DE3227252C2

DE3227252C2 - Einrichtung zur Fernspeisung von elektrischen Verbrauchern

Info

Publication number: DE3227252C2
Application number: DE19823227252
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. 8000 München Ziegler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1985-02-14
Also published as: DE3227252A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Speisung von elektrischen Verbrauchern mittels Gleichstrom-Reihenspeisung, wobei die Verbraucher jeweils über eine aus mehreren Gleichstromwandlern bestehende Stromwandleranordnung an den Fernspeisekreis angeschlossen sind. Bei einer derartigen Schaltungsanordnung soll die Stromabgabe selbsttätig in einer oder mehreren Stufen an die jeweilige Verbraucherlast angepaßt werden. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß die Gleichstromwandler mit ihren Ausgängen über Entkopplungsdioden einander parallelgeschaltet sind und daß der Ausgang wenigstens eines der Gleichstromwandler kurzschließbar ist.

Description

und damit die Verlustleistung einen vorgegebenen maximalen Wert erreicht bzw. überschreitet, selbsttätig eine Verringerung der Stromabgabe vorgenommen wird. Der Ausgangsstrom behält solange den niedrigen Wert, bis als Folge einer Anschaltung von zusatzlichen Verbrauchern der Querstrom der Ersatzlast den für die Spannungsregelung erforderlichen Mindestwert unterschreitet

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß derGIeichstrom-Gleichspannungswandler hiiisichtlich seiner Verlustleistung nicht für den vollen Wert der bei Normalbetrieb abgegebenen Leistung ausgelegt zu werden braucht. Man kann zur Vermeidung einer hohen thermischen Belastung einige wenige, insbesondere zwei Gleichstromwandler vorsehen und eine Feineinstellung des Stromes durch die an sich bekannte Umschaltung des Stromübersetzungsverhältnisses am Transformator eines insbesondere nicht ausgangsseitig kurzschließbaren Stromwandlers vornehmen.

Mit Hilfe mehrerer Gleichstromwandler ergibt sich der weitere Vorteil, daß die manuelle Einstellung des Ausgangsstromes entfallen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 ergibt den Vorteil, daß ein bereits im Regler vorhandener Meßfühler für die Auswerteeinrichtung Verwendung finden kann.

Man kann die Stromwandleranordnung aus Stromwandlern mit unterschiedlicher Stromübersetzung zusammensetzen und jeweils die für den vorliegenden Betriebsfall günstigste Kombination von Stromwandlern aktivieren. Eine besonders einfach realisierbare Einrichtung läßt sich dadurch erzielen, daß die Stromwandleranordnung aus gleichartigen Stromwandlern mit wenigstens annähernd gleich großer Stromübersetzung zusammengesetzt ist.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine mit Gleichstrom-Reihenspeisung betriebene Nachrichtenübertragungsstrecke mit mehreren Übertragungseinrichtungen und

F i g. 2 eine mit konstantem Gleichstrom gespeiste Stromwandlereinrichtung mit einer durch einen Konstantspannungsregler gesteuerten zusätzlichen Bürde.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Nachrichtenübertragungsstrecke werden Nachrichtensignale von drei Übertragungssystemen über die Lichtwellenleiterpaare 9i.. .93 übertragen und in den Zwischenregeneratorsteilen 6|, 62 regeneriert, welche jeweils drei Zwischenregeneratoren 6||.. .613, bzw. 621... 623, enthalten. Die Regeneratoren 611. - .623 werden mittels Gleichstrom-Reihenspeisung von einer speisenden Zwischenregeneratorstelle aus ferngespeist. In der speisenden Zwischenregeneratorsteile befindet sich das Fernspeüegerät 1, das aus der Amtsbatterie 10 mit der Betriebsspannung Ub gespeist wird. Das Fernspeisegerät 1 liefert einen eingeprägten bzw. konstanten Fernspeisestrom If, der über eine Fernspeiseschleife, gebildet durch die beiden Leiter eines zusätzlichen Fernspeisekabels 2 gebildet ist. Streckenumrichter 3|.. J2 sind mit ihren Eingängen abwechselnd in den einen oder anderen Fernspeiseleiter der Fernspeiseschleife 2 eingeschleift. An den Ausgang des Streckenumrichters 3| sind die Speiseeingänge der Zwischenregeneratoren 6ii...6|j, an den Ausgang des Streckenumrichters 32 sind die Speiseeingänge der Zwischenregeneratoren 621. . .6₂j angeschlossen.

Der in F i g. 2 gezeigte Streckenumrichter 3 wird mit konstantem Gleichstrom, gebildei durch den Fernspeisestrom If gespeist und gibt am Ausgang die konstante Spannung Ua an den Verbraucher 57 ab.

Der Fernspeisestrom //■■ fließt in den Eingang des Wechselrichters 32. Der Zweiwog-Gleichrichter 34 ist über den Transformator 33. der Zweiweg-Gleichrichter 37 über den Transformator 36 an den Wechselrichter 32 angeschlossen. Die als Brückengleichrichter ausgebildeten Zweiweg-Gleichrichter 34 und 37 sind mit ihren über Glättungskondensatoren 35 bzw. 38 angeschlossenen Ausgängen auf der einen Seite unmittelbar und auf der anderen Seite über die Entkopplungsdiode 39 bzw. über die Drossel 58 und die Entkopplupgsdiode 40 zusammengeführt Außerdem ist der Ausgang des Gleichrichters 37 durch die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 41 direkt überbrückt

Die Anordnung aus Wechselrichter 32. Transformator 33, Gleichrichter 34 und Kondensator 35 sowie die Anordnung aus Wechselrichter 32, Transformator 36. Gleichrichter 37 und Kondensator 38 stellen jeweils einen Gleichstromwandler dar. Ihre Eingänge sind in Reihe geschaltet. Der Gesamt-Spannungsabfall des Strom-Spannungswandlers im Fernspeisekreis ist durch deren Summenspannung bestimmt

Parallel zum gemeinsamen Ausgang 31, 31' liegt die Serienschaltung aus der Emitter-Kollektorstrecke des zwischen Basis und Kollektor mit dem Widerstand 51 beschalteten Transistor 49 und dem Widerstand 50. Diese Serienschaltung stellt für die aus den beiden Gleich-Stromwandlern 32,33,34,35 und 32,36,37,38 bestehende Stromwandleranordnung eine zusätzliche, variable Bürde dar und wird durch den Komparator 52 im Sinne einer Spannungsregelung gesteuert. Der Komparator 52 ist durch einen Operationsverstärker gebildet, dessen einer Eingang an der Referenzspannung Ur_cI > und dessen anderer Eingang am Abgriff des Spannungsteiler 55, 56 liegt. Die Referenzspannung UR_Cri wird über die Z-Diode 54 bereitgestellt, die über den Widerstand 53 zusammen mit dem Spannungsteiler 55, 56 an den gemeinsamen Ausgang 31, 3Γ der Gleichrichter 34 und 37 angeschlossen ist.

Der Transistor 41 ist mit seiner Basis an den Ausgang des Komparators 44 angeschlossen, dessen einer Eingang am Verbindungspunkt zwischen Widerstand 50 und Emitter des Transistors 49 hegt und dessen anderer Eingang an der durch die Spannungsteilerwiderstände 47 und 48 gebildeten Referenzspannung Ur_C{ 1 liegt. Der Ausgang des Komparators 44 liegt außerdem am Abgriff einer RC-Serienschaltung 42, 43, die ebenfalls am gemeinsamen Ausgang 31, 3Γ der Gleichrichterschaltung 34 und 37 liegt.

Die Stromübersetzung der Transformatoren 33 und

36 der beiden Stromwandlerschaltungen ist jeweils so bemessen, daß df Summenstrom im gemeinsamen Aus-

5) gangskreis bei voller Nutzlast den erforderlichen Wert besitzt.

Mit abnehmender Nutzlast wird bei einem vorgegebenen Wert des Querstromes Δ I der zweite Ausgangskreis, d. h. der Ausgangskreis des zusätzlichen Gleich-Stromwandlers vor der Entkoppelungsdiode 40 über die Serienschaltung aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 41 und der dazu in Serie liegenden niederohmigen Schulzdrossel 58 kurzgeschlossen. Der in die Nutzlast fließende Ausgangsstrom nimmt daher um diesen ßetrag ab. Die Eingangsspanung des zusätzlichen Gleichstromwandlers wird damit nahezu Null, so daß auch der Gesamtspannungsabfall des Strom-Spannungs-Wandlers im Fernspeisekreis entsprechend ab-

5

sinkt.

Damit die Ansteuerung des Transistors 41 über den Komparator 44 infolge des Fortfalls der erhöhten Stromableitung nicht wieder aufgehoben wird, wird der Spannungsteiler für die Referenzspannung Ur_ci ι durch die nun wirksame Parallelschaltung des Widerstandes 46 zum Widerstand 48 so verändert, daß die Referenzspannung 'Ur_c( ι niedriger als der nun geringere Spannungsabfall des Differenzstromes Δ I am Widerstand 50 wird. ίο

Man kann mehrere zusätzliche Stromwandler vorsehen, die auf die beschriebene Weise selbsttätig aktiviert

bzw. kurzgeschlossen werden. Für das Kurzschließen Vi

jedes Stromwandlers ist ein eigener kritischer Wert des h,

Querstromes Δ I festgesetzt. Zweckmäßigerweise wird 15 §\

dabei jedem Stromwandler hierfür ein eigener Kompa- "i

rator zugeordnet. Die Komparatoren werden dabei an einem Eingang gemeinsam mit einer dem durch die zusätzlich Bürde fließenden Strom von Komparator zu Komparator unterschiedlichen proportionalen Spannung am anderen Eingang mit der Referenzspannung gespeist. Versieht man die Komparatoren mit unterschiedlichen Ansprechverzögerungen, derart, daß der auf den größeren Querstrom ansprechende Komparator jeweils zuerst anspricht, so ergibt sich, daß bei einer Entlastung am Ausgang der Schaltungsanordnung der Strom schrittweise bzw. in mehreren Stufen reduziert wird. Auf diese V/eise läßt sich für jede Ausgangsbelastung selbsttätig eine für den Umrichter optimale Stromeinstellung erreichen. Dabei ergibt sich der Vor-

teil, daß das Obersetzungsverhältnis am Transformator '

nicht dem jeweiligen Einsatzfall entsprechend manuell eingestellt zu werden braucht.

Ein Strom-Spannungswandler kann sowohl wenigstens einen zusätzlichen Stromwandlerkreis zu Lieferung eines erhöhten Ausgangsstromes für das Anschwingen des Verbrauchers als auch wenigstens einen zusätzlichen Stromwandlerkreis zur Anpassung des Ausgangsstromes an eine verringerte Verbraucherlast enthalten.

In diesem Fall darf die Ansteuereinrichtung für den zur Anpassung an die Verbraucheriast dienenden Stromwandlerkreis erst dann funktionsbereit sein, wenn bei Einschaltung der Fernspeisung der Einschwingvorgang des Verbrauchers abgeschlossen ist, d. h. der zusätzliche Stromwandlerkreis für das Anschwingen kurzgeschlossen ist. Dies kann entweder durch eine entsprechende Zeitverzögerung der Ansteuerschaltung erfolgen oder mittels der gleichen Überwachungsschaltung, die auch die Freigabe der Funktionsfähigkeit eines — nicht dargestellten — Schaltzusatzes bewirkt, z. B. ein zusätzlicher Kontakt, der die Ansteuerung des Schaltransistors 41 während der Anschwingphase sperrt

H ierzu 2 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Fernspeisung elektrischer Verbraucher mittels Gleichstrom-Reihenspeisung aus wenigstens einer Konstantstromquelle (1), wobei an verschiedenen Stellen des Fernspeisekreises (2) jeweils eine wählbare Zahl von Verbrauchern (611—613, 621—623) Ober Gleichstromwandler (32—35, 32, 36—38) an den Fernspeisekreis (2) anschließbar ist und wobei die an der jeweiligen Stelle des Fernspeisekreises (2) vorgesehenen Gleichstromwandler mit ihren Eingängen in Serie und mit ihren Ausgängen parallel geschaltet sind und die durch die Gleichstromwandler gebildete Stromwandleranordnung mit dem Verbraucher (57) bzw. den Verbrauchern, und mit einer durch einen Konstantspannungsregler (52—56) steuerbaren zusätzlichen Bürde (49,50) belastet ist, wobei der durch die Gleichstromwandler und die zusätzliche Bürde (49, 50) gebildete Gleichstrom-GIeichspannungsumsetzer auf einen von mehreren vorgegebenen Stromwerten einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwandler (32, 33—35; 32, 36—38) der Stromwandleranordnung mit ihren Ausgängen über Entkopplungsdioden (39, 40) einander parallel geschaltet sind, daß der Ausgang wenigstens eines der Gleichstromwandler (32—35; 32, 36—38) mittels einer Steuereinrichtung (41) wenigstens annähernd kurzschließbar ist und daß zur Bildung der den Kurzschluß auslösenden Steuersignale wenigstens eine Auswerteeinrichtung (44, 47,48) zur Auswertung eines die Belastung des G leichstrom-Gleichspannungsumsetzers charakterisierenden Kriteriums (Δ I) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zusätzlich zu einem ersten Gleichstromwandler (32—35) vorgesehenen zusätzlichen Gleichstromwandler (32,36—3S) eine Steuereinrichtung (41) und eine zugeordnete Auswerteeinrichtung (44,47,48) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung als hysteresebehafteter Komparator (44, 45,46, 47,48) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (44,47,48) eingangsseitig einen Meßfühler (50) zur Messung des durch die zusätzliche Bürde (49,50) fließenden Stromes (Δ1) als ein die Belastung charakterisierendes Kriterium aufweist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwandleranordnung aus gleichartigen Stromwandlern mit wenigstens annähernd gleich großer Strornübersetzung zusammengesetzt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Inbetriebnahme von Verbrauchern, die nach dem Einschalten zunächst einen erhöhten Strombedarf haben, die Stromwandleranordnung wenigstens einen weiteren Stromwandler enthält, der durch eine Steuereinrichtung 7.eitverzögert oder durch ein den Betriebszustand des Verbrauchers charakterisierendes Kriterium hinsichtlich seiner Stromabgabe an den Verbraucher variierbai' ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fernspeisung von elektrischen Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der Siemens-Zeits schrift 48 (!974) Beiheft »Nachrichten-Übertragungstechnik« Seite 130, Bild 6 und linke Spalte, Absatz 4 bis rechte Spalte, Abs. 3 bekannt.

Wenn mehrere Nachrichten-Übertragungseinrichtungen von nur einem Fernspeisekreis mittels Gleichstrom-Reihenspeisung versorgt werden sollen, ist es zweckmäßig, in jeder Zwischenstelle, die eine Zwischenverstärker- bzw. -Regeneratorstelle sein kann, einen Umrichter vorzusehen, dessen Eingang vom konstanten Speisestrom durchflossen ist und dessen Ausgang eine konstante Spannung abgibt. An diese Betriebsspannung werden die Zwischenverstärker bzw. -Regeneratoren aller Systeme angeschlossen.

Die bekannte Einrichtung enthält einen Wechselrichter, der den konstanten Fernspeisegleichstrom in einen Rechteck-Wechselstrom umwandelt und einen Transformator, der neben der notwendigen Potentialtrennung eine so große Stromübersetzung besitzt, daß der gleichgerichtete, ebenfalls konstante Ausgangsstrom geringfügig höher ist, als der von den Verbrauchern benötigte Strom. Der Stromüberschuß Δ\ wird über eine veränderbare Zusatzlast im Ausgangskreis abgeleitet, deren Widerstand mittels eines die Ausgangsspannung messerden Kreises stets so eingestellt ist, daß die von Zusatzlast und Nutzlast gebildete Gesamt-Bürde konstant bleibt. Der Spannungsabfall des Ausgangsstromes an der Gesamt-Bürde entspricht der Ausgangs-Nennspannung. Diese behält mit abnehmender Nutzlast bis zum Leerlauf ihren Sollwert, wobei der im Ausgangskreis fließende konstante Gleichstrom dann in zunehmendem Maße über die Ersatzlast fließt und eine entsprechende Verlustwärme erzeugt.

Damit bei einer geringeren Nutzlast, z. B. bei nur teilweiser Inbetriebnahme der Übertragungssysteme diese Verlustleistung in Grenzen bleibt, läßt sich durch eine

Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators der Ausgangsstrom soweit herabsetzen, daß der über die Ersatzlast fließende Stromanteil ΔI nur noch zu den zum Ausgleich von betrieblichen Lastschwankungen erforderlichen Wert aufweist. Dies kann durch eine den Strom im Querzweig messende Anzeige kontrolliert werden.

Nach Inbetriebnahme der Fernspeisestrecke und Einstellung des Stromübersetzungsverhältnisses am Transformator wird die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses während des Betriebs nicht mehr verändert. Der Strom-Spannungs-Umrichter muß daher in der Lage sein, bei einer Unterbrechung des Verbraucherstromkreises die gesamte Nutzleistung als Verlustleistung abführen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Einrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die die Stromabgabe selbsttätig in einer oder mehreren Stufen an die jeweilige Verbraucherlast anpaßt. Insbesondere soll bei teilweiser Entlastung oder Leerlauf am Ausgang des Gleichstrom-Gleichspannungsumsetzers eine hohe thermische Belastung der zusätzlichen Bürde vermieden werden.

Gemäß der Erfindung weist die Einrichtung zur Lösung dieser Aufgabe die im kennzeichenden Teil des

b5 Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf.

Dabei ergibt sich, daß dann, wenn infolge einer Entlastung des Ausgangs, insbesondere durch Ziehen eines oder mehrerer Zwischenregeneratoren, der Querstrom