DE1303667B

DE1303667B - Anordnung zur Regelung einer Gleichspannung oder eines Gleichstromes

Info

Publication number: DE1303667B
Application number: DE19631303667D
Authority: DE
Inventors: Osman Metiri Belleville N.J. Yenisey (V.StA.). HOIh 71-02
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1962-06-21
Filing date: 1963-06-19
Publication date: 1972-05-25
Also published as: FR1365588A; US3270270A; BE633810A; NL293593A; GB1050446A

Description

von der Wechselspannung über in jeder Phase im- der Diuden 16 und 18 einerseits und der Klemme 3G geordnete Stellglieder gespeister dreiphasiger Zu- andererseits geschaltet ist. Der über die Diode 16 satztransformatar vorgesehen. Die Sekundärwicklun- bzw, !8 und die Spule 28 zur Klemme 30 fließende gen des Zusatztransformator* weisen in jeder Phase Strom fließt nach Durchgang durch einen nicht dar-MiltelabgrilTe auf, die mit den drei sekundärseitigen 5 gestellten Verbraucher zur Ausgangbklemme 32. Der Phasenausgängen des Haupttransformators verbun- Strom wird zur Sekundärwicklung IS über eine Diode den sind. An die beiden Enden jeder Sekundärwick- 20 geführt, die für eine von der Klemme 32 zu dem lung des Zusatztransformator ist je eine aus zwei vom Polaritätspunkt abgewandten Ende der Sekun-Zweigen bestehende Gleichrichterbrücke angeschlos- därwicklung 15 erfolgende Leitung in Durchlaßrichsen, deren Gleichspannungsausgänge einander par- io tung gepolt ist. Eine Diode 26 ist für eine vom allel geschaltet sind. gleichen Ende der Sekundärwicklung IS zur Aus-Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an gangsklemme 30 erfolgende Leitung in Durchlaßrich-Hand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt tung gepolt. Während der eben beschriebenen Be-F i g. I eine erste Ausführungsform, teilweise in triebsphase ist die Diode 26 in Sperrichtung beauf-Blockschaltbilddarstellung, i₅ schlagt, da die an der Sekundärwicklung IS auf-Fig. 2A, 2B und 2C Ausführungsbeispiele von tretende Spannung entsprechend gerichtet ist. Wenn Stellgliedern, das vom Polaritätspunkt abgewandte Ende der Se-Fig. 3 eine Ausführungsform für Dreiphasen- kundärwicklung 15 positiv wird, fließt der Strom wechselspannung. über die Diode 26 zur Klemme 30, und der Rück-Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird eine Wechsel- 20 strom gelangt von der KIerr..,e32 über die Dioden spannung an die Eingangsklemmen 50 und 32 der 22 und 24 sowie über die Sekundärwicklung des Anordnung zur Regelung einer Gleichspannung oder Zusatztransformators 72 zur Sekundärwicklung 15 eines Gleichstromes angelegt. Diese Wechselspan- des Haupttransformators Tl zurück. Die Diode 22 niing wird den Primärwicklungen 11 und 13 zweier ist für eine von der Klemme 32 zum freien Ende des Transformatoren, des Haupttransformators 71 und 25 Witklungsabschnittes 17 erfolgende Leitung und die des Zusatztransformators 72, zugeführt, die parallel Diode 24 für eine von der Klemme 32 zum freien zueinander liegen und an den Eingangsklemmen 10 Ende des Wicklungsabschnitts 19 erfolgende Leitung und 12 angeschlossen sind. Ein in Reihe zur Primär- in Durchlaßrichtung gepolt. Nachdem der Rückstrom wicklung 13 liegendes Stellglied 38 ist vorgesehen, je zur Hälfte durch die Wicklungsabschnilte 17 und um den über den Zusatztransformator Tl fließenden 30 19 geflossen ist. vereinigt er sich am Abgriff 14 und Strom durch Steuerung des Stellgliedes in einen lei- fließt zu dem mit Polaritätspunkt versehener. Ende tenden bzw. einen nichtleitenden Schaltzustand ein- der Sekundärwicklung 15 zurück. Während dieser zustellen. Geeignete Schaltungen sind in Fig. 2A, Betriebsphase wird die Diode 20 durch die Spannung 2 B. 2 C dargestellt. Bei der folgenden Beschreibung der Sekundärwicklung 15 in Sperrichtung bcaufwird angenommen, daß das Stellglied als ein Schalter 35 schlagt.

mit zwei stabilen Leitungszuständen arbeitet. Wenn Der Strom im Wicklungsabschnitt 19 erzeugt einen das Stellglied 38 sich im Zustand hoher Impedanz dem Fluß im Wicklungsabschnitt 17 einsprechenden, befindet, 1st der Primärkreis des Zusatztransforma- jedoch entgegenwirkenden Fluß, wenn das Stellglied tors Tl praktisch ofTen, so daß dieser keinen Strom 38 nichtleitend ist. Dann kompensieren sich die maaufnimmt. Wenn sich andererseits das Stellglied 38 40 gnetischen Beeinflussungen beider Zweige in der im Zustand niedriger Impedanz befindet, ist der Pri- Sekundärwicklung des Zusatztransformators 72, und märkreis des Zusatztransformators 72 geschlossen, es kann am Stellglied 38 keine durch Übertragung und dieser nimmt Strom auf. vom Wicklungsabschnitt 17 zu/ Primärwicklung 13 Von der Primärwicklung 11 wird gleichbleibend bedingte Überspannung auftreten. Wenn das Stell-Wechselspannung bzw. Leistung auf die Sekundär- 45 glied 38 leitend ist, können die Dioden 18 und 24 wicklung 15 des Haupttransformators 71 übertragen. und der Wicklungsabschnitt 19 keine Funktionen An den Wicklungen des Haupttransformators T1 an- ausüben, solange nicht die am Wicklungsabschnitt gegebene Polaritätspunktc zeigen, daß bei positiver 19 auftretende Spannung die an der Wicklung 15 Eingaiu'sklemme 10 eine positive Spannung an dem auftretende Spannung übersteigt,
mit dem Punkt versehenen Ende der Wicklung 15 50 Die an den Klemmen 30 und 32 herrschenden induziert wird. Tn diesem Fall fließt während der jpannungs- und oder Stromzustände werden über Intervalle, in denen das Stellglied 38 nichtleitend ist. eine schematisch dargestellte Verbindungsleitung 33 ein Strom von dem mit dem Polaritätspunkt ver- erfaßt und einem Stcucrkreis 34 zugeführt, der ein schcncn Ende der Sekundärwicklung 15 zum Abgriff Signal erzeugt, welches über eine weitere schcma-14 der Sekundärwicklung des Zusatztransformators 55 tisch dargestellte Vcrbindungslcitung 36 den Zustand 72. Diese Sekundärwicklung enthält zwei Wicklungs- des Stcllgü-des 38 entsprechend steuert. Wenn der abschnitte 17 und 19. Der die Sekundärwicklung 15 Verbraucher mehr Leistung erhalten soll, was durch durchfließende Strom teilt sich am Abgriff 14,"ein den Stcucrkreis 34 festgestellt wird, wird das Slell-Tcil dieses Stromes fließt durch den Wicklungs- glied 38 entsprechend beeinflußt. Wenn an den Ausabschnitt 17 und eine Diode 16, die für eine vom 60 gangsklemmen 30 und 32 eine geringere Leistung freien Ende des Wicklungsabschnittes 17 zu einer verlangt wird, wird das Stellglied 38 dazu gebracht, Gleichstromausgangsklemme 30 erfolgenden Leitung mit einem kleineren Phasenwinkel zu arbeiten. Wenn in Durchlaßrichtung gepolt ist. Der andere Teil des das Stellglied 38 leitend ist, wird die im Wicklungs-Stromes fließt vom Abgriff 14 über den Wicklungs- abschnitt 17 induzierte Spannung der Spannung der abschnitt 19 und eine Diode 18 ebenfalls zur Klemme 65 Sekundärwicklung 15 zugefügt. Gleichzeitig wird die 30, wobei die Diode 18 entsprechend gepolt ist. Zur im Wicklungsabschnitt 19 induzierte Spannung von Glättung des pulsierenden Gleichstromes dient eine der Spannung abgezogen, die an der Sekundärwick-DrosselsDule 28. die zwischen der Verbindungsstelle lung 15 auftritt. Innerhalb einer ersten Halbperiode

st die Diode 16 durchlässig und die Diode 18 in Gegenrichtung vorgespannt, hingegen ist in der zweiten Halbperiode die Diode 22 durchlässig und die Diode 24 in Gegenrichtung vorgespannt. Als Ergebnis wird die Summe der am Wicklungsabschnitt 17 und an der Sekundärwicklung 15 herrschenden Spannungen der Wechselstromseite der Gleichrichterbrücke 16.20.22.26 zugeführt, während der Kreis mit dem Wicklungsabschnitt 19, der Diode 18 und der Diode 24 unwirksam ist.

Zusammetifassend ist festzustellen, daß die vom Netz gelieferte Wechselstromleistung sich aus zwei Anteilen zusammensetzt: einen dauernd über den Haupttransformator T1 übertragenen Leistungsanteil und einen variablen, über den Zusatztransformator, dort über dessen Wicklungsabschnitt 17 übertragenen Anteil. Die Größe dieses Anteils wird durch das Verhältnis der leitenden Perioden zu den nichtleitenden Perioden des Stellgliedes 38 während jeder Wechselstromperiode bestimmt. Der Regelbereich liegt somiü zwischen dem von der Leistung des Haupttransformators T1 bestimmten Minimalwert und einem maximalen Wert, der dann erzeugt wird, wenn das Stellglied 38 während einer gesamten Wechselstromperiode leitend ist. Der Regelbereich kann durch Veränderung der Wechselstromimpedanzen der Transformatoren Γ1 und 72 verändert werden. Wenn z. B. der Bereich vergrößert werden soll, dann wird entweder die Impedanz des Zusatztransformators Γ 2 verringert oder die Impedanz des Haupttransformators T1 erhöht. Die rückwirkungsfreie Trennung des Stellgliedes 38 von den Ausgangsklemmen 30 und 32 wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zusatztransformators Tl erreicht. Wenn das Stellglied 38 gesteuerte Gleichrichter enthält, können bei diesen die zulässigen Strom- und Spannungswerte unabhängig von den geforderten AusgangSFtrom- und Spannungswerten im Hinblick auf maximale Ausnutzung gesteuerter Gleichrichter. hinsichtlich maximalem Nennstrom und maximaler Sperrspannung, vollständig ausgenützt werden, indem einfach die Wicklungsverhältnisse des Transformators passend gewählt werden.

Die Ausbildung des Steuerkreises 34 hängt in starkem Maße von den im Stellglied 38 verwendeten Bauelementen ab. Wenn dort z. B. eine Thyratronröhre verwendet wird, kann der Steuerkreis 34 eine Vorspannung erzeugen, die dem Gitter des Thyratrons ständig zugeführt wird und welche die Größe der Verbrauchcrleistung bestimmt. Wenn im Stellglied 38 ein pnpn-Triodcntransistor als steuerbarer Gleichrichter verwendet werden soll, dann wird im Steuerkreis 34 ein sogenannter Zündsteuerkreis mit einer Impulsquelle, die mit dem Wechselstromsignal synchronisiert ist. vorgesehen.

in den Fig. 2A. 2B und 2C sind beispielhaft Anordnungen dargestellt, die als Stellglied 38 verwendbar sind. In Fig. 2A is; ein einzelner Steuerbarer Gleichrichter 40 so angeordnet, daß er Strom jeder Polarität führt. Der Strom von links nach rechts in F i e. 2 A acht durch eine Diode 42 zu der Anode des steuerbaren Gleichrichters 40 und geht von dessen Kathode zu der anderen Leitung durch eine Diode 44. Der Strom von rechts nach links wird der Anode des steuerbaren Gleichrichters 40 über die Diode 46 zuseführt und geht durch die andere Lei-Hing von der Kathode des steuerbaren Gleichrichters 40 über die Diode 48. In Ng. 2B sind paarweise angeordnete steuerbare Gleichrichter 50 und 52 antiparallel angeordnet. Dies ergibt gleichermaßen Doppelwege hoher Leitung. Fig. 2C zeigt einen Magnetverstärker mit zwei Schenkeln, von denen der eine eine Spule 123 auf einem sättigbaren Kern 119 und eine Diode 121 enthält und von denen der andere eine Spule 124 auf einem sättigbaren Kern 118 und eine Diode 122 enthält. Bis die Kerne im wesentliehen gesättigt sind, fließt kein Strom durch die Spulen 123, 124. Nachdem die Sättigung erreicht ist, ermöglichen die Diode 121 einen Strom in dem oberen Schenkel nur von links nach rechts und die Diode 122 einen Strom in dem unteren Schenkel nur von rechts nach links. Der Strom, der einer Steuerwicklung 120 zugeführt wird, die um beide Kerne 118 und 119 gewickelt ist. verändert den Zeitpunkt, in dem in jeder Halbperiode die Sättigung eintritt, ao Fig. 3 zeigt eine dreiphasige Ausbildung der in F i g. 1 dargestellten Schaltung. Wo es möglich ist, haben die Komponenten der F i g. 3 die gleichen Bezeichnungen wie ihre entsprechenden Teile in Fi g. 1. Die Eingangsklemmen A, B und C, welche an der »5 dreiphasigen Wechselspannung liegen, sind mit den in Dreieck geschalteten Primärwicklungen eines Haupttransformators Tl verbunden. Mit den Eingangsklemmen A, B und C sind ebenfalls die in Dreieck geschalteten Primärwicklungen des Zusatztransformators 72 verbunden. Wie in Fig. 1 wird der Stromkreis der Primärwicklungen des Zusatztransformators Tl periodisch unterbrochen, um die dem Verbraucher zugeführte Gleichstromleistung zu steuern. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren 71 und Tl sind in Stern geschaltet, wo- bei jede der Sekundärwicklungen 71,. Tl_n. 71, des Haupttransformators Ti mit dem Abgriff 14 der zugehörigen Wicklung 72₄ bzw. 72„ bzw. T 2, des Zusatztransformators Tl verbunden ist. Die Wechselstromseiten der Gleichrichtcrbrücken 56, 58 und 60. von denen jede der gemäß F i g. 1 durch die Dioden 16, 20. 22 und 26 gebildeten Brücke entspricht und so wie diese arbeitet, sind an die Enden der Sekundärwicklungen Tl_x. Tl₁₁. Tl₁ des Zusatztransformator Tl angeschlossen, und die Gleich- stromsciten der Gleichrichterbrücken 56. 58 und 60 sind an die Ausgangsklemmen 30 und 32 anbiegt. Wenn jeder der steuerbaren Gleichrichter 62. 66 und 70 in dem Primärkreis des Transformators leitend ist. wird Leistung über den Zusatztransformator 72 übertragen. Die steuerbaren Gleichrichter 62. 66 und 70 werden jeweils durch Zündsteuerkreise 34₄. 34_/; und 34, ge-leuert. Der Strom fließt von den Klemmen A. B und C über Steucrglcichrichter 62. 66 und 70 zu den Primärwicklungen deZusatztransformators Γ2 und zurück zu den Klemmen .-1. B und C über die Dioden 64. 68 und 72. Zu sätzlich zu der Bildung der Rückwege für den Strorr dienen die Dioden 64. 68 und 72 als Schutz geger übermäßige Gegenspannungen an den steuerbarer Gleichrichtern. Wie in Verbindung mit F i g. 1 be schrieben ist. vereinigt sich die durch den Zusatz transformator Tl übertragene Leistung additiv mi der von dem Haupttransformator 71 übertragenei konstanten Leistung, die dann als geregelte Gleich s.tromleistung dem Verbraucher zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Patentansprüche: zur Regelung einer Gleichspannung oder eines Gleichstromes mittels eines von Wechselspannung

1. Anordnung zur Regelung einer Gleichspan- unmittelbar gespeisten Haupttransformators und nung oder eines Gleichstromes mittels eines von 5 eines von Wechselspannung über ein Stellglied ge-Wechselspannung unmittelbar gespeisten Haupt- speisten Zusatztransformators, die sekundärseitig in transformators und eines von Wechselspannung Reihe geschaltet und mit einer aus zwei Zweigen über ein Stellglied gespeisten Zusatztransforma- aufgebauten Gleichrichterbrücke zur Abgabe der getors, die sekundärseitig in Reihe geschaltet und regelten Gleichspannung bzw. des geregelten Gleichmit einer aus zwei Zweigen aufgebauten Gleich- io Stroms verbunden sind, wobei als Stellglied eine von richterbrücke zur Abgabe der geregelten Gleich- der geregelten Gleichspannung bzw. dem geregelten spannung bzw. des geregelten Gleichstromes ver- Gleichstrom gesteuerte, einen leitenden und einen bunden sind, wobei als Stellglied eine von der nichtleitenden Schaltzustand aufweisende Schalteingeregelten Gleichspannung bzw. dem geregelten richtung verwendet ist.

Gleichstrom gesteuerte, einen leitenden und einen 15 Eine derartige Regelanordnung ist durch die fran-Tiichtleitenden Schaltzustand aufweisende Schalt- zösische Patentschrift 921 888, Fig. 3, und die USA.-einrichtung verwendet ist, dadurch ge kenn- Patentschrift 2 992 379 bekannt, bei der als Stellzeich η e t, daß die Sekundärwicklung des Zu- glied ein Magnetverstärker verwendet werden satztransforraators (7*2) aus zwei gleichen und kann bzw. wird. Bei der bekannten Schaltung wirkt gleichsinnig in Reihe geschalteten Teilwicklungen 20 jedoch bei Verwendung eines schaltenden Stellgliedes (17, 19) besteht, von denen die eine (17) in der die Sekundärwicklung des Zusatztransformators zeit-Reihenschitltung von Sekundärwicklung (15) des weise, nämlich bei sperrendem Stellglied, als Drossel, Haupttransformators (7"1) und Gleichrichter- so daß im Primärkreis und damit am Stellglied eine brücke (22, 16,20,26) liegt und die andere (19) ziemlich hohe Spannung auftreten kann. Anordnunmit ihrem freien Ende mit dem Wechselspan- 25 gen zur Regelung einer Gleichspannung oder eines nungspol eines weiteren, parallel zum Gleich- Gleichstromes, bei denen dieser Nac'iteil nicht aufspannungsausgang der Gleichrichterbrücke (22, treten würde, sind zwar bekannt (französische 16, 20, 26) liegenden Brückenzwei«s (18, 24) ver- Patentschrift 921 888, Fig. I und 2). Bei diesen sind bunden ist (Γ ig. 1). jedoch die Sekundärseiten nicht in Reihe geschaltet,

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich- 30 und es werden zwei in Reihe geschaltete Vollwegnet durch eine dreiphasige Ausführung, bei der gleichrichterbrücken benötigt, die einen erhöhten ein von der Wechselspannur g unmittelbar ge- Aufwand und zusätzliche Verluste mit sich bringen, speister dreiphasiger Haupttransformator (Ti) Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei und ein von der Wechselspannung über in jeder einer Anordnung der eingangs angegebenen Art das Phase angeordnete Stellglieder (62,66,70) gc- 35 Auftreten von unzulässig hohen Spannungen am speisler dreiphasiger Zusatztransformator (T"2) Stellglied zu vermeiden, ohne daß hierzu zwei in vorgesehen sind, die Sekundärwicklungen (T2.,, Reihe geschaltete Gleichrichterbrücken erforderlich T2_n, T2_(:) des Zusatztransformators in jeder wären, so daß sich kein erhöhter Aufwand an Gleich-Phase Mittclabgriffe (14) aufweisen, die mit den richtern und durch sie auch keine zusätzlichen Verdrei sekundärseitigen Phasenausgängen des 4° luste ergeben.

Haupttransformators (äußere Enden der in Stern Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die

geschalteten Sekundärwicklungen Π _A,Tl„, Tl_c) Sekundärwicklung des Zusatztransformators aus zwei verbunden sind, und bei welcher an die beiden gleichen und gleichsinnig in Reihe geschalteten Teil-Enden jeder Sekundärwicklung (Τ2_Λ, T2_n, 72,) wicklungen besteht, von denen die eine in der Reihendes Zusatztransformators je eine aus zwei Zwei- 45 schaltung von Sekundärwicklung des Haupttransforgen bestehende Gleichrichterbrücke (56, 58, 60) mators und Gleichrichtcrbrücke liegt und die andere angeschlossen ist, deren Gleichspannungsaus- mit ihrem freien Ende mit dem Wcchselspannungspol gänge einander parallel geschaltet sind (Fig. 3). eines weitersn, parallel zum Gleichspannungsausgang

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- Jer Gleichrichterbrücke liegenden Brückenzweig verdurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (38) in 5o bunden ist.

Form eines steuerbaren Gleichrichters (40), der Es ist an sich bekannt (Buch von Th. Wasserrab,

im Diagonalzwcig einer Gleichrichterbrücke (42. »Schaltungslohrc der Stromrichtertechnik«, 1962. 44, 46, 48) liegt, ausgebildet ist (Fi g. 2 A). S. 181/182), daß sich bei einer Drossel mit zwei

4. Anordnung nach Anspruch I oder 2, da- Wicklungen, deren Flüsse entgegengerichtet sind, die durch gekennzeichnet, daß das Stellglied (38) in 55 magnetischen Beeinflussungen kompensieren, wenn Form zweier antiparallelgeschalteter steuerbarer sowohl die Spannungen als auch die Ströme und Gleichrichter (50,52) ausgebildet ist (Fig. 2B). Flüsse ein symmetrisches System bilden. Dabei kom-

5. Anordnung nach Anspruch I oder 2, da- pensieren si:h die magnetischen Beeinflussungen der durch gekennzeichnet, daß das Stellglied (38) in beiden Zweige gegenseitig, und der Stromkreis verhält Form eines Magnetverstärkers, dessen im Arbeits- ^6o sich so, als sei keine magnetische Verkettung vorkreis liegende Spulen (123, 124) mit je einer hanclcn. Diese Kompensation tritt in der Regel dann Diode (121, 122) gegensinniger Durchlaßrichtung auf, wenn die Amperewindungszahl der beiden Teilin Reihe geschaltet sind, ausgebildet ist wicklungen gleich ist, so daß der Ausdruck »gleich« (F i g. 2C). sich auf gleiche Amperewindungszahlcn bezieht.

65 Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch für

drei Wechselspannungs-Phasen ausgeführt werden.

Dabei sind ein von der Wechselspannung unmittelbar

gespeister dreiphasiger Haupttransformator und ein