DE4119233A1

DE4119233A1 - Schaltungsanordnung zur stabilisierung eines versorgungsnetzes durch leistungsbegrenzung

Info

Publication number: DE4119233A1
Application number: DE4119233A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Stargard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1992-12-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisie rung eines Versorgungsnetzes durch Leistungsbegrenzung, insbe sondere für im Niederspannungsbereich arbeitende Computer, wobei die Leistungsbegrenzung durch Spannungssenkung in Abhängigkeit von einem Vergleich der im Versorgungsnetz vorliegenden Parame ter von Spannung und Strom mit einem Sollwert erfolgt.

Es ist allgemein bekannt, elektrische Versorgungsnetze durch eine Verbundeinrichtung miteinander zu verbinden, damit, wie beispielsweise aus der DE-AS 19 41 047, H 02I, 3/12 hervorgeht, bei einer Aufhebung des Gleichgewichts zwischen der Erzeugung elektrischer Energie und dem Verbrauch der Leistungsaustausch ungehindert über die Verbundeinrichtung vorgenommen werden kann, um den Leistungsbedarf durch einen Leistungsüberschuß zu kompen sieren. Tritt eine Störung im Starkstromnetz auf, so soll an dererseits der Störstrom vom Starkstromnetz auf den möglichst niedrigsten Wert durch die Verbundeinrichtung begrenzt werden. Dabei ist es auch Aufgabe der Verbundeinrichtung, den Leistungs austausch des Starkstromnetzes zu begrenzen, um den stabilisier ten Betrieb des störungsfreien Starkstromnetzes zu gewährleisten und die Spannung des Starkstromnetzes zu verringern, damit der Ausgleich von Leistungsbedarf und Leistungsabgabe im, der Ver bundeinrichtung nachgeordneten Starkstromnetz erleichtert wird. Damit wird zwar günstig Einfluß genommen, wenn anstelle eines einzigen, groß dimensionierten Starkstromnetzes kleinere Stark stromnetze verwendet werden, die durch eine Verbundeinrichtung miteinander in Verbindung stehen, jedoch sind die dabei zur An wendung kommenden Verbundeinrichtungen nicht dazu geeignet, eine Leistungsbegrenzung herbeizuführen, wenn es darum geht, an das Versorgungsnetz großer Leistung im Niederspannungsbereich arbei tende Computer anzuschließen.

Nun ist es nach der DE-OS 38 41 491, H02H, 9/00 aber auch schon bekannt, um in der Leistungselektronik Geräte oder Bauteile ge gen Überströme und/oder -spannungen zu schützen, die relevanten Größen im Leistungsteil zu erfassen und in einem Steuer- oder Regelungsteil leistungsbegrenzend zu verarbeiten. Dieses ge schieht, indem die pegelproportionalen, analogen Istwertsignale zunächst in proportionale, digitale Istwertsignale umgeformt werden, diese Istwertsignale jeweils potentialgetrennt übertra gen und anschließend aus den digitalen Istwertsignalen wieder analoge Istwertsignale generiert werden. Somit wird sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, durch die eine Strom- und/oder Spannungsbegrenzung erfolgt, so daß in der Leistungselektronik vorgesehene Geräte und Bauteile gegen Überströme und/oder -spannungen geschützt werden, aber auch dieses Verfahren sowie die Vorrichtung lösen nicht ausrei chend das Problem, wenn es darum geht, eine Leistungsbegrenzung herbeizuführen, um im Niederspannungsbereich arbeitende elek tronische Geräte, wie zum Beispiel Computer, an ein Versorgungs netz großer Leistung anzuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanord nung zur Stabilisierung eines Versorgungsnetzes durch Leistungs begrenzung, insbesondere für im Niederspannungsbereich arbeiten de Computer, zu schaffen, bei der die Leistungsbegrenzung durch Spannungsabsenkung in Abhängigkeit von einem Vergleich der im Versorgungsnetz vorliegenden Parameter von Spannung und Strom mit einem Sollwert derart erfolgen soll, daß einerseits eine Obergrenze der Leistung nicht überschritten und andererseits eine bereitzustellende Leistung für den Niederspannungsbereich nicht unterschritten wird.

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß das Versor gungsnetz hoher Leistung einerseits über einen Transistor mit einer Einrichtung zur Spannungssenkung in Verbindung steht und andererseits mit einem elektrischen Schaltgerät, an dem über einen Thyristor eine als Sollwert dienende Leistung ansteht, so daß beim Überschreiten dieser als Sollwert dienenden Lei stung im Versorgungsnetz großer Leistung das elektrische Schalt gerät an den Transistor einen Impuls abgibt, derart, daß durch Öffnen des Transistors die hohe Leistung des Versorgungsnetzes mit der Einrichtung zur Spannungssenkung in Verbindung steht, die wiederum mit einem elektrischen Schaltgerät verbunden ist, an dem ebenfalls über einen Thyristor eine als Sollwert dienende Leistung ansteht, wobei beim Unterschreiten dieser als Sollwert dienenden Leistung dieses elektrische Schaltgerät an am Ausgang der Einrichtung zur Spannungssenkung vorgesehene Triaxe einen Impuls abgibt, der zum Öffnen der Triaxe führt, solange, bis die an diesem elektrischen Schaltgerät anstehende Leistung der als Sollwert dienenden Leistung entspricht.

Dabei können innerhalb dieser Schaltungsanordnung elektrische Schaltgeräte zur Anwendung kommen, die im wesentlichen aus zwei Elektromagneten bestehen, zwischen denen in einem Spalt eine, einen beweglichen Kontakt tragende Membran vorgesehen ist, wobei an der Wicklung des einen Elektromagneten die als Sollwert die nende Leistung über den Thyristor und an der Wicklung des ande ren Elektromagneten die hohe Leistung des Versorgungsnetzes bzw. die Leistung des Ausganges der Einrichtung zur Spannungssenkung ansteht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Einrich tung zur Spannungssenkung, der die Leistung des Versorgungsnet zes und damit die Spannung über eine Elektrode zugeführt wird, aus einem Behälter, der an seinem Eingang kegelförmig ausgebil det ist und daran anschließend einen zylindrischen Querschnitt besitzt, wobei dieser Behälter im wesentlichen mit Glas gefüllt ist, in das Partikelchen aus gut leitendem Material eingebettet sind und am unteren Ende des Behälters ein, den zylindrischen Querschnitt des Behälters durchsetzender Elektromagnet vorgese hen ist, dessen Oberfläche eine Elektrodelegierung trägt und von deren nach unten zugerichteten Seite eine Leitung zu dem elek trischen Schaltgerät führt, während die Abgänge zum Nieder spannungsbereich über weitere Leitungen erfolgen, die an der unteren Stirnseite des Behälters im Anschluß an einen, den Elektromagneten nachgeordneten leitungsfreien Raum angeschlossen sind.

Während der kegelförmig ausgebildete Eingang dieses Behälters der Einrichtung zur Spannungssenkung vorteilhaft ein Volumen be sitzt, das 40% des Gesamtvolumens des Behälters entspricht, be trägt der Querschnitt der Elektrode am Eingang des Behälters das Sechsfache des Querschnittes der Leitung am Eingang der Ein richtung zur Spannungssenkung. Andererseits ist es zweckmäßig, wenn die Einrichtung zur Spannungssenkung im Verhältnis zu den Leitungen, die vom Ausgang des Behälters zum Niederspannungsbe reich führen, so ausgebildet ist, daß die Leitungen - es sollten vorteilhaft drei Leitungen von der Einrichtung zur Spannungs senkung zum Niederspannungsbereich führen - insgesamt einen Querschnitt besitzen, der 30% des Querschnittes des Behälters beträgt. Das bedeutet, daß auch drei Triaxe vorgesehen sind, die mit der elektrischen Wicklung des elektrischen Schaltgerätes in Verbindung stehen, das dann einen Impuls an die Triaxe abgibt, wenn eine als Sollwert dienende Leistung unterschritten wird. Die Triaxe halten somit die Leistung bzw. die Spannung nach un ten konstant. Bei steigender Leistung bzw. Spannung in der Ein richtung zur Spannungssenkung werden die Triaxe jedoch, wenn der Transistor geschlossen ist, durch dieses elektrische Schaltge rät geöffnet.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung eines Ver sorgungsnetzes durch Spannungsabsenkung und

Fig. 2 eine Einrichtung zur Spannungsabsenkung für die Schal tungsanordnung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung geht von einem Versorgungsnetz 1 großer Leistung aus, von dem eine Leitung 2 zu einer Einrichtung zur Spannungssenkung 3 und eine weitere Lei tung 4 zu einem elektrischen Schaltgerät 5 führt. Dabei befin det sich innerhalb der zur Einrichtung zur Spannungssenkung 3 führenden Leitung 2 ein Transistor 6. Das zur Anwendung kommende elektrische Schaltgerät 5 ist im wesentlichen so ausgebildet, daß unter Bildung eines Spaltes 7 zwei Elektromagnete 8; 9 vor gesehen sind und daß sich im Spalt 7 eine, den beweglichen, je doch nicht weiter dargestellten Kontakt tragende Membran 10 be findet. Während die am Elektromagneten 9 anliegende Leistung konstant ist und durch einen Thyristor 11 auf einem konstanten Wert gehalten wird, ist die am Elektromagneten 8 anliegende Leistung variabel und hängt von der Leistung im Versorgungsnetz 1 großer Leistung ab. Überwiegt diese Leistung gegenüber der durch den Thyristor 11 konstant gehaltenen Leistung, so wird die Membran 10 und damit der bewegliche Kontakt des elektrischen Schaltgerätes 5 durch die Stromkräfte nach unten gedrückt, und durch die Kontaktschließung im elektrischen Schaltgerät 5 kommt es zu einer Impulsabgabe, so daß über die Leitung 12 der Tran sistor 6 einen Impuls erhält. Dadurch öffnet der Transistor 6, und es erfolgt eine Leistungszuführung vom Versorgungsnetz 1 großer Leistung zur Einrichtung zur Spannungssenkung 3, in der die Spannung und damit die Leistung reduziert wird. Von der Ein richtung zur Spannungssenkung 3 führt eine Leitung 13 zu einem zweiten elektrischen Schaltgerät 14, dessen Aufbau dem des elek trischen Schaltgerätes 5 entspricht, das heißt, daß auch dieses elektrische Schaltgerät 14 unter Bildung eines Spaltes 7′ zwei Elektromagnete 8′; 9′ besitzt und in dem Spalt 7′ eine, den be weglichen, ebenfalls nicht weiter dargestellten, Kontakt tragen de Membran 10′ vorgesehen ist. Auch bei diesem elektrischen Schaltgerät 14 wird die am Elektromagneten 9′ anliegende Lei stung durch einen Thyristor 15 konstant gehalten. Im Gegensatz zum elektrischen Schaltgerät 5 wird die am Elektromagneten 8′ anstehende Leistung bedingt durch die Spannungsreduzierung in der Einrichtung zur Spannungssenkung 3 immer geringer sein als die Leistung, die am Elektromagneten 8 des elektrischen Schalt gerätes 5 ansteht. Damit nun die Parameter der am Elektromagne ten 8′ anstehenden Leistung nicht die Parameter der bereitzu stellenden Leistung für im Niederspannungsbereich arbeitende Computer unterschreiten, wird bei diesem elektrischen Schaltge rät 14 bei Unterschreitung der am Elektromagneten 8′ anstehen den Leistung in bezug auf die am Elektromagneten 9′ anstehende konstante Leistung die Membran 10′ und damit der bewegliche Kon takt nach oben bewegt, so daß die dadurch herbeigeführte Kon taktgabe im elektrischen Schaltgerät 14 zu einem Impuls führt, der über die Leitung 16 an am Ausgang der Einrichtung zur Span nungssenkung 3 vorgesehene Triaxe 17 (Fig. 2) gegeben wird, und zwar solange, bis die an dem elektrischen Schaltgerät 14 über die Leitung 13 anstehende Leistung der durch den Thyristor 15 konstant gehaltenen Leistung entspricht.

Die Einrichtung zur Spannungssenkung 3, die bei der Schaltungs anordnung nach Fig. 1 zur Anwendung kommt, geht aus Fig. 2 her vor. Sie besteht aus einem Behälter 18 aus Isoliermaterial, der im Bereich des Einganges 19 der vom Transistor 6 (Fig. 1) kom menden Leitung 2 kegelförmig ausgebildet ist. Das Volumen des Kegels 20 des Behälters 18 beträgt 40% des Gesamtvolumens des Behälters 18. An den Kegel 20 des Behälters 18 schließt sich ein zylindrischer Teil 21 an, dessen Volumen 60% des Gesamtvolumens des Behälters 18 entspricht. Sowohl der Kegel 20 als auch der zylindrische Teil 21 des Behälters 18 sind mit Glas gefüllt, in dem Partikelchen aus gut leitendem Material eingebettet sind. Die Leistungs- bzw. Spannungszuführung in diesen Behälter 18 er folgt über eine Elektrode 22, dessen Querschnitt dem Sechsfachen des Querschnittes der Leitung 2 entspricht. Im Anschluß an das Glas mit den eingebetteten Partikelchen aus gut leitendem Ma terial ist innerhalb des Behälters 18 ein, den zylindrischen Teil 21 des Behälters 18 durchsetzender Elektromagnet 23 vorge sehen, der von einer Elektrodenlegierung umhüllt ist. Von diesem Elektromagneten 23 führt die Leitung 13 zum elektrischen Schalt gerät 14 gemäß Fig. 1. Schließlich wird der Elektromagnet 23 nach unten durch einen, ebenfalls den zylindrischen Teil 21 des Behälters 18 durchsetzenden leitungsfreien Raum 24 begrenzt, und von einer, den Abschluß des Behälters 18 bildenden, stirnseitig angeordneten Platte 25, die aus gut leitendem Material besteht, führen die Abgänge 26 über die Triaxe 17, die über die Leitung 16 mit dem elektrischen Schaltgerät 14 in Verbindung stehen, zum nicht weiter dargestellten Niederspannungsbereich mit seinen Computern und versorgen diese mit einer konstanten Leistung, unabhängig von der vorhandenen Leistung im Ver sorgungsnetz 1 hoher Leistung. Der Querschnitt der Leitungen 27 der Abgänge 26 beträgt insgesamt 30% des Gesamtquerschnittes des Behälters 18 der Einrichtung zur Spannungssenkung 3, woraus sich somit die Abmessungen für den Behälter 18 ergeben.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Stabilisierung eines Versorgungsnet zes durch Leistungsbegrenzung, insbesondere für im Nieder spannungsbereich arbeitende Computer, wobei die Leistungs begrenzung durch Spannungssenkung in Abhängigkeit von einem Vergleich der im Versorgungsnetz vorliegenden Parameter von Spannung und Strom mit einem Sollwert erfolgt, dadurch ge kennzeichnet, daß das Versorgungsnetz (1) hoher Leistung einerseits über einen Transistor (6) mit einer Einrichtung zur Spannungssenkung (3) in Verbindung steht und anderer seits mit einem elektrischen Schaltgerät (5), an dem über einen Thyristor (11) eine als Sollwert dienende Leistung an steht, so daß beim Überschreiten dieser als Sollwert dienen den Leistung im Versorgungsnetz (1) hoher Leistung das elek trische Schaltgerät (5) an den Transistor (6) einen Impuls abgibt, derart, daß durch Öffnen des Transistors (6) die hohe Leistung des Versorgungsnetzes (1) mit der Einrichtung zur Spannungssenkung (3) in Verbindung steht, die wiederum mit einem elektrischen Schaltgerät (14) verbunden ist, an dem ebenfalls über einen Thyristor (15) eine als Sollwert dienen de Leistung ansteht, wobei beim Unterschreiten dieser als Sollwert dienenden Leistung dieses elektrische Schaltgerät (14) an, am Ausgang der Einrichtung zur Spannungssenkung (3) vorgesehene Triaxe (17) einen Impuls abgibt, der zum Öffnen der Triaxe (17) führt, solange, bis die an diesem elektrischen Schaltgerät (14) anstehende Leistung der als Sollwert dienen den Leistung entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltgeräte (5; 14) im wesentlichen aus zwei Elektromagneten (8; 8′; 9; 9′) bestehen, zwischen denen in einem Spalt (7; 7′) eine, einen beweglichen Kontakt tra gende Membran (10; 10′) vorgesehen ist, wobei an der Wicklung des einen Elektromagneten (9; 9′) die als Sollwert dienende Leistung über den Thyristor (11; 15) und an der Wicklung des anderen Elektromagneten (8; 8′) die hohe Leistung des Versor gungsnetzes (1) bzw. die Leistung des Ausganges der Einrich tung zur Spannungssenkung (3) ansteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung zur Spannungssenkung (3), der die Leistung des Versorgungsnetzes (1) und damit die Span nung über eine Elektrode (22) zugeführt wird, aus einem Be hälter (18) besteht, der an seinem Eingang (19) kegelförmig ausgebildet ist und daran anschließend einen zylindrischen Querschnitt besitzt, wobei dieser Behälter (18) im wesent lichen mit Glas gefüllt ist, in das Partikelchen aus gut leitendem Material eingebettet sind und am unteren Ende des Behälters (18) ein, den zylindrischen Querschnitt des Behäl ters (18) durchsetzender Elektromagnet (23) vorgesehen ist, dessen Oberfläche eine Elektrodenlegierung trägt und von deren nach unten gerichtete Seite eine Leitung (13) zu dem elektri schen Schaltgerät (14) führt, während die Abgänge (26) zum Niederspannungsbereich über weitere Leitungen (27) erfolgt, die an der unteren Stirnseite des Behälters (18) im Anschluß an einen, den Elektromagneten (23) nachgeordneten leitungs freien Raum (24) angeschlossen sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmig ausgebildete Eingang (19) des Behälters (18) ein Volumen besitzt, das 40% des Gesamtvolumens des Be hälters (18) entspricht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Querschnitt der Elektrode (22) am Eingang des Behälters (18) dem Sechsfachen des Querschnittes der Lei tung (2) am Eingang der Einrichtung zur Spannungssenkung (3) entspricht.