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Schutzeinrichtung für ein Stromversorgungsgerät Die Erfindung betrifft
eine Schutzeinrichtung für ein mit hoher Frequenz durch einen oder mehrere Thyristor
(en) geschaltetes, mit einer Ladedrossel versehenes und aus einer Gleichstromquelle
gespeistes Stromversorgungsgerät.
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Stand der Technik Vorzugsweise zur Speisung der Horizontal-Ablenkspulen
von Fernsehgeräten sind Stromversorgungsgeräte bekannt geworden, die aus einer Gleichstromquelle
mit Hilfe gesteuerter Schalter die für die Horizontalablenkung erforderlichen Wechselströme
herstellen. Diese Wechselströme haben nach der CCIR-Norm eine Frequenz von 15.625
Hz. Diese wird bei einem Fernsehgerät durch einen örtlichen Oszillator erzeugt.
Mit der Ausgangsspannung dieses örtlichen Oszillators werden Schalter gesteuert.
Die Schalter selbst können Röhren, Transistoren oder Thyristoren sein.
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Im folgenden sollen jedoch nur Stromversorgungsgeräte behandelt werden,
die mit Thyristoren arbeiten. Ihre grundsätzliche Arbeitsweise ist in der DT-PS
1 537 308 ausführlich erläutert.
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Die Stromversorgungsteile wurden in der Zwischenzeit weiterentwickelt.
Sie haben zur Anpassung der Ablenkspulen an die Schaltung einen Ausgangstransformator
erhalten, den sog. Zeilentransformator. Diesem Zeilentransformator werden über getrennte
Wicklungen eine ganze Reihe weiterer Betriebsspannungen entnommen. Es sind Gleichrichteranordnungen
angeschlossen zur Erzeugung der Hochspannung für die Bildrohren-Anode und für die
Betriebsspannung der Signalverstärker und -Umwandlungsstufen <ITT Technical Report
Components 59-72-E).
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Die Entwicklung geht weiter in der Richtung, daß der Zeilentransformator
alleiniger Spannungswandler in einem Fernsehgerät wird, d.h. dass alle Betriebsspannungen
diesem Transformator entnommen werden. Der Zeilentransformator ist wegen der hohen
Betriebsfrequenz klein, leicht und kostensparend gegenüber einem Netztransformator,
der mit 50 Hz betrieben wird.
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Dabei wird auch noch eine Stabilisierung der Betriebsspannungen dadurch
erzielt,
daß die Steuerung der Schalter so erfolgt, daß Spannungs-Schwankungen der Gleichstromquelle,
die über einen Gleichrichter aus dem Lichtnetz gespeist wird, verringert werden.
Diese "Schaltnetzteile" haben so grosse Vorteile, daß ihre Anwendung nicht auf Fernsehgerate
beschränkt bleibt, zumal bei Anwendung von Thyristoren der Grösse der zu über tragenden
Leistung keine Grenzen gesetzt sind.
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Thyristoren haben einen entscheidenden Nachteil, Sie können "über
Kopf" zünden. Es bleibt nicht aus, daß die an das Stromversorgungsgerät angeschlossenen
Verbraucher gelegentlich Spannungsimpulse in das Stromversorgungsteil zurückliefern.
Bei Fernsehgeräten kommt es z.B. häufig zu Bildrohruberschlägen. Die Kapazität der
Bildröhre von einigen looo pF, die auf etwa 18 - 25 kV aufgeladen ist, entlädt sich
dabei schlagartig.
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Die hierbei auftretenden Spitzenströme von einigen looo A induzieren
in allen Leitungen und Stromkreisen des Gerätes hohe Spitzenspannungen. Hiervon
bleibt auch das Stromversorgungsteil nicht verschont. Die Sperrspannung der Thyristoren
wird kurzzeitig im falschen Augenblick überschritten und die Thyristoren schalten
"über Kopf" in einem ungeeigneten Zeitpunkt.
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Die das Ganze speisende Gleichspannungsquelle wird kurzgeschlossen.
Da diese wiederum aus dem Lichtnetz gespeist wird, fällt dort eine Sicherung.
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Man hat sich bisher oft so geholfen, daß ein automatisch wirkender
Überstrom-Ausloser angebracht war, der bei einem Kurzschluß den Speisestrom unterbricht.
Dieser Überstrom-Ausloser muß dann von Hand wieder in Betrieb gesetzt werden (Schaltbild
GRUNDIG Super Color Gerate 6020 Si 604 1,79 AT Autom.).
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Aufgabe Es besteht die Aufgabe, eine besonders einfache, preiswerte
Schutzeinrichtung in Form eines Überstromauslosers zu erstellen, der bei einem auftretenden
Überstrom abschaltet und wieder automatisch einschaltet,und zwar nach so kurzer
Zeit, daß die vorübergehende Betriebsstörung als solche kaum registriert wird.
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Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Mittel
gelost.
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Vorteile Die Schutzeinrichtung ist gegenuber den Einrichtungen nach
dem Stand der Technik sehr preiswert Sie arbeitet automatisch, ein Wiedereinschalten
von Hand ist nicht notwendig. Die Zeit, die bis zum Wiedereinschalten vergeht, ist
sehr kurz, wenn man davon ausgeht, daß die Betriebsstörung durch einen impulsartigen
Vorgang ausgelöst wurde (z.B. Bildrohruberschlag).
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Als uberraschender weiterer Vorteil ist zu werten, daß die Anordnung
bei einem Dauerkurzschluss, also einer echten Betriebsstorung, einen Signal-Ton
von sich gibt, der durch das fortwahrende Öffnen und Schliessen des Öffners verursacht
wird.
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Erlauterung der Erfindung Anhand des Ausführungsbeispiels wird die
Erfindung naher erlautert.
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Abbildung 1 zeigt die Anordnung des Reed-Umschaltkontaktsatzes an
dem Luftspalt der Ladedrossel.
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Abbildung 2 zeigt ein Schaltbild der Anordnung.
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Abbildung 3 zeigt den Verlauf des Stromes durch die Ladedrossel in
einem Störungs fall.
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Abbildung 1 zeigt die Ladedrossel, bestehend aus den beiden Eisenkernhalften
1 und 2, der Drosselspule 3 und den beiden Luftspaltkn 4 und 5 swischen den Eisenkernhälften
l und 2.
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Oberhalb des Luftspaltes 4 ist der Reed-Umschaltkontaktsatz 6 angeordnet
mit den Kontaktzungen 7, 8 und 9.
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Die Kontaktzungen 7 und 9 bilden den Schliesser, die Kontaktzungen
7 und 8 bilden den Öffner.
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Sendet der Luftspalt 4 ein Magnetfeld aus, dann wird der Schliesser
(7, 9) betätigt, wenn das Magnetfeld eine gewisse Grösse erreicht hat.
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Durch Regulierung des Abstandes zwischen dem Reed-Umschaltkontaktsatz
6 und dem Luftspalt 4 läßt sich die Ansprechempfindlichkeit des Schliessers einstellen.
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Wenn der Schliesser (7, 9) schließt, wird der Öffner (7, 8) geöffnet.
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Im vorliegenden Falle wird von dem Reed-Umschaltkontaktsatz 6 nur
der Öffner benutzt. Der Schliesser hat keine elektrische Funktion. Er dient in bekannter
Weise nur zur Aufnahme des Magnetfeldes und zum Betätigen des Kontaktsatzes.
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Abbildung 2 zeigt das Schaltbild der Schutzeinrichtung. Eine Gleichstromquelle
lo liefert die Betriebsgleichspannung. Die Gleichstromquelle lo besteht bekannterweise
aus einem an das Lichtnetz angeschlossenen Gleichrichter und einem Lade-Kondensator
und gegebenenfalls weiteren Glättungs- und Siebmitteln.
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Der von der Gleichstromquelle lo gelieferte Strom fließt über die
Ladedrossel 11 und den geschlossenen Öffner 7 und 8 in das Stromversorgungsgerät
12, das in seinem Inneren mit einer vorzugsweise aus Thyristoren bestehenden Schalter-Einrichtung
13 besteht und das an seinen Ausgangsklemmen 14a bis d verschiedene Betriebsgleich-
und Wechsel-Spannungen abliefert.
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Nach dem Stand der Technik gibt es auch Schaltungen, bei denen bussen
dem Schalter 13 noch weitere ähnliche Schalter zwischen der Gleichstrom-Quelle 10
und der Ladedrossel zusätzlich angeordnet sind. Der einfacheren Darstellung des
Erfindungsgedankens halber wird auf diese Schalter nicht näher eingegangen.
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Die Arbeitsweise der Schaltereinrichtungen 13 ist durch den Stand
der Technik genügend erklärt und braucht hier nicht weiter erläutert werden.
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Parallel zu dem Öffner 7 und 8 ist die Serienschaltung einer Kapazität
15 und eines Widerstandes 16 geschaltet.
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Abbildung 3 zeigt den Stromverlauf in der Schutzeinrichtung.
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Über der Zeitachse t ist der Strom i aufgetragen. Im ungestörten Betrieb
fließt der Betriebsstrom IB, dessen Intensität sägezahnförmigen Schwankungen unterworfen
ist, die von den Schaltvorgängen im Inneren des Stromversorgungsgerätes 12 (Abbildung
2) herrühren.
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Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt ts ein impulsartig verlaufender
Vorgang in einem an die Ausgangsklemmen 14 angeschlossenen Stromverbraucher stattfindet,
der auf die Schalteinrichtungen 13 des Stromversorgungsgerätes 12 rückwirkt.
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Dieser impulsartige Vorgang kann z.B. ein Bildröhrenüberschlag sein,
dessen Dauer zwar nur kurz ist, der aber in allen Stromkreisen eines Fernsehgerätes
kräftige Impulsspannungen induziert.
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In einem solchen Fall ist auch die Schaltereinrichtung 13 im Inneren
des Stromversorgungsgerätes 12 gestört. Die Thyristoren werden zu einem ungeeigneten
Zeitpunkt gezündet. Der Strom in der Ladedrossel 13 steigt während der Zeit TA ungehemmt
an, weil das Wiederausschalten wegen der vorliegenden Störung im Stromversorgungsgerät
12 nicht funktioniert.
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Der Strom erreicht schliesslich den Wert Is, bei dem das Magnetfeld
des Luftspaltes 4 der Ladedrossel 11 so stark geworden ist, daß der Schliesser 7
und 9 schließt und damit den Öffner 7 und 8 öffnet.
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Jetzt wird aus der Ladedrossel 11 dem Kondensator 15, dem Widerstand
16 und den Innenwiderständen der Gleichstromquelle lo und des Stromversorgungsgerätes
12 ein Serienresonanzkreis gebildet.
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Das abbauende Magnetfeld der Ladedrossel 11 schiebt den Strom zunächst
weiter in den Kondensator 15 hinein, in dem sich eine Gegenspannung aufbaut, bis
zum Wert i = 0.
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Anschliesseild drückt der aufgeladene Kondensator 15 den Strom wieder
zurück in die Gleichstromquelle lo und baut dabei ein Magnetfeld in umgekehrter
Richtung in der Ladedrossel 11 auf.
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Durch die Stromumkehr wird die Schaltereinrichtung 13 stillgesetzt,
so daß sich dort wieder sämtliche für den normalen Betriebszustand geeigneten
Zustände
einstellen können, da in der Zwischenzeit auch die impulsartige Störung abgeklungen
ist.
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Angetrieben durch die Spannung der Gleichstromquelle lo wird der rückfliessende
Strom 11 jedoch bald wieder umgepolt, so daß wieder der normale Betriebsstrom 1B
fliessen kann.
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Die Grösse der Kapazität 15 ist so bemessen, daß zusammen mit der
Induktivität der Lådedrossel 11 die Periodendauer Ts eines normalen Umschwingvorganges
des Stromes i beim Wiederschliessen des Öffners 7 und 8 gerade mit dem Ende des
Schaltspiels des Öffners 7 und 8 zusammenfällt.
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Das Schaltspiel des Öffners 7 und 8 ist gegeben durch die elastischen
Eigenschaften der Kontaktzungen 7 und 8 und deren Masseträgheit. Die Perioden-Dauer
der elektrischen Serienresonanz ist somit an die Periodendauer (Schaltspiel) des
Öffners 7 und 8 angepasst.
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Gleichzeitig ist der Widerstand 16 so bemessen, daß unter Berücksichtigung
der Innenwiderstand der Gleichstromquelle lo und des Stromversorgungsgerätes 12
die Dämpfung der elektrischen Serienresonanz so ist, daß beim Wiederschliessen des
Öffners nach dem Schaltspiel Ts der Betriebsstrom 1B ohne wesentliche Ausgleichvorgänge
so weiterlaufen kann, wie er vor dem Einsetzen der Störung gelaufen ist.
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Vom Einsetzen einer impuls artigen Störung an den Stromverbraucher
bis zum Wiederherstellen des normalen Zustandes vergeht somit die Zeit TA, die für
den Stromanstieg in der Ladedrossel benötigt wird, und die Zeit T5 für das einmalige
Bmschwingen des Stromes zum Ausräumen und Inordnungbringen der Thyristoren 13 im
Stromversorgungsgerät 12 und gegebenenfalls der noch zwischen der Gleichspannungsquelle
lo und der Ladedrossel 11 zusätzlich angebrachten Schaltereinrichtungen.
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In der Praxis erfolgt dieses automatische Wiedereinschalten in so
kurzer Zeit, daß ein Zuschauer die Kurzzeitbetriebsstörung nicht als wesentlich
störend empfindet.
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Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf das hier angeführte
Schaltungsbeispiel, Sie erstreckt sich auch auf Regelschaltungen enthaltende Stromversorgungsgeräte,
gleichgültig, ob diese Schaltungen mit einer Vorwärts- oder Rückwärtsregelung oder
ob mit oder ohne einer Energie-Rückgewinnung in Zusammenhang mit der Ladedrossel
arbeiten.
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Wenn es gilt, grössere Leistungen zu unterbrechen, so ist es auch
möglich, mit Hilfe des Schliessers einen Schaltschütz zu betätigen.