DE1463022A1 - Ruhender Umformer - Google Patents

Description

»■!•■!■■«Ι! ' München, den 19. August 1968 "' - C 429 Gr

E,K. CoIe Limited in Ekco Works, Priory Crescent, Southend-on~Sea,Essex/Großbritannien

Ruhender Umformer

Die Erfindung betrifft einen ruhenden Umformer unter Verwendung von Halbleitervorrichtungen, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln«

Ein Nachteil derartiger ruhender Umformer im Vergleich zu rotierenden Umformern liegt darin, daß wegen der geringen Wärmekapazität und der Temperaturempfindlichkeit der Halbleiterschalter schnell ansprechende Schutzschalter vorgesehen werden müssen, um die Halbleiter vor Beschädigungen bei starker Überlastung oder Kurzschluß zu schützen. Da auch die in einem ruhenden Umformer gespeicherte Energie weit geringer als bei einem rotierenden Umformer ist, reicht die am Ausgang des ruhenden Umformers verfügbare Energiemenge bei Kurzschluß im allgemeinen nicht aus, um eine Schmelzsicherung durchzubrennen, deren Auslegung mit der Ausgangsleistung des Umformers vergleichbar ist. ^J

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist erfindungsgemäß ein ruhender Umformer dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz im

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Nr.I Sau 3 des Xnderunflsges. v.4.9.1967)

Lastkreis bei Kurzschluß der Last einen wesentlichen Bestandteil eines Schwingkreises bildet, der Resonanz bei einer Oberschwingung der Grundfrequenz des Umformers zeigt und so nahezu augenblicklich einen kraftigen Betriebsstron für den Uberlastschalter liefert«

Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß parallel zum Ausgangskreis des Umformers ein Parallelschwingkreis liegt, der Resonanz bei der Grundfrequenz des Umformers aufweist, und daß die bei Kurzschluß in Wirksamkeit tretende Impedanz als zusätzliche Induktivität ausgebildet ist, die zwischen den Parallelschwingkreis und eine Ausgangsklemme des Umformers eingefügt ist, wobei der Wert dieser zusätzlichen Induktivität so gewählt ist, daß sie mit der effektiven Kapazität des Parallelschwingkreises bei einer Oberschwingung der Grundfrequenz Resonanz zeigt.

Die Schutzschaltung für die Halbleiter, welche die Länge der dem Ausgang zugeführten Impulse verkürzt, wenn die Ausgangsklemmen kurzgeschlossen sind, ist im letzteren Fall so eingestellt, daß die den Wert zusätzlichen Induktivität bestimmende Oberschwingung bei Kurzschluß ein Maximum gegenüber den anderen Oberschwingungen hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand des beiliegenden teilweise schematisehen Schaltbildes erläutert.

Der ruhende Umformer enthält in bekannter Weise einen Oszillator 1, einen Regler 2, und eine Halbleiterschaltvorrich-

BAD ORiSINAL

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tung 3 roit &^βη Ausgangsklemmen k und 5» Die Aufgabe des Reglers 2 im Normalbetrieb besteht darin, die Dauer der Leitungsperioden der Schaltvorrichtung 3 derart zu regeln, daß die Wechselspannung an den Ausgangsklemmen 6 und 7 des ruhenden Umformers konstant bleibt. Das Spannungsregelsignal wird dem Regler über die Adern 11 und 12 zugeführt. Die Klemmen h und 5 sind mit der Primärwicklung eines Ausgangstransformators Tl über die Primärwicklung eines Stromtransformators T2 verbunden. Die Sekundärwicklung von T2 ist mit einer Schaltung verbunden, die aus einem Widerstand Rl, einem Zweiweggleichrichter mit den beiden Dioden Dl und D2 und einem Kondensator G2 besteht. Diese Schaltung liefert eine Spannung an G2, die proportional dem Scheitelstrom in den Primärwicklungen von Tl und T2 ist. G2 ist über die Adern 9 und 10 mit dem Regler 2 verbunden, der so gestaltet ist, daß die an den Klemmen des Kondensators C2 auftretende Spannung bei Überschreitung eines bestimmten Wertes die Gegenkopplungsspannung über die Adern 11 und 12 überwindet und bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Umformers verringert wird.

Die Ausgangskieramen 6 und 7 des Umformers sind außerhalb über eine Last R2 und eine Schmelzsicherung 8 verbunden. Die Klemmen 6 und 7 sind an die Sekundärwicklung von Tl über Adern 13 und 1^4- angeschlossen. Zwischen den Adern 13 und l*l· befindet sich eine Wicklung Ll und parallel dazu ein Kondensator Cl. An der Ausgangsseite des Parallelschwingkreises Cl, Ll ist eine Wicklung L2 angeschlossen.

Der Schwingkreis Ll^Gl ist auf die Frequenz f des Umformers

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abgestimmt. Der Wert von L2 ist erfindungsgeraäß so gewählt, daß bei Kurzschluß von R2 mit Cl und Ll ein Schwingkreis entsteht, der bei einem Vielfachen nf von f Resonanz zeigt» Bei dieser Oberschwingung verhält sich die Parallelschaltung von Cl und Ll als ein Kondensator vom Wert C3 = Cl(I - -₂) und L2 ist so ge-

n wählt, daß es mit C3 bei der Frequenz nf Resonanz ergibt.

Die gewählte Oberschwingung ist eine solche, die in der Ausgangsspannung in erheblichem Anteil vorhanden ist· Die Impedanz von L2 bei der Frequenz f ist klein im Vergleich zum Lastwiderstand R2, so daß unter Normalbedingungen L2 wenig Einfluß hat. Wenn die Last R2 kurzgeschlossen wird, bewirkt die erhöhte Stromstärke am Ausgang der Schaltvorrichtung 3» daß die Spannung an C2 die Schwelle überschreitet, bei der sie die Gegen· kopplungsspannung überwindet, und die Dauer der leitenden Perioden der Schaltvorrichtung wird auf einen Wert reduziert, bei dem keine Beschädigung der zur Umschaltung dienenden Halbleiter eintreten kann. Unter diesen Umständen ist die Komponente des Ausgangsstromes mit der Grundfrequenz Schwach, aber die Stromverstärkung in dem Schwingkreis aus C3 und L2 tritt nun bei der Frequenz nf auf, deren Komponente größer als unter Normalbedingungen ist, so daß der in den Kurzsohlußkreis fließende effektive Strom erheblich zunimmt, bis er ausreicht, um die der Umformerleistung angepaßte Schmelzsicherung 8 durchzubrennen.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Regeleinrichtung so ausgebildet, daß die betreffende Oberschwingung bei Kurzschluß dee Auegangs ein Maximum hinsichtlich der übrigen Oberschwingungen

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annimmt. Die relativen Anteile der verschiedenen Oberschwingungen in der Ausgangsspannung bzw. im Ausgangsstrom eines Umformers der hier betrachteten Art hängen vom "Leitungswinkel" der Halbleiterschaltvorrichtung ab, d.h. von der Zeitspanne in jeder Periode, in welcher Energie geliefert wird. Der Leitungswinkel bei kurzgeschlossenem Ausgang hängt vom Wert von Rl, dem Wicklungsverhältnis von T2 und der Spannungsschwelle im Regler 2 ab. Die Kombination dieser Größen kann so gewählt werden, daß der optimale Leitungswinkel für die Erzeugung der gewählten Oberwelle statt für die Erzeugung der normalen Grundschwingung herauskommt·

Gegebenenfalls kann die Erfindung auf Umformer mit mehreren Ausgängen Anwendung finden, indem die Sekundärwicklung von Tl mit mehreren Anzapfungen versehen wird, die je zu einem Ausgangskreis der beschriebenen Art führt, wobei sich in jeder Ausgangsleitung eine Induktivität ähnlich L2 mit entsprechender Größe befindet.

_ Der Transformator T2 kann auch in die Ader 13 zwischen der Sekundärwicklung von Tl und dem Parallelschwingkreis LlCl eingefügt werden. Wenn in diesem Falle der Umformer eine Anzahl von Ausgängen aufweist, so hat der Transformator T2 eine entsprechende Anzahl von Primärwicklungen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann man unter Umständen den Transformator Tl weglassen oder Ll ln# Tl einbeziehen oder den Schwingkreis LlCl parallel zur Primärwicklung von Tl statt parallel zur Sekundärwicklung legen,

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Ruhender Umformer, bei dem der in den Halbleitern fließende Strom selbsttätig mittels eines im Lastkreis liegenden Uberlastschalters unterhalb einer bestimmten Sicherheitsgrenze gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz (L2) im Lastkreis bei Kurzschluß der Last (H2) einen wesentlichen Bestandteil eines Schwingkreises bildet, der Resonanz bei einer Oberschwingung der Grundfrequenz des Umformers zeigt und so nahezu augenblicklich einen kräftigen Betriebsstrom für den Überlastschalter (8) liefert.

2. Umformer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Lastkreisen, in denen sich je eine zur Resonanz bei Kurzschluß führende Impedanz befindet.

3. Umformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgangskreis (3) des Umformers ein Parallelschwingkreis (Ll,Cl) liegt, der Resonanz bei der Grundfrequenz des Umformers aufweist, und daß die bei Kurzschluß in Wirksamkeit tretende Impedanz (L2) als zusätzliche Induktivität ausgebildet ist, die zwischen den Parallelschwingkreis und eine Ausgangsklemme (6) des Umformers eingefügt ist, wobei der Wert dieser zusätzlichen Induktivität so gewählt ist, daß sie mit der effektiven Kapazität des Parallelschwingkreises bei einer Oberschwingung der Grundfrequenz Resonanz zeigt.

4·. Umformer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schutzschaltung (2) für die Halbleiter, welche die Länge der

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Neue Unterlagen (Art 7 π At». 2 Nr. ι satz 3 an Xmfcrunost·* ψ. & ».

dem Umformerausgang zugeführten Impulse verkürzt, wenn die Last kurzgeschlossen wird, und so eingestellt ist, daß die den Wert der zusätzlichen Induktivität bestimmende Oberschwingung bei Kurzschluß ein Maximum gegenüber den anderen Oberschwingungen ist.

5. Umformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Fühlglied (T2) für den Kurzschluß, daß bei Kurzschluß die Erhöhung des Laststromes einleitet.

6. Umformer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlglied einen Stromtransformator (T2) enthält, dessen Primärwicklung im Ausgangskreis des Umformers liegt und deseen Sekundärwicklung mit einem Gleichrichter (D1,D2,C2) verbunden ist, dessen Ausgangsspannung zur Steuerung des Laststromes dient.

7· Umformer nach Anspruoh 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Stromtransformators vor dem Ausgangstransformator (Tl) des Umformers liegt.

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