DE1541800B2 - Kapazitiver spannungswandler mit einem induktiven zwischenwandler und einer resonanzdrosselspule - Google Patents

Description

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den, so daß stabile Unterschwingungen entstehen bezeichnet. Parallel zu einem Teil der Drosselspule Dr, können. deren Eisenkern in bekannter Weise mit einem Luft-Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem kapazitiven spalt versehen sein kann, liegt nun in Reihe mit einer Spannungswandler, bestehend aus einem kapazitiven Sättigungsdrossel SD ein Kondensator K. Wird der Teiler und einem induktiven Zwischenwandler, dessen 5 kapazitive Spannungswandler auf seiner Sekundärseite Primärwicklung über eine Resonanzdrosselspule, zu kurzgeschlossen, so steigt die Spannung an der Drosselder parallel ein Kondensator liegt, an den nieder- spule Dr derart an, daß bei einem bestimmten Wert spannungsseitigen Teilerkondensator angeschlossen dieser Spannung die Sättigungsdrossel SD steil in ist, den vorstehend geschilderten Phasensprung der Sättigung geht. Dadurch wird der Kapazitätswert des Spannung am niederspannungsseitigen Teilerkonden- io Kondensators K transformatorisch in den die Resosator mit seinen gefährlichen Folgen zu verhindern. nanzdrossel Dr und den Zwischenwandler Zw enthal-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, tenden Kreis eingekoppelt. Wie schon beschrieben, daß der Parallelkondensator der'Resonanzdrossel- wird auf diese Weise der Phasensprung der Spannung spule oder einem Teil von ihr beim Ansteigen der an am Teilerkondensator C₂ und damit die erwähnten ihr bzw. an dem betreffenden Teil von ihr auftretenden 15 gefährlichen Folgeerscheinungen beim Aufreißen des Spannung über einen bestimmten Wert über Schalt- Kurzschlusses verhindert.

mittel zugeschaltet wird und daß dieser so bemessen ist, Wohl ist es schon bekannt gewesen, parallel zu der daß dessen kapazitiver Blindwiderstand den bei Sätti- Resonanzdrosselspule eines kapazitiven Spannungsgung der Drosselspule verbleibenden induktiven Blind- wandlers oder einem Teil von ihr eine Sättigungswiderstand kompensiert und die Phasenlage des 20 drosselspule zu legen, die bei einem an der Resonanz-Stromes in dem die Drosselspule enthaltenden Strom- drosselspule auftretenden Überstrom in Sättigung kreis in die kapazitive Richtung dreht. Durch das Zu- gelangt (s. DBP1 026 421). Diese bekannte Maßnahme } schalten des Kondensators wird also die Phasenlage dient lediglich dazu, unzulässig hohe Spannungen an des Stromes in dem die Drosselspule und den Zwischen- der Resonanzdrosselspule und damit auch am niederwandler enthaltenden Kreis von ihrer durch die Induk- 25 spannungsseitigen Teilkondensator während der Dauer tivitäten und ohmschen Innenwiderstände bestimmten eines Kurzschlusses des Meßkreises zu verhindern. Der Lage ins Kapazitive gedreht, bezogen auf die Phasen- gefährliche Phasensprung der Spannung am niederlage, die sich ohne Zuschaltung des Kondensators er- spannungsseitigen Teilerkondensator läßt sich mit geben würde. Gleichzeitig wird auch der Innenwider- dieser bekannten Maßnahme jedoch nicht verhindern, stand der Anordnung erhöht und somit der Kurz- 3° Ferner ist es auch schon bekannt gewesen, parallel zu schlußstrom begrenzt. der Resonanzdrosselspule einen Kondensator und Die Zuschaltung des Kondensators kann durch an außerdem eine aus einer Drosselspule und einem Konsich bekannte Mittel erfolgen, die beim Überschreiten densator bestehende Reihenschaltung zu legen (s. deuteines bestimmten Spannungswertes an der Resonanz- sehe Patente 913 322 und 914 655). Durch die Paralleldrosselspule bzw. an einem Teil von ihr ansprechen. 35 schaltung des Kondensators soll erreicht werden, daß Besonders einfach ist es, wenn als Schaltmittel für das die Spannungsverteilung im Meßkreis bei allen Fre-Zuschalten des Kondensators eine Sättigungsdrossel quenzen und beim Auftreffen von Stoß- und Wander-Yorgesehen ist, die in Reihe mit dem Kondensator der wellen stets der betriebsfrequenten Spannungsvertei-Resonanzdrosselspule bzw. dem betreffenden Teil von lung entspricht. Durch die Parallelschaltung des Konihr parallel geschaltet ist und beim Ansteigen der 40 densators in Reihe mit einer Drosselspule soll bei der Spannung an der Drosselspule bzw. dem betreffenden bekannten Anordnung ein Saugkreis geschaffen wer-Teil von ihr über einen bestimmten Wert steil in Sätti- den, der auf die Resonanzfrequenz des Drosselkreises .gung geht. abgestimmt ist und für diese Frequenz einen Kurz-),) Ein Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven Schluß darstellt. Diese frequenzabhängige Vermeidung Spannungswandler gemäß der Erfindung ist in Form 45 von Überspannungen an der Resonanzdrossel kann ■eines Prinzipschaltbildes in F i g. 4 dargestellt. Wie in jedoch weder das Auftreten von Überspannungen an F i g. 1 sind auch hier wieder der kapazitive Teiler mit der Drossel als Folge von sekundären Kurzschlüssen, C₁, C₂, der induktive Zwischenwandler mit Zw, die noch den gefährlichen Phasensprung der Spannung am Resonanzdrosselspule mit Dr und die Bürde mit B niederspannungsseitigen Teilerkondensator verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Schlusses des Wandlers zeigt. Die Phasendrehung der Patentansprüche: Spannung Uc2 tritt auch dann ein, wenn Maßnahmen zur Verhinderung eines zu großen Spannungsanstieges

1. Kapazitiver Spannungswandler, bestehend aus an der Drossel Dr bzw. an dem Kondensator C₂ geeinem kapazitiven Teiler und einem induktiven 5 troffen sind, z. B. dadurch, daß der Eisenkern der Zwischenwandler, dessen Primärwicklung über eine Drossel Dr in Sättigung geht. Der Vektor Uc₂ kann im Resonanzdrosselspule, zu der parallel ein Konden- Dauerzustand des Kurzschlusses je nach der Wirkung sator liegt, an dem niederspannungsseitigen Teiler- der den Spannungsanstieg begrenzenden Maßnahmen kondensator angeschlossen ist, dadurch ge- größer, gleich groß oder sogar kleiner sein als im Leerkennzeichnet, daß der Parallelkondensa- io laufzustand.

tor (K) der Resonanzdrosselspule (Dr) oder einem Die starke Drehung der Phase der Spannung Uc₂ Teil von ihr beim Ansteigen der an ihr bzw. an dem kommt dadurch zustande, daß bei sekundärem Kurzbetreffenden Teil von ihr auftretenden Spannung Schluß des Wandlers — in diesem Fall gilt das in über einen bestimmten Wert über Schaltmittel zu- F i g. 3 gekennzeichnete Ersatzschaltbild — ωΖ, ingeschaltet wird und daß dieser so bemessen ist, daß 15 folge Sättigung des Eisenkernes der Drossel Dr wesentdessen kapazitiver Blindwiderstand den bei Sätti- lieh kleiner als im Normalbetrieb wird. Der Querstrom gung der Drosselspule (Dr) verbleibenden induk- des Teilers fließt im Normalbetrieb (Leerlauf) haupttiven Blindwiderstand kompensiert und die Phasen- sächlich über den Teilerkondensator C₂, im Kurzlage des Stromes in dem die Drosselspule (Dr) ent- schlußfall (s. F i g. 3) dagegen zu einem wesentlichen haltenden Stromkreis in die kapazitive Richtung 20 Abteil über die Drossel Dr. Das bedeutet, daß die dreht. Spannung am Kondensator C₃ von ihrer ursprüngli-

2. Kapazitiver Spannungswandler nach An- chen kapazitiven Phasenlage um theoretisch maximal Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalt- 180° ins Induktive gedreht wird. In der Praxis ergibt mittel für das Zuschalten des Kondensators (K) eine sich eine Phasendrehung um etwa 120°, da die ohm-Sättigungsdrossel (SD) vorgesehen ist, die in Reihe 25 sehen Widerstände im Kreis die volle Phasendrehung mit dem Kondensator (K) der Resonanzdrossel- . verhindern.

spule (Dr) bzw. dem betreffenden Teil von ihr Wird ein kapazitiver Spannungswandler sekundärparallel geschaltet ist und beim Ansteigen der seitig plötzlich kurzgeschlossen, so tritt die beschrie-Spannung an der Drosselspule (Dr) bzw. dem be- bene Phasendrehung plötzlich auf. In dem dadurch betreffenden Teil von ihr über einen bestimmten Wert 30 dingten Übergangszustand, der praktisch innerhalb steil in Sättigung geht. einer Periode abgeschlossen ist, kann an dem Konden

sator C₂ eine Überspannung auftreten, die wesentlich höher ist als die während des Dauerzustandes des

'■— Kurzschlusses am Kondensator C₂ liegende Spannung.

35 Diese Überspannung ist jedoch durch die Dämpfung im Kurzschlußkreis begrenzt; dämpfend wirken hier

Kapazitive Spannungswandler bestehen bekanntlich, alle ohmschen Widerstände im Kurzschlußkreis, d. h. wie das in F i g. 1 dargestellte Prinzipschaltbild zeigt, der ohmsche Widerstand der Drossel Dr, der ohmsche aus einem kapazitiven Teiler C₁, C₂ und einem induk- Widerstand der Primärwicklung des Zwischenwandtiven Zwischenwandler Zw, dessen Primärwicklung 4° lers Zw und der transformatorisch auf die Primärseite über eine Resonanzdrosselspule Dr an den nieder- des Zwischenwandlers übersetzte ohmsche Widerstand spannungsseitigen Teilerkondensator C₂ angeschlossen seiner Sekundärseite.

ist. An der Sekundärwicklung des Zwischenwahdlers Wesentlich kritischer' ist jedoch der Phasensprung,

liegt die Bürde B. Für die Resonanzdrosselspule gilt im der dann auftritt, wenn der Kurzschluß plötzlich weg-Nennbetrieb bei Resonanzabstimmung 45 geschaltet (aufgehoben) wird; denn dann tritt nach

dem Phasensprung Leerlauf auf. Der Phasensprung

_ω£ __ 1 nach Aufreißen des Kurzschlusses ist aus zwei Grün

et) (C₁ + C₂) ' den gefährlich:

Erfolgt die Auftrennung des Kurzschlusses im

Wird der Zwischenwandler. ;Zw belastet, nämlich 5° .Stromnulldurchgang, so ist der Kondensator C₂ auf durch die Bürde B, so steigt die Spannung am Konden- den Scheitelwert der Spannung aufgeladen. Springt sator C₂ an. An der Drossel Dr tritt ein Spannungs- dann plötzlich die Phase des Ladestromes um (theoreabfall auf, der proportional mit der Last ansteigt, falls tisch) 180°, wird der Kondensator nicht (wie sonst bei nicht durch geeignete Maßnahmen dieser Spannungs- Wechselspannung) auf die Spannung Null entladen anstieg begrenzt wird. Der Spannungsanstieg an der 55 und in der nächsten Halbwelle in umgekehrter Polari-Drossel Dr hat den erwähnten Anstieg der Spannung tat aufgeladen, sondern er wird trotz Nulldurchganges am Kondensator C₂ zur Folge. der Spannung U₁ in der gleichen Richtung weiter-

Da die Spannung U₁ zwischen dem Hochspannungs- geladen. Da die Spannung Uc₁, wie F i g. 2 b zeigt, anschluß des kapazitiven Spannungswandlers und Erde größer als die Spannung U₁ ist und auch aus der fest ist, kann eine Spannungserhöhung am Konden- ^6o Drossel Dr Energie nachgeliefert wird, kann die sator C₂ nur in Verbindung mit einer Phasendrehung Spannung am Kondensator C₂ bei diesem Phasendieser Spannung Uc₂ gegenüber der Spannung U₁ sprung so erheblich ansteigen, daß die Gefahr einer stattfinden. Aus einem Vergleich der F i g. 2 a und 2 b Beschädigung oder gar Zerstörung des Wandlers ist dies ohne weiteres ersichtlich; in der Fig. 2a ist besteht.

das Vektorschaubild für einen Betriebszustand des ⁶5 Ferner kann bei dem Auftreten so hoher Spannungen kapazitiven Spannungswandlers nahe Leerlauf darge- der Zwischenwandler Zw in Sättigung kommen und stellt, während F i g. 2 b das Vektorschaubild der hierdurch am Kondensator C₂ erneut ein Phasen-Spannungen für den Fall eines sekundären Kurz- sprung — jetzt wieder ins Induktive — angeregt wer-