DE1513552C - Stromversorgungsanlage mit einer Überspannungsbegrenzung durch Thyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsanlage für parallelgeschaltete Verbraucher mit einer praktisch konstante Nennspannung liefernden Wechselspannungsquelle und einer Überspannungsbegrenzung durch einen steuerbaren Parallelpfad, bestehend aus zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren mit gemeinsamem Vorwiderstand, in deren Steuerkreisen Dioden und Z-Dioden angeordnet sind, wobei der Wechselspannungsquelle ein Spannungsteiler parallelgeschaltet ist, der mit den Steuerelektroden der Thyristoren verbunden ist.

Die durch Umschaltvorgänge, plötzliche Laständerungen und andere dynamische Betriebsweisen bedingten, für die Verbraucher schädlichen Überspannungen werden durch die Überspannungsbegrenzung vermieden. Bei einer aus der USA.-Patentschrift 3,213,349 bekanntgewordenen Stromversorgungsanlage der vorgenannten Art dient der Vorwiderstand zu den antiparallelgeschalteten Thyristoren lediglich zur Strombegrenzung auf einen für die gezündeten Thyristoren ungefährlichen Wert, so daß beim Zünden der Thyristoren die Spannung plötzlich auf einen sehr kleinen Wert absinkt.

Eine solche Stromversorgungsanlage ist aber für

ίο spannungsempfindliche Verbraucher wenig oder nicht geeignet. Solche Verbraucher sind unter Umständen noch bis zu Toleranzabweichungen von ± 10% von der Nennspannung arbeitsfähig, dürfen aber auch nicht kurzzeitig mit gefährlichen Überspannungen betrieben

π werden. So ist insbesondere bei elektrischen Nachrichtenübertragungs- und -Verarbeitungsanlagen, die als Gleichstromverbraucher enge Toleranzgrenzen des Mittelwertes der gleichgerichteten Wechselspannung, bzw. als Wechselstromverbraucher enge Toleranzen von z.B. ± 1% des Effektivwertes der Wechselspannung fordern, eine einwandfreie Stromversorgung mit der bekannten Anlage bei Auftreten von Überspannungen nicht möglich, da in diesen Fällen die Mittel- bzw. Effektivwerte zu weit absinken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgung parallelgeschalteter Verbraucher zu schaffen, die auch bei Überspannung den Verbrauchern eine nahezu gleichbleibende Spannung liefert.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler jeweils über gegensinnig gepolte Dioden und Z-Dioden mit den Steuerelektroden der Thyristoren verbunden ist und daß der Vorwiderstand an den Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle angepaßt und so bemessen ist. daß die Wechselspannung von der entsprechend gewählten Zündspannung eines Thyristors geradlinig bis zu ihrem nächsten Nulldurchgang absinkt, so daß der Effektivwert bzw. Mittelwert der gleichgerichteten Wechselspannung praktisch konstant bleibt.

Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn als Spannungsquelle ein Wechselrichter dient, der eine rechteckförmige Spannung liefert, die durch einen nachgeschalteten Bandpaß in eine annähernd sinusförmige Spannung umgewandelt wird. Der Bandpaß besteht dabei in der Regel aus einem Parallelresonanzkreis, der über einen Serienresonanzkreis an den Wechselrichter angeschlossen ist. Unter diesen Voraussetzungen kann der Widerstand der Begrenzeranordnung von rein ohmschem Charakter

so sein. Seine Größe läßt sich annäherungsweise leicht berechnen. Es ergibt sich dabei, daß der Kondensator des Parallelresonanzkreises mit diesem Widerstand eine Zeitkonstante ergeben soll, die etwa einem Viertel der Halbweliendauer entspricht. Im übrigen läßt sich das optimale Ergebnis am einfachsten experimentell durch stetige Veränderung des Widerstandes bei gleichzeitiger oszillografischer Beobachtung der Spannungsform ermitteln. Ein solches Verfahren wird man auch dann anwenden, wenn der Innenwiderstand der Spannungsquelle eine induktive Komponente aufweist. In diesem Fall muß auch der Begrenzerwiderstand eine Blindkomponente besitzen. Dieser Begrenzwiderstand besteht dann vorzugsweise aus der Reihenschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator, dem ein weiterer Entladewiderstand parallelgeschaltet ist:

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Stromversorgungsanlage mit der erfindungsgemäßen Verbesserung,

Fig. 2 den Aufbau des Begrenzers,

Fig. 3 den Verlauf der Wechselspannung mit und ohne Begrenzung und

F i g. 4 die Abhängigkeit des Effektivwertes und des Gleichrichtwertes der Wechselspannung von der Größe der Überspannung ohne Begrenzung.

In Fig. 1 ist eine Wechselspannungsquelle, z.B. ein Wechselrichter, mit 1 bezeichnet. Er wird über eine Eingangsklemme 11 mit Gleichspannung gespeist und ist wechselspannungsseitig an eine Sammelschiene 2 angeschlossen. Mit dieser sind verschiedene Verbraucher, z.B. zwei Wechselspannungsverbraucher 31 und 32 und zwei Gleichspannungsverbraucher 51 und 52 — letztere über vorgeschaltete Gleichrichter mit Siebgliedern 41 und 42 — verbunden. Außerdem ist an die Sammelschiene 2 die Begrenzereinrichtung 6 angeschlossen.

Einzelheiten der Begrenzereinheit 6 sind in F i g. 2 dargestellt. In diesem zweipoligen Schaltbild ist der eigentliche Wechselrichter mit 12 bezeichnet. An ihn sind die Sammelschienen 21 und 22 über einen Serienresonanzkreis 13, 14 angeschlossen. Zwischen den Sammelschienen liegt ein Parallelresonanzkreis 15, 16. Diese Resonanzkreise sind beispielsweise auf 50 Hz abgestimmt. Zwischen den Sammelschienen 21 und 22 liegt ferner ein Begrenzungswiderstand 63 über zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren 61 und 62. Die Steuerstrecke jedes Thyristors ist über eine Kombination 67, 68 aus einer Z-Diode und einer gewöhnlichen Diode an zugeordnete Teilwiderstände 64 bzw. 66 eines zwischen den Schienen 21 und 22 liegenden Spannungsteilers angeschlossen, der aus den Widerständen 64,65 und 66 besteht.

Die Abgriffe an dem erwähnten Spannungsteiler und die Durchbruchspannung der verwendeten Z-Dioden wird so gewählt, daß die Thyristoren bei einer ganz bestimmten Überspannung gezündet werden. In Fig. 3 ist der Verlauf der Wechselspannung U_w zwisehen den Sammelschienen, bezogen auf den Nennwert U_n, dargestellt. Die Darstellung geht von der Annahme aus, daß die Begrenzung bei 20% Überspannung, nämlich bei einer Grenzspannung U_x wirksam werden soll. Es ist der Verlauf einer Wechsel-

M Spannungsperiode bei Nennwert der Amplitude und eine Periode bei 60% Überspannung dargestellt. Sobald die Begrenzungseinrichtung anspricht, ergibt sich an den Sammelschienen ein dreieckförmiger Spannüngsverlauf.

Der Effektiv- und der Gleichrichtwert eines solchen Spannungsverlaufes ändert sich von einem bestimmten Zündwinkel an mit weiter zunehmender Überspannung nur noch geringfügig. Diese Verhältnisse zeigt Fig. 4, wo der Effektivwert (ausgezogene 5 Kurve) und der Gleichrichtwert (gestrichelte Kurve) bezogen auf den jeweiligen Nennwert abhängig von der Größe der ebenfalls auf den Nennwert bezogenen Wechselspannung aufgetragen ist. Man erkennt, daß sowohl Effektivwert wie auch Gleichrichtwert der Spannung zwischen den Sammelschienen in einem Bereich bis 100% Überspannung die Toleranzgrenzen + 10% und —5% nicht überschreiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stromversorgungsanlage für parallelgeschaltete Verbraucher mit einer praktisch konstante Nennspannung liefernden Wechselspannungsquelle und einer Überspannungsbegrenzung durch einen steuerbaren Parallelpfad, bestehend aus zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren mit gemeinsamem Vorwiderstand, in deren Steuerkreisen Dioden und Z-Dioden angeordnet sind, wobei der Wechselspannungsquelle ein Spannungsteiler parallelgeschaltet ist, der mit den Steuerelektroden der Thyristoren verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (64,65,66) jeweils über gegensinnig gepolte Dioden und Z-Dioden (67,68) mit den Steuerelektroden der Thyristoren (61,62) verbunden ist und daß der Vorwiderstand (63) an den Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle angepaßt und so bemessen ist. daß die Wechselspannung (U,,) von der entsprechend gewählten Zündspannung (U₇) eines Thyristors geradlinig bis zu ihrem nächsten Nulldurchgang absinkt, so daß der Effekivwert bzw. Mittelwert der gleichgerichteten Wechselspannung praktisch konstant bleibt.

2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1 mit einer Wechselspannungsquelle mit überwiegend induktivem Innenwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Vorwiderstand ein Kondensator geschaltet ist, dem ein Entladewiderstand parallel liegt.

3. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1 mit einem eine rechteckförmige Spannung liefernden Wechselrichter als Wechselspannungsquelle, an dessen Ausgang ein Parallelresonanzkreis über einen Serienresonanzkreis angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorwiderstand (63) ein rein ohmscher Widerstand dient.

4. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (63) dem Kondensator (16) des Parallelresonanzkreises (15, 16) so angepaßt ist, daß sich eine Zeitkonstante von etwa einem Viertel der Halbwellendauer ergibt.