DE1197538B - Gleichstromversorgungseinrichtung fuer Konstantstrom mit zwei parallelen Gleichstromquellen - Google Patents

Description

• Gleichstromversorgungseinrichtung für Konstantstrom mit zwei parallelen Gleichstromquellen Für die Speisung von induktiven Verbrauchern, insbesondere von Magnetspulen für Teilchenbeschleuniger und andere physikalische Apparate oder Maschinen, wird sehr häufig eine große Stromkonstanz mit Genauigkeiten von 10-¢ bis 10-5 verlangt. Dabei werden durch Temperaturschwankungen auftretende Ungenauigkeiten durch Nachregeln der Spannung der Gleichstromquelle auszugleichen versucht. Bei Verwendung von rotierenden Umformern oder von Gleichrichtern können als weitere Störgrößen Netzspannungs- und Netzfrequenzschwankungen auftreten, so daß eine Genauigkeit der angegebenen Größe für die Stromkonstanthaltung während des Betriebes kaum eingehalten werden kann. Durch Verwendung von gittergesteuerten Entladungsgefäßen könnte zwar eine schnelle und genaue Regelung erreicht werden, jedoch arbeiten derartige Gleichrichter bei niedrigeren Spannungen sehr unwirtschaftlich. Es ist deshalb auch bereits vorgeschlagen worden, mit einem rotierenden Umformer oder mit Trockengleichrichtern Transistoren als verstellbare Vorwiderstände in Reihe zu schalten, die eine praktisch trägheitslose Ausregelung der verbleibenden Ungenauigkeiten ermöglichen könnten, jedoch ist bei der Verwendung von Transistoren mit ihren an sich geringen Belastbarkeiten eine für große Leistungen auszulegende Schaltung sehr aufwendig.
• Es ist ferner zur Spannungskonstanthaltung bekannt, zwei Gleichrichtergeräte unabhängig voneinander an das Wechselstromnetz und parallel zueinander an den Verbraucher anzuschließen. Bei großer Belastung arbeiten dann beide Gleichrichtergeräte auf den Verbraucher, wobei ein Steuergleichrichtergerät über einen Magnetverstärker die Spannung des Hauptgleichrichtergerätes konstant hält. Bei geringer Belastung speist das Steuergleichrichtergerät den Verbraucher allein und hält dessen Spannung konstant.
• Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine Gleichstromversorgungseinrichtung für die Lieferung eines konstanten Verbraucherstromes, bei der zwei parallel den Verbraucher speisende Gleichstromquellen verwendet sind. Derartige Einrichtungen können insbesondere zur Speisung von induktiven Verbrauchern, beispielsweise von Magnetspulen für Teilchenbeschleuniger, Verwendung finden. Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß zur Speisung des Verbrauchers ein Hauptgleichrichter, der einen von der Lastspannung praktisch unabhängigen Strom liefert und auf einen geringfügig unter der Sollstromstärke liegenden Strom geregelt wird, und ein netzgespeister steuerbarer und trägheitslos geregelter Zusatzgleichrichter, der den zum Sollwert fehlenden Strom liefert, vorgesehen sind.
• Als Gleichstromquelle für den lastunabhängigen Strom kann beispielsweise ein Siliziumgleichrichter, d. h. ein ungesteuerter Gleichrichter, vorgesehen sein, der mittels eines vorgeschalteten stromsteuernden Transduktors auf die nur wenig unter der Sollstromstärke liegende Stromstärke geregelt wird. Die Differenz zum Sollwert wird dann aus dem. trägheitslos steuerbaren Zusatzgleichrichter geliefert, der beispielsweise aus Siliziumstromtoren bestehen kann. Bei entsprechender Auslegung des Stromreglers und der im Steuerkreis des Transduktors vorgesehenen Glättungsdrossel gelingt es, die dynamischen Schwankungen des von dem ungesteuerten Hauptgleichrichter abgegebenen Stromes bei den üblichen Netzspannungs- und Netzfrequenzschwankungen auf höchstens ± 1% zu begrenzen. In diesem Fall braucht der Zusatzgleichrichter nur für etwa 2% der Gesamtstromstärke ausgelegt zu werden, die er in seinem gesamten Steuerbereich ausregeln muß. Da solche Siliziumstromtore nahezu trägheitslos arbeiten, können auch stoßartige Störungen, die über die speisenden Netze auf die beiden Gleichrichter einwirken, so schnell ausgeregelt werden, daß sie bei den verhältnismäßig großen Zeitkonstanten der induktiven Verbraucher keine über die zugelassene Genauigkeitsgrenze hinausgehenden Stromschwankungen hervorrufen' können. Die Welligkeit der Spannungen beider Stromquellen kann durch eine Vielphasenschaltung, beispielsweise eine Zwölfphasenschaltung, weitgehend beseitigt werden. Die Induktivität des Verbrauchers 'selbst hält dann die Stromwelligkeit in- äuereichend kleinen Grenzen. Beispielsweise kann die, Frequenz des den Hauptgleichrichter speisenden @'etzes die üblichen 50 Hz betragen, während für die Speisung des Zusatzgleichrichters ein 1000-Hz-Mittelfrequenzgenerator oder ein Umrichter verwendet wird.
• Um bei außergewöhnlichen Störungen eine überlastung des Zusatzgleichrichters, insbesondere bei Verwendung von Siliziumstromtoren, sicher zu vermeiden, kann der Stromregler für den Gesamtstrom mit einer Strombegrenzung für den Strom des Zusatzgleichrichters versehesi sein, so daß in diesen Fällen lediglich eine größe-re Abweichung des Gesamtstromes vom Sollwert auftritt.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung gezeigt, bei dem zwei getrennte Netze A und B den Hauptgleichrichter 2 bzw. den steuerbaren Zusatzgleichrichter 8 speisen. Die Speisung des ungesteuerten Hauptgleichrichters, der aus Siliziumtrockengleichrichtern bestehen kann, die in Brückenschaltung angeordnet sind, erfolgt über stromsteuernde Transdüktoren 3, deren Steuerwicklung über eine Glättungsdrossel 7 an den Ausgangskreis eines Stromreglers üblicher Bauart angeschlossen ist. An den Hauptgleichrichter 2 ist der Verbraucher 1 in Form einer Magnetspule für Ablenkmagnete von Teilchenbeschleunigern angeschlossen. Im Ausgangskreis des Hauptgleichrichters 2 ist ein Gleichstromwandler 5 angeordnet, der den Stromistwert für den Regler 4 liefert. Der Sollwert wird durch einen Sollwertgeber 6 vorgegeben. über einem Transformator liegt der steuerbare Zusatzgleichrichter 8, bestehend aus drei Siliziumstromtoren in Sternschaltung, an dem Netz B. Der Steuerkreis des Zusatzgleichrichters 8 ist an den Ausgangskreis eines trägheitslos arbeitenden zweiten Reglers 9 angeschlossen, der seinen Sollwert ebenfalls von dem Sollwertgeber 6 erhält, während der Istwert von einem in Reihe mit dem Verbraucher 1 liegenden Meßwiderstand 10 abgenommen und dem Regler 9 zugeführt wird. Zur Begrenzung des vom Gleichrichter 8 gelieferten Stromes ist im Ausgangskreis des Zusatzgleichrichters 8 ein Widerstand 11 vorgesehen, dessen Spannungsabfall zusätzlich auf den Eingang des Reglers 9 gegeben wird. Eine Drossel 12 kann gegebenenfalls zur Glättung des Stromes von Gleichrichter 8 vorgesehen sein. Der Hauptgleichrichter 2 liefert beispielsweise 99% der ganzen am Verbraucher benötigten Leistung, während der Zusatzgleichrichter 8 bei einer zugelassenen Genauigkeitsschwankung von ± 1% im Höchstfall 2 % des Verbrauchstromes zu liefern hat. Damit der stromsteuernde Transduktor 3 nicht für den ganzen Stellbereich der Verbraucherspannung in seiner Leistung ausgelegt zu sein braucht, kann zwischen ihm und dem Netz A noch ein Stelltransformator in Form eines Drehtransformators oder eines Anzapftransformators oder eines Schiebetransformators vorgesehen sein. Dadurch wird eine Erweiterung des Stellbereiches bei Anschluß von Magneten unterschiedlicher Spannungen erreicht. Die Regler 9 und 4 können auch von getrennten Sollwertgebern abhängig gemacht werden, wobei dann nur der Sollwertgeber für den Regler 9 die höchst genaue Einstellbarkeit und Stromkonstanz aufzuweisen braucht. In Abänderung der Schaltung nach der Zeichnung kann der Zusatzgleichrichter 8 auch in Gegentaktschaltung ausgeführt sein, wobei dann der Hauptgleichrichter 2 auf den Sollwert des Gesamtstromes geregelt wird und der Zusatzgleichrichter 8 lediglich die Abweichungen liefern muß, die der träge arbeitende Regler 4 nicht mit der nötigen Geschwindigkeit auszuregeln vermag.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Gleichstromversorgungseinrichtung für Konstantstrom mit zwei parallel den Verbraucher speisenden Gleichstromquellen, insbesondere zur Speisung von induktiven Verbrauchern, beispielsweise Magnetspulen von Teilchenbeschleunigern; dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Verbrauchers ein Hauptgleichrichter (2), der einen von der Lastspannung praktisch unabhängigen Strom liefert und auf einen geringfügig unter der Sollstromstärke liegenden Strom geregelt wird, und ein netzgespeister steuerbarer und trägheitslos geregelter Zusatzgleichrichter (8), der den zum Sollwert fehlenden Strom liefert, vorgesehen sind.
2. 2. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichstromquelle für einen lastunabhängigen Strom ein Gleichrichter mit vorgeschaltetem stromsteuernden Transduktor (3) dient, dessen Steuerwicklung im Ausgangskreis des Reglers (4) liegt.
3. 3. Gleichstromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis des stromsteuernden Transduktors eine Glättungsdrossel (7) angeordnet ist.
4. 4. Gleichstromquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter in Vielphasenschaltung ausgeführt sind.
5. 5. Gleichstromquelle nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Gleichrichter speisenden Wechselstromnetze unterschiedliche Frequenz haben, wobei die den Zusatzgleichrichter speisende Frequenz wesentlich größer als die andere ist.
6. 6. Gleichstromquelle nach Anspruch l oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromregler für den gesamten Verbraucherstrom Mittel zur Strombegrenzung des Stromes des Zusatzgleichrichters zugeordnet sind.
7. 7. Gleichstromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein trägheitslos arbeitender Regler (9) für den Zusatzgleichrichter den Gesamtverbraucherstrom mit einem Sollwertstrom vergleicht und eine vom Iststrom des Zusatzgleichrichters abgeleitete Strombegrenzung aufweist. B.
8. Gleichstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Regler gesonderte Sollwertgeber (6) benutzt und nur der Sollwert für den trägheitslos arbeitenden Regler auf hoher Konstanz und Genauigkeit gehalten ist.
9. 9. Gleichstromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Netz und stromsteuernden Transduktor ein Stelltransformator geschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1049 482; deutsche Auslegeschriften Nr. 1042 083, 1091619; französische Patentschrift Nr. 784 856; schwedische Patentschrift Nr. 126 826; AEG-Mitt. 48, 1958, S. 613 ff; Techn. Rdsch., Nr. 47, vom 14.11.1958, S. 43.