DE1541800C3 - Kapazitiver Spannungswandler mit einem induktiven Zwischenwandler und einer Resonanzdrosselspule - Google Patents

Description

den, so daß stabile Unterschwingungen entstehen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem kapazitiven Spannungswandler, bestehend aus einem kapazitiven Teiler und einem induktiven Zwischenwandler, dessen Primärwicklung über eine Resonanzdrosselspule, zu der parallel ein Kondensator liegt, an den niederspannungsseitigen Teilerkondensator angeschlossen ist, den vorstehend geschilderten Phasensprung der Spannung" am niederspannungsseitigen Teilerkondensator mit seinen gefährlichen Folgen zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Parallelkondensator der Resonanzdrosselspule oder einem Teil von ihr beim Ansteigen der an ihr bzw. an dem betreffenden Teil von ihr auftretenden Spannung über einen bestimmten Wert über Schaltmittel zugeschaltet wird und daß dieser so bemessen ist, daß dessen kapazitiver Blindwiderstand den bei Sättigung der Drosselspule verbleibenden induktiven Blindwiderstand kompensiert und die Phasenlage des Stromes in dem die Drosselspule enthaltenden Stromkreis in die kapazitive Richtung dreht. Durch das Zuschalten des Kondensators wird also die Phasenlage des Stromes in dem die Drosselspule und den Zwischenwandler enthaltenden Kreis von ihrer durch die Induktivitäten und ohmschen Innenwiderstände bestimmten Lage ins Kapazitive gedreht, bezogen auf die Phasenlage, die sich ohne Zuschaltung des Kondensators ergeben würde. Gleichzeitig wird auch der Innenwiderstand der Anordnung erhöht und somit der Kurzschlußstrom begrenzt.

Die Zuschaltung des Kondensators kann durch an sich bekannte Mittel erfolgen, die beim Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes an der Resonanzdrosselspule bzw. an einem Teil von ihr ansprechen. Besonders einfach ist es, wenn als Schaltmittel für das Zuschalten des Kondensators eine Sättigungsdrossel vorgesehen ist, die in Reihe mit dem Kondensator der Resonanzdrosselspule bzw. dem betreffenden Teil von ihr parallel geschaltet ist und beim Ansteigen der Spannung an der Drosselspule bzw. dem betreffenden Teil von ihr über einen bestimmten Wert steil in Sättigung geht.

Ein Ausführungsbeispiel für einen kapazitiven Spannungswandler gemäß der Erfindung ist in Form eines Prinzipschaltbildes in F i g. 4 dargestellt. Wie in F i g. 1 sind auch hier wieder der kapazitive Teiler mit C₁, C₃, der induktive Zwischenwandler mit Zw, die Resonanzdrosselspule mit Dr und die Bürde mit B bezeichnet. Parallel zu einem Teil der Drosselspule Dr, deren Eisenkern in bekannter Weise mit einem Luftspalt versehen sein kann, liegt nun in Reihe mit einer Sättigungsdrossel SD ein Kondensator K. Wird der kapazitive Spannungswandler auf seiner Sekundärseite kurzgeschlossen, so steigt die Spannung an der Drosselspule Dr derart an, daß bei einem bestimmten Wert dieser Spannung die Sättigungsdrossel SD steil in Sättigung geht. Dadurch wird der Kapazitätswert des

ίο Kondensators K transformatorisch in den die Resonanzdrossel Dr und den Zwischenwandler Zw enthaltenden Kreis eingekoppelt. Wie schon beschrieben, wird auf diese Weise der Phasensprung der Spannung am Teilerkondensator C₂ und damit die erwähnten gefährlichen Folgeerscheinungen beim Aufreißen des Kurzschlusses verhindert.

Wohl ist es schon bekannt gewesen, parallel zu der Resonanzdrosselspule eines kapazitiven Spannungswandlers oder einem Teil von ihr eine Sättigungs-

ao drosselspule zu legen, die bei einem an der Resonanzdrosselspule auftretenden Überstrom in Sättigung gelangt (s. DBP 1 026 421). Diese bekannte Maßnahme dient lediglich dazu, unzulässig hohe Spannungen an der Resonanzdrosselspule und damit auch am niederspannungsseitigen Teilkondensator während der Dauer eines Kurzschlusses des Meßkreises zu verhindern. Der gefährliche Phasensprung der Spannung am niederspannungsseitigen Teilerkondensator läßt sich mit dieser bekannten Maßnahme jedoch nicht verhindern.

Ferner ist es auch schon bekannt gewesen, parallel zu der Resonanzdrosselspule einen Kondensator und außerdem eine aus einer Drosselspule und einem Kondensator bestehende Reihenschaltung zu legen (s. deutsche Patente 913 322 und 914 655). Durch die Parallelschaltung des Kondensators soll erreicht werden, daß die Spannungsverteilung im Meßkreis bei allen Frequenzen und beim Auftreffen von Stoß- und Wanderwellen stets der betriebsfrequenten Spannungsverteilung entspricht. Durch die Parallelschaltung des Kondensators in Reihe mit einer Drosselspule soll bei der bekannten Anordnung ein Saugkreis geschaffen werden, der auf die Resonanzfrequenz des Drosselkreises abgestimmt ist und für diese Frequenz einen Kurzschluß darstellt. Diese frequenzabhängige Vermeidung von Überspannungen an der Resonanzdrossel kann jedoch weder das Auftreten von Überspannungen an der Drossel als Folge von sekundären Kurzschlüssen, hoch den gefährlichen Phasensprung der Spannung am niederspannungsseitigen Teilerkondensator verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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 — coL 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 C₂ 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 40 lers Zw und der tran'sformatorisch 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 Zwischenwandlers 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

r _ 1 nach Aufreißen des Kurzschlusses ist aus zwei Grün-

O)(C₁-I-C₂) ' ■ den gefährlich: . .

Erfolgt die Auftrennüng des Kurzschlusses im

Wird der Zwischenwaridler Zw belastet, nämlich 50 Stromnulldurchgang, so ist der Kondensator C₂ auf durch die Bürde B, so steigt die Spannung am Konden- den Scheitelwert der Spannung aufgeladen. Springt sator C₈ 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 z;ur Folge. der Spannung U₁ in dergleichen Richtung weiter-

Da die Spannung U₁ zwischen dem Hochspannungs- geladen. Da die Spannung Uc₁, wie Fig. 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 Fi 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 Fig. 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-