DE1196291B - Schutzeinrichtung fuer einen Wechselrichter - Google Patents

Schutzeinrichtung fuer einen Wechselrichter

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DE1196291B
DE1196291B DEV22648A DEV0022648A DE1196291B DE 1196291 B DE1196291 B DE 1196291B DE V22648 A DEV22648 A DE V22648A DE V0022648 A DEV0022648 A DE V0022648A DE 1196291 B DE1196291 B DE 1196291B
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Dipl-Ing Karoly Ganszky
Dipl-Ing Tibor Kondor
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VILLAMOSIPARI KI
Villamosipari Kutato Intezet
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VILLAMOSIPARI KI
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES -wjVsf^ PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
H 02 j
H02d
Deutsche Kl.: 21 d3 - 2
Nummer: 1196 291
Aktenzeichen: V 22648 VIII b/21 d3
Anmeldetag: 15. Juni 1962
Auslegetag: 8. Juli 1965
Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für einen Wechselrichter mit Schwingungserzeuger und Verstärker.
Als Wechselrichter werden oft Transistorumformer verwendet, an deren Eingang die Quelle der Gleichspannung, z. B. ein Akkumulator, angeschlossen ist, während am Ausgang des Transistorumformers eine Wechselspannung auftritt. Soll die Frequenz der Ausgangsspannung unabhängig von eventuellen Schwankungen der Eingangsspannung konstant gehalten werden, wird zur Einstellung und Aufrechterhaltung der Frequenz ein Schwingungserzeuger (Oszillator) vorgesehen. Bei diesen bekannten Schaltungen wird demnach der aus einem Schwingungserzeuger und gegebenenfalls aus mindestens einer Verstärkerstufe bestehende Umformer durch eine Gleichstromquelle gespeist, wobei am Ausgang der Schaltung eine Wechselspannung mit einer durch die Oszillatorfrequenz bestimmten Frequenz erscheint. Damit nun die Amplitude der durch den Schwingungserzeuger gelieferten Steuersignale trotz Spannungsschwankungen der Gleichstromquelle konstant bleibt, muß die zur Betätigung des Schwingungserzeugers erforderliche Gleichspannung stabilisiert werden, was mittels eines Stabilisators oder Stabilisatorelementes und eines mit diesem in Reihe geschalteten Vorschaltwiderstandes erfolgt.
Diese Umformer können gegen Kurzschlüsse und Überbelastung nur schwer geschützt werden, da die thermische Zeitkonstante der zur Umformung verwendeten Transistoren sehr gering ist, so daß die Transistoren bereits bei sehr kurz andauernden Überbelastungen beschädigt werden können.
Die Verwendung von Transistorschaltern für Schutzzwecke ist bekannt. Auch ist bereits eine Schutzeinrichtung für einen fremdgesteuerten Wechselrichter vorgeschlagen worden, bei der die Fremdsteuerung im Störungsfalle durch einen Transistor abgeschaltet wird, der nach erfolgter Inbetriebnahme des fremdgesteuerten Wechselrichters von den Ausgangsgrößen bis zum Auftreten einer Störung geöffnet gehalten wird. Einem weiteren Vorschlag entsprechend wird bei dieser Schutzeinrichtung die Basis-Emitter-Strecke des abschaltenden Flächentransistors von der zweckmäßig gleichgerichteten Ausgangsspannung erregt.
Die Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung dient für einen Wechselrichter mit Schwingungserzeuger und Verstärker, wobei der Schwingungserzeuger bei Störungen durch einen in seinem Speisestromkreis liegenden Transistor abgeschaltet wird, der von der Ausgangsspannung des Wechselrichters Schutzeinrichtung für einen Wechselrichter
Anmelder:
Villamosipari Kutato Intezet, Budapest
Vertreter:
Dipl.-Ing. W. Meissner und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte, München 2, Tal 71
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Käroly Ganszky,
Dipl.-Ing. Tibor Kondor, Budapest
Beanspruchte Priorität:
Ungarn vom 6. Juli 1961 (VI-357)
gesteuert wird. Die Erfindung besteht darin, daß der abschaltende Transistor sowohl von der Ausgangsspannung des Wechselrichters als auch von der Eingangsspannung gesteuert wird, indem die Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung verglichen und der Transistor gesperrt wird, wenn die Spannungsdifferenz auf Null absinkt.
Diese Schutzeinrichtung spricht bei einer vorausbestimmten Belastungsgrenze an und schaltet außerordentlich rasch und feinempfindlich bei der geringsten Überschreitung der eingestellten Belastungsgrenze den Wechselrichter ohne Beschädigung irgendeines seiner Bestandteile ab. Da die Ausgangsspannung des Wechselrichters auch von der Höhe der ihn speisenden Gleichspannung abhängt, kann die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung derart ausgebildet werden, daß sie geeignet ist, zu unterscheiden, ob die Ausgangsspannung wegen einer Abnahme der Eingangsspannung geändert worden ist, oder abnimmt, weil die wechselspannungsseitige Belastung zugenommen hat. Im letzteren Fall wird dann die Wechselrichtung durch die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung unterbrochen, d. h. die Betätigung der Umformerschaltung hört dann auf, wenn die auf die Eingangsspannung bezogene Ausgangsspannung bis zu einem im voraus eingestellten Wert abnimmt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, deren F i g. 1 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, wobei
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gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf ähnliche Einzelheiten hinweisen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 besteht der Wechselrichter aus einem Schwingungserzeuger! und aus mindestens einem Leistungsverstärker 3, die durch eine Gleichstromquelle 1 gespeist werden. Die Speisespannung des Schwingungserzeugers 2 wird gegen Spannungsschwankungen der Stromquelle 1 durch die Reihenschaltung eines Stabilisators 5 und eines Vorschaltwiderstandes 6 stabilisiert, die zu den Einheiten 2 und 3 parallel geschaltet ist. Für die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung wird der Schwingungserzeuger 2 von der stabilisierten Spannung über einen im Betrieb vollständig offenen Transistor 10 gespeist, so daß der durch ihn bedingte Spannungsabfall vernachlässigbar ist.
Die zum öffnen des Transistors 10 erforderliche Basissteuerspannung besteht aus zwei Komponenten. Die eine Komponente ist die Spannung eines an den Wechselspannungsausgang 4 des Wechselrichters angeschlossenen Transformators 7. Diese Spannung gelangt über einen Gleichrichter 8 über einen Spannungsteiler 9 und einen Widerstand 11 auf die Basis des Transistors 10. Die andere Komponente entsteht am Vorschaltwiderstand 6 durch den den Stabilisator 5 durchfließenden Strom, der sich proportional zu den Schwankungen der Stromquelle 1 ändert. Die beiden Spannungskomponenten sind gegeneinander gerichtet. Dies bedeutet, daß die am Vorschaltwiderstand 6 auftretende Spannung aus der durch den Spannungsteiler 9 gelieferten Spannung, die den Transistor 10 zu öffnen trachtet, subtrahiert wird.
Die am Spannungsteiler 9 auftretende Spannung nimmt mit zunehmendem Belastungsstrom am Ausgang 4 ab, da der Leistungsverstärker 3 immer einen gewissen inneren Widerstand aufweist. Wenn der Wert der am Vorschaltwiderstand 6 auftretenden Spannung durch die am Spannungsteiler 9 eingestellte und mit Zunahme des Belastungsstromes gleichzeitig abnehmende Spannung erreicht wird, d. h. ihr Unterschied praktisch auf Null sinkt, erhält die Basis des Transistors 10 keine Spannung. Der Transistor wird gesperrt, so daß auch die Schwingung und die Ausgangsspannung aufhören. Lediglich die am Vorschaltwiderstand 6 auftretende und den Transistor 10 sperrende Spannungskomponente bleibt bestehen.
Jene Belastungsstromstärke, bei welcher die Betätigung des Wechselrichters durch die Schutzeinrichtung aufgehoben wird, ändert sich bei Spannungs-Schwankungen der den Wechselrichter speisenden Speisestromquelle 1 nicht, da sowohl die am Vorschaltwiderstand 6 als auch die am Spannungsteiler 9 auftretende Spannung sich proportional zur Spannung der Stromquelle ändert, so daß der Unterschied praktisch immer bei einem vorausbestimmten Belastungsstrom gleich Null wird.
Der wegen Überbelastung oder Kurzschluß stillgesetzte Wechselrichter kann mittels eines Druckknopfes 14 wieder angelassen werden. Beim Niederdrücken des Druckknopfes 14 wird der Transistor 10 von einem Strom durchflossen, der praktisch gemäß einer durch eine Kapazität 12 und den Widerstand 11 bestimmten Zeitkonstante schnell abklingt und den Transistor 10 augenblicklich derart öffnet, daß eine Oszillation einsetzt, wobei am Ausgang 4 und am Spannungsteiler 9 eine Spannung auftritt, die den Transistor 10 bereits offen hält. Sollte bei Zurückschaltung am Ausgang 4 noch eine Überbelastung oder ein Kurzschluß bestehen, so ist die am Spannungsteiler 9 auftretende Spannung zum Offenhalten des Transistors 10 ungenügend.
Eine Diode 15 verhindert, daß der beim Niederdrücken des Druckknopfes 14 den Transistor 10 durchfließende Stromstoß durch den Spannungsteiler 9 überbrückt (geshuntet) wird.
Ein Widerstand 13, dessen Wert viel größer ist als jener des Widerstandes 11, dient lediglich zum Entladen der Kapazität 12 nach Loslassen des Druckknopfes 14.
Eine Änderung des Ansprechniveaus der Schutzeinrichtung erfolgt durch Verstellung des Gleitkontaktes des Spannungsteilers 9.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 liegt der Transistor 10 nicht im Speisestromkreis des Schwingungserzeugers 2, sondern eines Vorverstärkers 3 a, der ähnlich wie der Schwingungserzeuger 2 durch eine stabilisierte Spannung gespeist wird und zwischen dem Leistungsverstärker 3 und dem Schwingungserzeuger 2 liegt. Bei Überbelastung oder Kurzschluß verhält sich der Wechselrichter wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß nach Sperren des Transistors 10 der Schwingungserzeuger 2 des Wechselrichters weiter arbeitet, die Wechselrichtung am Ausgang 4 aber wegen Sperren des Vorverstärkers 3 a aufgehoben wird.
Nach F ig. 3 ist der Leistungsverstärker 3 über einen Transformator 16 an den Ausgang 4 angeschlossen. Die zur Betätigung der Schutzeinrichtung erforderliche Signalspannung wird hier entweder unmittelbar vom strichpunktiert dargestellten Ausgang 4 oder zwecks galvanischer Trennung von Eingang und Ausgang einer hierfür vorgesehenen Wicklung
17 geeigneter Spannung entnommen.
Um die Welligkeit der vom Transformator 7 (F i g. 1) oder von der Spule 17 (F i g. 2) zurückgeleiteten Spannung nach dem Gleichrichter 8 zu verringern, kann in den Gleichrichter in bekannter Weise ein Filterstromkreis aus R-, L- und C-Gliedern eingebaut werden. In der F i g. 3 ist beispielsweise auch ein durch gestrichelte Linien dargestelltes ÄC-Filter eingezeichnet, das aus einem Widerstand
18 und einer Kapazität 19 besteht. Da aber die Schnelligkeit des Ansprechens durch Filterkreise umgekehrt zur Größe ihrer Zeitkonstanten beeinflußt wird, d. h. bei Vergrößerung der Filterstromkreiszeitkonstante die Betätigung des Wechselrichters nach immer größer werdender Verlängerung aufhört, ist bei strengeren Bedingungen zweckmäßiger die Welligkeit der zurückgeleiteten Spannung mittels einer phasenverschiebenden Brückenschaltung durch Umwandlung der Spannung des Transformators 7 oder der Wicklung 17 in eine Mehrphasenspannung zu verringern, wie dies bereits bei Gleichrichtervorrichtungen bekannt ist.
In Fig. 4 z.B. ist ein Ausführungsbeispiel einer phasenverschiebenden Brückenschaltung mit RC-Gliedern zur Verringerung der Welligkeit dargestellt, bei welcher die eingehende Einphasenspannung in eine Zweiphasenspannung umgewandelt wird. Hier weist die Sekundärwicklung des Transformators 7 oder die Wicklung 17 eine Mittelanzapfung auf. Die Spannung der Spule 17 wird durch Dioden 20 und 21 unmittelbar und durch Dioden 22 und 23 nach Verschiebung der Phasenlage der Spannung durch
eine aus Widerständen 24, 25 und Kapazitäten 26, 27 bestehende Brückenschaltung um 90° gleichgerichtet.
Beim Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung gemäß F i g. 5 wird die Ausgangsspannung mit der vollen Eingangsspannung derart verglichen, daß der Schwingungserzeuger 2 oder die Verstärkerstufe 3, deren Betätigung bei Uberbelastung oder Kurzschluß aufgehoben werden soll, im Emitterkreis des Transistors 10 vorgesehen ist. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist der Vorverstärker 3 a, der hier z. B. vom Eingang 1 unmittelbar gespeist wird, im Emitterkreis des Transistors 10 angeordnet. Die zum Öffnen des Transistors 10 erforderliche Basisspannung besteht auch hier aus zwei Komponenten.
Die eine Komponente besteht aus der Spannung, die in einer der vorher beschriebenen Weisen dem Ausgang4 entnommen und durch den Gleichrichters gleichgerichtet, ferner auf eine der beschriebenen Arten eventuell gefiltert wird und deren Größe durch den Spannungsteiler 9 eingestellt werden kann. Die andere Komponente besteht aus einer Spannung, die der Eingangsspannung proportional ist und am Lastwiderstand im Emitterkreis des Transistors 10, d. h. beim dargestellten Ausführungsbeispiel am Vorverstärker 3 α auftritt, der den Transistor 10 abzusperren trachtet.
Die beiden Komponenten der Steuerspannung sind gegeneinander gerichtet. Dies bedeutet, daß die am Vorverstärker 3 a als Lastwiderstand auftretende Spannung aus der durch den Gleichrichter 8 gelieferten Spannung subtrahiert wird. Wenn die Spannung des Gleichrichters 8, die mit der Zunahme des Belastungsstromes gleichzeitig abnimmt, der am Vorverstärker 3 α als Belastung auftretenden Spannung gleich wird, beginnt der Transistor 10 zu sperren, wobei der den Transistor 10 durchfließende Strom abzunehmen beginnt. Infolgedessen nehmen auch die am als Belastung wirkenden Vorverstärker 3 α auftretende Spannung und die Ausgangsspannungen der durch den Vorverstärker 3 α angetriebenen weiteren Stufen (wie z. B. beim dargestellten Ausführungsbeispiel die am Ausgang 4 des Leistungsverstärkers 3 erscheinende Spannung) ab. Dies hat zur Folge, daß der Transistor 10 über den Gleichrichter 8 eine noch geringere Spannung erhält und stärker absperrt. Somit geht das Sperren des Transistors 10 und das Aufhören der Umformung lavinenartig vor sich.
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Claims (8)

Patentansprüche:
1. Schutzeinrichtung für einen Wechselrichter mit Schwingungserzeuger und Verstärker, wobei der Schwingungserzeuger bei Störungen durch einen in seinem Speisestromkreis liegenden Transistor abgeschaltet wird, der von der Ausgangsspannung des Wechselrichters gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (10) auch von der Eingangsspannung gesteuert wird, indem eine der Ausgangsspannung proportionale Gleichspannung mit der Eingangsspannung verglichen und der Transistor gesperrt wird, wenn die Spannungsdifferenz auf Null absinkt.
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis (Basiskreis) des Transistors (10) ein vom Ausgang (4) der Schaltung über einen Gleichrichter (8) gespeister Spannungsteiler (9) zum Beeinflussen des Transistors im Sinne des Öffnens und im Emitterkreis ein mit einem Stabilisator (5) in Reihe geschalteter Vorschaltwiderstand (6) zum Beeinflussen des Transistors im Sinne des Sperrens vorgesehen sind.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerstromkreis (Basiskreis) des Transistors (10) ein vom Ausgang (4) der Schaltung über einen Gleichrichter (8) gespeister Spannungsteiler (9) vorgesehen ist, der den Transistor im Sinne des Öffnens beeinflußt, wobei der Emitterkreis des Transistors einen Schwingungserzeuger (Oszillator) oder eine Verstärkerstufe aufweist, die den Transistor im Sinne des Sperrens beeinflussen.
4. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (10) außer seinem Steuerbasiskreis auch einen Anlaßbasiskreis (14) aufweist, der über ein ÄC-Glied (11, 12) geschlossen werden kann.
5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßbasiskreis des Transistors (10) vom Steuerbasiskreis desselben getrennt (15) ist.
6. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (7) zum galvanischen Trennen des Ausganges (4) der Schaltung von einer als Eingang dienenden Stromquelle (1) vorgesehen ist.
7. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangstransformator (16) mit einer besonderen Wicklung (17) zum galvanischen Trennen des Ausganges (4) vom Eingang (1) der Schaltung vorgesehen ist.
8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterkette (18,19) zum Verringern der Welligkeit der den Transistor (10) im Sinne des Öffnens beeeinflussenden gleichgerichteten Spannung vorgesehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 509 819;
»Electronics«, 23.12. 1960, S. 56 bis 59.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1114 927.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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