DE1488540B2 - ELECTRONIC DEVICE FOR CLEANING DC POWER SUPPLIES FROM UNWANTED EXTERNAL VOLTAGES - Google Patents

ELECTRONIC DEVICE FOR CLEANING DC POWER SUPPLIES FROM UNWANTED EXTERNAL VOLTAGES

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DE1488540B2
DE1488540B2 DE19651488540 DE1488540A DE1488540B2 DE 1488540 B2 DE1488540 B2 DE 1488540B2 DE 19651488540 DE19651488540 DE 19651488540 DE 1488540 A DE1488540 A DE 1488540A DE 1488540 B2 DE1488540 B2 DE 1488540B2
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Jean Rudolphe Erneste Langnau Debrunner (Schweiz)
Original Assignee
International Standard Electric Corp, New York, N Y (VStA)
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

filter zur Glättung, deren Teil rechts der gestrichelten senkrechten Linie durch das Ersatzschaltbild F i g. 2 dargestellt werden kann.filter for smoothing, the part of which to the right of the dashed vertical line through the equivalent circuit diagram F i g. 2 can be represented.

Zur Vereinfachung soll angenommen werden, daß z. B. die an Cl noch vorhandene überlagerte Wechselspannung aus einer sinusförmigen Spannung mit 30 Hz Frequenz und einem Effektivwert von 1 Volt besteht. Die Induktivität der Drosselspule L 2 sei (praktisches Beispiel für einen Gleichrichter mit 30 A Ausgangsgleichstrom bei 220 V) 50 mHy.For the sake of simplicity, it should be assumed that, for. B. the superimposed alternating voltage still present at Cl consists of a sinusoidal voltage with a frequency of 30 Hz and an effective value of 1 volt. The inductance of the choke coil L 2 is (practical example for a rectifier with 30 A output direct current at 220 V) 50 mHy.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß, wenn es gelingt, durch das Querglied Q einen Wechselstrom mit derIt is readily understood that if it succeeds, an alternating current with the Q through the cross member

Amplitude / = —zu treiben mit der richtigen Phasen-Amplitude / = - to be driven with the correct phase-

lage, die ganze Wechselspannung an LI abfällt und nicht mehr am Gleichstromausgang in Erscheinung tritt. Praktisch werden diese Bedingungen dadurch erreicht, daß das Querglied Q aus einem steuerungsfähigen Organ T mit kleiner Zeitkonstante besteht (z. B. Elektronenröhre oder Transistor), das von einem Verstärker ohne Phasendrehung (z. B. Gleichstrom-Differentialverstärker) gesteuert wird, dessen Eingang über eine Gleichstromsperre Cl am Ausgang des Filters liegt (F i g. 3). Der Ruhestrom des Quergliedes wird dabei so gewählt, daß er der Amplitudeposition, the entire AC voltage drops at LI and no longer appears at the DC output. In practice, these conditions are achieved in that the cross member Q consists of a controllable element T with a small time constant (e.g. electron tube or transistor), which is controlled by an amplifier without phase rotation (e.g. direct current differential amplifier), the input of which is via a direct current block Cl at the output of the filter (Fig. 3). The quiescent current of the cross member is chosen so that it matches the amplitude

ίο des benötigten Kompensations-Wechselstromes gleich ist und bei Fließen des Kompensations-Wechselstromes, beim negativen Scheitelwert auf Null zurückgeht, bei positivem Scheitelwert auf den doppelten Ruhestrom.ίο equal to the required compensation alternating current and when the compensation alternating current flows, it goes back to zero when the peak value is negative, with a positive peak value to double the quiescent current.

Aus dem gewählten Beispiel ist ersichtlich, daß der Ruhestrom durch das Querglied nurFrom the example chosen it can be seen that the quiescent current through the cross member only

JQ = _L_ = = — = 0,106A (ω = 2π/) J Q = _L_ = = - = 0.106A (ω = 2π /)

ω L 2π·30·0,05 9,4 ω L 2π x 30 x 0.05 9.4

betragen muß, gegenüber einem Nennstrom von 30 A, was einer Wirkungsgradverschlechterung durch die Säuberungseinrichtung um 0,3% entspricht. Die Leistung des Quergliedes muß 220 · 0,106 = 23,3 W betragen gegenüber 6600 W Nutzleistung. Aus dem gewählten Beispiel ist auch ersichtlich, daß die Einrichtung nicht nur zur Eliminierung von durch Einschwingvorgänge hervorgerufenen Fremdspannungen dienen kann, sondern bei entsprechender Dimensionierung auch zur Aussiebung der überlagerten Wechselspannungskomponenten, die aus der Gleichrichtung herrühren.must be, compared to a rated current of 30 A, which is a deterioration in efficiency by the Cleaning device by 0.3%. The power of the cross member must be 220 · 0.106 = 23.3 W. compared to 6600 W useful power. From the example chosen it can also be seen that the device not only to eliminate external voltages caused by transient processes can serve, but with appropriate dimensioning also to screen out the superimposed AC components resulting from rectification.

Dadurch wird eine erhebliche Reduktion des einzusetzenden Aufwandes an Filtergliedern erreicht.This results in a considerable reduction in the expenditure on filter elements to be used.

Ist die Spannung an Cl (F i g. 1) nicht sinusförmig, sondern irgendwie geartet, wie sie durch Netzimpulse am Gleichrichtereingang hervorgerufen wird, kann deren Abfall an L 2 erzwungen werden, indem die Stromänderung im Querglied zu jedem Zeitpunkt dem GesetzIf the voltage at Cl (Fig. 1) is not sinusoidal, but of some kind, as it is caused by mains pulses at the rectifier input, its drop at L 2 can be forced by changing the current in the cross member at any point in time according to the law

Tr ro
Ua = L2
Tr ro
Ua = L2

dt
folgt, was automatisch der Fall ist, wenn das Querglied, wie beim vereinfachten Beispiel erwähnt, gesteuert wird.
Wie F i g. 4 zeigt, erfolgt die Glättung bei der beschriebenen Einrichtung durch »Herunterreißen« der Wellenberge auf das Niveau der Wellentäler.
German
follows, which is automatically the case when the cross member, as mentioned in the simplified example, is controlled.
Like F i g. 4 shows, in the device described, the smoothing takes place by "tearing down" the wave crests to the level of the wave troughs.

Eine Variante der Einrichtung wählt den entgegengesetzten Weg und glättet durch Auffüllen der Wellentäler. Dazu ist eine zusätzliche Stromquelle (F i g. 5) nötig. Diese Anwendung ist besonders angebracht, wenn die Ausgangsgleichspannung hoch ist, als Einspeiseglied ein Transistor verwendet werden soll und sowieso eine auf höhere Spannung als die Ausgangsgleichspannung gepufferte Notstrom-Batterie vorhanden ist, die als Zusatzstromquelle verwendet werden kann (F i g. 6 und 7).A variant of the device chooses the opposite path and smooths by filling in the wave troughs. An additional power source (FIG. 5) is required for this. This application is particularly appropriate if the output DC voltage is high, a transistor should be used as the feed element and In any case, there is an emergency power battery that is buffered to a higher voltage than the DC output voltage that can be used as an auxiliary power source (Figs. 6 and 7).

Verwendete Bezugszeichen:Reference symbols used:

Cl Filterkondensator,Cl filter capacitor,

C2 Gleichstromsperre,C2 DC block,

Ll Drosselspule,Ll choke coil,

L2 Drosselspule, L2 choke coil,

Q Querglied, Q cross member,

T steuerfähiges Organ mit
kleiner Zeitkonstante.
T taxable body with
small time constant.

4040

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 . diesen kleinen Wert herabzusetzen. Nicht so einfach Patentansprüche: : ist die Eliminierung der Störspannung, die aus Einschwingvorgängen herrührt.1 2. reduce this small value. Not so easy Patent claims:: is the elimination of the interference voltage that results from transient processes. 1. Elektronische Einrichtung zur Säuberung von Durch Schaltvorgänge im Wechselstrom-Ortsnetz Gleichstromversorgungsanlagen von unerwünsch- 5 werden Impulse mit steilen Fronten durch den deichten Fremdspannungen, bestehend aus einer Längs- richter auf den Filtereingang übertragen; diese Imimpedanz, einem Querglied und einem elektroni- pulse stoßen die Tiefpaßfilter in ihrer Eigenresonanzschen Verstärker, dadurch gekennzeich- Frequenz an und erscheinen als gedämpfte Schwinn e t, daß das Querglied und der elektronische gungen in der Ausgangsgleichspannung. In der Indu-Verstärker eine sehr kleine Regelzeitkonstante io strie oder den Stadtnetzen treten solche Impulse mehrhaben und der durch das Querglied fließende mais pro Sekunde mit ganz verschiedenen Amplituden Strom durch den Verstärker, welcher über eine auf und übertragen sich als störende Fremdspannungen Gleichstromsperre an den Gleichstromausgang auf den Gleichstromausgang.1. Electronic device for cleaning up by switching operations in the local alternating current network DC power supply systems of undesirable 5 are impulses with steep fronts through the dense External voltages, consisting of a line rectifier, transferred to the filter input; this impedance, The low-pass filters collide with a cross member and an electronic pulse in their natural resonance Amplifier, thereby marked frequency and appear as dampened Schwinn e t that the cross member and the electronic conditions in the DC output voltage. In the indu amplifier a very small control time constant io strie or the city networks have such impulses more And the corn flowing through the cross member per second with very different amplitudes Current through the amplifier, which has an on and transmitted as disruptive external voltages DC block to the DC output to the DC output. angekoppelt ist, derart gesteuert wird, daß die Für kleine Speiseströme werden bereits zur Eliminie-is coupled, is controlled in such a way that the For small feed currents are already used to eliminate Störkomponente überwiegend als Wechselspan- 15 rung solcher Fremdspannungen Transistoren oderInterference component predominantly as alternating voltage of such external voltages transistors or nungsabfall an der Längsimpedanz auftritt. Elektronenröhren als Serienregler mit kleiner Zeit-voltage drop occurs at the series impedance. Electron tubes as series regulators with a short time 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- konstante eingesetzt, die gleichzeitig auch der Stabilikennzeichnet, daß das Querglied aus einer Strom- sierung der Gleichspannung dienen. Bei großen Verquelle mit höherer Spannung als die gewünschte Stärkerämtern mit zentraler Stromversorgung und Gleichstromspannung einen Zusatzstrom in den 20 einigen tausend Verstärkern kann der Speisestrom-Gleichstromausgang derart einspeist, daß die Stör- bedarf bis zu mehreren hunderten Ampere betragen, spannung wiederum überwiegend als Wechsel- Es ist der Serienregler wirtschaftlich nicht mehr verspannungsabfall an der Längsimpedanz auftritt. wendbar wegen seines schlechten Wirkungsgrades,2. Device according to claim 1, characterized ge constant used, which at the same time also characterizes the stability, that the cross member serve from a Strom- sization of the DC voltage. With a large source with higher voltage than the desired strength offices with central power supply and DC voltage An additional current in the 20 several thousand amplifiers can be provided by the supply current direct current output feeds in in such a way that the disturbance requirement is up to several hundred amperes, voltage again predominantly as alternating It is the series regulator economically no longer voltage drop occurs at the series impedance. reversible because of its poor efficiency, 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- dem Fehlen von entsprechenden Serienregelorganen kennzeichnet, daß das Querglied aus einem Tran- 25 für hohe Ströme mit kleiner Zeitkonstante und dem sistor besteht. unverhältnismäßig großen Platzbedarf.3. Device according to claim 1, characterized in that there are no corresponding series regulating elements indicates that the cross member consists of a Tran- 25 for high currents with a small time constant and the sistor exists. disproportionately large space requirements. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Auch ist die zulässige Toleranz der Gleichspandadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom- nungsschwankungen um 2 bis 3 Größenordnungen sperre aus einem Kondensator besteht. höher als die zulässige Fremdspannung. Es ist also4. Device according to one of claims 1 to 3, also the permissible tolerance of the same span is thereby characterized in that the DC voltage fluctuations by 2 to 3 orders of magnitude lock consists of a capacitor. higher than the permissible external voltage. So it is 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 39 unsinnig, die Ausgangsgleichspannung innerhalb so dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstrom- enger Grenzen zu stabilisieren, was sich beim Serienquelle die Notstrom-Batterie der Stromversor- regler mit gleichzeitiger Stabilisierung der Gleichgungsanlage verwendet wird. . . .. . spannung zwangläufig ergibt, abgesehen von den5. Device according to one of claims 2 to 4, 39 nonsensical, the output DC voltage within so characterized in that stabilize as additional current narrow limits, which is the case with the series source the emergency battery of the power supply regulator with simultaneous stabilization of the equation system is used. . . ... voltage inevitably results, apart from the Stabilitätsschwierigkeiten, die bei solch hohen Ver-Stability difficulties that arise with such high 35 Stärkungen der Serienregler-Steuerverstärker auch35 Strengthening of the series regulator control amplifier as well nicht leicht zu bewältigen sind.are not easy to deal with. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auchThe invention is based on the object also Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische für große Versorgungsanlagen geeignete EinrichtungThe present invention relates to an electronic device suitable for large utility systems Einrichtung zur Säuberung von Gleichstrom-Ver- zur Eliminierung von Störspannungen mit verbesser-Device for cleaning up direct current voltage to eliminate interference voltages with improved sorgungsanlagen von unerwünschten Fremdspan- 40 tem Wirkungsgrad und vermindertem Aufwand zusupply systems of undesired external voltage 40 system efficiency and reduced effort nungen. schaffen.nings. create. ( Der internationale Austausch von Rundfunk- und Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch Fernsehprogrammen bringt es mit sich, daß eine hoch- gelost, daß das Querglied und der elektronische Ver-, , qualitative Musikübertragung über NF-Kabel auf stärker der Einrichtung eine sehr kleine Regelzeitkonimmer größere Distanzen nötig ist, wobei bis zu. 10 45 stante haben und der durch das Querglied fließende oder 20 Zwischen-Verstärker-Stationen eingeschaltet Strom durch den Verstärker, welcher über eine Gleichwerden müssen. Stromsperre an den Gleichstromausgang angekoppelt(The international exchange of broadcast and This task is thereby achieved according to the invention TV programs mean that a high resolution, that the cross link and the electronic A very small control time conimmer, qualitative music transmission via NF-cable on stronger of the facility greater distances are needed, with up to. 10 45 constant and the one flowing through the cross member or 20 inter-repeater stations switched on current through the repeater, which via an equalizer have to. Current lock coupled to the DC output An die Qualität solcher Übertragungen werden sehr ist, derart gesteuert wird, daß die Störkomponente hohe Ansprüche gestellt. . Die Empfehlungen, des überwiegend als Wechselspannungsabfall an der CCITT gelten dabei als internationale Norm. Diese 5° Längsimpedanz der Einrichtung auftritt,
schreiben nebst dem Frequenzgang und der höchst- Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einrichtung zulässigen Geräusch-Spannung für solche Über- verzichtet bewußt auf eine Stabilisierung der Austragungen ebenfalls eine höchstzulässige Fremdspan- gangsgleichspannung und beschränkt· sieh darauf, die nung auf der Leitung vor (max. 62 mV auf einer überlagerte Fremdspannung aus. der Ausgangsgleich-2500 km langen Leitung, 30 bis 20 000 Hz). ' 55 spannung herauszufiltern. Die Stabilisierung der
The quality of such transmissions is very important, it is controlled in such a way that the interference component makes high demands. . The recommendations, mainly as an alternating voltage drop at the CCITT, apply as an international standard. This 5 ° series impedance of the device occurs
write in addition to the frequency response and the highest permissible noise voltage for such over- The device proposed according to the invention deliberately dispenses with a stabilization of the discharges likewise a maximum permissible external voltage DC voltage and limits it to the voltage on the line (max. 62 mV on a superimposed external voltage from the output equal 2500 km long line, 30 to 20,000 Hz). '55 to filter out voltage. The stabilization of the
Die Erfüllung dieser Vorschriften stellt sehr hohe Gleichspannung auf den erforderlichen Wert kann also Anforderungen an die Gleichstrom-Speisequellen der durch andere verlustlose Methoden erfolgen mit Verstärker in den Zwischenstationen. Diese Speise- einem wesentlich besseren Wirkungsgrad (Stromquellen bestehen heute fast ausschließlich aus Gleich- ersparnis, Verringerung der abzuführenden Verlustrichtern, die aus dem Orts-Wechselstromnetz gespeist 60 ströme). Dadurch wird auch die Leistung, die von der werden, wobei der gleichgerichtete Wechselstrom Einrichtung geliefert werden muß, um ein bis zwei durch nachgeschaltete Tiefpaßfilter auf die erforder- Größenordnungen reduziert, der Platzbedarf ist also liehe sehr kleine Restwelligkeit geglättet wird (z. B. auch ungefähr proportional kleiner,
einige Millivolt bei Gleichspannung, die bis zu einigen Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme 100 Volt betragen können). 65 auf die Zeichnungen näher erläutert.
The fulfillment of these regulations sets very high direct voltage to the required value, so requirements can be placed on the direct current supply sources by other lossless methods with amplifiers in the intermediate stations. This feed a significantly better efficiency (current sources consist almost exclusively of equal savings, a reduction in the loss funnels to be discharged, which are fed from the local alternating current network). As a result, the power that is supplied by the rectified alternating current device is reduced by one or two through downstream low-pass filters to the required order of magnitude, so the space requirement is therefore very small residual ripple is smoothed (e.g. also roughly proportionally smaller,
a few millivolts at DC voltage, which can be up to a few below the invention with reference to 100 volts). 65 explained in more detail on the drawings.
Durch entsprechenden Filteraufwand ist es durchaus Die prinzipielle Wirkungsweise der EinrichtungDue to the corresponding filter effort, it is definitely The principle mode of operation of the device möglich, die Amplitude der überlagerten Wechsel- zeigt die Fig. 2. Die F i g. 1 zeigt eine klassischepossible, the amplitude of the superimposed alternation is shown in FIG. 2. The FIG. 1 shows a classic spannung, die von der Gleichrichtung herrührt, auf Gleichrichterschaltung mit anschließendem Tiefpaß-voltage resulting from the rectification to the rectifier circuit with subsequent low-pass
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DE1488540A1 DE1488540A1 (en) 1969-07-03
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