DE1613814C

DE1613814C - Circuit arrangement for fast and accurate recharging of large working capacitors

Info

Publication number: DE1613814C
Authority: DE
Inventors: Frank Dr 2000 Hamburg Frungel
Original assignee: Impulsphysik Gmbh, 2000 Hamburg
Publication date: 1972-10-19

Description

a) der Umladekondensator (Cl), sein Vorwiderstand (Rl), die Drossel (Dr) und der Arbeitskondensator (C3) sind so dimensioniert, daß a) the recharging capacitor (Cl), its series resistor (Rl), the choke (Dr) and the working capacitor (C3) are dimensioned so that

4L4L

RVRV

Cl* C3 =
C1 + C3 Cl * C3 =
C1 + C3

<1<1

2020th

ist, so daß beim Umladen des Umladekondensators (Cl) auf den Arbeitskondensator (C3) eine aperiodisch gedämpfte Schwingung erzeugbar ist;is, so that when recharging the recharging capacitor (Cl) to the working capacitor (C3) an aperiodically damped oscillation can be generated;

b) zur Reihenanordnung von erster steuerbarer Schaltstrecke (Sl) und Arbeitskondensator. (C3) ist ein Ladestoppkreis parallel geschaltet, welcher aus einer Reihenschaltung einer zweiten steuerbaren Schaltstrecke (S 2) und einem Löschkondensator (C 2) mit parallelgeschaltetem Entladewiderstand (R2) besteht;b) for the series arrangement of the first controllable switching path (Sl) and working capacitor. (C3) a charging stop circuit is connected in parallel, which consists of a series connection of a second controllable switching path (S 2) and a quenching capacitor (C 2) with a parallel-connected discharge resistor (R2) ;

c) der Reihenkondensator (C2) des Ladestoppkreises ist so dimensioniert, daß nach Zünden der zweiten steuerbaren Schaltstrecke (S 2) das Potential an der Anode der ersten steuerbaren Schaltstrecke (Sl) so lange erniedrigt wird, bis die Löschspannung der ersten Steuerbaren Schaltstrecke (Sl) erreicht ist.c) the series capacitor (C2) of the charge stop circuit is dimensioned so that after ignition the second controllable switching path (S 2) the potential at the anode of the first controllable Switching path (Sl) is reduced until the extinguishing voltage of the first controllable Switching distance (Sl) is reached.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Arbeitskondensator (C3) eine Spannungsmeßleitung (L4) derart angeschlossen ist, daß bei Erreichen eines vorbestimmten Spannungswertes eine Zündschaltung (Z) für die zweite steuerbare Schaltstrecke (S 2) des Ladestromkreises auslösbar ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the working capacitor (C3) a voltage measuring line (L4) is connected in such a way that when a predetermined Voltage value an ignition circuit (Z) for the second controllable switching path (S 2) of the Charging circuit is triggered.

3. SchaltungsanordnungnachAnspruchloder^ dadurch gekennzeichnet, daß der Umladekondensator (Cl) so dimensioniert ist, daß durch ihn die und nur die im Transformatoreisen und in den Transformatorspulen gespeicherte Energie aufnehmbar ist.3. Circuit arrangement according to claim or ^ characterized in that the charge reversal capacitor (Cl) is dimensioned so that the and only the energy stored in the transformer iron and in the transformer coils can be absorbed is.

4. Schaltungsanordnung nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Umladekondensators (Cl) ein Mehrphasentransformator (Tr) in Verbindung mit einem Mehrphasengleichrichter (Gr) dient.4. Circuit arrangement according to one of the claims 1 to 3, characterized in that a polyphase transformer (Tr) in conjunction with a polyphase rectifier (Gr) is used to feed the recharging capacitor (Cl).

laden eines großen Arbeitskondensators über einen Hochspannungstransformator und einen Gleichrichter, zu dessen Gleichspannungsklemmen erstens ein Umladekondensator mit Vorwiderstand und zweitens in Reihenschaltung eine Drossel, eine erste, die Umladung auslösende steuerbare Schaltstrecke und der Arbeitskondensator parallel geschaltet sind.charging a large working capacitor via a high-voltage transformer and a rectifier, to its DC voltage terminals, firstly, a recharging capacitor with a series resistor and secondly in series connection a choke, a first, the reloading triggering controllable switching path and the Working capacitor are connected in parallel.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in Verbindung mit elektrischen Schweißgeräten bekannt (USA.-Patentschrift 2 428 390).Such a circuit arrangement is known in connection with electrical welding devices (USA.-Patent 2,428,390).

Die Aufgabe der Erfindung besteht bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art darin, die vorhandenen Nachteile auszuschalten, die im wesentlichen darin liegen, daß die Schaltungsanordnungen In the case of a circuit arrangement of the type mentioned at the outset, the object of the invention is to eliminate the existing disadvantages, which are essentially that the circuit arrangements

a) zum Teil nur bestimmte Aufladefrequenzen zur lassen, die im ganzzahligen Verhältnis zur Netzfrequenz stehen, also z. B. bei einer Netzfrequenz von 50 Hz eine Aufladefrequenz von 50 oder 25 oder 12,5 Hz usw.,a) In some cases only certain charging frequencies are used let, which are in an integer ratio to the network frequency, so z. B. at a line frequency of 50 Hz a charging frequency of 50 or 25 or 12.5 Hz etc.,

b) oder, wenn dieses nicht zutrifft, zur Aufladung immer ganze Halbwellen benutzen, so daß mit höheren Aufladefrequenzen die Ladespannungsungenauigkeit auch immer größer wird, da zum Laden immer η ± 1 Halbwellen benutzt werden (bei η = I Halbwelle wird die Ungenauigkeit 50%),b) or, if this is not the case, always use whole half-waves for charging, so that the charging voltage inaccuracy increases with higher charging frequencies, since η ± 1 half-waves are always used for charging (with η = I half-wave, the inaccuracy is 50%) ,

c) die Aufladung nicht mit ganzer Halbwelle bewirken, sondern mit Phasenanschnitt arbeiten, wodurch jedoch im Netz unzulässig starke Belastungsschwankungen auftreten können, weil während der Phase eingeschaltet wird,c) do not effect the charging with a full half-wave, but work with phase control, However, this means that inadmissibly strong load fluctuations can occur in the network because is switched on during the phase,

d) sekundärseitig, also auf der Gleichspannungsseite oder der Hochspannungsseite des Transformators mit einem Speicherkondensator arbeiten, aus dem der zu ladende Kondensator erst aufgeladen wird. Bei der Umladung geht jedoch 50% der Ladeenergie verloren, und die Ladespannung wird frequenzabhängig oder von der Netzstabilität abhängig,d) on the secondary side, i.e. on the DC voltage side or the high voltage side of the transformer work with a storage capacitor from which the capacitor to be charged is first charged. However, when reloading is possible 50% of the charging energy is lost, and the charging voltage is frequency-dependent or dependent on the Network stability dependent,

e) eine von den stabilisierten Netzgeräten her bekannte Längsregelung mit einer Hochvakuumröhre verwenden. Diese Regelung ist zwar sehr genau, erfordert aber bei Ladeleistungen im kW-Bereich übergroße Hochvakuumröhren, so daß der schaltungstechnische Aufwand völlig unrentabel wird.e) a longitudinal control with a high vacuum tube known from the stabilized power supply units use. Although this regulation is very precise, it is required for charging capacities in the kW range oversized high vacuum tubes, so that the circuitry effort is completely unprofitable will.

Erfindungsgemäß, wird diese Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
a) der Umladekondensator, sein Vorwiderstand, die Drossel und der Arbeitskondensator sind so dimensioniert, daßAccording to the invention, this object is achieved by the combination of the following features:
a) the recharging capacitor, its series resistor, the choke and the working capacitor are dimensioned so that

65 4L 65 4L

< 1<1

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum schnellen und genauen Wiederauf 2 Cl · C3
C1 + C3The invention relates to a circuit arrangement for fast and accurate recovery of 2 Cl · C3
C1 + C3

ist, so daß beim Umladen des Umladekondensators auf den Arbeitskondensator eine aperiodisch gedämpfte Schwingung erzeugbar ist;
b) parallel zur Reihenanordnung von erster steuerbarer Schaltstrecke und Arbeitskondensator ist ein Ladestoppkreis parallel geschaltet, welcher aus einer Reihenschaltung einer zweiten steuerbaren Schaltstrecke und einem Löschkondensator mit parallelgeschaltetem Entladewiderstand be-' steht; .is, so that an aperiodically damped oscillation can be generated when the recharging capacitor is recharged to the working capacitor;
b) parallel to the series arrangement of the first controllable switching path and working capacitor, a charging stop circuit is connected in parallel, which consists of a series connection of a second controllable switching path and a quenching capacitor with a parallel-connected discharge resistor; .

c) der Reihenkondensator des Ladestoppkreises ist so dimensioniert, daß nach Zünden der zweiten steuerbaren Schaltstrecke das Potential an der Anode der ersten steuerbaren Schaltstrecke so lange erniedrigt wird, bis die Löschspannung der ersten steuerbaren Schaltstrecke erreicht ist.c) the series capacitor of the charge stop circuit is dimensioned so that after ignition of the second controllable switching path the potential at the anode of the first controllable switching path so is lowered for a long time until the extinction voltage of the first controllable switching path is reached.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter Weise (USA.-Patentschrift 2 508 973) an den Arbeitskondensator eine Spannungsmeßleitung derart angeschlossen ist, daß bei Erreichen eines vorbestimmten Spannungswertes eine Zündschaltung für die zweite steuerbare Schaltstrecke des Ladestromkreises auslösbar ist.An advantageous embodiment of the invention consists in that in a manner known per se (USA. Patent 2 508 973) a voltage measuring line is connected to the working capacitor in such a way that that when a predetermined voltage value is reached an ignition circuit for the second controllable Switching path of the charging circuit can be triggered.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Umladekondensator so dimensioniert ist, daß durch ihn die und nur die im Transformatoreisen und in den Transformatorspulen gespeicherte Energie aufnehmbar ist.Another advantageous embodiment of the invention is that the charge reversal capacitor so is dimensioned that through him and only those in the transformer iron and in the transformer coils stored energy can be absorbed.

Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Speisung des Umladekondensators ein Mehrphasentransformator in Verbindung mit einem Mehrphasengleichrichter.According to another advantageous embodiment of the invention is used in the invention Circuit arrangement for feeding the recharging capacitor a polyphase transformer in Connection with a polyphase rectifier.

Die Zeichnung zeigt im Prinzipschaltbild eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.The drawing shows a basic circuit diagram of a preferred embodiment of the invention Circuit arrangement.

über einen Dreiphasentransformator Tr wird die an Klemmen R, S und T anliegende Niederspannung hochtransformiert. Sekundärseitig wird die Hochspannung durch einen Zweiweg-Gleichrichter Gr gleichgerichtet und gelangt über eine Drossel Dr zu einem steuerbaren Gleichrichter Sl. Gleichzeitig wird über einen Vorwiderstand R1 ein Umladekondensator C1 aufgeladen. Wird jetzt der Gleichrichter S1 gezündet, beginnt die Aufladung eines Arbeitskondensators C 3. Dabei wird der Kondensator Cl aperiodisch bis zu der Spannung entladen, wo der Gleichrichter Gr die weitere Aufladung des Arbeitskondensators C 3 übernimmt.The low voltage applied to terminals R, S and T is stepped up via a three-phase transformer Tr. On the secondary side, the high voltage is rectified by a two-way rectifier Gr and arrives at a controllable rectifier S1 via a choke Dr. At the same time, a charging capacitor C1 is charged via a series resistor R 1. If the rectifier S1 is now ignited, the charging of a working capacitor C 3 begins. The capacitor Cl is aperiodically discharged to the voltage where the rectifier Gr takes over the further charging of the working capacitor C 3.

Um diese aperiodische Entladung zu gewährleisten, müssen die Kondensatoren Cl und C 3, der Vorwiderstand R1 und die Drossel Dr (mit der Induktivität L) so dimensioniert werden, daß die folgende Forderung erfüllt wird:To ensure this aperiodic discharge, the capacitors Cl and C 3, the series resistor R 1 and the choke Dr (with inductance L) must be dimensioned so that the following requirement is met:

4L4L

Rl¹ Rl ¹

Cl · C3 ⁼
C1 + C3Cl x C3 ⁼
C1 + C3

< 1<1

Bei diesem Ausdruck sind in bekannter Weise R1 in Ohm, Cl und C3 in μΈ und die Induktivität L der Drossel Dr in μΗ einzusetzen.In this expression, R 1 in ohms, Cl and C3 in μΈ and the inductance L of the choke Dr in μΗ are to be used in a known manner.

Eine aperiodische Entladung von Cl ist unbedingt erforderlich, da bei einer Direktentladung die Kondensatoren Cl und C3 und der steuerbare Gleichrichter Sl wegen der großen Kurzschlußströme und kurzen Lade- bzw. Entladezeiten gefährdet wären. Bei einer Resonanzumladung nur über eine Drossel würde der Gleichrichter Sl verlöschen, bevor der Gleichrichter Gr den weiteren Ladestrom aufbringen kann.Aperiodic discharge of Cl is absolutely necessary, since in the case of a direct discharge the capacitors Cl and C3 and the controllable rectifier Sl would be at risk because of the large short-circuit currents and short charging and discharging times. In the case of a resonance charge reversal only via a throttle, the rectifier S1 would go out before the rectifier Gr can apply the further charging current.

Sobald der Arbeitskondensator C3 auf die gewünschte Spannung aufgeladen ist, wird ein Gleichrichter S2 gezündet. Der Gleichrichter S2 gehört zu einem Ladestoppkreis, zu dem auch noch ein Löschkondensator C2 und ein Entladewiderstand R2 gehören. C2 und Rl sind parallel geschaltet und liegen in Reihe zum Gleichrichter S 2.As soon as the working capacitor C3 is charged to the desired voltage, a rectifier S2 is ignited. The rectifier S2 belongs to a charge stop circuit, which also includes a quenching capacitor C2 and a discharge resistor R2 . C2 and Rl are connected in parallel and are in series with the rectifier S 2.

Das Aufladen des Arbeitskondensators C3 erfolgt durch Zündung des Gleichrichters Sl, der über eine Leitung Ll an einen Ladeauslösungskreis A angeschlossen ist. Der Ladevorgang wird beendet durch den Ladestoppkreis, zu dem eine Zündschaltung Z gehört, welche über eine Leitung L 2 an den Gleichrichter S2 angeschlossen ist. Damit der Ladevorgang bei einem genau zuvor festgelegten Wert der Spannung am Arbeitskondensator C 3 unterbrochen wird, liegt an diesem Kondensator eine Meß leitung L 4, die zu einem Spannungsmeßfühler M führt. Der Spannungsmeßfühler steuert über eine Leitung L 5 den Zündkreis Z für den Gleichrichter S 2.The working capacitor C3 is charged by igniting the rectifier S1, which is connected to a charge release circuit A via a line L1. The charging process is ended by the charging stop circuit, which includes an ignition circuit Z, which is connected to the rectifier S2 via a line L 2. So that the charging process is interrupted at a precisely predetermined value of the voltage on the working capacitor C 3, a measuring line L 4, which leads to a voltage sensor M, is on this capacitor. The voltage sensor controls the ignition circuit Z for the rectifier S 2 via a line L 5.

Bei der Zündung des Gleichrichters S 2 wird der Reihenkondensator C 2 aufgeladen und übernimmt kurzzeitig den bisher über den Gleichrichter Sl fließenden Ladestrom, so daß der Gleichrichter Sl verlöscht und die Aufladung für den Arbeitskondensator C 3 unterbrochen wird. Der Löschkondensator C 2 braucht nur so groß dimensioniert zu werden, daß er gerade in der Lage ist, für die für das Löschen des Gleichrichters S1 nötige Zeit den Ladestrom zu übernehmen. Der Kondensator C 2 wird nach dem Löschen des Gleichrichters S 2 wieder über seinen Parallelwiderstand Rl entladen. Zweckmäßigerweise wird die genaue Größe des Löschkondensators C 2 experimentell ermittelt, da die zum Löschen des Gleichrichters S 2 erforderliche Zeit sehr stark vom elektrischen Verhalten dieser Schaltstrecke abhängt.When the rectifier S 2 is ignited, the series capacitor C 2 is charged and briefly takes over the charging current previously flowing through the rectifier S1, so that the rectifier S1 is extinguished and the charging for the working capacitor C 3 is interrupted. The quenching capacitor C 2 only needs to be dimensioned so large that it is just able to take over the charging current for the time necessary for quenching the rectifier S1. The capacitor C 2 is discharged again via its parallel resistor Rl after the rectifier S 2 has been extinguished. The exact size of the quenching capacitor C 2 is expediently determined experimentally, since the time required to quench the rectifier S 2 depends very strongly on the electrical behavior of this switching path.

Da beim Verlöschen des Gleichrichters S1 am Transformator Tr große Überspannungen auftreten, muß der Umladekondensator C1 genügend groß dimensioniert werden, um gerade noch die im magnetisierten Eisen und den Spulen des Transformators enthaltene Energie aufzunehmen, ohne daß die Uberspannung unzulässig groß wird.Since large overvoltages occur when the rectifier S1 is extinguished at the transformer Tr , the recharging capacitor C1 must be dimensioned sufficiently large to just absorb the energy contained in the magnetized iron and the transformer's coils without the overvoltage becoming unacceptably large.

Nach dem Verlöschen des Gleichrichters Sl kann der Arbeitskondensator C3 in einen parallelgeschalteten Verbraucher V entladen werden, indem man einen Gleichrichter S3 über einen mit einer Leitung L3angeschlosenenEntladeauslösekreis B zündet. Bei der vorstehend beschriebenen Schaltung und einer entsprechenden Dimensionierung der Schaltelemente ist der Arbeitskondensator C3 mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad auf eine genau vorwählbare Spannung mit beliebiger Aufladefrequenz aufladbar.After the rectifier S1 has gone out, the working capacitor C3 can be discharged into a parallel-connected consumer V by igniting a rectifier S3 via a discharge trigger circuit B connected to a line L3. With the circuit described above and a corresponding dimensioning of the switching elements, the working capacitor C3 can be charged with the greatest possible efficiency to a precisely preselectable voltage with any desired charging frequency.

Für den Anspruch 2 der nachfolgenden Ansprüche wird Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt.For claim 2 of the following claims, protection is only given in connection with the main claim desired.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for fast and accurate recharging of a large working capacitor Via a high-voltage transformer and a rectifier, to its DC voltage terminals firstly a recharging capacitor with a series resistor and secondly a choke connected in series, a first, the recharging. triggering controllable switching path and the working capacitor are connected in parallel, characterized by the combination following features: