DE3925372C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltungsanordnung zur Reduzierung von Überspannungsspitzen in einem Wechselstromkreis, mit einem in einem Laststromweg liegenden Schalter, der von einer die Überspannungsspitzen detektierenden Steuereinheit aktiviert wird.

In Stromkreisen können Störungen entstehen oder von außen aufgezwungen werden, die zu erheblichen Spannungs- und Stromspitzen führen können. So können bei Blitzeinschlägen Spannung von 10 000 V und Ströme von 10 000 A entstehen, wobei zum Schutz dieser Stromkreise passive ableitende Bau­ elemente, wie Varistoren, Gas-Ableiter oder Supressor-Dio­ den, eingesetzt werden, die durch teilweises Kurzschließen der Netzleitungen den größten Teil der Überspannungsener­ gie absorbieren. Die im Netz verbleibende Spannung hängt insbesondere von dem Widerstand der Netzleitung sowie dem Innenwiderstand der parallel liegenden Ableiter ab, da die Netzleitungen sowie der parallel liegende Ableiter im Prin­ zip einen Spannungsteiler bilden.

Der Nachteil der bekannten Maßnahmen liegt insbesondere darin, daß sie keine Rücksicht darauf nehmen, welche rela­ tive Position bzw. Phase die Störungen zur Sinushalbwelle des Netzes aufweisen, da die Störspannungen und Störströme Impulse darstellen, die der 50-Hz-Sinusschwingung des Net­ zes überlagert sind und durch die bekannten Schutzmaßnah­ men gleichmäßig abgekappt werden. Durch diese gleichmäßige Abkappung ergibt sich beispielsweise, daß bei einem Ab­ schneiden der Impulse auf beispielsweise 900 V, was durch­ aus realistisch ist, ein Impuls auf der höchsten Stelle der Sinusschwingung von beispielsweise 900 V-320 V= 580 V vorliegt, während die 900 V heim Nulldurchgang der Sinuswelle insgesamt vorliegen. Dabei ist es besonders nachteilig, daß dieses Restsignal wegen seines von den Ab­ leitern bestimmten niedrigen Innenwiderstandes mit den be­ kannten Mitteln praktisch nicht mehr zu reduzieren ist.

Aus der gattungsbildenden DE 38 14 251 C1 ist eine Schutzschaltung zum Schutz von kapazitiven Lasten gegen impulsförmige Überspannungen bekannt. Hier werden unzulässig hohe Ströme und/oder Spannungen erkannt und nachfolgend trennt ein aktives Schalterelement für die Dauer der Überspannung die Last vom Versorgungsnetz. Hinweise auf einen Überspannungsschutz sind auch der Literaturstelle "Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte" von S. W. Wagner, 1964, R. v. Deckers Verlag, Seiten 390 bis 393, enthalten.

Bieten die im Stand der Technik beschriebenen Lösungen bereits einen gewissen Schutz gegen Überspannungsspitzen, so liegt die Aufgabe der Erfindung demgegenüber darin, ggf. bereits mit bekannten Mitteln reduzierte Überspannungsspitzen noch weiter zu reduzieren, wobei der Einfluß der Lage der Störspitze relativ zur Sinusschwingung des Netzes im wesentlichen unabhängig vom Nulldurchgang dieser Sinuswel­ le sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuereinheit einen Differenzverstärker mit nachgeschalteter Schwellwerterkennung aufweist, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers mit einer zu der Spannung im Wechselstromkreis proportionalen Spannung direkt beaufschlagt wird und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers die letztgenannte Spannung über einen Tiefpaß zugeführt wird und wobei der Ausgang der Schwellwerterkennung mit dem Steuereingang des Schalters in Verbindung steht.

Durch die Erfindung wird die Reduzierung der Amplitude von Überspannungsspitzen erreicht, und zwar mit vergleichsweise einfachen baulichen Mitteln, wobei erst bei Vorkommen von Überspannungsspitzen die Steuereinheit aktiviert wird, um die entstandene Spitze von der Last fernzuhalten. Dadurch, daß der Schalter für die Dauer der Überspannungsspitze geöffnet bleibt, bildet sich so ein Einschnitt in der Sinuswelle bis praktisch 0.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß zur Kompensierung der durch das Schalten erzeugten zusätzlichen Spannungsspitzen ein LC-Filter zwischen dem Schalter und der Last vorgesehen ist. Diese Maßnahme trägt der Tatsache Rechnung, daß im Schalter selbst durch den Abschaltvorgang zusätzliche Spitzen erzeugt werden, die zwar durchaus schwächer sein können als extern verursachte Spitzen, allerdings auch vor diesen Spitzen sollte die Last geschützt sein. Hier greift die Erfindung ein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß parallel und in Reihe zur Last Filter zur Unterdrückung zusätzlicher Spitzen, insbesondere als induktive Speicherdrossel wirkende Filter vorgesehen sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein vereinfachtes Bild der Schaltung nach der Er­ findung sowie in

Fig. 2 einen prinzipiellen Verlauf einer Sinushalbwelle mit Störimpuls.

An den Leitungen 1 und 2 eines Wechselstromkreises ist ei­ ne mit 5 bezeichnete Last angeschlossen. Dabei ist der Wechselstromkreis über einen Brückengleichrichter 3 mit ei­ nem normalerweise geschlossenen Schalter sowie über Dros­ seln 11 und 12 geschlossen.

Zum Schutz der Last ist ein nicht näher dargestellter pas­ siver Überspannungsschutz 6 vorgesehen, wobei die noch vor­ handenen Restspitzen einmal über einen Tiefpaß 9 direkt an einen Operationsverstärker bzw. Subtrahierer 10 abgegeben werden, wobei eine nicht näher dargestellte Schwellwerter­ kennungselektronik vom Subtrahierer 10 den Schalter 4 be­ aufschlagt, was durch eine Leitung 15 angedeutet ist.

Mit 7 und 8 sind zusätzliche Spannungsteiler zur Beauf­ schlagung des Operationsverstärkers 10 vorgesehen, paral­ lel zur Last sind weitere Filter 13 und 14 im Schaltsystem eingebaut.

Die Wirkungsweise ist dabei die folgende:
Bei Überschaltung einer vorgegebenen Amplitudenschwelle wird von der Schwellwerterkennungselektronik der Schalter 4 für die Dauer dieser Spitze geöffnet und der Laststrom­ kreis für die gleiche Dauer unterbrochen. Die Filter 11, 12, 13 und 14 dienen zur Unterdrückung der durch die Unter­ brechung entstandenen zusätzlichen Spitzen. Durch die Kom­ bination mit dem passiven Überspannungsschutz 6 kann die Austastschaltung 3, 4, 7, 8, 9 und 10 mit den nachfolgen­ den Filtern 11, 12, 13 und 14 die Überspannungsspitzen auf einen niedrigen, ungefährlichen Wert für die Last 5 redu­ zieren, wie sich dies prinzipiell aus Fig. 2 ergibt.

Die in Fig. 2 schraffiert angegebene Energiefläche 16 des Störimpulses ohne die Maßnahme nach der Erfindung einer­ seits entspricht im wesentlichen der Impulsenergiefläche 17 umgekehrter Schraffur nach dem Verlauf gemäß der Erfin­ dung. In Fig. 2 ist das Ausschaltzeitintervall mit 18 be­ zeichnet.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Reduzierung von Überspannungsspitzen in einem Wechselstromkreis, mit einem in einem Laststromweg liegenden Schalter, der von einer die Überspannungsspitzen detektierenden Steuereinheit aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit einen Differenzverstärker (10) mit nachgeschalteter Schwellwerterkennung (15) aufweist, wobei der eine Eingang (-) des Differenzverstärkers (10) mit einer zu der Spannung im Wechselstromkreis proportionalen Spannung direkt beaufschlagt wird und dem anderen Eingang (+) des Differenzverstärkers die letztgenannte Spannung über einen Tiefpaß (9) zugeführt wird und wobei der Ausgang der Schwellwerterkennung (15) mit dem Steuereingang des Schalters (3, 4) in Verbindung steht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung der durch das Schalten erzeugten zusätzlichen Spannungsspitzen ein LC-Filter zwischen dem Schalter (4) und der Last (5) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel und in Reihe zur Last (5) Filter (11-14) zur Unterdrückung zusätzlicher Spitzen, insbesondere als induktive Speicherdrossel wirkende Filter (11, 12) vorgesehen sind.