DE1263909B - Wechselrichterschaltung fuer zeitweilig generatorisch arbeitende Wechselstromverbrauchen - Google Patents

Wechselrichterschaltung fuer zeitweilig generatorisch arbeitende Wechselstromverbrauchen

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DE1263909B DEB67588A DEB0067588A DE1263909B DE 1263909 B DE1263909 B DE 1263909B DE B67588 A DEB67588 A DE B67588A DE B0067588 A DEB0067588 A DE B0067588A DE 1263909 B DE1263909 B DE 1263909B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
deutsches jmwmSl· Patentamt Int. Cl.:
AUSLEGESCHRIFT
H02p
G05f
Deutsche Kl.: 21c-67/10
Nummer: 1263 909
Aktenzeichen: B 67588 VIII b/21 c
Anmeldetag: 7. Juni 1962
Auslegetag: 21. März 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Speisung eines zeitweilig generatorisch arbeitenden Wechselstromverbrauchers mit einer geregelten Spannung aus einer Gleichstromquelle über einen Wechselrichter mit Ausgangstransformator. Bei der Speisung von Wechselstromverbrauchern aus Gleichstromquellen mit Hilfe von Wechselrichterschaltungen ergeben sich besondere Schwierigkeiten, wenn die am Verbraucher liegende Wechselspannung geregelt sein soll, der Verbraucher jedoch zeitweilig generatorisch arbeitet. Abgesehen davon, daß es vielfach erwünscht sein kann, die in solchen generatorischen Betriebsperioden am Verbraucher abnehmbare Energie in der Gleichstromquelle zu speichern, ist es bei vielen Anwendungsfällen erforderlich, auch in diesen generatorischen Betriebsperioden eine geregelte Verbraucherspannung zu haben und einen übermäßigen Anstieg der Verbraucherspannung zu vermeiden.
Es sind bereits mit gesteuerten Gleichrichtern arbeitende Wechselrichterschaltungen bekannt geworden, bei denen entweder eine Regelung der abgegebenen Wechselspannung oder eine Rücklieferung von Blindleistung vorgesehen ist. So sind beispielsweise bei einer dieser bekannten Schaltungen im Nebenschluß zu den die eigentliche Umformung bewirkenden steuerbaren Gleichrichtern besondere steuerbare Rücklieferungsgleichrichter angeordnet, die mit festem Zündzeitpunkt derart betrieben werden, daß die vom Wechselstromverbraucher gegebenenfalls geforderte kapazitive oder induktive Blindleistung unmittelbar aus dem Primärkreis oder von den primärseitigen Kondensatoren dadurch bezogen werden kann, daß die Energierücklieferung an den Primärkreis bzw. an die Speicherkondensatoren ermöglicht wird. Es ist jedoch bei dieser bekannten Einrichtung weder eine Spannungsregelung vorgesehen noch an eine Rücklieferung von Wirkleistung gedacht. Bei einer anderen bekannten Wechselrichterschaltung mit Ausgangstransformator wird die Ausgangswechselspannung dadurch geregelt, daß in Abhängigkeit von der gemessenen Ausgangswechselspannung eine Umschaltung zwischen verschiedenen primärseitigen Anzapfungen des Ausgangstransformators mit Hilfe von Halbleiterbauteilen vorgenommen wird. Derartige und ähnliche Spannungsregelungen müssen jedoch versagen, wenn der angeschlossene Wechselstromverbraucher vorübergehend als Generator wirkt.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Spannungsregelung auch Wechselrichterschaltung für zeitweilig
generatorisch arbeitende
Wechselstromverbraucher
Anmelder:
Borg-Warner Corporation, Chicago, 111.
(V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41
Als Erfinder benannt:
Edward M. Schmidt, West Lafayette, Ind.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Juni 1961 (115 959)
bei generatorischen Betriebszuständen des Verbrauchers wirksam bleibt und die in diesen Betriebszuständen am Verbraucher abnehmbare Energie zur Gleichstromquelle zurückgeleitet wird.
Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine zusätzliche Sekundärwicklung des Ausgangstransformators über eine Gleichrichterschaltung mit steuerbaren Gleichrichtern an die Gleichstromquelle angeschlossen ist und eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche die steuerbaren Gleichrichter in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Wechselrichters im Sinne der Konstanthaltung dieser Spannung steuert.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer gemäß Fig. 1 arbeitenden erfindungsgemäßen Einrichtung.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage enthält eine Gleichstromquelle 10, einen Wechselrichter 11, einen
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Ausgangstransformator 12, eine Gleichrichter- und Spannungsregelschaltung 13 mit zwei gesteuerten Spannungsregelschaltung 13 und eine Last 14. Die Halbleitergleichrichtern 51 und 52 arbeitend darge-Gleichstromquelle 10 speist den Wechselrichter 11 stellt; es können jedoch stattdessen auch andere gemit Gleichstromenergie. Der Wechselrichter 11 ver- eignete, gesteuerte Gleichrichter verwendet werden, wandelt die Gleichstromenergie in Wechselstrom- 5 Eine Anzapfung 57 der Wicklung 22, 23 ist über energie und liefert diese zum Ausgangstransformator die Filterspule 36 an den negativen Pol 27 der 12. Der Transformator 12 leitet die Wechselstrom- Gleichstromquelle 10 angeschlossen. Der Wicklungsenergie weiter zur Last 14. Die Gleichrichter- und teil 22 ist außerdem mit der Anode 51 α des Gleich-Spannungsregelschaltung 13 ist mit dem Transforma- richters 51 verbunden. Ebenso ist der Wicklungsteil tor 12 verbunden und empfängt bei bestimmten Be- io 23 mit der Anode 52 α des Gleichrichters 52 verbuntriebsbedingungen Wechselstromenergie von dem den. Die Kathoden 51c und 52 c der Gleichrichter Transformator 12, wandelt diese Energie in Gleich- 51 bzw. 52 sind mit dem positiven Pol 50 der Gleichstromenergie um und führt diese zur Gleichstrom- stromquelle 10 verbunden. Die Steuerelektrode 51 g quelle 10 zurück. des Gleichrichters 51 ist über den Widerstand 54 mit F i g. 2 erläutert schematisch das Zusammenwirken 15 dem einen Ende des Widerstandes 53 und mit der des Transformators 12 und der Gleichrichter- und Kathode der Diode 33 verbunden. Die Steuerelek-Spannungsregelschaltung 13 mit der Gleichstrom- trode 52 g des Gleichrichters 52 ist über den Widerquelle 10, dem Wechselrichter 11 und der Last 14, stand 56 mit dem einen Ende des Widerstandes 55 die in Blockform dargestellt sind. Der Transformator und mit der Kathode der Diode 30 verbunden. Die
12 enthält einen Kern C, eine Primärwicklung 20 mit ao anderen Enden der Widerstände 53 und 55 sind mit Mittelanzapfung, eine Sekundärwicklung 21 sowie dem positiven Pol 50 der Gleichstromquelle 10 vereine zusätzliche Sekundärwicklung 22, 23 und eine bunden.
weitere Sekundärwicklung 24,25. Die Mittelanzap- Im Betrieb arbeitet die beschriebene Anlage wie
fung T der Primärwicklung 20 ist über eine Drossel folgt: Die Gleichstromenergie wird von der Quelle 10
26 mit dem negativen Pol 27 der Gleichstromquelle 25 zum Wechselrichter 11 geleitet. Der Wechselrichter
10 verbunden. 11 wandelt die Gleichstromenergie in eine Wechsel-
Die Gleichrichter- und Spannungsregelschaltung Stromenergie um, welche auf die Wicklung 20 des
13 enthält eine Gleichrichter-Brückenschaltung B, Transformators 12 übertragen wird. In der Sekundäreine Steuerbrückenschaltung C B, einen Magnetver- wicklung 21 wird durch Induktion eine Wechselspanstärker M und eine Gleichrichterschaltung 5. Die 30 nung erzeugt, welche an die Last 14 angelegt wird. Schaltung 13 umfaßt außerdem Dioden 30, 31, 32 Gleichzeitig werden in den Wicklungen 22 bis 25 und 33, Widerstände 34 und 35 und eine Filter- durch Induktion Spannungen erzeugt. Die Last 14 spule 36. nimmt Energie aus dem Transformator 12 auf, und
Die Brückenschaltung B enthält vier Silizium- dieser Energieentzug wirkt sich auf die in den Wickdioden 40, 41, 42 und 43. Die Eingangsanschlüsse 35 lungen 22 bis 25 durch Induktion erzeugten Spander Brücke!? sind mit der weiteren Sekundärwick- nungen aus. Die Wicklungsteile 22 und 23 entnehmen lung 24,25 und die Ausgangsanschlüsse mit der ebenfalls Energie aus dem Transformator 12, und Steuerbrücke CB verbunden. Die Steuerbrücke CB diese Energie wird in eine Gleichstromenergie umenthält einen Potentiometer P, eine ZenerdiodeZ und gewandelt oder gleichgerichtet und zu der Quelle 10 einen Widerstand 44. Der Magnetverstärker M ent- 40 zurückgeführt. Die zurückgeführte Energiemenge hält eine Steuerwicklung 45 und Ausgangswicklun- wird durch den Magnetverstärker M gesteuert, der gen 46 und 47. Die Zenerdiode und der Widerstand wiederum durch die Brückenschaltungen CB und B
44 der Steuerbrücke CB sind in Reihenschaltung mit gesteuert wird. Die Wicklungsteile 24 und 25 erfassen den Ausgangsanschlüssen der Brückenschaltung B Veränderungen der Belastung, indem sie Schwanverbunden. Das Potentiometer P ist in Parallelschal- 45 kungen der in dem Transformator 12 entwickelten rung an die Reihenschaltung der ZenerdiodeZ und Spannung wahrnehmen. Die in den Wicklungsteilen des Widerstandes 44 angeschlossen. Der Abgriff A 24 und 25 durch Induktion erzeugten Spannungen des Potentiometers P ist mit dem einen Ende der werden an die Brückenschaltung B gelegt, wo sie Steuerwicklung 45 des Magnetverstärkers M verbun- gleichgerichtet und auf die Steuerbrücke CB überden, während das andere Ende der Steuerwicklung 50 tragen werden. Die gleichgerichtete Gleichspannung
45 an eine Verbindung 48 zwischen der Zenerdiode an der Steuerbrücke CB wird durch das Potentio- Z und dem Widerstand 44 angeschlossen ist. meter P geteilt und zur Steuerwicklung 45 des Magnet-
Die Ausgangswicklung 46 des Magnetverstärkers Verstärkers M übertragen. Der durch die Steuerwick-
M ist mit ihrem einen Ende an das eine Ende der lung 45 fließende Strom steuert die Sättigungszeit der weiteren Sekundärwicklung 24,25 des Transforma- 55 Kerne C1 und C 2.
tors 12 angeschlossen, während das andere Ende der Die in den Wicklungsteilen 24 und 25 durch InWicklung 47 mit der Anode der Diode 30 und der duktion erzeugten Spannungen liegen außerdem an Kathode der Diode 32 verbunden ist. Die Anode der den Wicklungen 46 und 47 des Magnetverstärkers M. Diode 31 ist über den Widerstand 34 mit dem posi- Der durch die Wicklungen 46 und 47 fließende Strom tiven Pol 50 der Gleichstromquelle 10 verbunden, 60 hat zu jedem Zeitpunkt ebenfalls das Bestreben, die und die Anode der Diode 32 ist ebenso über einen Sättigung der Kerne Ci und C 2 zu steuern. Der Widerstand 35 mit dem positiven Pol 50 verbunden. durch eine der beiden Wicklungen 46 und 47 fließende
Die Gleichrichterschaltung S besteht aus gesteuer- Strom hängt zu jedem beliebigen Zeitpunkt von der
ten Halbleitergleichrichtern 51 und 52 sowie Wider- relativen Sättigung der Kerne C1 bzw. C 2 ab. Wenn
ständen 53,54,55 und 56. Die Gleichrichterschal- 65 einer der Kerne C1 oder C 2 nicht gesättigt ist, fließt
rung S ist an die zusätzliche Sekundärwicklung 22, nur sehr wenig Strom durch die entsprechende Wick-
23 des Transformators 12 angeschlossen. In der vor- lung. Wenn die Kerne gesättigt sind, wird der Strom
liegenden Ausführungsform ist die Gleichrichter- und jedoch erheblich größer.
Die im Wicklungsteil 24 erzeugte Spannung erzeugt einen Stromfluß durch die Wicklung 46, die Diode 33 und den Widerstand 53 zu der Verbindung 28 zwischen den Wicklungsstellen 24 und 25. Der durch den Widerstand 53 fließende Strom erzeugt an diesem Widerstand 53 eine positive Spannung, und diese Spannung wird über den Widerstand 54 auf die Steuerelektrode 51g des Gleichrichters 51 übertragen. Der Gleichrichter 51 wird in den leitenden Zustand geschaltet, und die im Wicklungsteil 22 erzeugte Spannung verursacht einen Stromfluß zum positiven Pol 50 der Gleichstromquelle 10. Für den Strom von der Gleichstromquelle 10 ist ein Rückflußweg vorgesehen, der vom negativen Pol 27 über die Spule 36 zur Verbindung 57 zwischen den Wicklungsteilen 22 und 23 verläuft.
In ähnlicher Weise verursacht die im Wicklungsteil 25 erzeugte Spannung einen Stromfluß durch die Wicklung 47, und die Größe dieses Stromes wird durch die Sättigung des Kernes C 2 gesteuert. Wenn der Kern C 2 gesättigt ist, wird der Strom verhältnismäßig groß und fließt durch die Diode 30 und den Widerstand 55 zurück zu der Verbindung 28 der Wicklungsteile 24 und 25. Der durch den Widerstand 55 fließende Strom erzeugt an diesem eine positive Spannung, die der Steuerelektrode 52 g des Gleichrichters 52 zugeführt wird. Diese positive Spannung schaltet den Gleichrichter 52 in den leitenden Zustand, und die im Wicklungsteil 23 erzeugte Spannung verursacht einen Stromfluß zum positiven Pol 50 der Gleichstromquelle 10. Die von den Gleichrichtern 51 und 52 herangeführte Energie ist eine vollweggleichgerichtete Gleichspannung, deren Größe durch die Dauer und Häufigkeit der leitenden Zustände jedes der Transistoren 51 und 52 bestimmt wird.
Wenn die Belastung verhältnismäßig groß ist, ist die von der Gleichrichter- und Regelschaltung an die Quelle zurückgeführte Energie verhältnismäßig klein, während bei geringer Belastung die Spannung an der Wicklung 21 das Bestreben hat, zuzunehmen und die an die Gleichstromquelle zurückgeführte Energiemenge verhältnismäßig groß ist.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Speisung eines zeitweilig generatorisch arbeitenden Wechselstromverbrauchers
ίο mit einer geregelten Spannung aus einer Gleichstromquelle über einen Wechselrichter mit Ausgangstransformator, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Sekundärwicklung (22, 23) des Ausgangstransformators
(12) über eine Gleichrichterschaltung mit steuerbaren Gleichrichtern (51, 52) an die Gleichstromquelle (10) angeschlossen ist und eine Regeleinrichtung (B, CB, M) vorgesehen ist, welche die steuerbaren Gleichrichter (51, 52) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Wechselrichters (11, 12) im Sinn der Konstanthaltung dieser Spannung steuert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der steuerbaren Gleichrichter (51, 52) die Regeleinrichtung einen Magnetverstärker (M) aufweist, der aus einer weiteren Sekundärwicklung (25, 24) des Ausgangstransformators (12) gespeist ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 660 034;
USA.-Patentschriften Nr. 2 751545, 2 897 433,
959 725, 2 959 726, 2 968 738;
Funk-Technik 1956, Nr. 4, S. 109, 110;
Electrical Times, Heft vom 21.1. 1960, S. 87, und Heft vom 19.1.1961, S. 83;
Electronics, Heft vom 8.7.1960, S. 56.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 519(496 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
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