DE2125810C3 - Schaltungsanordnung für eine Priifanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Prüfanlage zur Oberlagerung einer Gleichspannung mit einer Wechselspannung, um beispielsweise Geräte, Apparate und Einrichtungen der Hochspsinnungs-Gleichstrom-Überlragung(HGÜ) mit der entsi.e- >" henden Mischspan^uiig zu prüfen.

In der Elektroenergieerzeugung und dem — Vi;rbrauch hat die Drehslromtechnik eine dominierende Rolle erlangt Bei der Fernübertragung großer Energiemengen bei ausgedehnten Kabelverbhidungen und der « Kupplung asynchroner Netze stößt sie aber heute schon auf wirtschaftlich.e und teilweise auch technische Grenzen. Die HGÜ ist in der Lage, die steigenden Anforderungen bei diesen Anwendungsfällen zu erf illen. Da auf der Erzeuger-, Verbraucherseite die ·"' Drehstromtechnik beibehalten wird, werden bei der HGÜ sogenannte Kopfstationen oder Stromrichters! ationen vorgesehen. Abzweige der Gleichstrorrileitutig zur Leistungsentnahme oder -zufuhr lassen sich durch parallel oder in Reihe geschaltete Zwischenstation·^ '^r> verwirklichen. Sie beeinflussen aber die Wirtschaftlichkeit der Anlage ungünstig. Man untersucht deshalb, ab Gleichstrom und Drehstrom gleichzeitig über ein Fernleitungssystem übertragen werden können, wobei der Drehstrom zur Versorgung der Zwischenstation·^ ^r>n dienen soll. Hieraus ist zu erkennen, daß bestimmte Geräte und Apparate dieser Kopf- und Zwischenstationen der HGÜ, z. B. die Stromrichtertransformatoren, mehr oder weniger, sowohl im normalen Betrieb als auch bei Störungsfällen mit komplizierten Spannung-s- ^r'^r' formen beansprucht werden.

In der Prüftechnik werden aus diesem Grunde für eine, den tatsächlichen Beanspruchungen entsprechende Prüfung der Geräte und Einrichtungen verschiedene Spannungsformen benötigt Eine dieser benötigten ^h0 Spannungsformen ist eine Mischspannung aus einiir Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspall* nung.

Im allgemeinen stehen in einem Prüffeld schon eine Gleichspannungsprüfanlage mit einem Gleichspaill- <" nungserzeuger und eine Wechselspannungsprüfanlaße mit einem Wechselspannungserzeuger zur Verfügung, so daß es zweckmäßig ist, diese Anlagen zu kombiniüpen, um die Mischspannung zu erzielen. Zur Kombination der Anlage werden Trenn- und Koppelglieder benötigt Die Verwendung von Trenn- und Koppelgliedern ist wesentlich ökonomischer als eine spezielle Anlage für eine Mischspannung aufzubauen.

Zur Überlagerung von Gleichspannungen mit Wechselspannung sind bereits die sogenannte Widerstandsschaltung und die Generatorschaltung bekannt Bei der letztgenannten Schaltung wird ein Prüftransformator auf das Gleichspannungspotential angehoben und von einem für die volle Gleichspannung isolierten Synchrongenerator erregt Der Antrieb des Generators erfolgt über eine Isolierwelle. Sie ist wegen der notwendigen Isolierung nur für niedrigere Spannungen geeignet, weil sonst die erforderlichen Isolierabmessungen zu groß werden. Bei der ersterwähnten sogenannten Widerstandsschaltung arbeiten ein Gleichspannungserzeuger und ein Wechselspannungserzeuger parallel auf einem Prüfling. Damit sich die Spannungserzeuger gegenseitig nicht beeinflussen, ihre Spannungsanteile aber am Prüfling anliegen, werden jeweils zwischen Pruning und Spannungserzeuger Koppel- bzw. Trennglieder eingesetzt Sie wirken für die eine Spannungsquelle als Koppel- und für die andere Spannungsquelle als Trennglied. Es sind damit im allgemeinen bei der Parallelschaltung zwei Koppel- oder Trennglieder notwendig. In der Widcrstandsschaltung wird wie schon der Name sagt, als Koppelglied für die Gleichspannung zum Prüfling ein Widerstand verwendet, der gleichzeitig die Funktion des Trenngliedes für die Wechselspannung zum Gleichspannungserzeuger wahrnimmt, während als Koppelglied für die Wechselspannung zum Prüfling ein Kondensator verwendet wird, der gleichzeitig als Trennglied für die Gleichspannung zum Wechselspannungserzeuger dient Die Schaltungsanordnung ist zwar für höhere Spannungen geeignet, dafür aber in der praktischen Ausführbarkeit nur für kleinere Ströme anwendbar, weil nur bei diesen eine technisch zweckmäßige und ökonomisch realii.prbare Ausführung in Bezug auf Leistung und Temperatur möglich ist, da im Koppelwiderstand eine große Leistung umgesetzt werden muß.

Es ist Zweck der Erfindung, die angeführten Nachteile des geschilderten Standes der Technik insbesondere in Bezug auf notwendige Isolierung und mit dem Koppelglied ökonomisch realisierbare Leistung zu überwinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für eine Mischspannungsanlage anzugeben, die aus einem Gleichspannungserzeuger und einem Wechselspannungserzeuger zusammengesetzt jst, welche mittels Trenn· bzw. Koppelgliedern kombiniert werden, wobei die Trenn- bzw. Koppelglie der bei einwandfreier Trennung bzw. Kopplung der beiden Spannungserzeuger keine Beschränkung in Bezug auf die Leistung der Mischspannungsanlage ergeben und die Mischspannungsanlage oder ihn: einzelnen Teile keine außergewöhnlichen Isoliermaß nahmen erfordern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Schaltungsanordnung für die Prüfanläge zur Überlagerung einer Gleichspannung mit einer Wechselspannung, in der ein Gleichspa.nnungserzeuger und ein Wechselspannungserzeuger parallel auf einen Prüfling arbeiten und als Koppelglied vom Wechselspannungs' erzeuger zum Prüfling ein Kondensator geschaltet ist, als Koppelglied vorn Gleichspannungserzeuger zum Prüfling bzw. als Trennglied vom Wechselspanfiungser-

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zeuger zum Gleichspannungserzeuger im Leitungszug des Gleichspannungszweigs, vor dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Gleichspannungszweiges mit dem Wechselspannungszweig in Richtung zum Prüfling, ein Ventil geschaltet ist

Für den Fall, daß der Gleichspannungserzeuger mit einer höheren Frequenz als der Wechselspannungserzeuger gespeist wird, ergibt sich eine Verformung der Mischspannung Lei Belastung der Anlage mit einem kapazitiven ohmschen Prüfling, die dadurch beseitigt wird, daß in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Leitungszug des Gleichspannungserzeugers zwischen dem Gleichspannungserzeuger und dem Koppelventil eine zusätzliche .RC-Kombination eingeschaltetist

Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung für eine Mischspannungsanlage, die eine mit Wechselspannung überlagerte Gleichspannung "liefert, unter erfindungsgemäßer Verwendung eines Koppelventils.

F i g. 2 den Potentialverlauf im Leerlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1.

F i g. 3 den Potentialverlauf bei Belastung an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

F i g. 4 eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine Mischspannungsanlage unter Verwendung eines Koppelventils mit einer zusätzlichen ÄC-Kombination.

F i g. 5 den Potentialverlauf bei Belastung an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung nach der Fig. 4.

In der Schaltungsanordnung nach der Fi g. 1 arbeitet ein Gleichspannungserzeuger 1 und ein Wechselspannungserzeuger bzw. dessen Wechselspannungskoppel-, transformator 2 parallel auf einen Prüfling 3. Damit ihre Spannungsanteile möglichst vollständig an Prüfling 3 anliegen, die Spannungserzeuger sich aber gegenseitig nicht beeinflussen, wird in bekannter Weise zwischen jedem Spannungserzeuger und dem Prüfling 3 ein Koppel- bzw. Trennglied geschaltet. In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach der F i g. 1 wird als Koppelglied für die Gleichspannung zum Prüfling ein Ventil 4 eingesetzt, das so geschaltet ist, daß es die vom Gleichspannungserzeuger 1 erzeugte Gleichspannung zum Prüfling 3 durchläßt. Damit ist ein eindeutiges Koppelglied für die Gleichspannung zum Prüfling 3 und ein Trennglied für die Wechselspannung zum Gleich-Spannungserreger 1 geschaffen. Als Koppelglied für die Wechselspannung zum Prüfling 3 dient in bekannter Weise ein Koppelkondensator 5. Mit dem Koppelventil wird auch bei großer Belastung des Gleichspannungserzeugers eine gute Kopplung zwischen ihm und dem Prüfling 3 gewährleistet, da zwischen dem Gleichspannungserzeuger 1 und dem Prüfling 3 nur ein geringer Spannungsabfall auftritt der bedingt ist durch den Durchlaßwiderstand des Koppelventils 4 und eines eventuell für das Koppelventil 4 vorzusehenden Schutzwiderslandes 6. Mit 7 ist der Glätttingskondensa* tor bezeichnet, der zum Gleichspannungserzeuger 1 gehört und verschiedentlich auch als Ladekondensator bezeichnet wird. Die mit dieser Schaltungsanordnung im gemeinsamen Veibindungspunkt II Von Gleichspannungszweig und Wechselspannungszweig sich ergebende Mischspannung entsteht !/ach folgendem Prinzip:

Da der Wechselspannungskoppeltransformator 2 mit

dem Koppelkondensator 5, dem Koppelventil 4 und dem Gleichspannungserzeuger 1 auch eine Gleichrichterschaltung bildet wird der Koppel-Kondensator 5 auf den Scheitelwert der Wechselspannung aufgeladen. Dazu addiert sich noch die Wechselspannung, die vom Wechselspannungskoppeitransformator 2 erzeugt wird, so daß am Punkt II der Schaltungsanordnung nach der F i g. 1 eine vom Wechselspannungskoppeltransformator 2 verursachte pulsierende Spannung entsteht die zwischen 0 und dem zweifachen Scheitelwert der Wechselspannung des Wechselspannungskoppeltransformators 2 schwankt Zu dieser Spannung addiert sich noch die vom Gleichspannungserzeuger 1 erzeugte Gleichspannung. Im e ngeschwungenen Zustand ist die maximale Spannung im Punkt II der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 gleich der Summe der Gleichspannung vom Gleichspannungterzeuger 1 und dem doppelten Scheitelwert der Wechselspannung des Wechselspannungskoppeltransformators2.

In der Fig. 2 wird der im ei. .geschwungenen Leeriaufzustand der Schaltungsanordi.un-j nach der Fig.) sich herausbildende Potentialverlauf φ an drei verschiedenen Punkten (I₁ II, III) der Schaltungsanordnung dargestellt

Wenn d^;e Prüfanlage nach der Schaltungsanordnung der Fig. 1 mit einem kapazitivohmschen Prüfling 3 belastet wird, entlädt sich der Koppelkondensator 5 über den Prüfling 3. Dadurch sinkt die Spannung am Koppelkondensator 5 ab. Das Minimum der Wechselspannung am Koppeikondensator 5 sinkt unter das Gleichspannungspotential. Beim Unterschreiten des Gleichspannungspotentials wird der Koppelkondensator 5 durch den Gleichspannungserzeuger nachgeladen. Das Nachladen hat eine Überlagerung der Gleichspannungswelligkeit auf die Wechselspannung zur Folge, wodurch die Sinusform der Wechselspannung in ihrem Minimum verfälscht wird. Dieser Effekt tritt auf, wenn der Gleichspannungserzeuger 1 mit einer Spanrung erregt wird, deren Frequenz größer als die zu überlagernde Frequenz der Spannung des Wechselspann jngskoppeltransformators 2 ist. Weil diese Verfälschungen der Spannungsform meist unerwünscht sind, ist die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 für den Anwendungsfall geeignet wenn die Speisespannung oder Erregerspannung des Gleichspannungserzeugers 1 und die zu überlagernde Wechselspannung des Wechselspannungskoppeltransformators 2 wenigstens annähernd die gleiche Frequenz haben. Die Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Spannungen kann dabei entweder 0° oder 180° betragen.

Andererseits ist aber für den Gleichspannungserzeuger 1 eine Speisespannung mit höherer Frequenz erwünsrhu weil dann bei geringem Spannungsabfall und einer geringen Welligkeit der erzeugten Gleichspannung eine kleinere Krpazität für den Glättungskondensator 7 verwendet werden kann.

Für diesen Fa¹I, daß die Speisespannung des Gleichspannungserzeugers 1 eine höhere Frequenz als die zu überlagernde Wechselspannung des Wechselspannungskoppeltransformators 2 besitzt, ist in der Fig.3 der Potentialverlauf der Schaltungsanordnung nach der Fi g. 1 schematisch dargestellt. Dieser Nachteil der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 wird durch eine zusätzliche Schaltungsmaßnahme in einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die in der F i g. 4 dargestellt ist, vermindert. Durch die ÄC-Kombination, bestehend aus dem Widerstand 8 und dem Glättungskondensator 9 wird die Welligkeit der

Gleichspannung wesentlich vermindert und die Nachladung des Koppelkondensators 5 erfolgt nun durch die am Glättungskondensator 9 liegende stärker geglättete Gleichspannung, Der Glättungskondensator 9 v/irkt somit als Stützkondensator für das Potential des Koppelköndensatöis 5. Der entsprechende Potential·* verlauf an den drei erwähnten Punkten der Schaltungsanordnung nach eier Fig.4 wird vereinfacht in der F i g. 5 dargestellt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 21 25 C7

1. Schaltungsanordnung für eine Prüfanlage .zur Überlagerung einer Gleichspannung mit einer Wechselspannung, in der ein Gleichspannungsenseuger und ein Wechselspannungserzeuger panillel geschaltet auf einen Prüfling arbeiten und als Koppelglied vom Wechselspannungserzeuger 2:1am Prüfling ein Kondensator geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelglied v«3m Gleichspannungserzeuger zum Prüfling bzw. als Trennglied vom Wechselspannungserzeuger zum Gleichspannungserzeuger im Leitungszug des Gleichspannungszweiges vor dem gemeinsamen Verbindungspunkt mit dem Wechselspannung- ·⁵ zweig ein Ventil geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungszug des Gleichspannungszweiges zwischen dem GIeichspannungserzeuger unci <jem Koppelventil eine ÄC-Kombination eingeschaitet ist.