DE2223828A1

DE2223828A1 - Stromversorgungsanlage

Info

Publication number: DE2223828A1
Application number: DE19722223828
Authority: DE
Inventors: Stanley Krauthammer
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1971-06-18
Filing date: 1972-05-16
Publication date: 1972-12-21
Also published as: FR2142042A1; DE2223828C3; US3711759A; IT955853B; FR2142042B1; NL7207908A; CA961918A; GB1375267A; DE2223828B2; CH573676A5

Description

Patentanwalt·

Dr. Ing. H. N#gendenk

WpI Ing. H. Haudc - Dipt. Pny·. W. Schmitt

DiPl Ing. E. Grealf« - Dipl. Ing. W. Wehnelt

8 München 2, Mosarisiraß« 2»

Telefon 53*0510

BORQ-WARNER CORPORATION

200 South Miohigan Avenue 9« Mai 1972

Chicago, Illinois 6o6o4-, USA Anwaltsakte M-2163

S tromvers orgungs anlage

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage, bei welcher Wechselspannung von einem Wechselrichter oder einer anderen Stromquelle über ein Filter mit einem ersten und zweiten in Reihe gesohalteten Blindkomponentenbauteil wie einem mit einer Spule in Serie angeordneten Kondensator an einen Verbraucher gelangt» Diese Bauteile bilden ein Filter, das auf der normalen Arbeitefrequenz des Wechselrichters schwingt. Ferner ist an einen der Filter-Blind komponentenbauteile eine Schaltung angeschlossen, um eine erhebliche Änderung der wirksamen Impedanz dieses Blindkomponentenbauteils zu bewirken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält diese Schaltung einen statischen Schalter und einen sehr niederohmigen Widerstand. Bei Betätigung des statischen Schalters bewirkt dieser über einen Transformator angekoppelte Widerstand eine Nebenfluß eines der Blindkomponentenbauteile im Seriejifliter.

Ferner ist ein Steuerkreis zur Regelung einer Schaltung vorgesehen die in Abhängigkeit vom Abgreifen eines Überlastungszustandes des

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Wechselrichters arbeitet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeißpiel der Erfindung wird dies durch Abtasten des unerwünschten Zustandes wie des Ausfallens einer Sicherung oder einer Stromüberlastung in einem dem Wechselrichter oder dem Verbraucher zu- j geordneten Stromkreise erreioht. Der statische Schalter schließt i in Abhängigkeit vom Abta/fcen dieses unerwünschten Zustandes, wo- j

durch sich die Impedanz des einen Blindkomponentenbauteils erheb- j lieh ändert. Dadurch schwingt das Filter nicht mehr in Resonanz | mit der Arbeitsfrequenz des Weohselrichters, an dessen.Ausgang sodann eine höhere Impedanz anliegt. Diese erhebliche Veränderung der Schaltungsparameter schützt den Wechselrichter gegen Kurzschlüsse oder andere Störungen.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 und 2 einleitende Darstellungen, die zur Erläuterung der Grundschaltungen der Erfindung dienen,

Fig. 4

Fig. 5

ein Blockschaltbild, bei welchem die Erfindung in eine Motorsteuerung eingebaut ist,

der Stromlaufplan mit Schaltungseinzelheiten eines :

j bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, ^;

das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Dreiphasen-209852/0617

stromversorgung,

Fig. 6k, 6B, 6C, TA und JO sind die Stromlaufpläne weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung und die Fig. 7B zeigt

j ein Kurvenbild.

: Fig. 1 zeigt eine Einrichtung, die den Wechselrichter 13 über die Eingangsleitung 10, die Sicherung 11 und die Leitung 12 mit Gleicl·: spannung versorgt. Der Wechselrichter gibt Ausgangswechselspannung über die Leitung 14, das Serienfilter 15 mit dem Kondensator 16
und der Spule Yf sowie über die Ausgangsleitung 18 an einem beliebigen Viechseistromverbraucher ab. Der erste und zweite Blindkomponentenbauteil 16 und VJ des Filters sind so dimensioniert
und beschaltet, daß sie mit der normalen Arbeitsfrequenz der durch den Wechselrichter 1J> abgegebenen Aus gangs spannung in Resonanz
schwingen. Man erkennt, daß diese Anordnung mit jeder Wechselstron Versorgungsleitung 14 verwendet werden kann, einschließlich von
Einrichtungen, die keinen Wechselrichter zur Abgabe einer Wechselspannung an das Filter besitzen.

Erfindungsgemäß ist .eine Schalteinrichtung wie das Relais 20 vorgesehen. Das Relais besteht aus der Wicklung 21 und den Kontakten 22, die den Kondensator 16 kurzschließen, wenn das Relais anzieht> Die Leitung 2j5 bildet zusammen mit der Speiseklemme 24 eine Steuei schaltung für das Relais. Das heißt unter normalen Betriebsbedingungen liegt eine Spannung an der Klemme 24 an, die im wesentlichen gleich ist der auf der Leitung 12 liegenden Spannung. Die

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Spannung auf der Leitung 12 ändert sich schnell in Abhängigkeit von einer Überlast oder einer Störung wie einem Durchbrennen der Sicherung 11. Die daraus entstehende Restspannungsdifferenz zwischen der Leitung 23 und der Klemme 24 gelangt an die Relaiswicklung 21, wodurch das Relais betätigt und die Kontakte 22 geschlossen werden, wobei der Kondensator 16 praktisch kurzgeschlossen wird. Dies bedeutet eine erhebliche Änderung der wirksamen Impedanz des Blindkomponentenbauteils 16, so daß der Gesamtblindwiderstand der Spule 17 abzüglich des Blindwiderstandes des Kondensators 16 der Schaltung eingespeist wird. Vor Betätigung des Relais 20 heben sich die beiden Impedanzen im Filter gegenseitig auf. Nach Beaufschlagung des Filters 20 wird diese Unsymmetrie zwischen den beiden Blindwiderständen der Schaltung zum Schutz der Gesamtanlage eingespeist. Somit stellt eine Störung in der Last, die sonst zu übermäßigem Stromverbrauch führen würde, keine wesent liehe Gefahr mehr dar, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung verwandt wird.

Es kann auch erforderlich sein, die Anlage vor geringen Änderungen des Strompegels zu schützen, d.h. vor Änderungen, die zum Durchbrennen der Sicherung 11 nicht genügend groß sind. Fig. 2 zeigt eine solche Anordnung, bei welcher der sehr niederohmige Widerstand 25 in die Versorgungsleitung des Wechselrichters 13 geschaltet ist. Somit gelangt ein Signal für den Stromfluß, über die Leitung 26 an den Detektor 27· An diesem Stromkreis liegt auch ein Bezugsignal am Potentiometer 30 über die Leitung 28 her an. Wenn daher das Signal für den Strompe^el auf der Leitung 26

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stärker ist als das durch die Sohleiferstellung des Potentiometers 50 erzeugte Bezugssignal, dann gibt der Detektor 27 ein Ausgarjgsignal zur Betätigung des Relais 20 in bekannter Weise ab. Jetzt" gerät das Serienfilter durch das Kurzschließen des Kondensators 16 außer Resonanz, und der Wechselrichter sowie die anderen Schalt bauteile sind gegen Beschädigung durch Stromspitzen geschützt.

Pig. 5 zeigt die allgemeine Anlage zur Regelung des Wechselstrommotors 55· Über die Leitung 56 empfängt der Wechselrichter 15 frequenzregelnde Impulse von der Steuerstufe 57* an der wieder eine Reihe von Taktimpulsen des Oszillators 40 über die Leitung 58 her anliegt, wobei die Frequenz des Oszillators durch den Drehknopf 41 eingestellt werden kann. Durch die Frequenzregelung der· Oszillatorimpulse wird auch die Frequenz der Wechselrichterausgangjs spannung geregelt und damit auch die Drehzahl des Motors 55 in bekannter Weise. Zur Ausgangsleitung l8 ist das zweite Filter 42 parallelgesehaltet. Dieses parallelgeschaltete Filter wird manchmal zur Dämpfung von Welligkeiten benutzt. Die Beschreibung der Einzelheiten dieser Anordnung ist nicht für die Erläuterung oder die Verwirklichung der Erfindung erforderlich.

Erfindungsgemäß ist der statische Schalter 45 vorgesehen, um einen Schaltungsbetrieb analog der Betätigung des Relais 20 der Fig. 1 und 2 zu bewirken. Bei Betätigung bietet der statische Schalter einem der Blindkomponentenbauteile im Serienfilter 15 einen sehr niedrigen Widerstand, der über die Leitung 44, den Transformator 45 und die Leitung 46 an dieses Bauteil gelangt. Von der Gleich-

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spannungs-Sammelschiene 47 gelangt die Spannung über die Leitung 12 an den Wechselrichter sowie über die Leitung 48 und einen Teil des Transformators 45 an den statischen Schalter, wie nachstehend näher erläutert wird.

Zur Regelung des statischen Schalters 43 gibt der Zündkreis 50 ein Regelsignal über die Leitung 51 ab. Am Zündkreis liegt von der¹

Leitung 52 her ein Wechselspannungssignal an, das im Kreis 50 j

gleichgerichtet wird. Ferner liegt am Zündkreis über die Leitung \ 23 an der Sicherung 11 her, die sich bei dieser Anordnung im j Wechsdrichter 13 befindet, ein Steuereingangssignal an. Natürlich kann die Sicherung auch außerhalb des Wechselrichters angebracht werden oder das Signal kann auch von einer Detektorstufe wie dem Detektor'27 der Fig. 2 hergeleitet werden. Nach einer bestimmten Zeit wird ein Relais des Zündkreises 50 betätigt, wodurch die Kontakte 53 mit Hilfe des durch die gestrichelte Linie dargestellten mechanischen Stellgliedes öffnen und damit die Stromversorgung des Motors 35 sperren. Nach dieser Gesamtübersicht, über die Anlage werden nähere Einzelheiten an Han der Fig. 4 erläutert.

Die Erfindung ist in Fig. 4 an Hand einer Dreiphasenanlage näher < beschrieben. Der Fachmann erkennt, daß die hier waltenden-'Grund- | Sätze auch auf eine Ein- oder Zwei-Phasenanlage anwendbar sind, '

wenn zwei oder eine Phasenschaltung mit den zugeordneten Schalt- j kreisen nicht vorhanden ist.

Nach Fig. 4 gelangt die Dreiphasen-Ausgangsspannung vom Wechsel-

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I richter oder einer anderen Weohselstromquelle über die Leitungen ■

J l4a, l4b und l4c an den Verbraucher oder die Last. Das in die Leitung I4a geschaltete Serienfilter besteht aus dem Kondensator 16a und der Spule 17a; das Filter 16b mit 17b liegt in der Linie l4b; und in die Leitung 14c ist das Filter mit dem Kondensator 16c und der Spule 17c eingefügt. Der Transformator 45 besitzt die drei Wicklungen 60, 61 und 62, die -an ihre Gegenwicklungen 63, 64 und 65 gekoppelt sind. Die Wicklung 60 ist zum Kondensator l6a im ersten Phasenkreis parallelgeschaltet, ebenso wie die Wicklungen 6l, 62 zu den entsprechenden Kondensatoren in den anderen Phasenkreisen. Natürlich könnten diese Wicklungen auch parallel zu den Spulen anstatt parallel zu den Kondensatoren geschaltet sein. Solange wie eines der Blindkomponentenbauteile kurzgeschlossen ist, dient der wirksame Blindwiderstand der anderen Bauteile zur Begrenzung des Arbeitsstroms bei Störungen oder einer Stromüberlastung .

Die Mittelanzapfung der Wicklung 63 ist über die Leitung 66 an den Anschluß 67 im statischen Schalter 43 geführt. Ebenso verbindet die Leitung 68 den Mittelabgriff der Wicklung 64 mit dem Anschluß 70 und die Leitung 7I den Mittelabgriff 65 mit dem Anschluß 72 im ι statischen Schalter 43. Die Diode 73 ist zwischen die Sammelschie-

! ne 12a und eine Seite der Wicklung 63 geschaltet. Ebenso sind, die Dioden 74 und 75 zwischen die Wicklungen 64, 65 und die ■Sammelschiene 12a gekoppelt. Tritt beispielsweise auf der Leitung 14a ein Überlästun;js3ustand auf, dann liegt am Kondensator l6a eine j Gprvnnunj a.,-, --welche die Normalspannung an diesem Kondensator, er-

j höht. Diese erhöhte Spannung gelangt über die Wicklungen 60, 63 des Transformators 45 und über die Diode 73 an die Sammelschiene 12a, 12b. Jedoch infolge der Klemmdiode in diesem Stromkreis wird die am Kondensator l6a anliegende Spannung praktisch auf dem Pegel, der Hauptspannung an den Sammelschienen 12a und 12b gehalten. Somit bietet die Vektordifferenz der Spannungen an den Blindkomponentenbauteilen l6a und l6b einen strombegrenzenden Blindwiderstand gegenüber der Wechselspannungsleitung.

Der statische Schalter 43 umfaßt eine dreiphasige Halbwellenbrücke mit den drei Slliziumgleichtern 76, 77 und 78 sowie den drei Dioden 80, 81 und 82. Die Kathoden der Siliziumgleichrichter sind an die gemeinsame Leitung 83 und die Anoden der Dioden an die gemeinsame Leitung 84 geführt. Bei einer Einphasenanlage wäre nur eine Siliziumgleichrichter-Diodenschaltung vorgesehen. Bei nur einem einzigen Serienfilter mit dem Kondensator l6a und der Spule 17a wären nur die Wicklungen βθ und 63 vorhanden, und der Siliziumgleichrichter 78 würde an die Diode 82 gekoppelt sein, wie es die Zeichnung darstellt. Zwischen die gemeinsamen Leitungen 83 und 84 ist der sehr niederohmige Widerstand 85 geschaltet. Dies ist der Pegel der über den Transformator 45 gelangenden Rückwirkungsimpedanz für den Kurzschluß der Blindkomponentenbauteile des Serienfilters. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hatte dieser Blindwiderstand den sehr niederohmigen Wert von 0,055 Ohm. Wegen seiner Lage in der Schaltung wurde die Nennbelastung des . Widerstandes mit 200 Watt angesetzt. Man erkennt, daß an Stelle des dargestellten Widerstandes 85 ein Widerstandsdrahfe- oder ein

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iähnliches Bauteil verwendet werden könnte.

Im Zündkreis 50 leitet der Transformator 86 die über die Leitungen 52a und 52b her anliegende Wechselspannung an den Gleichrichte^ 87 weiter, der seinerseits eine niedrige Gleichspannung an den Kondensator 88 abgibt, die dann auf die Leitungen 90, 91 zur Anschaltung der Bauteile im Zündkreis verteilt wird. Zwischen den Leitungen 90, 91 liegt die aus dem Widerstand 92 und den Dioden

193* 9²I- bestehende Reihenschaltung. Diese Bauteile sind so dimeni
sioniert, daß sie eine Gleichspannung des entsprechenden Pegels zwischen den Leitungen 95 und 96 entstehen lassen, wenn am Tor des Siliziumgleichrichters 97 ein Zündsignal anliegt..Die Anode des Siliziumgleichrichters 97 ist mit der Leitung 90* seine Kathode mit der Leitung 95 verbunden und sein Tor sowohl an eine Seite des Kondensators 98 als auch ah eine Seite der Sekundärwicklung 100 des Transformators 101 geführt, der auch die Primärwicklung 102 besitzt. Das eine Ende der Primärwicklung 102 ist an die Klemme 24 angeschlossen und das andere über eine Parallelschaltung mit dem Widerstand 10j5 und dem Kondensator 104 an die Leitung 25 geführt, auf der das Durchbrennen einer Sicherung., ein 'Überstrom oder eine andere Störungsanzeige abgegriffen wird«,

Die andere Seite der Sekundärwicklung 100 und des Kondensators 98 ist mit der Leitung 95 verbunden. Das Tor des Siliziumgleichrichters 97 ist auch an die Kathode der Diode 105 geführt,, sowie an eine Seite des Widerstandes I06, dessen andere Seite mit der Leitung 91 verbunden ist. Zwischen die Leitungen 95 und 96 ist

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die Relaiswicklung 107 geschaltet. Beim Zünden des Siliziumgleichrichters 97 wird diese Relaiswicklung beaufschlagt und unterbricht den Kontakt 53 (Fig. 3) nach einem bestimmten Zeitintervall, wodurch sowohl die Scha.Itanordnung als auch der Hauptstrompfad vor schwerem Schaden geschützt werden.

Die Leitung 96 ist an die Kathoden der Siliziumgleichrichter 76, 77 und 78 geführt. Über drei einzelne Trennkreise wird der Zündkreis an den drei Toren geschlossen. Der Kreis IO8 für das Tor des Siliziumgleichrichters 76 umfaßt den in Reihe mit dem Widerstand 111 geschalteten Kondensator 110 sowie den in Reihe mit der Diode 113 geschalteten Widerstand 112. Diese beiden Reihenschaltungen sind zueinander parallelgeschaltet und die Knotenpunkte über die Leitung Il4 miteinander gekoppelt. Somit wird jede z"'-

sehen den Leitungen95 und 96 anliegende Spannung über den Kreis I 108 geleitet und liegt zwischen dem Tor und der Kathode des Siliziumgleichrichters 76 an* um diesen Halbleiterschalter schnell durchzusteuern,. Die Torschaltung II5 für den Siliziumgleichrichter 77 umfaßt die Bauteile II6 - II9 und die Torschaltung 120 für den dritten Siliziumgleichrichter 78 die Bauteile 121 - 124.

Für den Betrieb sei angenommen, daß die Motorregelung angeschaltet ist, und Wechselspannung über die Leitungen 14a und 14b und 14c an den Wechselstrommotor oder einen anderen Wechselstromverbrauche gelangt« Jetzt läuft u.lese Wechselspannung über den Transformator 86 und wird :ln r'er Schaltung 87 gleichgerichtet, um eine Arbeits- l gleichspannung zwischen die Leitungen 90 und 91 im Zündkreis 50

, - 11 -

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i ■ - -

anliegen zu lassen. Unter Normalbedingungen, d.h. wenn keine tJber-i

; j

jlast oder kein Versagen einer Sicherung auftritt, dann sperren . die Siliziumgleichrichter 97 sowie 76, 77 und 78. :

Tritt auf der Wechselspannungsleitung ein genügend großer Überstrotp auf, der bewirkt, daß sich die Spannung an den Kondensatoren 16a l6c erhöht, jedoch nicht genügend groß ist, um die Sicherung durch zubrennen, dann wird die an den Kondensatoren I6a-l6c anliegende !Spannung blockiert, wie vorstehend erklärt wurde. Die Überspannung ,wird über die Schaltung mit den Dioden 73 - 75 an die Gleichspannungssammeischiene 12a, 12b zurückgeführt. Somit wird sogar ein gewisser Schutz durch die Blockierschaltung gewährt, ehe eine Sich rung durchbrennt oder eine andere ernsthafte Störung auftritt.

In Abhängigkeit vom Versagen einer Sicherung oder eines Überstromzustandes liegt ein Signal auf der Leitung 23 an, die einen Steuerimpuls über den Transformator 101 an das Tor des Siliziumgleichrichters 97 abgibt. Dieser wird angeschaltet und schließt den Stromkreis zwischen den Leitungen 90 und 95, wodurch die Steujerimpulse über die Kreise IO8, II5 und 120 an die entsprechenden Tore der Siliziumgleichrichter 76 - 78 gelangen. Diese Siliziumgleichrichter werden angesteuert und schließen damit den niederohmigen Widerstand 85 zu den Wicklungen 63 - 65 des Transformators 45 parallel. Diese niedrige Impedanz wirkt auf die Wicklungen βθ -

ι 62 zurück., und schließt die Kondensatoren 16a - 16c kurz. Dadurch gerät das Filter außer Resonanz, und die Spulen 17a, 17b und 17c schützen den Ausgangskreis vor Überstrombedingungen.

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^;Nach einem durch die Konstanten des Relais mit der Wicklung I07 bestimmten Zeitinterval wie beispielsweise nach der Einstellung eines Bremszylinders,, wird dieses Relais beaufschlagt und öffnet die Kontaktgruppe 53* um die Spannungsübertragung an den Wechsel- j stromverbraucher 35 zu unterbrechen. Somit kann sich der Widerstand nicht überhitzen. Mit der Unterbrechung der Stromübertragung liegt auch keine Spannung mehr an den Leitungen -52a und 52 an, und auch der Zündkreis schaltet ab.

Der statische Schalter 43 und der Zündkreis 50 bieten zusammen mit dem Transformator 45 eine sehr wirksame Kurzschlußentkopplung in der Schaltung zwischen dem Wechselrichter und dem Wechselstromverbraucher. Es ergab sich, daß auch der Transformator 45 alleine mit den Dioden 43 - 75 zur Anklemmung an die Gleichspannungssammelschiene einen hohen Grad von Schutz selbst ohne den statischen Schalter und den Zündkreis gewährt. Die nur unter Verwendung des Transformators und der Dioden erreichte Strombegrenzung zwischen dem Wechselrichter und der Last gewährleistet,daß kein übermäßiger Störstrom den Kreis : Wechselrichter - Verbraucher durchläuft, wenn am Verbraucher ein Kurzschluß oder in der Anlage eine andere Störung auftritt. Somit kann diese Strombegrenzungseinrichtung unabhängig von der erfindungsgemäßen vollständigen Filterverstimmung verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine allgemeine Anordnung, bei welcher eine Anzahl von Wechselspannungsschaltungen mit jeweils einem Wechselrichter wie dem Wechselrichter 13 und einem Serienfilter wie dem Filter' Vj.

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Wechselspannung an einen beliebigen Wechselstromverbraucher 130 übertragen. Die Korabination aus Wechselrichter und Filter 13 - 15 wurde bereits anhand der Fig. 1-3 beschrieben. Die Schutzschaltung 131 der Einrichtung Nummer 1 der Fig. 5 umfaßt Baugruppen wie den Transformator 45, den statischen Schalter 43 und 'den Zündkreis.50. Wie bereits bemerkt wurde, könnte die Schutzschaltung 131 auch nur mit dem Transformator und den Dioden bestückt sein, um die an einem der Blindkomponenten-Filterbauteile anliegende Spannung auf dem Pegel der Gleichspannungssammelschiene zu halten.

Die Einrichtung Nummer 2 zeigt eine ähnliche Wechselrichter-FilterJ-kombination.Von der Leitung 132 her erhält der Wechselrichter 133 seine Eingangsgleichspannung und gibt eine Wechselspannung über di Leitung 134 an das Filter 135 ab, welches seinerseits über die Leiftung 138 an den Verbraucher I30 gekoppelt ist. Der Schutzkreis 137 der Einrichtung Nr. 2 ist über die Leitung 136 mit dem Filter 135 verbunden. In der gleichen Weise gelangt bei der Einrichtung Nr. 3 Gleichspannung von der Sammelschiene 47 über die Leitung 142 an den Wechselrichter 143* der Wechselspannung über die Leitung 144 und das Filter 145 an die Ausgangsleitung 148 abgibt« Der Schutzkreis 147 ist über die Leitung 146 an das Fiter 145 angekoppelt. Die Eingangsleitungen 112, 132 und 142 können anstatt über die gezeigte Sammelschiene von einzelnen Batterien,, Gleichstromgeneratoren .oder anderen Quellen mit Wechselspannung versorgt werden. Andere Veränderungen der Grundeinriehtung sind für den Fachmann naheliegend

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Wenn bei der angeschalteten und den Verbraucher I30 versorgenden Schaltung der Fig. 5 eine Einrichtung wie Nr. 1 versagt, dann soll diese von den Einrichtungen Nr. 2 und Nr.. 3 entkoppelt werden. Wenn dies geschieht, dann würde der durch die Einrichtungen Nr. 2 und Nr. 3 abgegebene Fehlerstrom genügend stark sein, um diese anderen funktionierenden Einrichtungen zu zerstören. Dies ist ein anderes wichtiges Einsatzgebiet der allgemein in Fig. 3 und im einzelnen in Fig. 4 gezeigten Schutzschaltung.

Fig. 6a zeigt eine andere Anordnung zum Schutz der Schaltung zwischen Wechselrichter und Verbraucher, die durch eine Änderung der normalen Serienfilter—auslegung entwickelt wird. Erfindungsgemäß ist der statische Schalter 43 an die gemeinsamen Anschlüsse oder Klemmen I50, I51 und 152 zwischen die in Reihe geschalteten Spulen und Kondensatoren eines jeden Ausgangskreises geführt. Wenn in der Schaltung der Fig. 4 eine " Blockierung" (Ausfall eines Wechselrichterbauteils) auftritt., oder ein Summ iertrans format or versagt, dann "sieht" der Verbraucher oder die Last ein» induktiven Widerstand. Dies gilt auch, wenn eine Spule in einem der Serienfilter ausfällt. Unter diesen Störbedingungen muß die Last der Störungsstelle einsn beträcht .liehen Strom bei niedrigem Leistungsfaktor einspeisen* ¥'3nn ,jedoch bei der Schaltung der Fig. 6A der Wechselrichter versagt oder blockiert, dann wird der statische Schalter 43 sofort g^triggsrt. Durch diese Auslösung des statischen Schalters werden cule Kleffix.¹; "30* I5I und 152 zusammen kurzgeschlossen. Somit ttf.r-d äom Braiphasemra^braucher eine dreiphasige Kondensatorsterns ohaltung ^orgesohalw^. Durch diese Anordnung wird der Ver— . -15--

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braucher vollständig von einer Blockierung oder dem Ausfall eines Wechselrichterbauteils, von einem Fehler des Summiertransformators| oder einem Versagen einer Spule abgetrennt. Die Last "sieht" dann einen voreilenden Leistungsfaktor, wodurch die Arbeitsweise der Einrichtung verbessert wird. Die Einrichtung ist noch arbeitsfähig,

wenn einer der Kondensatoren ausfällt.

Fig. 6b zeigt eine andere Schaltungsanordnung, bei welcher die gemeinsamen Klemmen I50, I5I und I52 in die Serienfilter gelegt : sind. Hierbei sind die oberen Wicklungen 60, 6l und 62 des Trans- ■ formators 45 an die gemeinsamen Klemmen I50,·I5I und 152 ange- ! schlossen. Bei dieser Anordnung wirktdie Strombegrenzung an den jemeinsamen Anschlüssen anstelle parallel zu einem Blindkomponentenbauteil im Filter. Die Anordnung der Fig. 6"B kann unabhängig von oder zusammen mit der Anordnung der Fig. 6k verwendet werden, wobei sowohl der statische Schalter als auch der Zündkreis so geschaltet sind wie in Fig. 4 gezeigt wurde.

Fig. 6C zeigt ein anderes Verfahren zum Anschluß der Transformatoren an die gemeinsamen Klemmen I50 - I52. Der Dreiphasentransformator ΙβΟ besitzt die Primärwicklungen I6I, l62 und 1Ö3, die ^; magnetisch an die entsprechenden Sekundärwicklungen I7I» 172 und < 175 gekoppelt sind. Über die Gleichrichterbrücke 175 mit den sechs

j Dioden 170 - lSl sind die Sekundärwicklungen an die Gleichspannung j sammeischinen 12a und 12b geführt. Auf diese Weise werden die entsprechenden Spannungen zwischen den Leitungen wie die Spannung zwischen den Klemmen I50 und I5I an den Pegel der Gleichspannungs-

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sammelschiene geklammert. Somit wird durch die Anordnung der Fig. \ Gg eine Strombegrenzung dadurch erreicht, daß sich diese Zwischen-) leitungsspannungen nicht erhöhen können.

j Fig. 7A zeigt eine weitere Ausführung des Serienfilters mit den Blindkomponentenbauteilen 17a und 16a. Ein Ausgang des Wechselrichters 185 ist über die Leitung 184, die Spule 17a, die Klemmen 185, 186, den Kondensator l6a, die Klemme 187 und die Ausgangsleitung 198 an die Last geführt. Zur Schließung des Stroraversorgungskreises ist der andere Ausgang des Wechselrichter I85 über die Leitung 188, die Klemme 190 und die Ausgangsleitung I99 an den Verbraucher gekoppelt. Der Kondensator 42a bildet mit der Spule 42 b ein Parallelfilter, das allgemein anhand der Fig. 3 beschrieben wurde.

Die Anordnung der Fig. fA dient zur Unterdrückung von Einschaltstößen bei nicht abschaltbaren Stromversorgungsanlagen. Erfindungsgemäß ist die Überbrückung I9I für die Spule 17a vorgesehen. Diese Überbrückung enthält den mit dem statischen Schalter 193 in Reihe geschalteten Widerstand 192. Der statische Schalter umfaßt die beiden parallelgeschalteten Siliziumgleichrichter 194 und 195. Wenn über die Leitungen 196, I97 Schaltsignale anliegen, dann steuern diese Siliziumgleichrichter durch. Dadurch wird der Nebenschlußkreis geschlossen, so daß der Widerstand I92 im wesent· liehen als Überbrückung für die Spule 17a dient. Man erkennt, daß der statische Schalter 195 durch einen Triao-Thyristor ersetzt werden kann, um die Durchschaltung in beiden Richtungen von einem

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einzigen Halbleiterschalter aus zu gewährleisten. Ein anderer statischer Schalter 200 mi^ den beiden gegensinnig gekop-

.polten Siliziumgleichrichtern 201, 202 ist mit dem-Widerstand 203. Dieser Kreis ist zwischen die Klemmen 186 und 190 gekoppelt, so daß bei Betätigung des statischen Schalters 200 der Widerstand ■ 203 zwischen die Ausgangsleitung 199 und die gemeinsame Klemme j 186 im Filter 17a, 16a geschaltet wird. i

Wenn die Last zuerst an den Leitungen I98, 199 anliegt, dann wird., der erste statische Schalter 193 durch die Schaltsignale auf den Leitungen 196, 197 ausgelöst. Diese Signale können von der gleichen logischen Schaltung hergeleitet werden, welche die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters I83 regelt oder auch von einer unabhängigen logischen Schaltung. Durch das Schließen des statischen Schalters 193 wird der Widerstand 192 parallel zur Spule 17a gelegt, so daß der Laststrom hauptsächlich über den Widerstand 192 und den Kondensator l6a fließt. Die Einsehaltzeit des Schalters wird schrittweise erhöht, wie es durch die aufeinander folgenden Halbperioden der Wellenform 204 in Pig. TB gezeigt wird. Nachdem der Laststrom seinen Nennwert erreicht hat, liegt der statische Schalter nicht mehr im Stromkreis. Diese Anordnung gewährleistet, daß beim ersten Einschalten des LastStroms nur sehr geringe Einschaltstöße auf den Leitungen I98, 199 auftreten.

Bei der Begrenzung des Laststroms findet der Stromkreis mit dem statischen Schalter 200 Anwendung. Bei dieser Anordnung ist der untere Anschluß des statischen Schalters über die Klemme 205 an

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die Klemme 190 "geführt. Dieser statische Schalter wird dann zeit-1 moduliert, wie es bereits anhand der Fig. 7B erläutert wurde. Aus j der vorstehenden Beschreibung der Anwendung eines Klemmtransfor-

mators (beispielsweise Pig. βΒ) geht hervor, daß die Klemmen 186 und 190 an die Gleichspannungssammelschiene geklammert werden können, um eine weitere Regelmaßnahme zu schaffen.

Eine weitere Anschlußmöglichkeit für den statischen Schalter ist durch die gestrichelte Linie 206 dargestellt. D.h.,daß die Verbindung zwischen den Klemmen 205 und I90 unterbrochen werden kann und der Anschluß von der Klemme 205 zur Klemme I87 geführt werden kann. Während Laststrom anliegt bietet dies eine Stromregelung über den Kondensator 16a analog der Stromregelung, die anhand des statischen Schalters 195 ^und der Spule 17a beschrieben wurde.

Fig. 7C zeigt ein weiteres Verfahren zur Begrenzung der Einschaltstoßwirkungen beim Einschalten und beim nachfolgenden Abschalten des Laststroms. Die Ausgangsleitung 184 des Wechselrichters I85 ist an die Spule 17a und den Kondensator l6a des Serienfilters gekoppelt. Die andere Leitung I88 ist direkt mit der Ausgarjgpleitung 199 verbunden. Die Sekundärwicklung 210 ist magnetisch an die Spule 17a gekoppelt, um einen Transformator zu bilden, dessen Wicklung 210 mit zwei Endanschlüssen und einem Mittelabgriff versehen ist. Zwischen die entsprechenden Endanschlüsse der Wicklung 210 und die Gleichspannungssammelschiene 12a sind die beiden Siliziumgleichriohter 211 und 212 geschaltet. Der Mittelabgriff der Wicklung 210 ist direkt mit der Gleichspannungs-

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sammelschiene 12b verbunden. Der Transformator 62, 65 bietet die j gleiche Ankopplung des Kondensators 16a an die Gleichspannungs- ; sammelschienen und zwar über den Kreis mit den Siliziumgleich- i

richtern 214 und 215 sowie der Leitung 216. ' ,

Unter Verwendung der Anordnung der Fig. 70 wird ein schrittweises j Einschalten des Laststroms durch "Programmierung" oder eine schrittweise Veränderung der Einsahaltzeiten der Siliziumgleichrichter ' 211, 212 erreicht, wie es vorstehend anhand der Fig. 7A und 7B , | erläutert wurde. Die Abschaltung des aststroms wird in der glei- j

• chen Weise erreicht, nämlich durch Regelung der Durchschalt- und : Sperrzeiten der Siliciumgleichrichter 214, 215·

Erfindunssgemäß ergibt sich, daß der Schutz der Stromversorgungs-

; anlage entweder durch ein Anzeigesignal für den Ausfall eines In-

,

ternen Bauteils, wie das Durchbrennen einer Sicherung im Wechselrichter oder einem zugeordneten Schaltkreis erreicht wird, oder daß ein Überstromsustand nach der Beschreibung anhand der Fig. 2 abgegriffen wird. Durch Kurzschließen eines von zwei Blindkomponentenbauteile eines Serienfilters begrenzt das andere Filterbau-

j teil die Übertragung von Laststrom unter Fehlerbedingungen. Diese

'

: Begrenzung wirkt sehr rasch und ohne mechanische Bewegungen #egen J

der vollkommen statischen Bauteile. Die anschließende mechanische ! Unterbrechung der Stromversorgungsschaltung durch beispielsweise ι die Betätigung des Relais mit der Wicklung 107 stellt eine Fort-■ entwicklung der Erfindung dar. Bei Verwendung von nur einem Transformator und bei an die GleichspannungssammelscMaie geklam- [ . ' - 20 - j

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merten Dioden wird der Laststrom durch Verstimmung des Filters unter

auf/80 fo des normalen oder Nennstroms verringert. Bei Mehrfacheinjrichtungen wie in Fig. 5 gezeigt, wird unter Verwendung der Erfinidung die fehlerhafte Schaltung von den weiterhin arbeitenden Einrichtungen entkoppelt. Ware dies nicht der Fall, dann würden die übrigen Einrichtungen schwer beschädigt werden, da sie weiterhin bestrebt wären,. Fehlerstrom abzugeben. Der Schutz für die Stromversorgungsanlage zwischen Wechselrichter und Verbraucher kann auch

durch eine Zwischenleitungsschaltung der Schutzkreise erreicht !werden, wobei die Anschlüsse an die gemeinsamen Klemmen zwischen

\ den Blinkomponenten-Filterbauteilen gelegt werden. Durch Parallelschaltung statischer Schalter zu den Blindkomponenten-Filterbauteif len und durch Programmierung dieser Schalter während des Ein- und Ausschaltens wird die Wirkung von Einschaltstößen auf die Anlage weitgehend herabgesetzt.

Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

1. !stromversorgungsanlage mit einem von einer GIeichspannungssammelschiene gespeisten Wechselrichter, der Wechselspannung über ein Filter mit einem mit einer Spule in Reihe geschalteten Kondensator abgibt, wobei die Blindwiderstände des Kondensators und der Spule bei der Normalfrequenz der Wechselrichter-Ausgangs spannung im wesentlichen gleich sind, gekennzeichnet durch: Einen Transformator (45) dessen Primärwicklung (βθ) parallel zum Kondensator (l6a) oder zur Spule (17a) geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung (63) magnetisch an die Primärwicklung gekoppelt und mit einem Mittelabgriff versehen ist, sowie durch eine Einrichtung mit einem Gleichrichter (75) zur Ankopplung der Gleichspanriungssammelschiene (12a, 12b) an die Sekundärwicklung (65) des Transformators (45) sowie zur Anklammerung der an einem Filterbauteil (l6a oder 17a) anliegenden Spannung an .den Pegel der Gleichspannungssammelschiene, wenn sich die an diesem Bauteil anliegende Spannung zu erhöhen bestrebt ist.

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2.Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.j die Sekundärwicklung des Transformators (6j5) parallel sum Kondensator (loa) des Filters (15) geschaltet ist.

3.Stromversorgungsanlage nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen statischen Schalter (4j5) mit einer mit einem Halbleiterschalter (78).in Reihe geschalteten Diode (82) enthält, die zwischen zwei Bezugsleitungen (83, 84) geschaltet sind, daß eine niederohmige Impedanz (85) zwischen diesen Bezugsleitungen liegt, und schließlich daß Mittel (66) vorgesehen sind, um den Mittelabgriff der Sekundärwicklung des , Transformators (6j5) an den gemeinsamen Anschluß zwischen Diode (82) und Halbleiterschalter (78) zu führen, so daß inßlge der Durchsteuerung des Halbleiterschalters (78) die niederohmige Impedanz (85) parallel zum Trartformator (45) geschaltet wird, um ein Blindkomponentenbauteil des Filters kurzzuschließen, ferner dadurch, daß ein Zündkreis (50) mit einem zweiten Halblei terschalter (97) angeschaltet wird, wenn an ihm ein Anzeigesignal für einen Überlastzustand (über 23) anliegt, und schließlich daß eine Einrichtung (87) zur Abgabe einer Versorgungsspannung im Zündkreis (50) vorgesehen ist, so daß bei Durchsteuerung des zweiten Halbleiterschalters (97) die Versorgungsspannung den Halbleiterschalter (78) im statischen S_ahalter (4j5) ansteuert, um das Filter zu verstimmen und damit den Ausgangswechselstrom vom Wechselrichter zu begrenzen.

4.Stromversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (50) mit einem Relais (107, 3^h>> 55) bestückt ist, das bei Durchsteuerung" des zweiten Halbleiterschalters (97) betätigt wird, um die Stromvers orgungs·* anlage zwischen dem Filter (15) und einem Wechselstromverbrau. - j eher zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Durchsteuerung des Halb-f leiterschalters (78) im statischen Schalter (45) zu unterbrecher^.

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