DE1000910B - Anordnung zur Strom- oder Spannungsbegrenzung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Strom- oder Spannungsbegrenzung Es ist bekannt, zur Strombegrenzung an einem Widerstand einen dem Laststrom proportionalen Spannungsabfall zu erzeugen, diesen Spannungsabfall über ein Ventil in Durchlaßrichtung gegen eine konstante oder konstant gehaltene Spannung zu schalten und die Differenz dieser beiden Spannungen einem Regler zuzuführen. Ist der haststrom kleiner als der Wert, von dem an die Begrenzung einsetzen soll, so liegt eine Spannung in Sperrichtung am Ventil. Steigt der Laststrom über einen bestimmten Wert an, so kehrt sich die Spannung um, und ein Strom wird durch das Ventil getrieben. Dieser Strom kann nun mittelbar oder unmittelbar zur Strombegrenzung herangezogen werden.
• So ist beispielsweise bekannt, bei spannungsgeregelten Gleichrichtern eine zusätzliche Strombegrenzung zu verwenden, wie sie etwa Fig. 1 zeigt. Der Gleichrichter ist nicht näher ausgeführt. Ein Last-Gleichstrom J, soll, begrenzt und die abgegebene Gleichspannung U, konstant gehalten werden, und zwar in der Weise, daß unterhalb eines bestimmten Gleichstromwertes auf konstante Spannung geregelt und oberhalb dieses bestimmten Gleichstromwertes in eine Strombegrenzung übergegangen werden soll. Als Regler diene beispielsweise ein magnetischer Verstärker, von dem nur eine Steuerwicklung St gezeichnet ist. Eine feste Bezugsspannung S ist gegen einen Spannungsteiler R1, R2 derart geschaltet, daß im Falle der Gleichheit der Spannungen an S und an R2 kein Strom durch St fließt. Der Widerstand R1 sei einstellbar zur Sollwerteinstellung. Ferner ist ein Widerstand R3 vorgesehen, der mit R2 und S einseitig auf gleichem Potential liegt und von einem dem Laststrom proportionalen Strom J5 ganz oder teilweise durchflossen wird. Der Strom J3 durch R3 erzeugt einen Spannungsabfall U 3. J. wird aus JD beispielsweise durch einen Wandler gewonnen. Am Widerstand R, wird vom Strom ji ein Spannungsabfall Ui und am Widerstand R2, vom Strom j2 ein Spannungsabfall Uz erzeugt. Hat der Regler eine hohe Genauigkeit, d. h. ist der Steuerstrom Jst bedeutend kleiner als J2, so ist J, ,. J2. Das ist jedoch nur dann der Fall, wenn der Spannungspfad mit dem Ventil V stromlos ist. Wenn also U3 < U2 ist, wird auf konstante Spannung geregelt. Wird nun infolge Erhöhung des Laststromes U3 > U2, so fließt ein Strom 1, durch das Ventil und erhöht vorübergehend die Spannung U2, wodurch eine Herabregelung der Gleichspannung U, und damit die gewünschte Strombegrenzung bewirkt wird. Im Endzustand hat die Summe von J1 und J4 und damit annähernd J2 fast genau den ursprünglichen Wert.
• Im allgemeinen wird aber die Spannung U3 wellig sein.
• In der Nähe des kritischen Wertes, wo U"" = U2", wird, können infolge Spitzenwertgleichrichtung Stromstöße J4 durch das Ventil fließen, obwohl für die mittleren Spannungswerte U"" < U2,. gilt. Im Regler wird daher der Übergang von Spannungsregelung zur Strombegrenzung unscharf. Um das zu vermeiden, wird bei einer Anordnung zur Strom- oder Spannungsbegrenzung, bei der ein dem zu begrenzenden Strom bzw. der Spannung proportionaler Spannungsabfall an einem Widerstand über ein Ventil in Durchlaßrichtung gegen eine konstante oder konstant gehaltene Spannung geschaltet und die Differenz zwischen beiden Spannungen bestimmend für die Beaufschlagung des Reglers ist, erfindungsgemäß in Reihe mit dem Ventil eine vorzugsweise schnell sättigbare Drosselspule vorgesehen. Im Falle einer Anlage gemäß Fig. 1 würde die Drossel so zu schalten sein, wie es in Fig. 2 ausschnittweise mit der Drossel D,. dargestellt ist. In diesem Falle besteht die Gegenspannung aus der Spannung U2, welche durch den Regler annähernd gleich der Bezugsspannung gehalten wird. Die Drossel soll zweckmäßig deshalb schnell sättigbar sein, damit die im Regelkreis wirksame Induktivität möglichst gering ist. Der Vorschlag der Erfindung bringt also einen Eingriff in einen an sich vollständigen Regelkreis, indem eine Drossel eingeschaltet wird. Es hat sich gezeigt, daß damit keine Reglerschwingungen erzeugt werden; vielmehr werden Reglerschwingungen gerade verhindert, obwohl man ein trägheitsbehaftetes Schaltmittel verwendet.
• Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise der Erfindung. Das obere Diagramm zeigt den Fall, daß die Spannung U3" < U2,m ist. Durch die Welligkeit der Gleichspannung entstehen jedoch positive Spannungsstöße U4, die einen entsprechenden Stromstoß 1, durch das Ventil treiben würden, wenn die Drossel fehlte. Gerade solche periodischen Stöße können den Regler zum Schwingen bringen, ,veil der Spannungsregler an sich stabil ausgebildet ist, aber nun zusätzlich periodisch angestoßen wird. Die Drossel nimmt jedoch eine Spannungsfläche F, auf und gibt während der negativen Halbwelle (bezogen auf Ulm) die gleiche Fläche F3 ab. Da aber F1 > F3 = F2, liegt während der übrigen Zeit die negative Spannung U3 als Sperrspannung am Ventil. Die Drossel ist gemäß der Erfindung so ausgelegt, daß der Maximalwert des Magnetisierungsstromes, der zwischen Null und diesem schwankt (J ), kleiner als der Stromwert im Sättigungsknick bleibt. Dadurch fließt kein nennenswerter Strom J4. Im Falle der Flächengleichheit von F1 und F2 ist Ulm = U3,m (mittleres Diagramm). Hier reicht die Gegenspannungsfläche gerade aus, um einen nennenswerten Strom J4 zu verhindern. Wird jedoch U3 ,n > U"" (unteres Diagramm), so geht die Drossel etwa dann, wenn die positive Spannungsaufnahme der vorhergehenden negativen gleich wird (Fig. 1), in die Sättigung, und ein dem restlichen Spannungsstoß entsprechender Stromstoß 1, fließt durch den Pfad. Wird der Sollwert geändert, so folgt der Strom J4 spätestens nach einer Periode der Welligkeitsfrequenz.
• Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung vorstehend beschriebener Regeleinrichtung für Stromrichter beschränkt.
• Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel zur Beschränkung der Ankerspannung eines Motors. Zur Messung der Ankerspannung eines Motors G sei wieder ein Widerstand R3 vorgesehen, dessen Spannungsabfall mit einer Bezugsspannung S verglichen wird. Beispielsweise ein Relais Rl soll dann beaufschlagt werden, wenn die Spannung U3 den Schwellwert übersteigt. Bei kleineren Werten sperrt das Ventil. Um nun zu verhindern, daß durch Stromspitzen das Relais kurzzeitig, eventuell periodisch, beaufschlagt wird, ist die Drossel D, vorgesehen, um den Stellstrom zu glätten.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Strom- oder Spannungsbegrenzung, bei der ein dem zu begrenzenden Strom bzw. der Spannung proportionaler Spannungsabfall an einem Widerstand über ein Ventil in Durchlaßrichtung gegen eine konstante oder konstant gehaltene Spannung geschaltet und die Differenz zwischen beiden Spannungen bestimmend für die Beaufschlagung des Reglers ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Ventil eine vorzugsweise schnell sättigbare Drosselspule vorgesehen ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel derart ausgelegt ist, daß der Maximalwert des Magnetisierungsstromes kleiner als der Stromwert im scharf ausgebildeten Sättigungsknick ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung an Anordnungen zur Spannungsregelung und Strombegrenzung zur Sicherung eines genau definierten Überganges von Spannungsregelung zur Strombegrenzung.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenspanflung eine solche ist, die durch die Regeleinrichtung mittelbar konstant gehalten wird, und daß der Strom durch den Strompfad und die Drossel diese Gegenspannung beeinflußt.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung im Regelkreis von durch Magnetverstärker gesteuerten und geregelten Gleichrichteranlagen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung in Anordnungen zur Spannungs- und Strombegrenzung von elektrischen Maschinen.