DE3226203C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wie im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Gleichstromumrichter mit einem in­ duktiven Speicher. Dabei kann der induktive Speicher durch eine in einem Querzweig liegende Induktivität oder einen Übertrager gebildet sein. Der Gleichstromumrichter gibt als sogenannter Sperrwandler dann Energie an den Verbraucher ab, wenn das als Schalter betriebene Stellglied gesperrt ist.

Ein derartiger Gleichstromumrichter mit einem Transformator als induktiver Speicher ist bereits in der älteren Patentanmeldung DE 31 09 034 A1 beschrieben. Der Gleichstromumrichter nach dem älteren Vorschlag enthält einen Istwert-Sollwert-Ver­ gleicher, dessen Istwert-Eingang an einen Istwert-Geber und dessen Sollwert-Eingang an einen Sollwert-Geber angeschlossen ist. Bei einer Ausführungsform wird die Sollwert-Spannung mit Hilfe einer Z-Diode und eines daran angeschlossenen Spannung­ teilers erzeugt, so daß der Innenwiderstand des Sollwert-Gebers einen von Null verschiedenen Wert hat. Als Istwert-Geber dient ein Meßwiderstand, der zwischen einem aus einer Sekundärwick­ lung des Transformators, einer Diode und einem Kondensator be­ stehenden sekundären Teilkreis und einem Verbraucher angeordnet ist. Der zu regelnde Ausgangssgleichstrom erzeugt am Meßwider­ stand eine Spannung, die mit Hilfe eines Istwert-Sollwert-Ver­ gleichers mit der Referenzspannung verglichen wird. Ein zu­ sätzlicher Verbraucher, der sich auf die Genauigkeit der Strom­ regelung auswirken könnte, ist dabei nicht vorgesehen.

Man kann bei einem Gleichstromumrichter der eingangs genannten Art den Istwertgeber zwischen dem induktiven Speicher und dem Ladekondensator anordnen. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß im Regelkreis praktisch keine Stabilität der Rege­ lung beeinträchtigenden Phasendrehungen auftreten. Liegt paral­ lel zum Ausgang des Gleichstromumrichters zusätzlich zu dem mit einem konstanten Strom zu speisenden Verbraucher ein weiterer Verbraucher, insbesondere ein Spannungsmesser, so wird ein der­ art angeordneter Istwertgeber nicht nur von dem konstant zu haltenden Strom, sondern auch von dem durch den zusätzlichen Verbraucher fließenden Strom durchflossen. Für eine exakte Re­ gelung ist es daher in diesem Fall erforderlich, den Istwert- Geber in Serie zu dem konstantstromgespeicherten Verbraucher al­ lein anzuordnen. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß im Regelkreis zusätzlich die Phasendrehungen des auf den in­ duktiven Speicher folgenden Siebgliedes wirksam sind, so daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Stabilität des Regel­ kreises ergeben können. Insbesondere kann der Fall eintreten, daß die Verstärkung der Regelabweichung aus Stabilitätsgrün­ den nicht so groß gewählt werden kann, wie dies im Hinblick auf die gewünschte Konstanz des Ausgangsstromes erforderlich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gleichstromumrichter der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sich ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Regelkreises ein zusätzli­ cher Verbraucher in möglichst geringem Maße auf die Genauig­ keit der Stromregelung auswirkt.

Gemäß der Erfindung wird der Gleichstromumrichter zur Lösung dieser Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß der Kon­ stantstrom, den der Gleichstromumrichter an den Verbraucher abgibt, im Arbeitsbereich praktisch unabhängig von der Größe des Verbraucherwiderstandes ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Gleich­ stromumrichter derart ausgebildet, daß der Sollwertge­ ber aus einer Konstantspannungsquelle mit parallelgeschal­ tetem Spannungsteiler besteht und daß der Sollwerteingang des Istwert-Sollwert-Vergleichers am Abgriff des Span­ nungsteilers liegt. Auf diese Weise lassen sich sowohl die als Sollwert dienende Spannung als auch der Innen­ widerstand des Sollwertgebers auf besonders einfach rea­ lisierbare Weise zugleich an die Erfordernisse der Re­ gelanordnung anpassen.

Der weitere Verbraucher kann z. B. eine Hilfsspannungs­ quelle, einer Überwachungseinrichtung oder dergleichen sein. Insbesondere ist der weitere Verbraucher durch ei­ nen Spannungsmesser gebildet, so daß sich die Spannung am Verbraucher, die in Abhängigkeit vom Verbraucherwi­ derstand erheblich schwanken kann, ohne Beeinträchtigung der Regelung mit einfachen Mitteln anzeigen läßt.

Der Verbraucher kann insbesondere der Fernspeisekreis ei­ ner Nachrichtenübertragungsstrecke sein. Bei dieser be­ vorzugten Verwendung des Gleichstromumrichters kommen die genannten Vorteile in besonderem Maße zur Geltung, da der Fernspeisekreis je nach Anzahl der verwendeten ferngespeisten Zwischenverstärker bzw. Regeneratoren hin­ sichtlich seines Widerstandes erhebliche Unterschiede auf­ weisen kann und die Anzeige der am Fernspeisekreis an­ liegenden Spannung für die Betriebsbeobachtung von beson­ derem Vorteil ist.

Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Gleichstromumrichter mit Konstant­ stromregelung, wobei parallel zu dem konstantstromge­ speisten Verbraucher ein Spannungsmesser angeordnet ist.

Bei dem Sperrumrichter nach der Figur ist die Gleich­ spannungsquelle 1 über das Stellglied 3 an die Primär­ wicklung des Übertragers 7 geführt. Als Stellglied dient ein bipolarer Transistor, an dessen Stelle gegebenenfalls ein anderer elektronischer Schalter, z. B. ein MOSFET tre­ ten kann.

Die Sekundärwicklung 72 des Übertragers 7 ist auf der ei­ nen Seite über die Diode 8 und auf der anderen Seite über den Meßwiderstand 10 an den Ladekondensator 9 ge­ führt. Die Diode 8 ist derart gepolt, daß sie bei leiten­ dem Stellglied 3 gesperrt und bei gesperrtem Stellglied 3 leitend ist. Zwischen dem Ausgang des Sperrumrichters und dem Ladekondensator 9 liegen die beiden Drosseln 61 und 62.

Die Basis des als Stellglied 3 dienenden Transistors ist über die Anordnung 11, die zur galvanischen Trennung dient, an den Ausgang des Impulsdauermodulators 12 ange­ schlossen. Der Impulsdauermodulator 12, der als sog. Re­ gelumsetzer dient, ist ein Operationsverstärker, bei dem die Pulseingang an den Regelverstärker 21 und der Minus­ eingang an den Kondensator 17 angeschlossen ist, an dem eine Sägezahnspannung erzeugt wird. Dieser Regelumsetzer bildet in bekannter Weise durch Vergleicher der im Regel­ verstärker 21 verstärkten Regelabweichung mit der Säge­ zahnspannung Steuerimpulse, die hinsichtlich ihrer Dauer derart moduliert sind, daß sich ein konstanter Ausgangs­ strom am Ausgang des Sperrumrichters ergibt. Das Stell­ glied 3 wird dabei als Schalter betrieben, der nur so­ lange geöffnet ist, wie Steuerimpulse anliegen.

Der Gleichstromumrichter dient als Fernspeisegerät und versorgt die in Reihe geschalteten Zwischenverstärker bzw. -regeneratoren einer Weitverkehrsstrecke mit Kon­ stantstrom, der durch Stromregelung mit einer Genauig­ keit von z. B. ±2% erzwungen wird.

Da über den Meßwiderstand 10 ein impulsförmiger Strom fließt, wird über das RC-Glied, bestehend aus dem Wider­ stand 13 und dem dazu in Serie geschalteten Kondensator 14 eine dem Gleichstrom-Mittelwert des Stromes I propor­ tionale Spannung erzeugt. Diese Spannung wird dem Minus­ eingang des Regelverstärkers 21 über den Widerstand 22 zugeführt. Als Bezugspotential dient dabei das am Ver­ bindungspunkt der Sekundärwicklung 72 mit dem Meßwider­ stand 10 anliegende Potential.

Der Istwert wird mit der durch den Spannungsteiler 25, 26 herabgesetzten Zenerspannung U _Z bzw. mit dem Sollwert, der dem Pluseingang des Regelverstärkers 21 zugeführt ist, verglichen. Die Ausgangsspannung des invertierenden Regelverstärkers 21, bei dem zwischen Ausgang und Minus­ eingang der Widerstand 20 und die dazu parallelgeschal­ tete Serienschaltung aus Kondensator 18 und 19 liegt, stellt sich entsprechend der Regelabweichung und der Ver­ stärkung des Regelverstärkers entsprechend ein.

Die Z-Diode 27, die die Zenerspannung U _Z liefert, liegt mit einem Anschluß an Bezugspotential und ist mit dem anderen Anschluß über den Widerstand 24 an die Hilfs­ spannung U _Z angeschlossen.

Der Impulsbreitenmodulator 12 ist ein als Komparator dienender Differenzverstärker, dessen Pluseingang an den Ausgang des Regelverstärkers 21 und dessen Minuseingang an den Kondensator 17 angeschlossen ist. Der Kondensator 17 liegt mit einem Anschluß an Bezugspotential und ist mit dem spannungsführenden Anschluß über den Widerstand 16 an die Hilfsspannung +U _H angeschlossen. Der Verbindungs­ punkt von Widerstand 16 und Kondensator 17 liegt am Mi­ nuseingang des Impulsdauermodulators 12 und ist über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 15′ an Bezugs­ potential geführt. Der Transistor 15′ wird durch Takt­ impulse des Taktgebers 15, die etwa das Tastverhältnis 0,5 haben, leitend gesteuert, so daß der Kondensator 17 periodisch geladen und entladen wird.

Der Impulsdauermodulator 12 gibt dem Stellglied 3 das Ausschaltsignal, sobald der Schnittpunkt der Sägezahn­ spannung U _S mit der Ausgangsspannung U _R des Regelver­ stärkers 21 erfolgt.

Der Regelverstärker 21, der Komparator bzw. Impulsdauer­ modulator 12, der Sägezahngenerator, bestehend aus den Schaltmitteln 16, 17, 15′ und 15, werden an der Hilfs­ spannung U _H betrieben.

Am Ausgang des Fernspeisegerätes liegt als zusätzlicher verbraucher ein Spannungsmesser, mit dessen Hilfe die an den Fernspeisekreis abgegebene Spannung U gemessen und angezeigt wird. Das eigentliche Meßinstrument 93 ist an den mittleren Widerstand 92 von drei Widerständen 91 . . . 94 eines parallel zum Ausgang liegenden Spannungsteilers an­ geschlossen. Über diesen Spannungsteiler fließt propor­ tional der Ausgangsspannung der Strom i _T ab. Der im Fern­ speisekreis fließende Strom ist demnach bei hoher Fernspeisespannung um diesen Anteil kleiner, da vom Stromregelkreis bzw. vom Meßwiderstand 10 die Summe aus Fernspeisestrom und Meßstrom I _S + I _T erfaßt wird.

Um den störenden Einfluß des Meßinstrumentes zu elimi­ nieren, ist der Verbindungspunkt von Kondensator 9 und Diode 8 über den Widerstand 23 an den Pulseingang des Regelverstärkers 21 geführt. Da der Ladekondensator 9 über den Meßwiderstand 10 mit dem Bezugspotential ver­ bunden ist, fließt im Widerstand 26 ein zusätzlicher Strom der im wesentlichen von der am Ladekondensator 9 auftretenden Spannung bestimmt wird.

Die Widerstände 23, 25 und 26 sind derart bemessen, daß der Sollwert abhängig von der den Fernspeisekreis spei­ senden Speisespannung U so verändert wird, daß der zu regelnde Strom I bei hoher Ausgangsspannung U um den Strom I _T größer wird und somit der in den Fernspeisekreis eingespeisten Streckenstrom I _S konstant bleibt.

Claims (4)

1. Gleichstromumrichter mit einem induktiven Speicher (7), der über ein in einem Eingangskreis (E) angeordnetes Stellglied (3) periodisch an eine Gleichspannungsquelle (1) anschließbar ist und mit einem Ausgangskreis (A), bei dem in Serie zu einer bei leitendem Stell­ glied (3) gesperrten Diode (8) ein Kondensator (9) liegt, und mit einem Konstantstromregler zur Regelung des vom Ausgangskreis an einen Verbraucher (28) abgegebenen Stromes (Is) auf einen konstanten Wert, und mit einem Istwert-Sollwert-Vergleicher (21), der mit seinem Sollwert-Eingang an einen Sollwert-Geber und mit seinem Istwert-Eingang an einen Istwert-Geber ange­ schlossen ist, wobei der Innenwiderstand des Sollwert-Gebers einen von Null verschiedenen Wert hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber des Konstantstromreglers durch einen zwi­ schen dem induktiven Speicher und dem Kondensator (9) ange­ ordneten Stromdiskriminator (10, 13, 14) gebildet ist und daß am Ausgang des Gleichstromumrichters parallel zum Verbraucher (28) ein weiterer Verbraucher angeschlossen ist und daß der Sollwert-Eingang des Istwert-Sollwert-Vergleichers (21) zu­ sätzlich über einen ohmschen Widerstand (23) an den dem Ist­ wertgeber abgewandten Anschluß des Kondensators (9) geführt ist.

2. Gleichstromumrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (25 . . . 27) aus einer Konstantspan­ nungsquelle mit parallel geschaltetem Spannungsteiler (25, 26) besteht und daß der Sollwerteingang (+) des Ist­ wert-Sollwert-Vergleichers (21) am Abgriff des Spannungs­ teilers (25, 26) liegt.

3. Gleichstromumrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verbraucher durch einen Spannungs­ messer (93) gebildet ist.

4. Gleichstromumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (28) der Fernspeisekreis einer Nach­ richtenübertragungsstrecke ist.