DE69201445T2 - Einrichtung zur versorgung einer nichtlinearen last. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Versorgungsvorrichtung für eine nichtlineare Last, die an ein Wechselstromverteilernetz angeschlossen ist. Die Versorgungsvorrichtung weist einen mit den Anschlüssen des Netzes verbundenen Gleichrichter auf, der mit den Anschlüssen des Netzes verbunden und durch eine Ganzwellendiodenbrücke gebildet ist, deren Ausgang über zwei Versorgungsleitungen an die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators angeschlossen ist, wobei die Sekundärwicklung über zwei Versorgungsleitungen mit der nichtlinearen Last verbunden ist, ein Hochfrequenzentstörfilter, das am Ausgang des Gleichrichters positioniert und aus einer Selbsinduktionsspule und einem Kondensator gebildet ist, ein Hochfrequenzumschaltelement, das an einer der Versorgungsleitungen positioniert ist und ein mit einer Steuerschaltung verbundenes Gate umfaßt, sowie eine Meßeinrichtung für die Stärke des in der Versorgungsleitung fließenden Stroms, die das Umschaltelement enthält.
• Die Meßeinrichtung für die Stärke ermöglicht die Erfassung eines Wertes für den Strom, der in der Versorgungsleitung fließt, die das Umschaltelement enthält. Der so erfaßte Wert wird zur Steuerschaltung geschickt, die Auslösesignale an das Gate des Umschaltelements schickt. Die zu der Steuerschaltung ausgegebenen Auslösesignale machen das Umschaltelement leitend, wobei der Durchfluß des Stroms von der mit der Primärwicklung verbundenen anderen Versorgungsleitung zu derjenigen Versorgungsleitung zugelassen wird, die das Umschaltelement enthält.
• Da die bei jedem Impuls abgegebene mittlere Stärke von der Steuerfrequenz des Umschalters abhängt, kann die Steuerfrequenz auf den gemessenen Wert der mittleren Stärke derart eingestellt werden, daß diese konstant bleibt.
• Vorrichtungen zur Messung der Stärke wurden zur Realisierung der Steuerung des Umschaltelements bereits hergestellt, aber diese Vorrichtungen sind allgemein kompliziert, aufwendig und berücksichtigen nicht die Schwankungsgesetze des Sinusstroms. Folglich ist die von der Vorrichtung verbrauchte Stärke nicht sinusförmig, und die an die Last angelegte Leistung ist gegenüber Erwärmungen der Bauteile und den Schwankungen der Netzspannung bzw. der Sektorspannung empfindlich. Eine Vorrichtung, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, ist aus dem Dokument EP-A-0 289 032 bekannt.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen, indem eine Meßeinrichtung für die Stärke verwendet wird, die die Frequenz der Auslösesignale der Steuerschaltung korrigiert.
• Erfindungsgemäß weist die Meßeinrichtung einen Sensor auf, der dazu bestimmt ist, die Stärke an der Versorgungsleitung abzunehmen, und einer Speichervorrichtung zugeordnet ist, die die Speicherung einer Spannung ermöglicht, die zu der das Umschaltelement durchquerenden Stärke proportional ist, gemittelt über eine Hochfrequenzschwingungsperiode, eine Einrichtung zur Quadrierung der gleichgerichteten Sektorspannung u , die an der Versorgungsleitung erfaßt wird, sowie zum Mitteln des erhaltenen Wertes an der Periode des Sektors, einen ersten Multiplizierer, der das Produkt des letzten Mittelwerts mit dem Wert der von der Speichereinrichtung gespeicherten Spannung erstellt, einen zweiten Multiplizierer, der das Produkt der gleichgerichteten Sektorspannung u mit der Einstelleistung P&sub0; erstellt, sowie einen Fehlerverstärker, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Multiplizierer verbunden sind und dessen Ausgangssignal die Steuerschaltung für das Umschaltelement derart steuert, daß die sich daraus ergebende Regelung der Umschaltfrequenz gleichzeitig eine Änderung der an dem Sektor abgenommenen Stärke proportional zu der von dem Sektor abgegebenen Spannung und einen Leistungsverbrauch gewährleistet, der gleich der Einstelleistung P&sub0; ist.
• Dank der Vorrichtung nach der Erfindung wird die Stärke des Stroms in der Versorgungsleitung bei jedem Öffnen des Umschaltelements gemessen, wobei es diese Berechnung ermöglicht, alle Schwankungen der mittleren Stärke der Impulse zu berücksichtigen. Auf diese Weise wird die Frequenz des Auslösesignals entweder in der Erhöhung oder der Verminderung korrigiert, indem auf die an die nichtlineare Last gelieferte Leistung eingewirkt wird. Die von der Last absorbierte Stärke kann also bei jedem Umschalten eingestellt werden, und demnach können die absorbierte Stärke nahe einer sinusförmigen Form gehalten und die absorbierte Leistung auf einen Einstellwert geregelt werden.
• Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im übrigen aus der folgenden beispielhaften und nicht einschränkenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen
• Fig. 1 ein Montagebeispiel einer Stärkemeßvorrichtung nach der Erfindung, die in einem Versorgungskreis eines Magnetrons positioniert ist;
• Fig. 2 eine Schaltung einer Stärkemeßvorrichtung für eine nichtlineare Last, die in der Schaltung von Fig. 1 montiert werden kann.
• Nach Fig. 1 ist die Schaltung insbesondere für die Versorgung einer nichtlinearen Last wie eines Magnetrons 1 eines Mikrowellenofens aus einem Wechselstromverteilernetz bestimmt, das an den Anschlüssen 3 und 4 der Schaltung ankommt. Diese Anschlüsse 3 und 4 sind mit einem Gleichrichter 5 verbunden, der durch eine Ganzwellendiodenbrücke gebildet ist und dessen Ausgang mit zwei Versorgungsleitungen 6 und 7 eines Hochspannungstransformators 8 angeschlossen ist. Ein Hochfrequenzentstörfilter ist am Ausgang des Gleichrichters 5 positioniert und aus einer Selbstinduktionsspule 9 und einem Kondensator 10 gebildet. Die Leitungen 6 und 7 sind an die Enden 11 bzw. 12 der Primärwicklung 13 des Transformators 8 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 7 weist auch ein Umschaltelement 14 mit einem Gate 15, das mit einer Steuerschaltung 16 verbunden ist, sowie eine Umschalthilfseinrichtung 16' auf. Das Umschaltelement 14 ist durch einen unidirektionalen Stromschalter gebildet. Der unidirektionale Schalter 14 ist beispielsweise in Reihe mit einer Diode 20 angeschlossen, die den Rückstrom zu der Quelle untersagt, womit ein besseres Verhältnis zwischen dem mittleren injizierten Strom zu dem Wirkstrom in der Primärschaltung gewährleistet ist. Bei weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Diode 20 parallel zu dem unidirektionalen Schalter 14 geschaltet sein. Die Schaltung weist auch einen Kondensator 18 auf, der zu der Wicklung 13 parallelgeschaltet ist, sowie eine Selbstinduktionsspule 17, die in Reihe mit der so durch den Kondensator 18 und die Primärwicklung 13 gebildeten Einheit geschaltet ist. Die Selbstinduktionsspule 17 ist mit einer Sekundärwicklung 21 gekoppelt, deren Enden mit dem Heizelement 20 des Magnetrons 1 verbunden sind. Die Sekundärwicklung 19 des Transformators 8 weist zwei Anschlüsse 21 und 22 auf, die an zwei Versorgungsleitungen 23 bzw. 24 angeschlossen sind, von denen die eine 23 mit der Kathode 2 des Magnetrons 1 und die andere 24 mit der Anode 25 des Magnetrons verbunden ist, das auch mit der Masse 26 verbunden ist. Die Frequenz der Auslösesignale schwankt nach dem Wert des in der Versorgungsleitung 7 fließenden Stroms.
• Der Wert dieses Stroms wird durch eine Stärkenmeßeinrichtung 28 analysiert. Die Meßeinrichtung 28 weist einen Sensor 30 auf, der dazu bestimmt ist, die Stärke an der Versorgungsleitung abzunehmen, und einer Speichereinrichtung 34 zugeordnet ist, die die Speicherung einer Spannung ermöglicht, die zu der das Umschaltelement 14 durchquerenden Stärke proportional ist, gemittelt über eine Hochfrequenzschwingungsperiode, eine Einrichtung 43 zur Quadrierung der gleichgerichteten Sektorspannung u , die an der Versorgungsleitung 6 erfaßt wird, sowie zum Mitteln des erhaltenen Wertes an der Periode des Sektors, einen ersten Multiplizierer 38, der das Produkt des letzten Mittelwerts mit dem Wert der von der Speichereinrichtung 34 gespeicherten Spannung erstellt, einen zweiten Multiplizierer 41, der das Produkt der gleichgerichteten Sektorspannung u mit der Einstelleistung P&sub0; erstellt, sowie einen Fehlerverstärker 46, dessen Eingänge 45-49 mit den Ausgängen S&sub1;, S&sub2; der Multiplizierer 41-38 und dessen Ausgangssignal die Steuerschaltung 16 für das Umschaltelement 14 derart lenkt, daß die sich daraus ergebende Regelung der Umschaltfrequenz gleichzeitig eine Änderung der an dem Sektor abgenommenen Stärke proportional zu der von dem Sektor abgegebenen Spannung und einen Leistungsverbrauch gewährleistet, der gleich der Einstelleistung P&sub0; ist.
• Wie dies in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, weist der Sensor 30 eine Wicklung auf, beispielsweise diejenige eines Hochfrequenzstromwandlers 29 auf. Die Wicklung 30 besitzt zwei Anschlüsse 31 und 32, von denen der eine 32 mit Masse verbunden ist. Ein Widerstand R1 ist mit der Wicklung 30 an den Anschlüssen 31 und 32 parallelgeschaltet. Der Anschluß 31 ist mit einem der Eingänge 33 der Speichereinrichtung 34 verbunden, die beispielweise durch einen Abtast- und Halteverstärker gebildet ist, der durch Aktivierung eines Taktgebers clk a an einem Eingang 35 gesteuert wird. Die Aktivierung des Taktgebers clk a steuert eine nicht dargestellte Umschalteinrichtung, die einen integralen Bestandteil des Verstärkers 34 und die Messung des Wertes der Stärke der Versorgungsleitung 7 durch seine Speicherung zu einem sogenannten Abtastzeitpunkt auslöst. Dieser gewählte Abtastzeitpunkt entspricht dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 14 geöffnet ist und der Strom in den Leitungen 6 und 7 null ist, wobei die zu dem Zeitpunkt gespeicherte Spannung dann gleich dem Mittelwert des Stroms in dem Schalter 14 mit der Zeitkonstante des Hochfrequenzstromwandlers 29 ist.
• Bei einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, ist der Sensor 30 durch eine Wicklung 31 gebildet, die an dem Magnetkreis der Selbstinduktionsspule 17 ausgeführt ist, die durch eine Integratorschaltung mit dem Widerstand R und dem Kondensator C belastet ist.
• Nach einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform, bei der die Selbstinduktionsspule 17 mit der Umschalteinrichtung 14 in Reihe geschaltet ist, ist der Sensor 30 durch ein Kochpaßfilter gebildet, das einer R-C-Integratorschaltung zugeordnet ist, die direkt mit den Anschlüssen der Selbstinduktionsspule 17 verbunden ist.
• Die Meßeinrichtung 28 ist nach Fig. 1 durch eine Leitung 28A mit der Versorgungsleitung 6 beispielsweise oberhalb des Kondensators 18 verbunden, der mit der Primärwicklung 13 parallelgeschaltet ist, und diese Leitung 28A nimmt die gleichgerichtete Sektorspannung u ab, die einerseits an einen Eingang 40 des zweiten Multiplizierers 41 (vgl. Fig. 2) und andererseits an einen Eingang 42 der Einrichtung 43 zur Quadrierung des absoluten Wertes der gleichgerichteten Sektorspannung geschickt wird. Dagegen ist der Ausgang 36 des Verstärkers 34 mit einem Eingang 37 des ersten Multiplizierers 38 verbunden.
• Der zweite Eingang 44 des Multiplizierers 41 empfängt beim Starten die Einstelleistung P&sub0; der nichtlinearen Last, wobei dieser Wert im Betriebsverlauf korrigiert wird. Der Ausgang S&sub1; des Multiplizierers 41 ist mit einem ersten Eingang des Fehlerverstärkers 46 verbunden. Der Ausgang 47 der Quadriereinrichtung 43 ist mit einem Eingang 48 des ersten Multiplizierers 38 verbunden. Der Ausgang S&sub2; des Multiplizierers 38 ist mit einem zweiten Eingang 49 des Fehlerverstärkers 46 verbunden. Der Ausgang 50 des Fehlerverstärkers 46 ist an einen Eingang 51 der Steuerschaltung 16 angeschlossen.
• Unter Bezug auf Fig. 2 arbeitet die Stärkemeßeinrichtung nach der Erfindung auf die im folgenden beschriebene Weise. Der Abtast- und Halteverstäker 34 ermöglicht also die Speicherung des Wertes der Stärke, die an der Versorgungsleitung 7 fließt.
• Der Verstärker 34 liefert zu einem bestimmen Zeitpunkt den entsprechenden Wert I zu einem Multiplizierer 38, der die Erstellung des Produkts der Stärke mit dem absoluten Wert des Quadrats der gleichgerichteten Sektorspannung u erstellt, die am Ausgang 47 der Einrichtung 43 abgenommen wurde. Das Produkt P&sub1; beträgt also P&sub1; = < u ² > . < I > , und sein Wert wird am Ausgang S&sub2; des Multiplizierers 38 geliefert, der mit dem Ausgang 49 des Fehlerverstärkers 46 verbunden ist.
• Der Multiplizierer 41 erstellt das Produkt des absoluten Wertes der gleichgerichteten Sektorspannung u , der an der Versorgungsleitung 6 abgenommen wurde, mit der Einstelleistung P&sub0; der Last und liefert an seinem Ausgang S&sub1; das Produkt P&sub2; = u . P&sub0;. Dieses Produkt P&sub2; wird an den Eingang 42 des Fehlerverstärkers 46 geliefert. Der Verstärker 46 vergleicht die Eingangssignale 42 und 49, d.h. im Gleichgewichtszustand liegt u . P&sub0; = < u ² > .I vor.
• Das Ausgangssignal 50 des Fehlerverstärkers 46 wird an den Eingang 51 der Steuerschaltung 16 geschickt, die das Umschaltelement 14 derart steuert, daß die sich daraus ergebende Regelung der Umschaltfrequenz gleichzeitig eine Änderung der an dem Sektor abgenommenen Stärke proportional zu der von dem Sektor abgegebenen Spannung und einen Leistungsverbrauch gewährleistet, der gleich der Einstelleistung P&sub0; ist.

Claims (7)

1. Versorgungsvorrichtung für eine nichtlineare Last, die an ein Wechselstromverteilernetz angeschlossen ist und einen mit den Anschlüssen (3 und 4) des Netzes verbundenen Gleichrichter (5), dessen Ausgang über zwei Versorgungsleitungen (6 und 7) an die Primärwicklung (13) eines Hochspannungstransformators (8) angeschlossen ist, wobei die Sekundärwicklung (19) über zwei Versorgungsleitungen (23 und 24) mit der nichtlinearen Last (1) verbunden ist, ein Hochfrequenzumschaltelement (14), das an der Versorgungsleitung (7) positioniert ist und ein mit einer Steuerschaltung (16) verbundenes Gate (15) umfaßt, sowie eine Meßeinrichtung (28) für die Stärke des in der Versorgungsleitung (7) fließenden Stroms mit einem Sensor (30) aufweist, der dazu bestimmt ist, die Stärke an der Versorgungsleitung (7) abzunehmen und einer Speichereinrichtung (34) zugeordnet ist, die die Speicherung einer Spannung ermöglicht, die zu der das Umschaltelement (l4) durchquerenden Stärke proportional ist, gemittelt über eine Hochfrequenzschwingungsperiode,

dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (28) ferner eine Einrichtung (43) zur Quadrierung der gleichgerichteten Sektorspannung u aufweist, die an der Versorgungsleitung (6) erfaßt wird, sowie zum Mitteln des erhaltenen Wertes an der Periode des Sektors, einen ersten Multiplizierer (38), der das Produkt des letzten Mitteiwerts mit dem Wert der von der Speichereinrichtung (34) gespeicherten Spannung erstellt, einen zweiten Multiplizierer (41), der das Produkt der gleichgerichteten Sektorspannung u mit der Einstelleistung P&sub0; erstellt, sowie einen Fehlerverstärker (46), dessen Eingänge (45-49) mit den Ausgängen (S&sub1;, S&sub2;) der Multiplizierer (38-41) verbunden sind und dessen Ausgangssignal die Steuerschaltung (16) für das Umschaltelement (14) derart steuert, daß die sich daraus ergebende Regelung der Umschaltfrequenz gleichzeitig eine Änderung der an dem Sektor abgenommenen Stärke proportional zu der von dem Sektor abgegebenen Spannung und einen Leistungsverbrauch gewährleistet, die gleich der Einstelleistung P&sub0; ist.

2. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stärke in der Versorgungsleitung (7) abnehmende Sensor (30) ein Hochfrequenzstromwandler (29) ist.

3. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung ein Abtast- und Halteverstärker ist, der mit den Anschlüssen des Wandlers (29) verbunden ist, und dessen gewählter Abtastzeitpunkt dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Schalter (14) geöffnet ist und der Strom in den Leitungen (6 und 7) null ist, wobei die zu dem Zeitpunkt gespeicherte Spannung dann gleich dem Mittelwert des Stroms in dem Schalter (14) mit der Zeitkonstante des Hochfrequenzstromwandlers (29) ist.

4. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast- und Halteverstärker (34) einen Ausgang (36) aufweist, der mit einem Eingang (37) des ersten Multiplizierers (38) verbunden ist, der seinerseits über einen Eingang (48) mit der Einrichtung (43) zur Quadrierung und Mittelung verbunden ist und von dem ein Ausgang (52) mit einem (49) der Eingänge des Fehlerverstärkers (46) verbunden ist, wobei der andere (45) der Eingänge des Fehlerverstärkers an den Ausgang des zweiten Multiplizierers (41) angeschlossen ist, von dem ein Eingang (44) die Einstelleistung P&sub0; erhält und ein anderer Eingang (40) mit der Versorgungsleitung (6) verbunden ist, die ihrerseits mit dem Eingang (42) der Einrichtung (43) verbunden ist.

5. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine mit der Umschalteinrichtung (14) in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (30) durch eine Wicklung (31) gebildet ist, die an dem Magnetkreis der Selbstinduktionsspule (17) ausgeführt ist, die durch eine Integratorschaltung (32) belastet ist.

6. Versorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine mit der Umschalteinrichtung (14) in Reihe geschaltete Selbstinduktionsspule (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (30) durch ein Hochpaßfilter gebildet ist, das einer Integratorschaltung zugeordnet ist, die mit den Anschlüssen der Selbstinduktionsspule (17) verbunden ist.

7. Versorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Last ein Magnetron ist.