DE1227128B

DE1227128B - Ausgleichseinrichtung zur Spannungshaltung und Spannungseinstellung

Info

Publication number: DE1227128B
Application number: DEL41403A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Germann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-03-07
Filing date: 1962-03-07
Publication date: 1966-10-20
Also published as: DE1227128C2

Description

Ausgleichseinrichtung zur Spannungshaltung und Spannungseinstellung Die technische Anwendung vieler Verfahren sowie die Ausnutzung vieler elektrischer Vorrichtungen setzen eine konstante Verbraucherspannung voraus. Da aber eine Verbraucherspannungsänderung viele Ursachen haben kann, ist es ratsam, eine Konstantregelung der Verbraucherspannung durch Ausgleichseinrichtungen vorzunehmen.
Bisher sind beispielsweise Ausgleichseinrichtungen mit elektrischen Maschinen bekannt, die jeweils aus einem Generator und einem Motor bestehen. Mit Hilfe solcher Ausgleichsmaschinen ist es möglich, durch Umpolung der Erregung die Spannungsrichtung zu ändern, während die Stromrichtung erhalten bleibt. Damit ist gewährleistet, daß Leistung sowohl in den auszugleichenden Stromkreis geliefert als auch diesem entnommen werden kann.
Sehr störend wirkt sich bei den bisher bekannten Anordnungen das Vorhandensein bewegter Teile aus. Diese erhöhen den Verschleiß und machen außerdem eine aufwendige Wartung notwendig.
An Ausgleichseinrichtungen, die ohne elektrische Maschinen arbeiten, ist ferner eine Anordnung zur Konstanthaltung der Heizleistung einer Verstärkerröhre bekannt, die aus einer Gleichspannungsquelle mit schwankender Spannung gespeist wird. Bei dieser Anordnung wird zum Ausgleich der Heizleistung eine Wechselspannung über einen Transformator in den Heizkreis zusätzlich eingespeist. Ein Leistungsausgleich im Sinne einer Energieentnahme aus dem Heizkreis in die Zusatzquelle zurück ist jedoch nicht möglich.
Des weiteren ist eine mit einer Transistorschaltung regelbare Anordnung zur Stromversorgung von Batterien bekannt, bei der zur Betriebsspannung eine zusätzliche Gleichspannung aus einem selbsterregten Wechselrichter mit nachgeschaltetem Gleichrichter erzeugt wird.
Bekannt ist außerdem ein Stromversorgungsgerät, das bei Netzausfall eine unterbrechungsfreie Speisung eines Verbrauchers mit konstanter Gleichspannung sicherstellt, bei dem gleichfalls eine derartige Einrichtung, die eine Zusatzgleichspannung zur Konstanthaltung der Verbraucherspannung liefert, vorhanden ist. Es ist auch bei den beiden zuletzt erwähnten Anordnungen nicht möglich, die Zusatzgleichspannung in entgegengesetzter Polarität, d. h. in den Verbraucherkreis eine Gegenspannung einzufügen und in der Größe zu steuern.
Alle diese bei herkömmlichen, bisher bekannten Ausgleichsanordnungen nicht zu umgehenden auftretenden Mängel werden in überraschend einfacher Weise durch die erfindungsgemäße Ausgleichseinrichtung beseitigt.
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichseinrichtung zur Spannungshaltung und -einstellung und besteht darin, daß eine aus einem selbsterregten, in beiden Energierichtungen Wirkleistungen liefernden Wechselrichter und einem gesteuerten Stromrichter bestehende Zusatzanordnung zu ,einer Betriebsspannungsquelle eine Zusatz- oder Gegenspannung erzeugt und somit Leistung liefert oder entnimmt.
An Hand des in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels und der Spannungsdiagramme in F i g. 2 werden der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt und erläutert.
In F i g. 1 sind sowohl die -Betriebsgleichspannungsquelle 1 als auch die Gleichspannungsquelle 1' ein Gleichstromnetz oder eine Batterie. Der Wechselrichter 2 ist ein selbsterregter Wechselrichter, der in der Lage ist, in beiden Energierichtungen Leistung zu führen. Diesem selbsterregten Wechselrichter 2 ist ein gittergesteuerter Gleichrichter in Mittelpunkt-oder Brückenschaltung mit steuerbaren Gleichrichterzellen oder Stromrichtergefäßen nachgeschaltet. Die Drossel 4 und der Kondensator 5 bilden in bekannter Weise ein Glättungsglied, das dem Verbraucher 6 vorgeschaltet ist. Der Verbraucher 6 soll stets mit konstanter Spannung beaufschlagt werden, wenn auch seine Strom- und somit Leistungsaufnahme variiert.
Treten beispielsweise an der Betriebsspannungsquelle 1 Spannungsschwankungen auf, so ändert sich auch die am Verbraucher anliegende Spannung. Solche Spannungsschwankungen am Verbraucher können durch .eine variable Stromaufnahme .des Verbrauchers .selbst noch ungünstig verstärkt werden. Um eine entsprechend der aufgestellten Forderung konstante Verbraucherspannung zu erhalten, ist es notwendig, die Spannungsänderungen der Betriebsspannungsquelle 1 über eine Zusatzanordnung auszugleichen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann sowohl eine Erhöhung als auch eine Verminderung der Spannung der Betriebsspannüngsquelle 1 ausgeglichen werden.
Maßgebend für diese über eine Erhöhung oder Verminderung der Spannung erzielte Ausgleichung ist der Zündzeitpunkt des gittergesteuerten Gleichrichters 3. Dieser Zündzeitpunkt des dem selbsterregten Wechselrichter 2 nachgeschalteten gittergesteuerten Gleichrichters 3 wird so verschoben, daß die Spannung am Ausgang des gittergesteuerten Gleich--richters-gerade die Spannungsänderung der Betriebsspannungsquelle bzw. der Verbraucherspannung kompensiert.
°"'IDiä 'iä 'F i'g: 2" hiisgeführten Spamiungsdiagrämme zeigen den Zusammenhang zwischen--der Verschiebung des Zündzeitpunktes gegenüber der von der Wechselrichterspannung des Wechselrichters 2 vorgegebenen Phase und der durch diese Verschiebung bewirkten Spannungsausgleichung im Verbraucherkreis. Diese Zündzeitpunktverschiebung ergibt jeweils -einen Zündwinkel a, der in den Spannungsdia-. grammen der F ,i g. 2 in .die Auftragungen auf der Abszisse eingeht.
Wird-der . gittergesteuerte Gleichrichter jeweils mit einem'zeitlichen Abstand von 180° e1., d. h. in der halben Periode der vom Wechselrichter gelieferten Spannung gezündet, so kann durch Phasenverschiebung :des Zündzeitpunktes eine resultierende positive oder negative Spannung geliefert werden.
Wird der ,gittergesteuerte Gleichrichter jeweils in .einem. Abstand -von 180° e1., d. h. einer halben ;Penode.gezündet, so wird je nach Festlegung des 'Züridzeitpünktes innerhalb -der vom Wechselrichter gelieferten Wechselspannungshalbperiode eine Zusatz- oder Gegenspannung erzeugt.
In F i g. 2 a ist die vom Wechselrichter erzeugte Spannung U" über die Zeit aufgetragen. Die Darstellung in F i g. 2 b zeigt die Betriebsgleichspannung Ui und in F i g. 2 c die mittels der Zusatzeinrichtung bei einem Zündwinkel a = 45° e1. in den Verbraucherstromkreis eingespeiste Spannung U2 sowie in F i g. 2 d die- aus diesen beiden Spannungen U1 und U2 sich ergebende resultierende Spannung U3. In F i g. 2 e ist die über die Zusatzeinrichtung in den Verbraucherstromkreis eingespeiste Spannung U2 bei einem Zündwinkel a =135° e1. und in F i g. 2 f die sich damit,ergebende resultierende Spannung U3 dargestellt.
Ist der Zündwinkel a kleiner als 90° e1, dann ist die positive Spannungszeitfläche der Spannung der Zusatzeinrichtung größer als die negative. Somit wirkt die Anordnung 2, 3 als Gleichrichter, der aus dem von der Gleichspannungsquelle 1 gespeisten Wechselrichter 2 Wirkleistung in den Verbraucherkreis liefert und den Mittelwert der resultierenden Spannung gegenüber der Spannung der Betriebsgleichspannungsquelle erhöht.
Wird der Zündwinkel a größer als 90° e1. und kleiner als 180° e1, so ist die negative Spannungszeitfläche größer als die positive. Damit wirkt die Anordnung 2, 3 als netzgeführter Wechselrichter, welcher vom Verbraucherkreis über den Wechselrichter 2 Wirkleistung in die Gleichspannungsquelle 1' überführt und den Mittelwert der resultierenden Spannung gegenüber der Spannung der Betriebsspannungsquelle erniedrigt.
Bei einem Zündwinkel von a = 90° e1. sind die positiven und negativen Spannungszeitflächen gleich, und der Mittelwert der Spannung der Zusatzeinrichtung ist Null.
Eine in Abhängigkeit von der Verbraucherspannungsänderung vorgenommene Zündwinkelverschiebung regelt somit die Verbraucherspannung auf einen Sollwert.
Im Verbraucherstromkreis, dem über die Zusatzanordnung nach der Erfindung Wirkleistung zugeliefert oder entnommen wird, befindet sich-ein zur Glättung der Verbraucherspannung dienendes, aus Drossel 4 und Kondensator 5 bestehendes Glättungsglied. Die beiden Gleichspannungsquellen 1 und 1' sind entweder zwei voneinander -getrennte Gleichspannungsnetze oder ein gemeinsames. Selbstverständlich können :auch Batterien als Gleichspannungsversorgungdienen.

Claims

Patentansprüche: 1. Ausgleichseinrichtung. zur Spannungshaltung und Spannungseinstellung, dadurch-gekennzeichnet, daß eine ,aus seinem selbsterregten, in beiden Energierichtungen Wirkleistung liefernden Wechselrichter (2) .und einem gesteuerten Stromrichter (3) bestehende Zusatzanordnung zu einer Betriebsspannungsquelle (1). eine Zusatz-oder Gegenspannung erzeugt und damit Leistung liefert oder entnimmt.
2. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch :gekennzeichnet, daß die Zündwinkeleinstellung zur Zündung des gesteuerten Stromrichters (3) der Zusatzanordnung diesen in Gleichrichter- oder Wechsehichterbetrieb schaltet.
3. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem selbsterregten Wechselrichter nachgeschaltete, gesteuerte Stromrichter -der Zusatzanordnung bei einem Zündwinkel 0° G a G 90° e1. Gleichrichterbetrieb und bei einem Zündwinkel 90° Z,% G 180° e1. Wechselrichterbetrieb aufweist.
4. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Stromrichter aus steuerbaren Stromrichtergefäßen besteht.
5. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Stromrichter aus steuerbaren Gleichrichterzellen besteht.
6. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ,die Änderung der Verbraucherspannung die Einstellung des jeweiligen Zündwinkels und somit die Einsteuerung des gesteuerten Stromrichters besorgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr.1021948, 1091619, 1121692, 1122148.