DE2459260C3

DE2459260C3 - Automatisch ab- und wiedereinschaltende Schutzeinrichtung für ein Stromversorgungsgerät

Info

Publication number: DE2459260C3
Application number: DE19742459260
Authority: DE
Inventors: Heinz Meyer; Johannes Ferdinand Stolte
Original assignee: NORDDEUTSCHE MENDE RUNDFUNK KG 2800 BREMEN
Current assignee: NORDDEUTSCHE MENDE RUNDFUNK KG 2800 BREMEN
Priority date: 1974-12-14
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2459260B2; DE2459260A1

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisch ab- und wiedereinschaltende Schutzeinrichtung für ein mit hoher Frequenz durch einen oder mehrere elektronische Schalter, vorzugsweise Thyristor(en) geschaltetes, mit einer Ladedrossel versehenes und aus einer Gleichstromquelle gespeistes Stromversorgungsgerät Eine solche Schutzeinrichtung ist z. B. durch die DE-AS 91 712 bekannt

Stand der Technik

Vorzugsweise zur Speisung der Horizontal-Ablenkspulen von Fernsehgeräten sind Stromversorgungsgeräte bekannt, die aus einer Gleichstromquelle mit Hilfe gesteuerter Schalter die für die Horizontalablenkung erforderlichen Wechselströme herstellen. Diese Wechselströme haben nach der CCl R-Norm eine Frequenz von 15625Hz. 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.

Fällt in einem solchen Stromversorgungsgerät die Steuerung der o. a. Schalter aus, so erfolgt ein unzulässiger Stromanstieg, der zur Zerstörung der an dem Schalter angeschlossenen Bauteile führt. Aus diesem Grunde wurden schon frühzeitig Schutzschaltungen vorgeschlagen, die bei Überstrom den Zufluß des Betriebsstroms sperren. So ist es bei einem mit einer Schaltröhre versehenen Stromversorgungsteil bekannt, einen zur Spannungsregelung dienenden variablen Längswiderstand, der durch eine Röhrenanordnung gebildet wird, dadurch hochohmig zu machen bzw. zu unterbrechen, daß eine in bekannter Weise als Referenzelement dienende Glimmlampe während der Dauer des Oberstroms kurzgeschlossen wird. Ist die

ίο Ursache für die Entstehung des Oberstroms beseitigt, wird der Kurzschluß aufgehoben und die Anordnung arbeitet automatisch wieder normal (DE-AS 15 91 712). Im folgenden sollen jedoch nur Stromversorgungsgeräte behandelt werden, die mit Thyristoren arbeiten.

Ihre grundsätzliche Arbeitsweise ist in der DE-PS 15 37 308 ausführlich erläutert

Die Stromversorgungsteile wurden in der Iwischenzeit 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 Bildröhren-Anode und für die Betriebsspannung der Signalverstärker und -Umwandlungsstufen.

Die Entwicklung geht weiter in der Richtung, daß der Zeilentransformator alleiniger Spannungswandler in einem Fernsehgerät wird, d h. daß alle Betriebsspannungen diesem Transformator entnommen werdea Der Zeilentransformator ist wegen der hohen Betriebsfrequenz klein, leicht und kostensparend gegenüber einem Netztransformator, der mit 50 Hz betrieben wird. Dabei wird auch noch eine Stabilisierung der Batriebsspannun-

'5 gen 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 Fernsehgeräte beschränkt bleibt, zumal bei Anwendung von Thyristoren die Größe der zu übertragenden Leitung stark erhöht werden kann.

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 .ruruckliefern. Bei Fernsehgeräten kommt es z.B. häufig zu Bildrohrüberschlägen. Die Kapazität der Bildröhre von einigen 1000 pF, die auf etwa 18—25 kV aufgeladen ist, entlädt sich dabei schlagartig. Die hierbei auftretenden Spitzenströme vt>n einigen 1000 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 Die das Ganze speisende Gleichspannungsquelle wird kurzgeschlossen. Da diese wiederum

μ aus dem Lichtnetz gespeist wird, fällt dort eine Sicherung.

Man hat sich bisher oft so geholfen, daß ein automatisch wirkender Überstrom-Auslöser angebracht war, der bei einem Kurzschluß den Speisestrom

^h' unterbricht. Dieser Überstrom-Auslöser muß dann von Hand wieder in Betrieb gesetzt werden (Schaltbild GRUNDIG Super Color Geräte 6020 Si 604, 1,79 AT Autom.).

Aufgabe

Es besteht die Aufgabe, eine besonders einfache, preiswerte Schutzeinrichtung in Form eines Überstromauslösers zu erstellen, der bei einem auftretenden Oberstrom abschaltet und wieder automatisch einschaltet, und zwar nach so kurzer Zeit, daß die vorübergehende Betriebsstörung als solche kaum registriert wird.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Mittel gelöst

Vorteile

Die Schutzeinrichtung ist gegenüber 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. Bildrohrüberschlag).

Als überraschender weiterer Vorteil ist zu werten, daß die Anordnung bei einem Dauerkurzschluß, also einer echten Betriebsstörung, einen Signal-Twn von sich gibt der durch das fortwährende öffnen und Schließen des Öffners verursacht wird.

Erläuterung der Erfindung

Anhand des Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

A b b. 1 zeigt die Anordnung des Reed-Umschaltkontaktsatzes an dem Luftspalt der Ladedrossel.

A b b. 2 zeigt ein Schaltbild der Anordnung.

Abb.3 zeigt den Verlauf des Stromes durch die Ladedrossel in einem Störungsfall.

Abb. 1 zeigt die Ladedrossel, bestehend aus den beiden Eisenkernhälften 1 und 2, der Drosselspule 3 und den beiden Luftspalten 4 und 5 zwischen den Eisen cernhälften 1 und 2.

Oberhalb des Luftspaltes 4 ist der Reed-Umschaltkontaktsatz 6 angeordnet mit den Kontaktzungen 7, 8 und 9.

Die Kontaktzungen 7 und 9 bilden den Schließer, die Kontaktzungen 7 und 8 bilden den Öffner.

Sendet der Luftspalt 4 ein Magnetfeld aus, dann wird der Schließer (7,9) betätigt wenn das Magnetfeld eine gewisse Größe erreicht hat

Durch Regulierung des Absttides zwischen dem Recd-Umschaltkontaktsatz 6 und dem Luftspalt 4 läßt sich die Ansprechempfindlichkeit des Schließers einstellen.

Wenn der Schließer 7,9 schließt wird der Öffner 7,8 geöffnet

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.

Abb.2 zeigt das Schaltbild der Schutzeinrichtung. Eine Gleichstromquelle 10 liefert die Betriebsgleichspannung. Die Gleichstromquelle 10 besteht bekannterweise aus einem an das Lichtnetz angeschlossenen Gleichrichter und einem Lade-Kondensator und gegebenenfalls weiteren Glättungs- und Siebmitteln.

Der von der Gleichstromquelle 10 gelieferte Strom fließt über die Ladedrossel 11 und den geschlossenen Öffner 7 und Il in das Stromversorgungsgerät 12, das in seinem Inneren mit einer vorzugsweise aus Thyristoren bestehenden Sichalter Einrichtung 13 besteht und das an seinen Ausgangsklemmen 14a bis d verschiedene Betriebsgleich- und Wechsel-Spar.nungen abliefert.

Nach dem Stand der Technik gibt es auch Schaltungen, bei denen außer dem Schalter 13 noch weitere ähnliche Schalter zwischen der Gleichstrom-Quelle 10 und der Ladedrossel zusätzlich angeordnet sind. Der einfacheren Darstellung des Erfindungsgedan kens halber wird auf diese Schalter nicht näher eingegangen.

Die Arbeitsweise der Schaltereinrichtungen 13 ist durch den Stand der Technik genügend erklärt und ι ο braucht hier nicht weiter erläutert zu werden.

Parallel zu dem Öffner 7 und 8 ist die Serienschaltung einer Kapazität 15 und eines Widerstandes 16

geschaltet
A b b. 3 zeigt den Stromverlauf in der Schutzeinrichtune.

Ober der Zeitachse t ist der Strom / aufgetragen. Im ungestörten Betrieb fließt der Betriebsstrom Ib, dessen Intensität sägezahnfönnigen Schwankungen unterworfen ist die von den Schaltvorgängen im Inneren des

Stromversorgungsgerätes 12 (A b U 2) herrühren.

Es sei angenommen, daß zun. Zeitpunkt U ein impulsartig verlaufender Vorgang in einem an die Ausgangsklemmen 14 angeschlossenen Stromverbraucher stattfindet der auf die Schalteinrichtungen 13 des

Stroirr/ersorgungsgerätes 12 rückwirkt

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

jo 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

Der Strom erreicht schließlich den Wert I„ bei dem das Magnetfeld des Luftspaltes 4 der Lailedrousel 11 so stark geworden ist daß der Schließer 7 und 9 schließt

und damit den Öffner 7 und 8 öffnet

Jetzt wird aus der Ladedrossel 11 dem Kondensator 15, dem Widerstand 16 und den Innenwiderständen der Gleichstromquelle 10 und des Stromversorgungsgerätes

12 ein Serienresonanzkreis gebildet

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 / - 0.

Anschließend drückt der aufgeladene Kondensator 15

den Strom wieder zurück in die Gleichstromquelle 10 und baut dabei ein Magnetfeld in umgekehrter Richtung in der Ladedrossel 11 auf.

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

Angetrieben durch die Spannung der Gleichstromquelle 10 wird der rückfließende Strom 11 jedoch bald M) wieder umgepolt, so daß wieder der normale Betriebsstrom /β fließen kann.

Die Größe der Kapazität 15 ist so bemessen, daß

zusammen mit der Induktivität der Ladedrossel 11 die

Periodendauer T eines normalen Umschwingvorganges

h> der Strom /beim Wiederschließen des Öffners 7 und 8 gerade mit dem Ende des Schaltspiels des Öffners 7 und 8 zusammenfällt

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.

Gleichzeitig ist der Widerstand 16 so bemessen, daß ^r, unter Berücksichtigung der Innenwiderstand der Gleichstromquelle 10 und des Stromversorgungsgerätes 12 die Dämpfung der elektrischen Serienresonanz so ist, daß beim Wiederschließen des Öffners nach dem Schaltspiel T, der Betriebsstrom Ib ohne wesentliche ι η Ausgleichvorgänge so weiterlaufen kann, wie er vor dem Einsetzen der Störung gelaufen ist.

Vom Einsetzen einer impulsartigen Störung an den Stromverbraucher bis zum Wiederherstellen des normalen Zustands vergeht somit die Zeit Τ_Λ, die für den r> Stromanstieg in der Ladedrossel benötigt wird, und die Zeit T, für das einmalige Umschwingen des Stromes zum Ausräumen und Inordnungbringen der Thyristoren 13 im Stromversorgungsgerät 12 und gegebenenfalls der noch zwischen der Gleichspannungsquelle 10 und der Ladedrossel U zusätzlich angebrachten Schaltereinrichtungen.

In der Praxis erfolgt dieses automatische Wiedereinschalten in so kurzer Zeit, daß ein Zuschauer die Kurzzeitbetriebsstörung nicht als wesentlich störend empfindet

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. Wenn es gilt, größere Leistungen zu unterbrechen, so ist es auch möglich, mit Hilfe des Schließers einen Schaltschütz zu betätigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automatisch ab- und wiedereinschaltende Schutzeinrichtung für ein mit hoher Frequenz durch einen oder mehrere elektronische Schalter, vorzugsweise Thyristoren) geschaltetes, mit einer Ladedrossel versehenes und aus einer Gleichstromquelle gespeistes Stroroversorgungsgerät, dadurchgekennzeichnet, daß ein Reed-Kontaktsatz(6)in der Nähe des Luftspaltes (4) der Ladedrossel (11) in einer solchen Lage angeordnet ist, daß durch das bei einem Oberstrom entstehende verstärkte Magnetfeld der Ladedrossel (11) der Reed-Kontaktsatz (6) ansprechbar ist und daß der öffner (7, 8) des Reed-Kontaktsatzes (6) in Reihe mit der Ladedrossel (11) geschaltet ist

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die mechanische Trägheit öes Reed-Umschaltkontaktes (6) bewirkte Öffnungszeit des Öffners (7,8) größer bemessen ist als die Freiwerdezeit des oder der als elektronische Schalter verwendeten Thyristoren (13).

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Offner (7, 8) mit der Reihenschaltung eines Kondensators (15) und eines Widerstandes (16) überbrückt ist, daß der aus der Ladedrossel (U) und dem Kondensator (15) gebildete Reihenschwingkreis für eine solche Eigenfrequenz bemessen ist, daß eine Periode der Schwingung dieser Reihenresonanz dem Schaltspiel des Öffners (7,8) entspricht u ;d der Widerstand (16) so bemessen ist, daß die Spitzenwerte zweier aufeinanderfolgenden Maxima der Schwingungen der Reihenresonanz ein Amplitudenverhältnis haben, das dem Amplitudenverhältnis des Abschaltstromes (Js) und des Betriebsstromes (Jb) der Ladedrossel (11) entspricht