DE1810099B2

DE1810099B2 - Wechselspannungsstabilisator

Info

Publication number: DE1810099B2
Application number: DE19681810099
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing 7412 Emn gen G05f3 06 Schneider
Original assignee: Wandel u Goltermann, 7412 Eningen
Priority date: 1959-09-25
Filing date: 1968-11-21
Publication date: 1973-05-30
Also published as: US3611117A; DE1810099A1; FR2023780A1; GB1300229A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselspannungsstabilisator, an dessen Eingang oder Ausgang die Abweichung des dortigen Wechselspaninings-Istwertes von einem Sollwert periodisch mit-IeIs einer digitalen Spaniningsmeßvorrichtung festgestellt wird und dessen Ausgangsspannung die Summe der schwankenden Eingangsspannung unc¹ einer durch Steuerung oder Regelung gegenläufig zu den Schwankungen der Eingangsspannung beeinflußten Zusatzspannung ist. die in auf Grund der digital ermittelten Abweichung einschaltbaren, unterschiedlich digital gestuften Transformatorenwicklungen erzeugt wird.

Ein solcher Wechselspannungsstabilisator ist aus der USA.-Patentschrift 3 018 431 bekannt. Er erzeugt gegenüber anderen bekannten Stabilisatoren, die phasenanschnittgesteuerte Thyristoren oderTriacs als Stellglied haben, weniger Verzerrungen in der Kurvenform der stabilisierten Spannung und hat gegenüber Stabilisatoren mit kontinuierlich steuerbaren Wirk-Widerständen (Röhren- oder Halbleiterschaltungen) als Stellglieder eine wesentlich geringere Verlustleistung. Außerdem ist er weniger aufwendig als andere bekannte Wechsclspannungsstabilisatoren, welche die von der Zusatzspannung gelieferte Leistung in einem Verstarker erzeugen.

Der aus der USA.-Patentschrift 3 018 431 bekannte Wechselspannungsstabilisator schallet jedoch die Transformatoren« ieklungen für die Zusatzspannung unabhängig von der Phase des durch den Stabilisator !ließenden Wechselstroms, so daß an den Schaltern tier TraiH' ■■' n'.itorenwicklungen Überspannungen auftreten. Diese sind zwar bei der Verwendung von trägen Transduktoren als Schalter unkritisch, jedoch ergibt sich hierbei eine lange Schall- und Regelzeit. ^p- sonder- bei Verwendung von schnellen Halbleiterscn;.horn I'lilen die ÜberMianni'.iiuen schädliche, unter Umständen bis zur Zerstörung der Schalter führende Verluste hervor und verzerren die Kurvenform der stabilisierten Spannung.

Die Erfindung hat die Aufgabe, in Verbindung mit Halbleiterschaltern derartige Schaltüberspannungen zu vermeiden und einen Wechselspannungs^tabilisator mit sehr kurzer Regelzeit und gutem Wirkungsgrad zu ermöglichen, der keinen zusätzlichen Klirrfaktor erzeugt.

ίο Ausgehend von einem Wechselspannungsstabilisator der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Einstellung des Schaltzustandes von die Transformatorenwicklungen schaltenden Halbleitern ein Zwischen-

speicher vorgesehen ist, auf den mittels eines StromnuUdurehgangsdiskriminators die digitale Abweichungsinformation im Augenblick jedes einer MeC-periode folgenden Stromnulldurchgangs übertragbar ist.

Die Erfindung kann weiterhin dahin abgewandelt sein, daß auch bei einem mit Regelung arbeitenden Wechselspannungsstabilisator eine Störwertaufschaltung erfolgt. Hierdurch kann die Einstellzeit vcrkür/t werden.

Hierbei weiden die Zusatzspannung liefernde Transformatorenwicklungen nur während Nulldurchsjäneen des durch den Stabilisator fließenden Wechselstromes geschaltet, wodurch Überspannungen vermieden werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Hierbei zeigt

E ig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines geregelten Wechselspannungsstabilisaiors, bei dem die Zusatzspannung aus binär gestuften, jeweils, in einem besonderen Stufentransformator erzeugten Teilspannungen zusammengesetzt ist und dessen Spannungsmeßvorrichtung einen die Regelabweichung während jeder Halbperiode de-Wechselstromes integrierenden Spannungsfrequen/-wandler enthält, der einen Zähler beaufschlagt,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem ein von der Meßspannung geladener Speicher eines Integra tors mit Impulsen gleicher Ladung und konstanter

4j Wiederholungsfrequenz entladen wird, die gezählt werden.

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines gesteuerten Weehselspannungsstabilisators, bei dem ein von der Meßspannung geladener Speicher eines Integrators mit Konstantstrom entladen wird und die von einem während der Entladezeit von einem Tor durchgelassenen Impulse konstanter Wiederholungsfrequenz gezählt werden, und

F i g. 4 einen Ausschnitt aus dem Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels, bei dem jeder Stufentransformator mehrere Spannungsstufen durch wahlweises Anschalten an eine von mehreren Anzapfungen eines gemeinsamen Hilfstransformators erzeugt.

Beim ersten Ausführungsbeispiel liegt in einer der beiden die Eingangsklemmen 1 mit den Ausgangsklemmen 2 des Stabilisators verbindenden Leitungen die Reihenschaltung der Primärspule eines Stromwandleis 3 sowie der Sekundärspulen mehrerer Smfentransformatoren 4, 5. Die Primärspulen der Stuientransformatoren 4, 5 liegen jeweils über einen Zweiweg-Thyristor 6, 7 (sogenannter Triac) an zwei

Sammelleitungen 8, 9. Diese sind über einen Um- son denen das erste Tor 30 während einer zwischen poler 10, der in nicht näher dargestellter Weise eben- zwei NuIIdurchgängen des Stromes liegenden Halbfalls mit Zweiweg-Thyristoren arbeitet und der über welle die Summierwiderstäiide (18, 20 in Fig. 1) mit eine Steiierleilung 11 betätigbar ist, an den Eingangs- dem Eingang eines Integrators 32 verbindet. Nach klemmen 1 des Stabilisators angeschlossen. Den Pri- 5 Ablauf der Integrationszeil wird der integrator 32 märspulen der Stufeptransformatoren 4, 5 sind Zwei- über das zweite Tor 31 mit jeweils eine koirtante weg-Thyristoren 12, 13 parallel geschaltet. Die Zünd- Ladung aufweisenden Impulsen entluden, die ein um .'lektroden der beiden jeweils zu einem Stufentrans- einem Generator 33 gesteuerter Impulsformer 34 mit formator 4, 5 gehörigen Zweiweg-TTiyristoren 6 und gegenüber der Polarität der Integratorausgangsspan-12. 7 und 13 liegen an Zündschaltungen 14, 15, die io nung umgekehrter Polarität abgibt. Ein mit dem sie wechselweise betätigen. Ausgang des Integrators 32 verbundener Null-Kom-

Mit den Ausgangsklemmen 2 ist über einen Span- parator 35 stellt die Polarität der während der Inte-

nungswandler 16 ein Meßuleichrichter 17 verbunden, grationszeit auflaufenden Integrationsspannung fest

dessen Ausgang übei einen Summierwiderstand 18 und meldet diese einerseits dem Impulsformer 34

am Eingang eines Integrators 19 liegt, mit dem außer- 15 und andererseits dem Netzfpannungs-Umpoler (10 in

dem über einen Summierwiderstand 20 eine Kon- F i g. 1) und dem Nullkoinzidenzgatter (25 in F i g. 1)

Mnntspanmingsquelle 21 verbunden ist. Der Aussiani: ι¹.-. Vor-Rückwärts-ZiAhkrs (24 in Fig. V). Der

iLs Integrators 19 speist eine bipolare Schwellwert- Null-Komparator 35 ei hai¹ \on der Toisieuersehal-

«■challung 22, deren den beiden Polaritäten zii'jeord- Hing 29 einen Torzeii-Aniargsimpuls. und er gibi an

!:eie Impulsausgänge über einen Zünlkanalumpoler 20 diese einen Tor/eii-Endimpuls ab. Während der Tor-

23 an den beiden Zählimpulseinszänneii eines binären zeit erscheint je nach der Polarität dei am Ausgang

^Λ ■ir-Rückwärts-Zählcrs 24 liegen. Ein polaritätsun- des Integrators 32 aufgelaufenen Integraiionsspan-

iibhängiger Rückstellausgang der Sehwellwenschal- ung auf einer von zwei Leitungen 36, 37 ein Tor-

tiing 22 ist mit dem Eingang des Integrators 19 ver- zeitsignal, das einerseits die Polarität der \om Im-

l'iinden. Der Zählkanalumpoler steuert den Zähler 25 pulsformer 34 an das Tor 31 abgegebenen Impulse

>i\ daß er eine durchgehende Zahlenfolge durchläuft bestimmt und das andererseits eine Seite eines dop-

(·■· 2. 1. 0, -M, -I-2 . . .). Die Ausgänge der pellen Tores 38 öffnet, so daß wählend der Torzeil

liüiärsiufen des Vor-Rückwärts-Zählers 24 sind die vom Generator 33 abgegebenen Impulse an einem

einerseits mit einem den Zählkanalumpoler 23 steu- der beiden Ausgänge des Tores 38 erscheinen. Die

ernden sowie die Steiierleitung 11 des L'mpolers 10 30 beiden Ausgänge des Tores 38 sind mit den beiden

beaufschlagenden Nullkoinzidenzgatter 25 und ande- Eingängen des Zählkanalumpolers (23 in F i g. 1 )

KTseits mit den Stufen eines Zwischenspeichers 26 verbunden.

'erblinden, der die Zündschaltungen 14,15 ansteuert. Je nach Geschwindigkeit der Entladung des Inte-Mit der Sekundärspule des Stromwandler 3 ist ein grators 32 durch die Konstantimpulse des lmpulsfor-Diskriminator 27 zur Festellung des Stromnulldurch- 35 niers 34 kann der W'echselspanrungs-.'abilisaior eingangs verbunden, dessen Inipulsausgang an einer weder schnell arbeiten, wobei die Entladezeit einen Ubergaiiesteuerklemme des Zwischenspeichers 26 sehr kleinen Bruchteil jeder Halbperiode der Wechliegt. selspannung beansprucht, wobei bei genügend sehnel-

Dic Summierwiderstäiide 18 und 20 sind so be- ler Entladung ein vernachlässigbar kleiner Fehler !Hessen, daß bei Auftreten der Sollspannung an den 40 entsieht, ode: er kann langsam in der Weise arbeilen. Ausgangsklemmen 2 des Stabilisators kein Strom in daß während genau einer Halbperiode der Wechseiden Eingang des Integrator: 19 Hießt. Weicht da- spannung integriert und innerhalb der nächsten oder gegen die an den Ausgangsklemmen 2 Heuende Span- einer ganzen Anzahl folgender Halbperioden der nung von ihrem Sollwert ab. so fließt ein der Ab- Wechselspannung entladen wird.

weichung proportionaler Strom in den Eingang des 45 Das dritte Ausführungsbeispiel stellt einen mit Integrators 19. Die Ausgangsspannung des Integra- Steuerung arbeitenden Wechselspannungsgenerator tors 19 erreicht also in einer diesem Eingangsstrom dar. bei dem in einer der beiden die EingangskL-inumgekehrt proportionaler Zeit die obere oder die men 39 mit den Ausgangsklemmen 40 de- Stabilisauntere Ansprechschwelle der bipolaren Schwellwerk tors verbindenden Leitungen die Reihenschaltung der schaltung 22, und diese gibt je nach Polarität der In- 50 Priniärspule eines Stromwandlers 41 sowie der Setegratorausgangsspannung an einem ihrer beiden Im- kundärspu'-ii mehrerer Stufentruiisfonriatoren 42, 43 pulsaiisgänge einen Zählimpuls ab, der den Vor- liegt. Die Primärspulen der Stufentransformator! Riickwärts-Zähler um eine Stelle weilerschaltet. Die 42, 43 sind jeweils über einen Zweiweg-Thyristor 44, Anzahl der während einer Flalbwclle des Stromes 45 mit zwei Sammelleitungen 46. 47 \erblinden. (Meßzeit) erzeugten Zählimpulse ist ako dem Inte- 55 Diese sinü über einen Umpoler48, der in nicht näher gral der Spannung.sabweiclning proportional. dargestelltcrWeise ebenfalls mit Zwciwcg-Thv rotoren

Am Ende jeder Meßzeitperiode veranlaßt der Dis- arbeitet und der über eine Steiierleitung 49 betätig-

kriminator 27 das Ansprechen derjenigen Zündschal- bar ist. an die Eingangsklernmen 39 des Stabilisators

Hingen 14, 15, deren zugehörige Zählstufen zu die- angeschlossen. Den Primärspulen der Stufcntraiisfor-

sem Zeitpunkt gesetzt sind. 60 matoren 42 43 sind Zweiweg-Thyristoren 50. 51 par-

Das zweite Äusführungsbeispiel unterscheidet sich allel geschaltet. Die Zündelektroden der beiden jevom ersten Äusführungsbeispiel im wesentlichen nur weils zu einem Stufentransformator gehörigen Zweidurch seinen in Fig. 2 dargestellten Analog-Digital- wcg-Thyristorcn 44 und 50, 45 und 51. liegen an wandler, der an die Stelle des in Fig. 1 durch ein Zündschaltungen 52, 53, die sie wechselweise begestrichelt dargestelltes Rechteck 28 umgrenzten tätigen.

Schaltungsteil tritt. Eine vom Stromnulldurchgangs- ⁵ Zwischen der die Eingangsklemm-π 39 und die

Diskriminator (27 in Fig. 1) gesteuerte Torsteuer- Ausgangsklemmen 40 direkt verbindenden Leitung

schaltung 29 steuert abwechselnd zwei Tore 30, 31, und einem Verbindungspunkt der Primärspule des

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Stromwandlers 41 mit den Sekundärspulen des ersten im Augenblick der Torumschallung an seinem Aus-Stufcntransformators 42 sind die Eingangsklemmen gang aufweist, entladen. Zur Messung der für die des Umpolcrs 48 sowie ein Spannungswandler 54 an- Entladung benötigten Zeit, die der integrierten Spangeschlossen, der einen Meßglcichrichter 55 speist. nung entspricht, wird mit dem Beginn dieser zweiten dessen Ausgang über einem Summierwiderstand 56 5 Zeitspanne auch das Tor 64 geöffnet, so daß der am Eingang eines Tores 57 liegt, mit dem außerdem Zähler 66 vom Normalfrct|uenzgcnerator65 beaufiibi.'r einen Summierwiderstand 58 eine Konstant- schlagt wird. Am Ende der zweiten Zeitspanne melspannungsquelle 59 und über einen Summierwider- det der Nullspannungskomparator 63 den Zeilpunkt stand 60 eine vom Stromwandler 41 gespeiste Stör- der Entladung des Integrators 62 der Torschaltung wcrtaufschaltung 61 verbunden ist. Ein am Ausgang io 70, die das Tor 68 wieder auftrennt, und er beendet des Tores 57 liegender Integrator 62 speist einen die Torzeit des Tores 64, das den Normalfrequenz-Nullspannungskomparator 63. Dieser steuert ein Tor generator 65 wieder vom Zähler abtrennt.
64, das einen Normalfrequenzgenerator 65 mit einem Entsprechend der während der Entladezeit er-Zähler 66 verbindet. Die Zählerstufen steuern über reichten Zählerstellung werden dann beim nächsten die Stufen eines Zwischenspeichers 67 die Zünd- 15 Stromnulldurchgang, durch den der Zwischenspeischaltungen 52, 53 an. eher 67 zur Übergabe der Einstellinformation an die

Mit dem Eingang des Integrators 62, der einen ka- Zündschaltungen 52, 53 veranlaßt wird und durch pazitiv gegengekoppelten Operationsverstärker ent- den auch der Beginn der nächsten Integrationszeit hält, ist über ein Tor 68 eine umpolbare Konstant- festgelegt wird, die Zweiweg-Thyristoren 44, 45, 50, stromquelle 69 verbunden. Steuerausgänge einer Tor- ao 51 eingestellt, die bis zur Übergabe der nächsten Einsteuerschaltung 70 sind an die Tore 57 und 68, an Stellinformation eingestellt bleiben,
den Zähler66 und an den Nullspannungskomparator Bei dem in Fig. 4 nur in einem Ausschnitt gezeig-63 angeschlossen, während Steuereingänge der Tor- ten vierten Ausführungsbeispiel kann jeder der Stusteuerschaltung 70 am Stromnulldurchgangs-Diskri- fentrani^rmatoren 72, 73 mittels jeweils vier Zweiminator 71 und am Nullspannungskomparator 63 55 weg-Thyristoren 74, 75, 76, 77 bzw. 78, 79, 80, 81 liegen. in verschiedener Weise mit Sammelleitungen 82, 83,

Bei dem in F i g. 3 dargestellten gesteuerten Wech- 84, 85 verbunden werden, die an Anzapfungen eines

selspannungsstabilisator wird während zweier aufein- Zwischentransformators 86 liegen. Die Steuerleitun-

anderfolgender Stromnulldurchgänge, die der Strom- gen der Zweiweg-Thyristoren 74 bis 81 liegen an

nulldurchgangs-Diskriminator 71 der Torsteuerschal- 30 Zündschaltungen 87 bis 94, deren Steuereingänge

tung 70 meldet, das Tor 57 durchgeschaltet, so daß über eine Kodiereinrichtung 95 mit nicht näher dar-

der zunächst entladene Integrator 62 eine Ausgangs- gestellten Ausgängen eines Zwischenspeichers (z. B.

spannung annimmt, die von der Summe der Ströme 67 in Fig. 3) verbunden sind. Bei Zündung jeweils

bestimmt ist, die der Meßgleichrichter 55, die Kon- eines der einem Stufentransformator zugeordneten

stantspannungsquelle 59 und die Störwertaufschal- 35 Zweiweg-Thyristors ergeben sich vier verschiedene

tung 61 an seinen Eingang liefern. mögliche Ausgangsspannungen des Stufentransfor-

In einer zweiten Zeitspanne, die sehr kurz ist und mators, z. B. 0, 1, 2 oder 3 Volt, 0, 4, 8, 12 Volt und

in der Nähe jedes Stromnulldurchganges liegt, wird 0. 16, 32, 48 Volt, die positiv oder negativ sein kön-

das Tor 57 aufgetrennt und das Tor 68 durchgeschal- nen, je nachdem, wie der dem Zwischentransforma-

tet. Dadurch wird der Integrator 62 mit einem Strom 40 tor 68 vorgeschaltete, gestrichelt gezeichnete Umpolei

aus der Konstantstromquelle 69 von umgekehrter 96 (der z. B. dem Umpoler 48 in F ig . 3 entsprechen

Polarität, wie sie der Nullspannungskomparator 63 kann), eingestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Wechselspannungsstabilisator, an dessen Eingang oder Ausgang die Abweichung des dortigen Wechselspannungs-Istwertes von einem Sollwert periodisch mittels einer digitalen Spannungsmeßvorrichtung festgestellt wird und dessen Ausgangsspannung die Summe der schwankenden Eingangsspannung und einer durch Steuerung oder Regelung gegenläufig zu den Schwankungen der Eingangsspannung beeinflußten Zusatzspannung ist, die in auf Grund der digital ermittelten Abweichung einschaltbaren, unterschiedlich digital gestuften Transformatorenwicklungen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für .lic Einstell·...g des Schaltzustandes von die rransforrruitorenwicklungen schaltenden Halbleitern ein Zwischenspeicher (26 bzw. 67) vorgesehen ist. auf den mittels eines Siromnulldurchgangsdiskiiminators (27 b/w. 71) die digitale Abweichuiigsinformation im Augenblick jedes einer Meßperiode folgenden St omnulldurchüanus übertragbar ist.