannungsversorgung liefern kann, während sie zugleich signifikant weniger kostspielig, weniger komplex ist und weniger Bauteile als Schaltungen des Stands der Technik aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf Schaltungen und Systeme für eine Verwendung in mehrphasigen Spannungsversorgungen für die Steuerung von Ausgleichsströmen gerichtet. Die vorliegende Erfindung reduziert Ausgleichsströme auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Stufen der Spannungsversorgung ungefährlich ist, während sie zugleich weniger kostspielig und kleiner als Schaltungen und Systeme des Stands der Technik, wie solche, die in den 1 und 2 beschrieben sind, ist.
Gemäß Aspekten der Erfindung werden Phase-zu-Phase-MOVs und Phase-zu-Mittelleiter-MOVs durch einen einzigen mit der Gleichspannungsversorgung verbundenen MOV ersetzt. Phase-zu-Phase-Ausgleichsströme werden durch Widerstände begrenzt, die in Serie mit jedem der drei Phaseneingänge verbunden sind. Eine beispielhafte Schaltung, die einen einzigen mit der Gleichspannung verbundenen MOV umfasst, liefert einen Schutz gegen Überspannungen zwischen jedem der vier Eingänge. Die Phase-zu-Phase- und Phase-zu-Mittelleiter-Ausgleichsströme werden wünschenswerterweise unter Verwendung von Dioden durch einen einzigen MOV gelenkt, der zwischen den positiven und negativen Ausgangsanschlüssen der Gleichspannungsversorgung verbunden ist. Der einzige MOV weist vorzugsweise dieselbe Größe wie die MOVs auf, die in Schaltungen des Stands der Technik verwendet wurden. Beispielhafte Schaltungen und Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung liefern eine Nettokosteneinsparung und können unter Verwendung eines signifikant kleineren Leiterplattengebietes als bei bisherigen Verfahren implementiert werden.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung illustrierender Ausführungsformen, die unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt, deutlich gemacht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorangehende Zusammenfassung als auch die folgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen gelesen wird. Für die Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen beispielhafte Konstruktionen der Erfindung gezeigt, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die beschriebenen spezifischen Verfahren und Instrumentarien begrenzt ist.
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Stands der Technik einer Schaltung für einen Schutz gegen Überspannungen in einer Dreiphasen-Spannungsversorgung;
2 zeigt eine zusätzliche Schaltung des Stands der Technik für einen Schutz gegen Überspannungen in einer Dreiphasen-Spannungsversorgung;
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Schaltung für einen Schutz gegen Überspannungen in eine Dreiphasen-Spannungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm von Komponenten, die eine beispielhafte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden; und
5 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Schutzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ILLUSTRIERENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Schaltung für einen Schutz gegen Überspannung in einer Dreiphasen-Spannungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung verwendet nur einen MOV 351. Diese Reduktion bei der Anzahl der MOVs führt zu eine beträchtlichen Einsparung sowohl an Geld als auch an Platz. Es gibt vier Eingänge in die Schaltung: A-Phase, B-Phase, C-Phase und Mittelleiter, die in 3 als Eingänge 301, 302, 303 beziehungsweise 304 gezeigt sind. Während 3 in Bezug auf eine Dreiphasen-Spannungsversorgung beschrieben wird, werden Fachleute erkennen, dass die beschriebene Schaltung für eine Verwendung in Spannungsversorgungen mit mehr als drei Phasen erweiterbar ist.
Die Schaltung verwendet einen MOV 351 für einen Schutz gegen hochenergetische Überspannungen zwischen den Phasen und zwischen jeder der Phasen und dem Mittelleiter. Der MOV 351 ist zwischen den Anschlüssen des Gleichspannungsausgangs verbunden. Der MOV 351 verbindet durch Dioden 361, 362, 363, 364, 371, 372, 373, 374 jede der drei Phasen und jede der drei Phasen und den Mittelleiter. Eine beträchtliche Kosteneinsparung wird durch die Elimination der zu sätzlichen MOVs, die im Stand der Technik gezeigt sind, erreicht. Zusätzlich wird Raum auf der Leiterplatte gespart, was kleinere Gesamtschaltungen ermöglicht.
Strombegrenzungswiderstände sind wünschenswerterweise in Serie mit jeder Phase verbunden. Der Widerstand 331 ist in Serie mit der A-Phase verbunden, der Widerstand 332 ist in Serie mit der B-Phase verbunden, und der Widerstand 334 ist in Serie mit der C-Phase verbunden. Obwohl es in 3 nicht gezeigt ist, kann eine Impedanz auch in Serie mit dem Mittelleitereingang verbunden sein, um eine zusätzliche Reduktion der Übergangsenergie zu liefern.
Geeignete Widerstände haben im allgemeinen eine Nennleistung von 1 bis 5 Watt und Widerstandswerte von 20 bis 100 Ohm. Bahnwiderstände, wie aus einer Kohlezusammensetzung oder einer keramischen Zusammensetzung, und speziell konstruierte gewickelte Drahtwiderstände werden bevorzugt.
Die Dioden 361, 362, 363, 364, 371, 372, 373, 374 bilden zusammen mit dem MOV eine Schaltung, die jede der drei Phasen untereinander verbindet, und die jede dieser Phasen mit dem Mittelleiter verbindet. Diese beispielhafte Konfiguration lenkt Ausgleichsströme durch den MOV 351, um sie so auf einen Pegel zu reduzieren, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist. Die Dioden sind vorzugsweise von einem Typ, der geeignet ist, Überspannungen hoher Energie, die durch sie hindurch gehen können, zu widerstehen.
Geeignete Dioden werden eine Nennspitzensperrspannung gleich oder größer als die maximale Spannung aufweisen, die sich über dem MOV aufbauen kann, und einen einmaligen Spitzennennstromstoß ("Ifsm") von mindestens 40 A. Eine beispielhafte Diode, die solche Eigenschaften aufweist, ist die General Semiconductor^® DGP-15.
Die Diodenpaare 361, 372 und 371, 362 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 301 und 302. Die Überspannungen zwischen den Eingängen 301 und 302 werden durch den MOV 351 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 361, 372 oder 371, 362 gelenkt. Der MOV 351 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Diodenpaaren 361, 372 und 371, 362 und reduziert die Überspannung wirksam auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist.
Die Diodenpaare 361, 373 und 371, 363 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 301 und 303. Die Überspannungen zwischen den Eingängen 301 und 303 werden durch den MOV 351 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 361, 373 oder 371, 363 gelenkt. Der MOV 351 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Diodenpaaren 361, 373 und 371, 363 und reduziert die Überspannung wirksam auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist.
Die Diodenpaare 361, 374 und 371, 364 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 301 und 304. Überspannungen zwischen den Eingängen 301 und 304 werden durch den MOV 351 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 361, 374 oder 371, 364 gelenkt. Der MOV 351 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Diodenpaaren 361, 374 und 371, 364 und reduziert die Überspannung wirksam auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist.
Die Diodenpaare 362, 373 und 372, 363 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 302 und 303. Überspannungen zwischen den Eingängen 302 und 303 werden durch den MOV 351 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 362, 373 oder 372, 363 gelenkt. Der MOV 351 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Diodenpaaren 362, 373 und 372, 363 und reduziert die Überspannung wirksam auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist.
Die Diodenpaare 362, 374 und 372, 364 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 302 und 304. Überspannungen zwischen den Eingängen 302 und 304 werden durch den MOV 351 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 362, 374 oder 372, 364 gelenkt. Der MOV 351 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Diodenpaaren 362, 373 und 372, 363 und reduziert die Überspannung wirksam auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist.
Die Diodenpaare 363, 374 und 373, 364 liefern einen Pfad für Überspannungen zwischen den Eingängen 303 und 304. Überspannungen zwischen den Eingängen 303 und 304 werden durch den MOV 351 in Abhängigkeit von der Polarität der Überspannung entweder durch das Diodenpaar 363, 374 oder 373, 364 gelenkt. Der MOV 351 liegt auf der Schaltungsverbindung zwischen den Diodenpaaren 363, 374 und 373, 364 und reduziert die Überspannung wirksam auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist.
Der MOV 351, der in der Schaltung der 3 verwendet wird, ist vorzugsweise vom selben Typ wie die MOVs in den Schaltungen des Stands der Technik (siehe beispielsweise 1 und 2). Die beispielhafte Schaltung der 3 ersetzt alle MOVs der 1 und 2 des Stands der Technik durch einen einzigen MOV 351. Somit ist der MOV 351 vorzugsweise von einer Größe, die ausreicht, um mehreren gleichzeitigen Überspannungen zwischen jeder der drei Phasen zu widerstehen. Geeignete MOVs werden typischerweise eine Nennenergie im Bereich von 50 bis 350 Joule und eine Nennklemmspannung von 900 bis 1000 Volt aufweisen.
4 ist ein Blockdiagramm beispielhafter Komponenten, die eine andere beispielhafte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden. Eine solche beispielhafte Schaltung, die ähnlich der sein kann, die in Bezug auf 3 beschrieben ist, umfasst mehrere Komponenten, die eine Eingangskomponente 404, eine Impedanzkomponente 423, eine Diodennetzkomponente 434, eine Überspannungsschutzkomponente 448 und eine Gleichspannungsausgangskomponente 455 einschließen.
Die Eingangskomponente 404 empfängt das mehrphasig elektrische Eingangssignal und umfasst wünschenswerterweise Eingänge für die A-Phase, die B-Phase, die C-Phase und einen Mittelleitereingang. Jedes Verfahren, jede Technik oder jedes System, das aus dem Stand der Technik für das Empfangen eines mehrphasigen Eingangssignals bei einer Spannungsversorgung bekannt ist, kann verwendet werden. Während die beispielhafte Ausführungsform unter Bezug auf eine A-Phase, eine B-Phase und eine C-Phase beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung in Spannungsversorgungen mit mehr als drei Phasen anwendbar. Eine beispielhafte Eingangskomponente ist beispielsweise in 3 als Phaseneingänge 301–303 und als ein Mittelleitereingang 304 dargestellt.
Die Impedanzkomponente 423 schafft eine Impedanz in Serie mit jeder der Phaseneingänge, um die Größe der Überspannungen zu begrenzen. Eine Impedanz kann auch in Serie mit der Mittelleitereingang verbunden sein, was eine zusätzliche Reduktion der Überspannungsenergie liefert. Jedes Verfahren, System oder jede Technik, die aus dem Stand der Technik für das Erzeugen einer Impedanz in einer Schaltung bekannt ist, wie beispielsweise ein Widerstand, kann verwendet werden. Eine beispielhafte Impedanzkomponente 423 ist beispielsweise in 3 als Widerstände 331–333 dargestellt.
Die Diodennetzkomponente 434 lenkt Ausgleichsströme zwischen jeder der drei Phaseneingänge und jeder der drei Phaseneingänge und dem Mittelleiter. Zusätzlich ist die Diodennetzkomponente ausgebildet, um eine Vollwellengleichrichtung des Wechselstroms zu liefern, um das Gleichstromausgangssignal zu erzeugen. Die Diodennetzkomponente 434 kann beispielsweise insgesamt acht Dioden umfassen, wobei zwei Dioden in Serie zwischen jedem der Phaseneingänge verbunden sind, und wobei zwei Dioden in Serie zwischen jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleiter verbunden sind. Eine beispielhafte Diodennetzkomponente 434 ist beispielsweise in 3 als Dioden 361–364 und Dioden 371–374 dargestellt.
Die Überspannungsschutzkomponente 448 reduziert wünschenswerterweise Ausgleichsströme, die zwischen jedem der drei Phaseneingänge und jedem der drei Phaseneingänge und dem Mittelleiter fließen, auf einen Pegel, der für die nachfolgenden Komponenten der Gleichspannungsversorgung ungefährlich ist. Die Überspannungsschutzkomponente 448 kann beispielsweise einen einzigen MOV, der in Serie durch das Diodennetz 434 zwischen jedem der Phaseneingänge und jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleiter verbunden ist, umfassen. Vorzugsweise wird jeder Ausgleichsstrom in der Schaltung durch den einzigen MOV gelenkt und reduziert. Eine beispielhafte Überspannungsschutzkomponente 448 ist beispielsweise in 3 als MOV 351 dargestellt.
Die Gleichspannungsausgangskomponente 455 liefert einen Gleichstrom an eine angeschlossene Vorrichtung.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Schutzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Eingangstrom wird in einer mehrphasigen Spannungsversorgung bei 504 empfangen, und er kann Überspannungen zwischen jeder der Phasen und jeder der Phasen und dem Mittelleiter einschließen. Eine Impedanz, die in Serie mit jeder der Phaseneingänge verbunden ist, begrenzt den Ausgleichsstrom bei 517. Ausgleichsströme zwischen jeder der Phasen und jeder der Phasen und dem Mittelleiter gehen durch ein Diodennetz bei 536 hindurch. Die Ausgleichsströme gehen durch den MOV bei 546 hindurch, wobei der MOV die Überspannungsenergie auf Pegel reduziert, die für die verbleibenden Komponenten der Spannungsversorgung ungefährlich sind. Bei 558 verlässt die ungefährliche Überspannung die Schaltung als Ausgabe der Gleichspannungsversorgung.
Insbesondere wird der Eingangsstrom bei 504 empfangen und umfasst wünschenswerterweise drei Phaseneingangssignale und ein Mittelleitereingangssignal, wie das beispielsweise bei den Eingängen 301–304 in 3 gezeigt ist. Ein Ausgleichsstrom kann zwischen jedem der drei Eingänge und jedem der drei Eingänge und dem Mittelleiter auftreten, und er wird wünschenswerterweise bei 517 durch das Anwenden einer Impedanz reduziert. Die verwendete Impedanz kann Strombegrenzungswiderstände, die in Serie mit jedem der Phaseneingänge verbunden sind, umfassen, um jegliche Ausgleichsströme, die eventuell in die Schaltung eingeflossen sind, zu reduzieren. Ein zusätzlicher Widerstand kann auch in Serie mit dem Mittelleitereingang verbunden sein. Ein beispielhafter Widerstandssatz ist in 3 bei 331, 332 und 334 gezeigt.
Bei 536 werden der empfangene Strom und jegliche Ausgleichsströme durch ein Diodennetz gelenkt (beispielsweise das Netz, das in 3 gezeigt ist, und das die Dioden 361–364 und 371–374 umfasst). Die Dioden sind wünschenswerterweise in Serie mit jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleiter verbunden. Diese Anordnung, die notwendig ist, um eine Vollwellengleichrichtung aus den Wechselstromeingangssignalen zu produzieren, zwingt jegliche Ausgleichsströme dazu, durch einen MOV (beispielsweise der MOV 351 in 3), der zwischen den Anschlüssen des Gleichspannungsausgangs verbunden ist, hindurch zu gehen, wo sie bei 546 wünschenswerterweise auf einen akzeptablen Pegel reduziert werden. Somit umfasst der Ausgang der Gleichspannungsversorgung bei 558 Ausgleichsströme mit einem Pegel, der für anderen Schaltungen, die mit dem Ausgang verbunden sind, ungefährlich ist.
Es sollte verständlich sein, dass die erfinderischen Prinzipien, die in dieser Anmeldung beschrieben sind, nicht auf die Komponenten oder Konfigurationen, die in dieser Anmeldung beschrieben sind, begrenzt sind. Es sollte verständlich sein, dass die Prinzipien, Konzepte, Systeme und Verfahren, die in dieser Anmeldung gezeigt sind, mit einer anderen Ausrüstung als sie in dieser Anmeldung beschrieben ist, verwirklicht werden können, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen.
Obwohl die vorliegende Erfindung hier unter Bezug auf gewisse spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, soll sie nichtsdestotrotz nicht auf die gezeigten Details begrenzt sein. Stattdessen können verschiedene Modifikationen in den Details innerhalb des Umfangs und des Bereichs von Äquivalenten der Ansprüche vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Schaltungen und Systemen werden in mehrphasigen Spannungsversorgungen für das Verhindern von Ausgleichsströmen verwendet. Metalloxidvaristoren ("MOV") von Phase zu Phase und Phase zum Mittelleiter werden durch einen einzigen mit der Gleichspannungsversorgung verbundenen MOV ersetzt. Ausgleichströme werden durch Widerstände begrenzt, die in Serie zu jedem der drei Phaseneingänge verbunden sind. Unter Verwendung eines einzigen mit der Gleichspannung verbundenen MOV wird ein Schutz gegen Überspannungen zwischen jedem der vier Eingänge geliefert. Die Ströme Phase-zu-Phase und Phase-zu-Mittelleiter werden unter Verwendung von Dioden durch einen einzigen MOV gelenkt, der zwischen den positiven und negativen Eingangsanschlüssen der Gleichspannungsversorgung verbunden ist.

Claims

System für das Schützen einer Gleichstromvorrichtung, die mit einer Mehrphasen-Spannungsversorgung verbunden ist, umfassend: eine Vielzahl von Phaseneingängen für das Empfangen jeder der Phasen der Spannungsversorgung; einen Mittelleitereingang; einen positiven und einen negativen Ausgang für das Verbinden mit der Gleichstromvorrichtung; eine Vielzahl von Impedanzen; nur einen Metalloxidvaristor, wobei der Metalloxidvaristor in Serie zwischen dem positiven und negativen Ausgang verbunden ist; und eine Vielzahl von Dioden, die eine Verbindung zwischen jedem Phaseneingang und jedem Phaseneingang und dem Mittelleitereingang liefern, wobei die Verbindung durch den mindestens einen Metalloxidvaristor, der in Serie zwischen dem positiven und negativen Ausgang verbunden ist, hindurch geht.
System nach Anspruch 1, wobei jede Impedanz in Serie mit einem entsprechenden Eingang der Phaseneingänge verbunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei jede Impedanz in Serie mit einem entsprechenden Eingang der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang verbunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Metalloxidvaristor von einer Größe ist, die ausreicht, um einen Schutz gegen die größte Überspannung zwischen jedem der Phaseneingänge und jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang zu gewähren.
System nach Anspruch 1, wobei jede der Dioden eine Größe aufweist, die ausreichend ist, um den Strom handhaben zu können, der durch die Überspannung zwi schen jedem der Phaseneingänge und zwischen jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang verursacht wird.
Verfahren zum Reduzieren von Ausgleichsströmen in einem System, umfassend: Empfangen eines Ausgleichsstroms von einer mehrphasigen Spannungsversorgung an einem Eingang, wobei der Eingang eine Vielzahl von Phaseneingängen und einen Mittelleitereingang umfasst; Anwenden einer Impedanz auf den Ausgleichsstrom; Lenken des Ausgleichsstroms zu einem einzelnen Metalloxidvaristor; und Reduzieren des gelenkten Ausgleichsstroms am Metalloxidvaristor auf einen akzeptablen Pegel.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anwenden der Impedanz auf den Ausgleichsstrom das Lenken des Ausgleichsstroms durch einen Widerstand, der in Serie mit einem Phaseneingang verbunden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anwenden der Impedanz auf den Ausgleichsstrom das Lenken des Ausgleichsstroms durch einen Widerstand, der in Serie mit einem Phaseneingang oder dem Mittelleitereingang verbunden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Lenken des Ausgleichsstroms das Lenken des Ausgleichsstroms durch ein Diodennetz umfasst, in dem eine Vielzahl von Dioden in Serie zwischen jedem der Phaseneingänge und zwischen jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der einzelne Metalloxidvaristor eine Größe aufweist, die ausreichend ist, um einen Schutz gegen den größten Ausgleichsstrom zwischen jedem der Phaseneingänge und jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang zu liefern.
Schaltung, die verwendet wird, um Ausgleichsströme zu verhindern, umfassend: eine Eingangskomponente; eine Impedanzkomponente, die mit der Eingangskomponente verbunden ist; eine Diodennetzkomponente, die mit der Impedanzkomponente verbunden ist; eine Überspannungsschutzkomponente, die mit der Diodennetzkomponente verbunden ist; und eine Gleichstromausgangskomponente, die mit der Überspannungsschutzkomponente verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 11, wobei die Eingangskomponente umfasst: eine Vielzahl von Phaseneingängen; und einen Mittelleitereingang.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei die Impedanzkomponente eine Vielzahl von Widerständen umfasst, wobei mindestens ein Widerstand in Serie mit jedem der mehreren Phaseneingänge verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei die Impedanzkomponente eine Vielzahl von Widerständen umfasst, wobei mindestens ein Widerstand in Serie mit jedem der mehreren Phaseneingänge und dem Mitteilleitereingang verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei die Überspannungsschutzkomponente nur einen Metalloxidvaristor umfasst, der in Serie zwischen einem positiven und negativen Ausgang der Gleichstromkomponente verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 15, wobei der Metalloxidvaristor eine Größe aufweist, die ausreicht, um einen Schutz gegen die größte Überspannung zwischen irgend zwei der Phaseneingänge und jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang zu liefern.
Schaltung nach Anspruch 15, wobei die Diodennetzkomponente eine Vielzahl von Dioden umfasst, die eine Verbindung zwischen jedem Phaseneingang und jedem Phaseneingang und dem Mittelleitereingang liefert, wobei die Verbindung durch den Metalloxidvaristor, der in Serie zwischen dem positiven und negativen Ausgang verbunden ist, hindurch läuft.
Schaltung nach Anspruch 17, wobei jede der Dioden eine Größe aufweist, die ausreicht, um den Strom handhaben zu können, der durch eine Überspannung zwischen irgendwelchen zwei der Phaseneingänge und jedem der Phaseneingänge und dem Mittelleitereingang verursacht wird.