DE1244291B

DE1244291B - Protection circuit for capacitive voltage converter

Info

Publication number: DE1244291B
Application number: DE1959S0061933
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Kettler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-02-26
Filing date: 1959-02-26
Publication date: 1967-07-13
Also published as: CH381319A

Description

Schutzschaltung für kapazitive Spannungswandler Bei kapazitiven Spannungswandlern, welche aus einem kapazitiven Spannungsteiler und einem induktiven Mittelspannungsteil bestehen, treten bekanntlich unter besonderen Schaltbedingungen (primärseitig oder sekundärseitig) sogenannte Ferroresonanzen, auch Kippschwingungen genannt, auf. Dies ist dadurch bedingt, daß im Kreis des kapazitiven Spannungswandlers ein nichtlineares Schaltungsglied in Form des induktiven Mittelspannungswandlers vorhanden ist. Die Kippschwingungen treten dann auf, wenn die Induktion des Mittelspannungswandlers infolge der vorerwähnten Schaltvorgänge in das Sättigungsgebiet des Eisens hineinkommt. Mit dem Auftreten dieser Kippschwingungen und der damit verbundenen Sättigung des Eisenkernes sind erhöhte Magnetisierungsströme in der Primärwicklung des Wandlers verknüpft.Protective circuit for capacitive voltage converters With capacitive voltage converters, which consists of a capacitive voltage divider and an inductive medium voltage divider exist, occur under special switching conditions (primary side or on the secondary side) so-called ferroresonances, also called tilting vibrations. This is due to the fact that there is a non-linear voltage converter in the circuit of the capacitive voltage converter Circuit element in the form of the inductive medium-voltage converter is present. the Tilting oscillations occur when the induction of the medium voltage converter comes into the saturation area of iron as a result of the aforementioned switching processes. With the occurrence of these tilting vibrations and the associated saturation of the The iron core is the increased magnetization currents in the primary winding of the transducer connected.

Um die unerwünschten Ferroresonanzerscheinungen zum Abklingen zu bringen, ist es unter anderem bekannt, den Wandler beim Auftreten dieser Erscheinungen mittels ohmscher Widerstände stark zu belasten.To reduce the undesirable ferroresonance phenomena, it is known, among other things, to use the converter when these phenomena occur to load ohmic resistances heavily.

Zahlreiche Versuche haben gezeigt, daß die Belastung ein Vielfaches der in bezug auf die Klassengrenze zulässigen Bürde sein muß. Der erforderliche Belastungswiderstand müßte demzufolge eine so große Zusatzbürde darstellen, daß die Klassengrenze des Wandlers bei dieser Belastung in unzulässiger Weise überschritten wird. Damit entsteht die Forderung, den Belastungswiderstand, der bei Auftreten von Kippschwingungen zugeschaltet wird, nach Abklingen derselben wieder abzuschalten.Numerous tests have shown that the load is many times over must be the permissible burden in relation to the class boundary. The required Load resistance would therefore have to represent such a large additional burden that the class limit of the converter was exceeded in an impermissible manner with this load will. This creates the requirement, the load resistance, which occurs when is switched on by tilting oscillations, after they have subsided, switch off again.

Bei Anwendung bisher bekannter Methoden zur Einschaltung von Belastungswiderständen tritt aber der Fall ein, daß, wenn der Belastungswiderstand nach dem Abklingen der z. B. durch Einschaltvorgänge hervorgerufenen Kippschwingungserscheinungen vom Wandler abgeschaltet wird, ein Schaltungsvorgang entsteht, der dem öffnen eines sekundärseitigen Kurzschlusses nahekommt. Es würden somit auch durch einen solchen sekundärseitigen Schaltvorgang Ferroresonanzen ausgelöst werden.When using previously known methods for switching on load resistors but the case occurs that if the load resistance after the decay of the z. B. from the converter caused by switching operations is switched off, a switching process occurs, which leads to the opening of a secondary Short circuit comes close. It would therefore also be through such a secondary side Switching process ferroresonances are triggered.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß bei- Auftreten von Kippschwingungen elektronische Schalter betätigt werden, die auf der Sekundärseite des Zwischenkreises entweder einen Belastungswiderstand, dessen Widerstandswert sich infolge seiner Temperaturabhängigkeit vom Zeitpunkt seiner Einschaltung bis zum Zeitpunkt seiner Wiederabschaltung mindestens im Verhältnis von 1:5, vorzugsweise 1.:10; erhöht, einschalten und nach Widerstandserhöhung wieder abschalten oder einen Belastungswiderstand ohne Temperaturgang einschalten, den sie nach stufenweiser Erhöhung seines Widerstandswertes infolge ihrer unter dem Einfluß von Zeitgliedern eintretenden folgezeitigen Ausschaltung wieder abschalten.This disadvantage is avoided according to the invention in that both Occurrence of tilting vibrations electronic switches are operated on the Secondary side of the intermediate circuit either a load resistor, its resistance value due to its temperature dependence from the time it is switched on to at the time it is switched off again at least in a ratio of 1: 5, preferably 1.:10; increased, switch on and switch off again after increasing the resistance or one Switch on the load resistor without temperature drift, which you can gradually follow Increase in its resistance value as a result of being under the influence of timers switch off any subsequent switch-off.

Gegenüber einer bereits vorgeschlagenen Schutzschaltung, bei der über einen Transduktor eine Parallelschaltung des Belastungswiderstandes erfolgt oder als Widerstand ein spannungsabhängiger Widerstand verwendet ist, wird durch die erst nach der Widerstandserhöhung erfolgende Abschaltung der gleiche Vorteil erzielt wie gegenüber der vorstehend geschilderten bekannten Methode.Compared to an already proposed protective circuit in which about a transducer a parallel connection of the load resistor takes place or a voltage-dependent resistor is used as a resistor, is determined by the the same advantage is achieved only after the resistance has been increased as compared to the known method described above.

Gegenüber einer bekannten Schutzschaltung, bei der der Belastungswiderstand bei Betriebsfrequenz durch einen Scheinwiderstand mit bei Betriebsfrequenz niedrigem Wert überbrückt ist, ist der Vorteil vorhanden, daß der Belastungswiderstand infolge seiner zeitweisen Einschaltung ohne überbrückenden frequenzabhängigen Scheinwiderstand im Normalbetrieb des kapazitiven Spannungswandlers nicht eingeschaltet ist, während er bei der bekannten Schutzschaltung auch bei höheren Harmonischen wirksam ist, so daß diese höheifrequenten Ströme, die zur Vermeidung von Spannungsverzerrungen vorhanden sein müssen, im Normalbetrieb des kapazitiven Spannungswandlers fehlen.Compared to a known protective circuit in which the load resistance at operating frequency through an impedance with low at operating frequency Value is bridged, there is the advantage that the load resistance as a result its temporary activation without bridging frequency-dependent impedance is not switched on during normal operation of the capacitive voltage converter, while with the known protective circuit it is also effective at higher harmonics, so that these high-frequency currents to avoid voltage distortion must be present, are missing in normal operation of the capacitive voltage converter.

Gegenüber einer weiteren bekannten Schutzschaltung, bei der eine bestimmt bemessene, eisengeschlossene Drossel verwendet wird, wird insofern ein Vorteil erzielt, als durch den ohmschen Belastungswiderstand zweifellos in einwandfreier Weise Kippschwingungen unterdrückt werden, was bei der bekannten Belastung durch ein nichtlineares Glied, wie dies eine eisengeschlossene Drossel darstellt, nicht sicher ist.Compared to another known protection circuit in which one determines sized, iron-closed throttle is used, an advantage is achieved in that than due to the ohmic load resistance undoubtedly in a perfect manner tilting oscillations are suppressed, which is the case with the known load by a non-linear element, how this represents a closed-iron choke is not certain.

In den F i g. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele der Schutzschaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Treten bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 1, z. B. durch irgendwelche Schaltvorgänge, Kippschwingungen auf, so fließt in dem an den kapazitiven Spannungsteiler angeschlossenen Zwischenkreis Z ein größerer Strom als im Normalbetrieb. Dieser läßt an dem von ihm durchflossenen Widerstand R des Zwischenkreises Z eine solche Spannung nach Zünden der Funkenstrecke F als Steuerspannung für den elektronischen Schalter T (Transistor) - sei es unter Zwischenschaltung eines Wandlers oder unmittelbar - am Potentiometer P entstehen, daß der elektronische Schalter T den Belastungswiderstand RB auf der Sekundärseite parallel zur Bürde B einschaltet. Der Widerstand RB besitzt einen solchen Temperaturgang, daß er seinen Widerstandswert infolge seiner Temperaturabhängigkeit vom Zeitpunkt seiner Einschaltung bis zum Zeitpunkt seiner späteren Wiederabschaltung mindestens im Verhältnis von 1 : 5, vorzugsweise 1 : 10, erhöht. Sobald dieser Widerstandswert, bei dem bei Abschaltung keine Kippschwingungen entstehen, erreicht ist, wird der elektronische Schalter T, da dann seine Steuerspannung am Potentiometer P infolge geeigneter Bemessung der als Zeitglied arbeitenden Glieder C/P verschwunden ist, wieder ausgeschaltet; damit ist die Parallelschaltung des Belastungswiderstandes RB wieder beseitigt.In the F i g. 1 to 4 are exemplary embodiments of the protective circuit shown according to the invention. Step in the embodiment according to FIG. 1, e.g. B. by any switching operations, tilting vibrations, so flows in the intermediate circuit connected to the capacitive voltage divider Z a larger current than in normal operation. This leaves the one through which it flows Resistance R of the intermediate circuit Z such a voltage after ignition of the spark gap F as control voltage for the electronic switch T (transistor) - be it below Interconnection of a converter or directly - arise at the potentiometer P, that the electronic switch T the load resistor RB on the secondary side switches on parallel to load B. The resistor RB has such a temperature response, that it has its resistance value as a result of its temperature dependence on the point in time its activation until the time of its subsequent shutdown at least in a ratio of 1: 5, preferably 1:10. As soon as this resistance value, at which no breakdown vibrations occur when switching off is reached, the electronic switch T, because then its control voltage at the potentiometer P as a result suitable dimensioning of the elements C / P working as a timing element has disappeared, switched off again; thus the parallel connection of the load resistor RB eliminated again.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 wird als Belastungswiderstand ebenfalls ein Widerstand benutzt, dessen Widerstandswert sich infolge seiner Temperaturabhängigkeit vom Zeitpunkt seiner Einschaltung bis zum Zeitpunkt seiner Wiederabschaltung mindestens im Verhältnis von 1:5, vorzugsweise 1 : 10, erhöht. Dieser Belastungswiderstand RB wird auch in diesem Ausführungsbeispiel durch einen elektronischen Schalter, nämlich den Transistor T, eingeschaltet. Um dies zu erreichen, ist in Reihe zur Primärwicklung P des induktiven Zwischenspannungswandlers W die Primärwicklung P des Differentialwandlers D in Reihe angeordnet; die Sekundärwicklung S des Differentialwandlers D liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung S des Zwischenspannungswandlers W; die Sekundärwicklung S des Zwischenspannungswandlers W ist mit der Bürde B belastet. Außerdem besitzt der Differentialwandler D noch die Zusatzwicklung Zw, welche zur Erzeugung der Steuerspannung für den elektronischen Schalter T dient.In the embodiment of FIG. 2, a resistor is also used as the load resistor whose resistance value increases at least in a ratio of 1: 5, preferably 1:10, as a result of its temperature dependence from the time it is switched on until the time it is switched off again. This load resistor RB is switched on by an electronic switch, namely the transistor T, in this exemplary embodiment as well. In order to achieve this, the primary winding P of the differential converter D is arranged in series with the primary winding P of the inductive intermediate voltage converter W; the secondary winding S of the differential converter D is in series with the secondary winding S of the intermediate voltage converter W; the secondary winding S of the intermediate voltage converter W is loaded with the burden B. In addition, the differential converter D also has the additional winding Zw, which is used to generate the control voltage for the electronic switch T.

Im normalen Betriebsfall ist der Strom IBi gleich dem Strom I$2 unter Berücksichtigung des übersetzungsverhältnisses. Diese Ströme fließen auch durch die Primärwicklung P und Sekundärwicklung S des Differentialwandlers D; sie heben sich in diesen bezüglich der Amperewindungen gegenseitig auf. Durch die Primärwicklung P des Differentialwandlers D fließt außerdem der im normalen Betriebszustand sehr geringe Magnetisierungsstrom für den Kern des Zwischenspannungswandlers W, der in dem Kern des Differentialwandlers D eine dementsprechend geringe Induktion hervorruft. Da die Ströme IBi und 1B2 der Bürde B proportional sind, heben sie sich bezüglich ihrer Amperewindungen unabhängig von der Größe der Bürde gegenseitig auf, bewirken also keine zusätzliche Magnetisierung des Kerns des Differentialwandlers D.In normal operation, the current IBi is equal to the current I $ 2, taking into account the transmission ratio. These currents also flow through the primary winding P and secondary winding S of the differential converter D; they cancel each other out in these with respect to the ampere turns. The magnetizing current for the core of the intermediate voltage converter W, which is very low in the normal operating state and causes a correspondingly low induction in the core of the differential converter D, also flows through the primary winding P of the differential converter D. Since the currents IBi and 1B2 are proportional to the burden B , they cancel each other out in terms of their ampere turns regardless of the size of the burden, so they do not cause any additional magnetization of the core of the differential transformer D.

Im Zustand der Ferroresonanz steigt der Magnetisierungsstrom des Zwischenspannungswandlers W und demzufolge der Strom durch die Primärwicklung P des Differentialwandlers D so stark an, daß die durch die Primärwicklung P des Differentialwandlers D hervorgerufenen Amperewindungen nicht mehr durch die der SekundärwicklungS des Differentialwandlers D kompensiert werden. Die Folge davon ist eine starke Erregung des Differentialwandlers D; die ihrerseits eine Spannung in der Wicklung Zw des Differentialwandlers D induziert, so daß am Potentiometer P eine solche Steuerspannung für den elektronischen Schalter T steht, daß dieser den Belastungswiderstand RB einschaltet. Die Kippschwingungen erlöschen. Hat der Widerstand RB infolge seines Temperaturganges seinen hohen Widerstandswert erreicht, so wird der elektronische Schalter T, da seine Steuerspannung inzwischen am Potentiometer P infolge geeigneter Bemessung der als Zeitglied arbeitenden Glieder C/P verschwunden ist, wieder ausgeschaltet. Damit ist die Parallelschaltung des Widerstandes RB mit Temperaturgang wieder aufgehoben.In the ferroresonance state, the magnetizing current of the intermediate voltage converter increases W and consequently the current through the primary winding P of the differential converter D. so strong that the caused by the primary winding P of the differential converter D. Ampere turns no longer through that of the secondary winding S of the differential converter D are compensated. The consequence of this is a strong excitation of the differential converter D; which in turn induces a voltage in the winding Zw of the differential converter D, so that at the potentiometer P such a control voltage for the electronic switch T stands that this turns on the load resistor RB. The tilting vibrations go out. If the resistance RB has its high resistance value due to its temperature change reached, the electronic switch T, since its control voltage in the meantime at the potentiometer P as a result of suitable dimensioning of the elements working as a timing element C / P has disappeared, turned off again. The parallel connection of the Resistance RB with temperature response canceled again.

In der F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung gemäß der Erfindung gezeigt, bei dem ebenfalls der Differentialwandler D wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bei Auftreten von Kippschwingungen, also infolge des auftretenden erhöhten Magnetisierungsstromes, die Steuerspannung für die elektronischen Schalter liefert. Es sind hier beispielsweise zwei elektronische Schalter T1 und T2 vorgesehen, die durch die entsprechenden Steuerspannungen an ihren Potentiometern P1 und P2 gleichzeitig einen Belastungswiderstand, der sich aus zwei Teilwiderständen RB i und R$2 zusammensetzt, zur Bürde B parallelschalten. Nach Ablauf einer gewissen Zeit, die hier durch entsprechende Bemessung der Zeitglieder C,/P1 bzw. C2/P2 gegeben ist, schaltet zunächst z. B. der elektronische Schalter T1 den Teilwiderstand RB i aus, so daß infolge Aufrechterhaltung der Einschaltung des anderen Teilwiderstandes RB 2 der Widerstandswert des Belastungswiderstandes beispielsweise verdoppelt ist. Nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne, die durch das Zeitglied C2/P2 gegeben ist, wird der zweite elektronische Schalter T2 ausgeschaltet, der nun den zweiten Teilwiderstand RB 2 und damit im vorliegenden Fall die gesamte Zusatzbelastung für die Bürde B wieder abschaltet.In FIG. 3 shows a further embodiment of the protection circuit according to the invention, in which the differential converter D as in the embodiment of FIG. 2 supplies the control voltage for the electronic switch when stall oscillations occur, i.e. as a result of the increased magnetizing current that occurs. For example, two electronic switches T1 and T2 are provided here, which simultaneously connect a load resistor, which is composed of two partial resistors RB i and R $ 2, to load B in parallel with the corresponding control voltages on their potentiometers P1 and P2. After a certain time, which is given here by appropriate dimensioning of the timing elements C, / P1 and C2 / P2, z. B. the electronic switch T1 off the partial resistance RB i, so that, as a result of maintaining the switching on of the other partial resistor RB 2, the resistance value of the load resistor is, for example, doubled. After a further period of time, which is given by the timing element C2 / P2, the second electronic switch T2 is switched off, which now switches off the second partial resistor RB 2 and thus the entire additional load for the burden B in the present case.

Da bei der Schutzschaltung gemäß der Erfindung die Steuerspannung für den elektronischen Schalter aus dem die Kippschwingungen verursachenden erhöhten Strom auf der Primärseite des Zwischenkreises gewonnen wird, wirkt diese Schutzschaltung schon beim Entstehen der Kippschwingungen im Gegensatz zu Schaltungen, bei denen das Steuersignal für die Einschaltung des Belastungswiderstandes aus der bei Kippschwingungen resultierenden erhöhten Spannung auf der Sekundärseite des induktiven Zwischenspannungswandlers abgeleitet wird oder aus der nicht in der Amplitude erhöhten, wohl aber verzerrten Spannung auf der Sekundärseite gewonnen wird.Since in the protection circuit according to the invention, the control voltage for the electronic switch from which the tilting vibrations causing increased Current is obtained on the primary side of the intermediate circuit, this protective circuit works already when the breakdown vibrations arise, in contrast to circuits in which the control signal for switching on the load resistor from the in the event of stall oscillations resulting increased voltage on the secondary side of the inductive intermediate voltage converter is derived or from the not increased in amplitude, but distorted Voltage is gained on the secondary side.

In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 4 ist noch die Sekundärwicklung der Resonanzdrossel Dr des Zwischenkreises in den Stromkreis eingeschaltet, der durch den elektronischen Schalter T für den Belastungswiderstand RB geschlossen wird. Dadurch liegt der Belastungswiderstand RB an einer Spannung, die sich als Summenspannung aus der Sekundärspannung des Zwischenwandlers W und der Sekundärspannung der Resonanzdrossel Dr ergibt. Damit wird eine erhöhte Dämpfungswirkung erzielt, da nicht nur der induktive Zwischenwandler W, sondern auch noch die Resonanzdrossel Dr bedämpft wird.In the embodiment of FIG. 4, the secondary winding of the resonance choke Dr of the intermediate circuit is switched into the circuit which is closed by the electronic switch T for the load resistor RB. As a result, the load resistance RB is at a voltage that results as a sum voltage from the secondary voltage of the intermediate converter W and the secondary voltage of the resonance choke Dr. This results in an increased damping effect, since not only the inductive intermediate converter W but also the resonance choke Dr is damped.

Claims

Claims: 1. Protection circuit for capacitive voltage converters, which consists of a capacitive voltage divider and an inductive intermediate circuit assemble, with a load resistor to protect against tilting vibrations is switched on temporarily, characterized in that when tilting oscillations occur electronic switches are operated on the secondary side of the intermediate circuit either a load resistor whose resistance value changes as a result of its Temperature dependence from the time it was switched on until the time it was switched on Switch off again at a ratio of at least 1: 5, preferably 1:10, increased and switch off again after an increase in resistance or a load resistance without Switch on the temperature range, which you can use after gradually increasing its resistance value as a result of their subsequent disconnection under the influence of timers switch off again.

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that the switching on of the electronic switches is carried out by a voltage that corresponds to the Primary or secondary side of the intermediate converter circuit is taken.

3. Protection circuit according to claim 2, characterized in that the voltage at one occurs of breakdown oscillations from a correspondingly increased current flowing through the resistor arises in the intermediate circuit.

4. Protection circuit according to claim 1, characterized in that that the switching on of the electronic switch is carried out by a voltage that from the increased magnetization sirom of the intermediate converter that occurs in the case of tilting oscillations is won.

5. Protection circuit according to claim 4, characterized in that the Voltage is taken from a differential converter whose primary or. Secondary winding is in series with the primary or secondary winding of the intermediate transformer.

6. Protection circuit according to claim 2 or 4, characterized in that the voltage for controlling the Actuation of the electronic switch is taken from a potentiometer, which with a capacitor a timing element for determining the actuation time of the electronic Switch forms.

7. Protection circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the load resistance is at the sum voltage of the secondary voltage of the intermediate converter and the secondary voltage of the resonance choke. Documents considered: German Patent No. 713 614; German regulations No. 1 042 100, 1020 731, 1055120.