DE1538118C - Stromversorgungsanlage zur Speisung mehrerer Gleichspannungsverbraucher mit praktisch konstanter Spannung - Google Patents

Description

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Häufig werden von einer Wechselspannungsquelle, . Durch die Erfindung läßt sich die Spannungsände-

z. B. einem geregelten Wechselrichter, eine Vielzahl rung an dem Verbraucher selbst in einem sehr großen

von Gleichspannungsverbrauchern gespeist, die. über Überspannungsbereich in verhältnismäßig engen Gren-

zugeordnete Glättungsglieder — meist LC-Filter — zen halten.

und getrennte Gleichrichter parallel an die vom 5 Dies wird bei einer Stromversorgungsanlage der Wechselrichter gespeiste Sammelschiene angeschlossen eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch sind. Die Gleichspannung an d$l -Verbrauchern darf erreicht, daß parallel an die Wechselspannungsquelle sich dabei meist nur in sehr engen Toleranzgrenzen, zusätzlich eine Reihenschaltung eines Widerstandes z.B. um ±l°/o ändern. Diese enge Toleranz kann und zweier antiparallelgeschalteter Thyristoren angejedoch in der Regel nur im stationären Betrieb ein- io schlossen und eine von der Spannung der Wechselgehalten werden. Durch Umschaltvorgänge, plötzliche spannungsquelle beeinflußte Zündeinrichtung der Art Entlastungen, durch Fehler im Wechselrichter oder vorgesehen ist, daß die Thyristoren immer dann Steuersatz können aber—zumindest vorübergehend— gezündet werden, wenn die Amplitude der Wechselgroße Spannungsabweichungen auftreten. Diese sind spannung einen durch die zulässige Grenzspannung nur zulässig, wenn sie eine bestimmte Zeitdauer nicht 15 an dem Verbraucher bestimmten Ansprechgrenzwert überschreiten. Es gibt jedoch eine absolute obere übersteigt, und daß der Ohmwert des Widerstandes so Grenzspannung, die unter keinen Umständen — auch bemessen ist, daß der arithmetische Mittelwert jeder nicht kurzzeitig — überschritten werden darf, weil Halbwelle der Wechselspannung bei der zu erwartensonst die Verbraucher, beispielsweise elektronische den größten Überspannung der Wechselspannungs-Nachrichtenvermittlungsanlagen, bleibenden Schaden ao quelle im wesentlichen ebenso groß ist wie der arithnehmen könnten. metische Mittelwert einer Halbwelle, deren Scheitel-

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Strom- wert gleich dem Ansprechgrenzwertfist.

Versorgungsanlage zur Speisung mehrerer Gleich- Die Erfindung führt gegenüber dem Bekannten zu

Spannungsverbraucher mit praktisch konstanter Span- einem wesentlich größeren Wert für den mit den

nung, die eine bestimmte Grenzspannung auch nicht 25 Thyristoren in Reihe geschalteten Widerstand,

kurzzeitig überschreiten darf, enthaltend eine Wechsel- Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der

spannungsquelle und mehrere von dieser parallel- Figuren erläutert. .

gespeiste Gleichrichter und diesen zugeordnete Glät- F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Strom-

tungsfilter für die einzelnen Verbraucher. Versorgungsanlage mit der erfindungsgemäßen Ver-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer 30 besserung. Mit 1 ist ein vorzugsweise geregelter solchen Stromversorgungsanlage eine Überspannungs- Wechselrichter bezeichnet, der ein Resonanzfilter begrenzung bei gleichzeitig weitgehender Konstant- einschließt und an der Ausgangsklemme 12 eine haltung der Verbraucherspannung vorzusehen, die praktisch sinusförmige Wechselspannung liefert. Seiner sicherstellt, daß die Verbräucherspannung einen be- Eingangsklemme 11 wird eine Gleichspannung zugestimmten Grenzwert auch nicht kurzzeitig überschreitet. 35 führt. Der Wechselrichter 1 speist über einen Be-

Man könnte -nun daran denken, diese Aufgabe grenzer 2 ein Sammelschienensystem 21, an das mehdurch eine Begrenzung der den einzelnen Gleichstrom- ■ rere Gleichspannungsverbraucher 41, 42, 43 und 44 Verbrauchern zugeführten Gleichspannung z. B. mit über zugeordnete Gleichrichter 31, 32, 33 und 34 anHilfe von Zenerdioden zu lösen. Dieses Verfahren geschlossen sind. Die symbolisch dargestellten Gleichwäre aber sehr aufwendig, da jedem einzelnen Ver- 40 richtereinheiten enthalten auch die Glättungsmittel, braucherzweig Begrenzungsmittel zugeordnet werden die meist aus LC-Siebgliedern bestehen,
müßten. F i g. 2 zeigt den Aufbau des in F i g. 1 schematisch

Eine andere einfache Möglichkeit, nämlich eine dargestellten Begrenzers 2. Zwischen den beiden von

Begrenzung der Amplitude der Wechselspannung, den Wechselrichterausgangsklemmen 12 zu den Sam-

scheidet ebenfalls aus, weil sich dadurch ein Ansteigen 45 melschienen 21 führenden Leitungen ist ein Wider-

des Gleichspannungsmittelwertes an den Verbrauchern stand 16 über zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren

nicht verhindern läßt. 151 und 152 angeschlossen. Außerdem liegen zwischen

Schließlich könnte man an den Ausgang der Wech- diesen Leitungen zwei Spannungsteiler 17 und 18, an selspannungsquelle einen Widerstand, über zwei anti- die die Steuerstrecken der beiden Thyristoren über je parallelgeschaltete Thyristoren anschließen, die z. B. 50 eine zugeordnete Zenerdiode 171 und 181 angeschlosüber Zenerdioden immer dann gezündet werden, wenn sen sind. Mit Rücksicht auf die nachfolgende Funkdie Amplitude der Wechselspannung einen Ansprech- tionsbeschreibung ist in F i g. 2 als Wechselrichter grenzwert erreicht. Solche Schaltungen sind an sich eine Wechselspannungsquelle 13 mit einem Innenbekannt und wurden zur Überspannungsbegrenzung widerstand 14 dargestellt.

verwendet (USA.-Patentschrift 3 213 349). Dabei hat 55 Wenn die Spannung zwischen den erwähnten aber der erwähnte Widerstand lediglich die Aufgabe, Leitungen einen durch die Spannungsteiler und den über die Thyristoren fließenden Kurzschlußstrom Zenerdioden bestimmten Grenzwert überschreitet, zu begrenzen. Die Verwendung einer solchen Schaltung zündet —je nach Polarität der gerade, anliegenden im Zusammenhang mit einer Wechselspannungsquelle, Spannung —- einer der beiden Thyristoren, so daß die über mehrere getrennte Gleichrichter und züge- ⁶° von dem Zündzeitpunkt an an den Sammelschienen ordnete Glättungsfilter verschiedene Gleichspannungs- nur noch eine Teilspannung Ut wirksam ist, die durch verbraucher speist, hätte aber zur Folge, daß die das Verhältnis des Innenwiderstandes 14 der Wechselmittlere Gleichspannung an den Verbrauchern erheb- spannungsquelle 13 und des Widerstandes 16 bestimmt lieh absinkt, wenn die Ausgangsspannung der Wechsel- ist. Wählt man die erfindungsgemäße Bemessung für spannungsquelle den maximal zugelassenen Wert auch ⁶5 den Widerstand 16, dann ergibt sich je Halbwelle an nur ganz geringfügig überschreitet. Ein derartiges den Sammelschiene!! bei rein ohmschem Stromkreis Absinken der Verbraucherspannung ist aber — wie der in F i g. 3 stark ausgezogene Spannungsverlauf, einleitend erwähnt —· ebenfalls unerwünscht. Der Begrenzungsstrpmkreis hat in der Praxis eine

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induktive Komponente. Infolgedessen verläuft der Übergang von Kurve Uw auf Kurve Ut nicht so steil wie in F i g. 3 dargestellt! In dieser Figur ist der Verlauf einer Halbwelle der Wechselspannung U am Ausgang der Begrenzungseinrichtung 2, bezogen auf die Nennwechselspannung U_n, abhängig* von dem Phasenwinkel α aufgetragen. Die Begrenzungseinrichtung wird hier im Zeitpunktal wirksam. Dabei ist angenommen^ daß die Wechselspannung Uw am Ausgang der Wechselspannungsquelle den größtmöglichen Wert Um angenommen hat, der hier 2,5mal so groß ist wie die Nennspannung Un, und daß die Wechselspannung Uw den Ansprechgrenzwert Uz nicht überschreiten darf. Aus der Darstellung ersieht man, daß die Spannung am Ausgang der Begrenzungseinrichtung von dem Zeitpunkt a 1 nach einer mit Ut bezeichneten Sinusfunktion verläuft. Der Mittelwert dieser Halbwelle entspricht im wesentlichen dem Mittelwert einer Halbwelle mit dem Scheitelwert Uz, wenn man den Widerstand 16 nach der erfindungsgemäßen Lehre bemißt und wenn an den Ausgangsklemmen der Wechselspannungsquelle maximal die 2,5fache Nennspannung auftreten kann. Zur genauen Berechnung des Widerstandswertes ermittelt man zunächst die maximal mögliche Überspannung Um, die an dem Ausgang einer bestimmten Wechselspannungsquelle auftreten kann. Bei Annahme einer bestimmten maximal zulässigen Spannung Uz ergibt sich dann der kleinste Anschnittwinkel a_m aus der Beziehung

sich aus der Beziehung

Uw ' sin O₁ = Uz

(4)

Um · sin a_m = UzI

(D

die Bemessung des Widerstandes R16 erhält man dann aus der Beziehung . .

R16

RU + R16

Uz

Um

- 1

Uz \ 1

Um

1 + cos a_m (2)

Bei einer derartigen Bemessung stellt sich an den Verbrauchern gerade die maximal zulässige Gleichspannung ein. Diese kann niemals überschritten werden, da ja der Berechnung die größte überhaupt auftretende Überspannung zugrunde gelegt wurde. Die Ausgangsspannung Ua der Begrenzungseinrichtung und damit die Spannung an den Verbrauchern erhält man bei kleineren Überspannungen mit der Amplitude Uw aus der Beziehung

COS Q₁

R16

RU + R16

1 + cos O₁

In dieser Beziehung ist der bei einer Überspannung Uw und der angenommenen Grenzspannung Uz tatsächlich auftretende Winkel O₁ einzuführen, der ergibt.

In F i g. 4 ist der Verlauf der auf die Nennspannung Un bezogenen Ausgangsspannung Ua abhängig von der ebenfalls auf die Nennspannung bezogenen Spannung Uw am Ausgang der Wechselspannungsquelle aufgetragen. Der Darstellung liegt wieder die

ίο Annahme zugrunde, daß die maximal mögliche Wechselspannung Uw nicht größer als 2,5 · Un werden kann und daß die Ausgangsspannung Ua auf keinen Fall mehr als 25% größer als die Ausgangsspannung bei Nennspannung werden darf. Aus der

Darstellung ersieht man, daß etwa bei l,9facher Überspannung am Verbraucher Nennspannung anliegt. Bei weiter zunehmender Überspannung steigt die Verbraucherspannung und erreicht bei 2,5facher Nennspannung den maximalen Grenzwert (1,25 · Un)-

ao Bei kleineren Überspannungen nimmt die Spannung am Verbraucher etwas ab, sinkt jedoch niemals mehr als etwa 13 % unter die Nennspannung ab.

Die Darstellung beginnt erst bei 25% Überspannung, weil die Begrenzungseinrichtung unterhalb

dieses Wertes noch nicht wirksam zu werden braucht, weil dann die Ausgangsspannung Uw der Wechselspannungsquelle den maximal zugelassenen Wert Uz noch nicht überschreitet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Stromversorgungsanlage zur Speisung mehrerer Gleichspannungsverbraucher mit praktisch konstanter Spannung, die eine bestimmte Grenzspannung auch nicht kurzzeitig überschreiten

   darf, enthaltend eine Wechselspannungsquelle und mehrere von dieser parallelgespeiste Gleichrichter und diesen zugeordnete Glättungsfilter für die einzelnen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß parallel an die Wechselspannungsquelle (1; 13, 14) zusätzlich eine Reihenschaltung eines Widerstandes (16) und zweier antiparallel geschalteter Thyristoren (151,152) angeschlossen und eine von der Spannung der Wechselspannungsquelle beeinflußte Zündeinrichtung (17, 171; 18, 181) der Art vorgesehen ist, daß die Thyristoren (151,152) immer darin gezündet werden, wenn die Amplitude der Wechselspannung (Uw) einen durch die zulässige Grenzspannung an dem Verbraucher bestimmten Ansprechgrenzwert (Uz) übersteigt, und daß der Ohmwert des Widerstandes (16) so bemessen ist, daß der arithmetische Mittelwert jeder Halbwelle der Wechselspannung bei der zu erwartenden größten Überspannung,(Um) der Wechselspannungsquelle im wesentlichen ebenso groß ist wie der arithmetische Mittelwert einer Halbwelle, deren Scheitelwert gleich dem Ansprechgrenzwert (Uz) ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen