DE1538118B1 - Power supply system for feeding several direct voltage consumers with practically constant voltage - Google Patents

Description

Häufig werden von einer Wechselspannungsquelle, z. B. einem geregelten Wechselrichter, eine Vielzahl von Gleichspannüngsverbrauchern gespeist, die über zugeordnete Glättungsglieder - meist LC-Filter -und getrennte Gleichrichter parallel an die vom Wechselrichter gespeiste Sammelschiene angeschlossen sind. Die Gleichspannung an den Verbrauchern darf sich dabei meist nur in sehr engen Toleranzgrenzen, z. B. um ±1 °/o ändern. Diese enge Toleranz kann jedoch in der Regel nur im stationären Betrieb eingehalten werden. Durch Umschaltvorgänge, plötzliche Entlastungen, durch Fehler im Wechselrichter oder Steuersatz können aber - zumindest vorübergehend -große Spannungsabweichungen auftreten. Diese sind nur zulässig, wenn sie eine bestimmte Zeitdauer nicht überschreiten. Es gibt jedoch eine absolute obere Grenzspannung, die unter keinen Umständen - auch nicht kurzzeitig - überschritten werden darf, weil sonst die Verbraucher, beispielsweise elektronische Nachrichtenvermittlungsanlagen, bleibenden Schaden nehmen könnten.Often from an AC voltage source, e.g. B. a regulated Inverter, fed a large number of DC voltage consumers that are fed via associated smoothing elements - mostly LC filters - and separate rectifiers in parallel are connected to the busbar fed by the inverter. The DC voltage to the consumers is usually only allowed within very narrow tolerance limits, z. B. change by ± 1 ° / o. However, this close tolerance can usually only be achieved in the inpatient setting Operation are complied with. Through switching processes, sudden relief, through However, errors in the inverter or tax rate can - at least temporarily - be large Voltage deviations occur. These are only permitted if they have a specific Do not exceed the duration. However, there is an absolute upper limit voltage, which may not be exceeded under any circumstances - not even for a short time, because otherwise the consumers, e.g. electronic messaging systems, permanent damage.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Stromversorgüngsanlage zur Speisung mehrerer Gleichspannungsverbraucher mit praktisch konstanter Spannung, die eine bestimmte Grenzspannung auch nicht kurzzeitig überschreiten darf, enthaltend eine Wechselspannungsquelle und mehrere von dieser parallelgespeiste Gleichrichter und diesen zugeordnete Glättungsfilter für die einzelnen Verbraucher.The invention also relates to a power supply system for feeding several direct voltage consumers with practically constant voltage, which may not exceed a certain limit voltage even for a short time, containing an AC voltage source and several rectifiers fed in parallel by this and smoothing filters assigned to them for the individual consumers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; bei einer solchen Stromversorgungsanlage eine Überspannungsbegrenzung bei gleichzeitig weitgehender Konstanthaltung der Verbraucherspannung vorzusehen, die sicherstellt, daß die Verbraucherspannung einen bestimmten Grenzwert auch nicht kurzzeitig überschreitet.The invention is based on the object; in such a power supply system an overvoltage limitation while at the same time keeping the consumer voltage largely constant to provide, which ensures that the consumer voltage a certain limit value not even briefly exceeded.

Man könnte nun daran denken, diese Aufgabe durch eine Begrenzung der den einzelnen Gleichstromverbrauchern zugeführten Gleichspannung z. B. mit Hilfe von Zenerdioden zu lösen. Dieses Verfahren wäre aber sehr aufwendig, da jedem einzelnen Verbraucherzweig Begrenzungsmittel zugeordnet werden müßten.One could now think of this task by limiting the the individual DC consumers supplied DC voltage z. B. with help to solve from Zener diodes. However, this procedure would be very time-consuming, since every single one of them Consumer branch limiting means would have to be assigned.

Eine andere einfache Möglichkeit, nämlich eine Begrenzung der Amplitude der Wechselspannung, scheidet ebenfalls aus, weil sich dadurch ein Ansteigen des Gleichspannungsmittelwertes an den Verbrauchern nicht verhindern läßt.Another simple option, namely limiting the amplitude the alternating voltage, is also ruled out because it increases the Can not prevent DC mean value at the consumers.

Schließlich könnte man an den Ausgang der Wechselspannungsquelle einen Widerstand über zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren anschließen, die z. B. über Zenerdioden immer dann gezündet werden, wenn die Amplitude der Wechselspannung einen Ansprechgrenzwert erreicht. Solche Schaltungen sind an sich bekannt und wurden zur Überspannungsbegrenzung verwendet (USA.-Patentschrift 3 213 349). Dabei hat aber der erwähnte Widerstand lediglich die Aufgabe, den über die Thyristoren fließenden Kurzschlußstrom zu begrenzen. Die Verwendung einer solchen Schaltung im Zusammenhang mit einer Wechselspännungsquelle, die über mehrere getrennte Gleichrichter und zugeordnete Glättungsfilter verschiedene Gleichspannungsverbraucher speist, hätte aber zur Folge, daß die mittlere Gleichspannung an den Verbrauchern erheblich absinkt, wenn die Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle den maximal zugelassenen Wert auch nur ganz geringfügig überschreitet. Ein derartiges Absinken der Verbraucherspannung ist aber - wie einleitend erwähnt - ebenfalls einerwünscht. Durch die Erfindung läßt sich die Spannungsänderung an dem Verbraucher selbst in einem sehr großen Überspannungsbereich in verhältnismäßig engen Grenzen halten.Finally, one could connect to the output of the AC voltage source Connect the resistor via two anti-parallel connected thyristors, z. B. are always ignited via Zener diodes when the amplitude of the alternating voltage a response limit has been reached. Such circuits are known per se and have been used to limit overvoltage (U.S. Patent 3,213,349). Has but the mentioned resistance only has the task of flowing through the thyristors Limit short-circuit current. The use of such a circuit related with an alternating voltage source, which is assigned via several separate rectifiers and Smoothing filter feeds various DC voltage consumers, but would result in that the average DC voltage at the consumers drops significantly when the Output voltage of the AC voltage source also only reaches the maximum permitted value exceeds very slightly. Such a drop in consumer voltage but - as mentioned in the introduction - one is also desirable. Through the invention the voltage change at the consumer can be even in a very large overvoltage range keep them within relatively narrow limits.

Dies wird bei einer Stromversorgungsanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß parallel an die Wechselspannungsquene zusätzlich eine Reihenschaltung eines Widerstandes und zweier antiparallelgeschalteter Thyristoren angeschlossen und eine von der Spannung der Wechselspannungsquelle beeinflußte Zündeinrichtung der Art vorgesehen ist, daß die Thyristoren immer dann gezündet werden, wenn die Amplitude der Wechselspannung einen durch die zulässige Grenzspannung an dem Verbraucher bestimmten Ansprechgrenzwert übersteigt, und daß der Ohmwert des Widerständen so bemessen ist, daß der arithmetische Mittelwert jeder Halbwelle der Wechselspannung bei der zu erwartenden größten Überspannung der Wechselspannungsquelle im wesentlichen ebenso groß ist wie der arithmetische Mittelwert einer Halbwelle; deren Scheitelwert gleich dem Ansprechgrenzwert ist.In the case of a power supply system, this is the one mentioned at the beginning Type achieved according to the invention in that parallel to the AC voltage sequence In addition, a series connection of a resistor and two anti-parallel connected Thyristors connected and one influenced by the voltage of the AC voltage source Ignition device of the type is provided that the thyristors are always ignited when the amplitude of the alternating voltage exceeds the permissible limit voltage exceeds certain response limit value at the consumer, and that the ohmic value of the resistance is such that the arithmetic mean of each half-wave the alternating voltage at the expected greatest overvoltage of the alternating voltage source is essentially the same as the arithmetic mean of a half-wave; whose peak value is equal to the response limit value.

Die Erfindung führt gegenüber dem Bekannten zu einem wesentlich größeren Wert für den mit den Thyristoren in Reihe geschalteten Widerstand.The invention leads to a much larger one compared to the known Value for the resistance connected in series with the thyristors.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Figuren erläutert.Details of the invention are explained with reference to the figures.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer. Stromversorgungsanlage mit der erfindungsgemäßen Verbesserung. Mit 1 ist ein vorzugsweise geregelter Wechselrichter bezeichnet, der ein Resonanzfilter einschließt und an der Ausgangsklemme 12 eine praktisch sinusförmige Wechselspannung liefert. Seiner Eingangsklemme 11 wird eine Gleichspannung zugeführt. Der Wechselrichter 1 speist über einen Begrenzer 2 ein Sammelschienensystem 21, an das mehrere Gleichspannungsverbraucher 41, 42, 43 und 44 über zugeordnete Gleichrichter 31; 32, 33 und 34 angeschlossen sind. Die symbolisch dargestellten Gleichrichtereinheiten enthalten auch die Glättungsmittel, die meist aus LC-Siebgliedern bestehen.F i g. 1 shows the basic structure of a. Power supply system with the improvement according to the invention. With 1 is a preferably regulated inverter denotes, which includes a resonance filter and at the output terminal 12 a supplies practically sinusoidal alternating voltage. Its input terminal 11 becomes a DC voltage supplied. The inverter 1 feeds in via a limiter 2 Busbar system 21 to which several DC voltage consumers 41, 42, 43 and 44 via associated rectifier 31; 32, 33 and 34 are connected. The symbolic The rectifier units shown also contain the smoothing agents, mostly consist of LC sieve members.

F i g. 2 zeigt den Aufbau des in F i g.1 schematisch dargestellten Begrenzers 2. Zwischen den beiden von den Wechselrichterausgangsklemmen 12 zu den Sammelschienen 21 führenden Leitungen ist ein Widerstand 16 über zwei antiparallelgeschaltete Thyristoren 151 und 152 angeschlossen. Außerdem liegen zwischen diesen Leitungen zwei Spannungsteiler 17 und 18, an die die Steuerstrecken der beiden Thyristoren über je eine zugeordnete Zenerdiode 171 und 181 angeschlossen sind. Mit Rücksicht auf die nachfolgende Funktionsbeschreibung ist in F i g. 2 als Wechselrichter eine Wechselspannungsquelle 13 mit einem Innenwiderstand 14 dargestellt.F i g. 2 shows the structure of the one shown schematically in FIG Limiter 2. Between the two of the inverter output terminals 12 to the Busbars 21 leading lines is a resistor 16 via two anti-parallel connected Thyristors 151 and 152 connected. Also lie between these lines two voltage dividers 17 and 18, to which the control paths of the two thyristors are connected via an assigned Zener diode 171 and 181. With consideration the following functional description is shown in FIG. 2 as an inverter AC voltage source 13 is shown with an internal resistance 14.

Wenn die Spannung zwischen den erwähnten Leitungen einen durch die Spannungsteiler und Zenerdioden bestimmten Grenzwert überschreitet, zündet - je nach Polarität der gerade anliegenden Spannung - einer der beiden Thyristoren, so daß von dem Zündzeitpunkt an an den Sammelschienen nur noch eine Teilspannung UT wirksam ist, die durch das Verhältnis des Innenwiderstandes 14 der Wechselspannungsquelle 13 und des Widerstandes 16 bestimmt ist. Wählt man die erfindungsgemäße Bemessung für den Widerstand 16, dann ergibt sich je Halbwelle an den Sammelschienen bei rein ohmschem Stromkreis der in F i g. 3 stark ausgezogene Spannungsverlauf. Der Begrenzungsstromkreis hat in der Praxis eine induktive Komponente. Infolgedessen verläuft der Übergang von Kurve Uw auf Kurve UT nicht so steil wie in F i g. 3 dargestellt. In dieser Figur ist der Verlauf einer Halbwelle der Wechselspannung U am Ausgang der Begrenzungseinrichtung 2, bezogen auf die Nennwechselspannung Ulv, abhängig von dem Phasenwinkel a aufgetragen. Die Begrenzungseinrichtung wird hier im Zeitpunkt a1 wirksam. Dabei ist angenommen, daß die Wechselspannung Uw am Ausgang der Wechselspannungsquelle den größtmöglichen Wert Um angenommen hat, der hier 2,5mal so groß ist wie die Nennspannung UN, und daß die Wechselspannung Uw den Ansprechgrenzwert Uz nicht überschreiten darf. Aus der Darstellung ersieht man, daß die Spannung am Ausgang der Begrenzungseinrichtung von dem Zeitpunkt a1 nach einer mit UT bezeichneten Sinusfunktion verläuft: Der Mittelwert dieser Halbwelle entspricht im wesentlichefi dem Mittelwert einer Halbwelle mit dem Scheitelwert Uz, wenn man den Widerstand 16 nach der erfindungsgemäßen Lehre bemißt und wenn an den Ausgangsklemmen der Wechselspannungsquelle maximal die 2,5fache Nennspannung auftreten kann.If the voltage between the above-mentioned lines exceeds a limit value determined by the voltage divider and Zener diodes, one of the two thyristors ignites - depending on the polarity of the voltage currently applied - so that only a partial voltage UT is effective on the busbars from the moment of ignition is determined by the ratio of the internal resistance 14 of the AC voltage source 13 and the resistor 16. If the dimensioning according to the invention for the resistor 16 is selected, then for each half-wave on the busbars with a purely ohmic circuit the result is the one shown in FIG. 3 strongly drawn out tension curve. In practice, the limiting circuit has an inductive component. As a result, the transition from curve Uw to curve UT is not as steep as in FIG. 3 shown. In this figure, the course of a half-wave of the alternating voltage U at the output of the limiting device 2, based on the nominal alternating voltage Ulv, is plotted as a function of the phase angle α. The limiting device takes effect here at time a1. It is assumed that the alternating voltage Uw at the output of the alternating voltage source has assumed the greatest possible value Um , which is 2.5 times as large as the nominal voltage UN, and that the alternating voltage Uw must not exceed the response limit value Uz. It can be seen from the illustration that the voltage at the output of the limiting device runs from the point in time a1 according to a sine function denoted by UT: the mean value of this half-wave essentially corresponds to the mean value of a half-wave with the peak value Uz, if the resistor 16 is set according to the teaching according to the invention dimensioned and if a maximum of 2.5 times the nominal voltage can occur at the output terminals of the AC voltage source.

Zur genauen Berechnung des Widerstandswertes ermittelt man zunächst die maximal mögliche Überspannung U;1,r, die an dem Ausgang einer bestimmten Wechselspannungsquelle auftreten kann. Bei Annahme einer bestimmten maximal zulässigen Spannung Uz ergibt sich dann der kleinste Anschnittwinkel a. aus der Beziehung UA:t - sin am = Uz; (1) die Bemessung des Widerstandes R16 erhält man dann aus der Beziehung Bei einer derartigen Bemessung stellt sich an den Verbrauchern gerade die maximal zulässige Gleichspannung ein. Diese kann niemals überschritten werden, da ja der Berechnung die größte überhaupt auftretende Überspannung zugrunde gelegt wurde. Die Ausgangsspannung UA der Begrenzungseinrichtung und damit die Spannung an den Verbrauchern erhält man bei kleineren Überspannungen mit der Amplitude Uw aus der Beziehung In dieser Beziehung ist der bei einer Überspannung Uiv und der angenommenen Grenzspannung Uz tatsächlich auftretende Winkel a1 einzuführen, der sich aus der Beziehung Uw - sin a1 = Uz (4) ergibt.To calculate the resistance value precisely, the maximum possible overvoltage U; 1, r that can occur at the output of a specific AC voltage source is first determined. Assuming a certain maximum permissible voltage Uz, the smallest lead angle a then results. from the relation UA: t - sin am = Uz; (1) The dimensioning of the resistor R16 is then obtained from the relationship With such a dimensioning, the maximum permissible DC voltage is set at the consumers. This can never be exceeded, since the calculation was based on the greatest overvoltage that ever occurred. The output voltage UA of the limiting device and thus the voltage at the loads are obtained from the relationship with smaller overvoltages with the amplitude Uw In this relationship, the angle a1 that actually occurs in the event of an overvoltage Uiv and the assumed limit voltage Uz is to be introduced, which results from the relationship Uw - sin a1 = Uz (4) .

In F i g. 4 ist der Verlauf der auf die Nennspannung Ulv bezogenen Ausgangsspannung U,1 abhängig von der ebenfalls auf die Nennspannung bezogenen Spannung Uw am Ausgang der Wechselspannungsquelle aufgetragen. Der Darstellung liegt wieder die Annahme zugrunde, daß die maximal mögliche Wechselspannung Uw nicht größer als 2,5. Ulv werden kann und daß die Ausgangsspannung U.4 auf keinen Fall mehr als 25°/o größer als die Ausgangsspannung bei Nennspannung werden darf. Aus der Darstellung ersieht man, daß etwa bei 1,9facher Überspannung am Verbraucher Nennspannung anliegt. Bei weiter zunehmender Überspannung steigt die Verbraucherspannung und erreicht bei 2,5facher Nennspannung den maximalen Grenzwert (1,25 - Ulv). Bei kleineren Überspannungen nimmt die Spannung am Verbraucher etwas ab; sinkt jedoch niemals mehr als etwa 13 °/a unter die Nennspannung ab.In Fig. 4 shows the profile of the output voltage U, 1 related to the nominal voltage Ulv as a function of the voltage Uw, which is also related to the nominal voltage, at the output of the AC voltage source. The representation is again based on the assumption that the maximum possible alternating voltage Uw is not greater than 2.5. Ulv and that the output voltage U.4 may in no case be more than 25% greater than the output voltage at nominal voltage. It can be seen from the illustration that nominal voltage is applied to the consumer at approximately 1.9 times the overvoltage. If the overvoltage continues to increase, the load voltage rises and reaches the maximum limit value (1.25 - Ulv) at 2.5 times the nominal voltage. In the case of smaller overvoltages, the voltage at the consumer decreases slightly; however, it never drops more than about 13 ° / a below the nominal voltage.

Die Darstellung beginnt erst bei 25 °/o Überspannung, weil die Begrenzungseinrichtung unterhalb dieses Wertes noch nicht wirksam zu werden braucht, weil dann die Ausgangsspannung Uw der Wechselspannungsquelle den maximal zugelassenen Wert Uz noch nicht überschreitet.The display only begins at 25% overvoltage, because the limiting device below this value does not yet need to take effect, because then the output voltage Uw of the AC voltage source does not yet exceed the maximum permissible value Uz.

Claims (1)

Patentanspruch: Stromversorgungsanlage zur Speisung mehrerer Gleichspannungsverbraucher mit praktisch konstanter Spannung, die eine bestimmte Grenzspannung auch nicht kurzzeitig überschreiten darf, enthaltend eine Wechselspannungsquelle und mehrere von dieser parallelgespeiste Gleichrichter und diesen zugeordnete Glättungsfilter für die einzelnen Verbraucher, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß parallel an die Wechselspannungsquelle (1; 13, 14) zusätzlich eine Reihen-Schaltung eines Widerstandes (16) und zweier antiparallel geschalteter Thyristoren (151, 152) angeschlossen und eine von der Spannung der Wechselspannungsquelle beeinflußte Zündeinrichtung (17171; 18; 181) der Art vorgesehen ist, daß die Thyristoren (151, 152) immer dann gezündet werden, wenn die Amplitude der Wechselspannung (Uiv) einen durch die zulässige Grenzspannung an dem Verbraucher bestimmten Ansprechgrenzwert (Uz) übersteigt, und daß der Ohmwert des Widerstandes (16) so bemessen ist, daß der arithmetische Mittelwert jeder Halbwelle der Wechselspannung bei der zu erwartenden größten Überspannung (Uwr) der Wechselspannungsquelle im wesentlichen ebenso groß ist wie der arithmetische Mittelwert einer Halbwelle, deren Scheitelwert gleich dem Ansprechgrenzwert (Uz) ist.Claim: Power supply system for feeding several DC voltage consumers with practically constant voltage, which does not exceed a certain limit voltage even for a short time May exceed, containing an AC voltage source and several of these rectifiers fed in parallel and smoothing filters assigned to them for the individual Consumers, d u r c h e k e n nz e i c h n e t that parallel to the AC voltage source (1; 13, 14) additionally a series connection of a resistor (16) and two antiparallel connected thyristors (151, 152) and one of the Voltage of the alternating voltage source influenced ignition device (17171; 18; 181) it is provided that the thyristors (151, 152) are always triggered if the amplitude of the alternating voltage (Uiv) exceeds the permissible limit voltage at the consumer certain response limit (Uz) exceeds, and that the ohmic value of the resistor (16) is dimensioned so that the arithmetic mean of each half-wave the alternating voltage at the expected greatest overvoltage (Uwr) of the alternating voltage source is essentially the same as the arithmetic mean of a half-wave, whose peak value is equal to the response limit value (Uz).