DE2736934A1 - Rectifier distortion reduction system - uses transistor switches and transformer having low losses and giving low distortion on AC input - Google Patents
Rectifier distortion reduction system - uses transistor switches and transformer having low losses and giving low distortion on AC inputInfo
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Abstract
Description
Beschreibung und PatentansprücheDescription and claims
Einfache Einrichtung ohne prinzipbedingte Verluste zur Entnahme von netzfrequentem, weitgehend sinusförmigem Strom aus Wechsel- oder D&ehspannungsnetzen und zur Oberführung der entnommenen elektrischen Encrgie in galvanisch verbundene Gleichspannungssysteme oder Gleichspannungszwischensysteme.Simple set-up without any losses due to the principle involved in the removal of Mains-frequency, largely sinusoidal current from AC or D & eh voltage networks and to convert the withdrawn electrical energy into galvanically connected DC voltage systems or DC voltage intermediate systems.
Elektrische Energienetze, insbesondere solche von hochindustrialisierten Ländern, werden in zunehmendem Maße durch Oberschwingungsströme beeinflußt, welche von Geräten der Leistungselektronik verursacht werden.Electrical energy networks, especially those of highly industrialized ones Countries are increasingly affected by harmonic currents, which caused by power electronics devices.
Ab einer bestimmten Höhe stören diese Oberschwingungsströme sowohl den Betrieb der Energienetze selbst als auch andere dort angeschlossene Verbraucher. Es stellt sich somit die Aufgabe, die von Gleichstromsystemen oder Wechsel- und Drehstromsystemen mit netzfremder Frequenz benötigte elektrische Energie den speisenden Wechsel- oder Drehspannungsnetzen über netzfrequenten, weitgehend sinusförmigen Strom und möglichst ohne prinzipbedingte Verluste zu entnehmen.Above a certain level, these harmonic currents interfere with both the operation of the energy networks themselves as well as other consumers connected there. It is thus the task of direct current systems or alternating and Three-phase systems with non-network frequencies require electrical energy from the supplying AC or three-phase voltage networks via network-frequency, largely sinusoidal Electricity and, if possible, to be drawn without any losses due to the principle.
Diese Aufgabe wird von der hiermit vorgestellten Erfindung mit geringem Aufwand gelöst.This task is achieved with little of the invention presented here Effort solved.
Bei ihrer Beschreibung sei zunächst auf die Entnahme von Energie aus Wechselspannungsnetzen eingegangen und erst im Anschluß daran auf die entsprechealdc Aufgabe bei Drehspannungsnetzen.In describing them, let us first focus on the extraction of energy AC voltage networks and only then on the corresponding aldc task in three-phase networks.
Außerdem soll aus Gründen der Obersicht vorab eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beispielhaft vollständig beschrieben werden. Ergänzungen, Abwandlungen und Realisierungen mit Hilfe anderer Bauelemente seien erst an späterer Stelle vorgestellt und erläutert.In addition, for the sake of clarity, a special embodiment should be made beforehand of the invention will be fully described by way of example. Additions, modifications and realizations with the help of other components will only be presented at a later point and explained.
Zu diesem Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1,von links beginnend,zunächst schematisch ein speisendes Wechselspannungsnetz (1) mit der Spannung Uv welchem nacheinander eine Differenzspannungsdrossel (2), ein ungesteuerter Gleichrichter in Brückenschaltung (3), ein Gegentaktspcrwandler mit stufig variabler Spannungsübersetzung (4) und ein Gleichspannungssystem (5) mit der Spannung E nachgeschaltet sind.FIG. 1 initially shows this exemplary embodiment, starting from the left schematically a feeding AC voltage network (1) with the voltage Uv which one after the other a differential voltage choke (2), an uncontrolled rectifier in bridge circuit (3), a push-pull converter with step-variable voltage translation (4) and a DC voltage system (5) with the voltage E are connected downstream.
Der Gegentaktsparwandler enthält einen zu seiner Mitte symmetrischen Spartransformator (6) mit insgesamt 3 primärseitigen und 8 sekundärseitigen Anzapfungen.The push-pull parallel converter contains one that is symmetrical about its center Autotransformer (6) with a total of 3 primary-side and 8 secondary-side taps.
Die primärseitige MittelanLapfug (7) ist direkt mit dem Pluspol des Brückengleichrichters verbunden. Die beiden primärseitigen Außenanzapfungen (9) und (10) sind jeweils im Abstand von w Windungen vom Mittelpunkt des Transformators entfernt angebracht und getrennt zu den Kollektoren zweier npn-Schalttransistoren (11) und (12) geführt, deren Emitter mit dem Minuspol des Brückengleichrichters verbunden sind. Die beiden inneren sekundärseitigen Anzapfungen des Spartransformators sind jeweils im Abstand von w-1 Windungen von dessen Mittelpunkt angebracht und getrennt zu den Anoden zweier Dioden (13) und (14) geführt, deren Kathoden mit dem Pluspol des Gleichspannungssystems verbunden sind. Die äußeren sekundärseitigen Anzapfungen des Spartransformators sind paarweise symmetrisch in Abständen von (w1 + w2), (w1+ +w2 + w3) und (W1 + w2 + W3 + W4) Windungen von dessen Mittelpunkt entfernt angebracht und jeweils getrennt zu den Anoden von sechs Thyristoren (15) bis (20) zugeführt, deren Kathoden mit dem Pluspol des Gleichspannungssystems verbunden sind.The central lap on the primary side (7) is directly connected to the positive pole of the Bridge rectifier connected. The two external taps on the primary side (9) and (10) are each w turns from the center of the transformer remotely attached and separated from the collectors of two npn switching transistors (11) and (12), their emitters with the negative pole of the bridge rectifier are connected. The two inner taps on the secondary side of the autotransformer are each at a distance of w-1 turns of its center attached and separately led to the anodes of two diodes (13) and (14), their Cathodes are connected to the positive pole of the DC voltage system. The outer Secondary-side taps of the autotransformer are symmetrical in pairs in Distances of (w1 + w2), (w1 + + w2 + w3) and (W1 + w2 + W3 + W4) turns of its Center remotely attached and each separate to the anodes of six thyristors (15) to (20), the cathodes of which are connected to the positive pole of the DC voltage system are connected.
Die treibende Wechselspannung uN habe die Amplitude u und die Kreisfrequenz . F. die folgende Betrachtung werde die laufende Zeit t bzw. deren bezogener Wert r = £ot t ab dem letzten Nulldurchgang der Wechselspannung uN gerechnet und es sei angenownen, daß die beiden Schalttransistoren (11) und (12) sowie die sechs Thyristoren (15) bis (20) synchron zur Spannung uN in folgender Weise beeinflußt werden: Von E0 = C bis #1 r + 7r/22 seien die beiden Transistoren (11) und (12) leitend und (infolgedessen) sämtliche Thyristoren gesperrt.The driving alternating voltage uN has the amplitude u and the angular frequency . F. the following consideration will be the running time t or its related value r = £ ot t calculated from the last zero crossing of the alternating voltage uN and let it be assumed that the two switching transistors (11) and (12) and the six thyristors (15) to (20) can be influenced synchronously with the voltage uN in the following way: From E0 = C to # 1 r + 7r / 22 let the two transistors (11) and (12) be conductive and (as a result) all thyristors blocked.
Zur (bezogenen) Zeit #1 = g + #/22 werde der linke Schalttransistor (11) gesperrt (der rechte bleibe leitend) und der äußerste linke Thyristor (19) gezündet.At the (related) time # 1 = g + # / 22 become the left switching transistor (11) blocked (the right one remains conductive) and the extreme left thyristor (19) ignited.
Zur (bezogenen) Zeit #1u = # + 2.#/22 werde der richte Schalttransistor (12) gesperrt und der linke (11) wieder eingeschaltet, des weiteren werde der äußerste rechte Thyristor (20) gezündet.At the (related) time # 1u = # + 2. # / 22 becomes the correct switching transistor (12) blocked and the left (11) switched on again, furthermore the outermost one right thyristor (20) ignited.
Zur (bezogenen) Zeit #2 = # + 3 t-/22 werde der linke Schalttransistor (11) gesperrt und der rechte (12) wieder eingeschaltet, des weiteren werde der mittlere der drei linken Thyristoren, der Thyristor (17) gezündet.At the (related) time # 2 = # + 3 t- / 22 the left switching transistor becomes (11) blocked and the right one (12) switched on again, furthermore the middle one becomes of the three left thyristors, the thyristor (17) ignited.
Zur (bezogenen) Zeit g2u = f + 4.;r/22 werde der rechte Schalttransistor (12) wieder gesperrt und der linke (11) eingeschaltet sowie der mittlere der drei rechten Thyristoren, der Thyristor (18) gezündet.At the (related) time g2u = f + 4.; r / 22 becomes the right switching transistor (12) locked again and the left one (11) switched on as well as the middle of the three right thyristor, the thyristor (18) ignited.
Entsprechend werde weiter verfahren in einer Weise, wie sie aus folgender
Tabelle I hervorgeht: Tabelle I
Unter dieser Voraussetzung hat die Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters im Intervall von #5 = # + 9 #/22 bis #'5 = # + 13 r/22 (sowie entsprechend im Intervall von 75 + # = &+ # + 9 #/22 bis #'5, + # = # + 71 + 13 #/22), so lange nämliche beide Transistoren (11) und (12) gesperrt sind und der Strom i zu gleichen Teilen von den Dioden (13) und (14) geführt wird, den Wert der Spannung E des Gleichspannungssystems (u = E). In den Intervallen von r + a/22 bis 5 = # + 9 #/22 und von #'5 = # + 13 #/22 bis #'1 = + 21 #/22 (sowie entsprechend in den Intervallen von #1 + ? = 6 + # + #/22 bis #5 + # = # + # + 9 # #/22 und von #'5 + 8~ = # + # + 13 #/22 bis #'1 + e = g + # + 21 # /22), so-lange jeweils ein Transistor leitend und der andere gesperrt ist, wird der Strom i gemeinsam vom momentan leitenden Transistor und dem zuletzt gezündeten Thyristor bzw. der Diode der gegenüberliegenden Hälfte des Spartransformators geführt.Under this condition the voltage has u from the center of the Autotransformer to the negative pole of the bridge rectifier in the interval from # 5 = # + 9 # / 22 to # '5 = # + 13 r / 22 (and accordingly in the interval from 75 + # = & + # + 9 # / 22 to # '5, + # = # + 71 + 13 # / 22), as long as the same two transistors (11) and (12) are blocked and the current i in equal parts from the diodes (13) and (14) is performed, the value of the voltage E of the DC voltage system (u = E). In the intervals from r + a / 22 to 5 = # + 9 # / 22 and from # '5 = # + 13 # / 22 to # '1 = + 21 # / 22 (as well as correspondingly in the intervals of # 1 +? = 6 + # + # / 22 to # 5 + # = # + # + 9 # # / 22 and from # '5 + 8 ~ = # + # + 13 # / 22 to #' 1 + e = g + # + 21 # / 22), as long as one transistor is conducting and the other is blocked is, the current i is shared by the currently conducting transistor and the last ignited thyristor or the diode of the opposite half of the autotransformer guided.
Damit beträgt die Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters einen bestimmten Bruchteil # der Spannung E des Gleichspannungssystems. Dieser Bruchteil bestimmt sich aus dem Induktionsgesetz als Verhältnis der Windungszahl w (vom Mittelpunkt des Spartransformators zu dessen primärseitigen Außenanzapfungen) zur Summe aus dieser Windungszahl w und jener Windungszahl, welche die sekundärseitige Anzapfung des Spartransformators, durch welche ein Teil des Stromes i momentan zum Gleichspannungssystem hinausfließt, bis hin zum Mittelpunkt des Spartransformators aufweist.Thus the voltage is u from the center point of the autotransformer to the negative pole of the bridge rectifier a certain fraction # of the voltage E of the DC voltage system. This fraction is determined from the law of induction as the ratio of the number of turns w (from the center of the autotransformer to its primary-side external taps) to the sum of this number of turns w and that number of turns, which the secondary-side tap of the autotransformer, through which part of the current i momentarily flows out to the DC voltage system, has up to the center of the autotransformer.
Beispielsweise wird im Zeitintervall von #2 = # + 3 ;F/22 bis #2u = # + 4 r/22 der Strom i vom rechten Transistor (12) und dem mittleren Thyristor (17) der linken Hälfte geführt. Infolgedessen hat # in diesem Intervall den Wert und die Spannung u nimmt somit den Wert an. In den Intervallen von = = # bis #1 = # + #/22 und E1 = + 21 /22 bis #0 + r = 6 + # (sowie entsprechend in den Intervallen von E0 + = 6 + +7 bis r1 + F = # + r + r /22 und von #'1 + g = 6 + # + 21 #/22 bis #0 + 2 7F = CC + 2 #), solange beide Transistoren (11) und (12) leitend sind und der Strom i - sofern er von Null verschieden ist - zu gleichen Teilen von den Transistoren geführt wird, hat die Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters grundsätzlich den Wert Null, unabhängig davon, ob i ~ und damit i von Null verschieden sind oder nicht. Von diesem Umstand wird nozh sehr vorteilhaft Gebrauch gemacht werden.For example, in the time interval from # 2 = # + 3; F / 22 to # 2u = # + 4 r / 22, the current i is carried by the right transistor (12) and the middle thyristor (17) of the left half. As a result, # has the value in this interval and the voltage u thus takes the value at. In the intervals from = = # to # 1 = # + # / 22 and E1 = + 21/22 to # 0 + r = 6 + # (and accordingly in the intervals from E0 + = 6 + +7 to r1 + F = # + r + r / 22 and from # '1 + g = 6 + # + 21 # / 22 to # 0 + 2 7F = CC + 2 #) as long as both transistors (11) and (12) are conductive and the current i - if it is different from zero - is carried in equal parts by the transistors, the voltage u from the center point of the autotransformer to the negative pole of the bridge rectifier basically has the value zero, regardless of whether i ~ and thus i are different from zero or not. This circumstance will nozh be used very advantageously.
Unter den angegebenen Voraussetzungen und bei einer Wahl der Windungszahlverhältnisse des Spartransformators entsprechend folgenden Relationen w1 = 0,088 w W2 = 0,227 w w3 0,523 w w4 = 1,677 w erhält man somit für die Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters den in Fig. 2 Mitte skizzierten Verlauf. Dabei wurde für die Spannung E des Gleichspannungssystems der Wert E = 0,9932 cos #. û~ zugrundegelegt. Oberhalb dieser Treppenkurve u = u(#) ist der Verlauf der Spannung us des speisenden Wechselspannungssystems dargestellt.Under the specified conditions and with a choice of the number of turns ratios of the autotransformer according to the following relations w1 = 0.088 w W2 = 0.227 w w3 0.523 w w4 = 1.677 w is thus obtained for the voltage u from the midpoint of the Autotransformer to the negative pole of the bridge rectifier sketched in Fig. 2 center Course. The value E = for the voltage E of the direct voltage system 0.9932 cos #. û ~ taken as a basis. Above this step curve u = u (#) is the course the voltage us of the feeding AC voltage system.
Ergänzend zu den bisher gemachten Annahmen sei im folgenden von dem später ebenfalls noch sicherzustellenden Umstand ausgegangen, daß der Strom is in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter im (bezogenen) Zeitintervall von 1 = # + z /22 bis #'1 = + 21 #/22 größer als Null, also positiv und im Zeitintervall von #1 + # = 6 + 1 + /22 bis t1 + it = # + a + 21 -r/22 kleiner als Null, also negativ ist.In addition to the assumptions made so far, the following is from the It was also assumed later that the current is in the AC feed line to the bridge rectifier in the (related) time interval from 1 = # + z / 22 to # '1 = + 21 # / 22 greater than zero, i.e. positive and in the time interval from # 1 + # = 6 + 1 + / 22 to t1 + it = # + a + 21 -r / 22 less than zero, i.e. negative is.
Dies hat zur Folge, daß der als stromgesteuerter Schalter fungierende Brückengleichrichter (3) von seinem rechten Wechselstromanschluß (21) gegen seinen linken Wechselstromanschluß (22) im Zeitintervall # + r/22 # r # # + 21 7r /22 die Spannung UT = u aufweist (weil in diesem Zeitintervall der Strom i ~ größer als Null ist) und daß diese Spannung uT im Zeitintervall + + z + # /22 # # # # + # + 21 # /22 den Wert uT = -u annimmt (weil in diesem Zeitintervall der Strom i, kleiner als Null ist).This has the consequence that the acting as a current-controlled switch Bridge rectifier (3) from his right AC connection (21) to his left AC connection (22) in the time interval # + r / 22 # r # # + 21 7r / 22 die Voltage UT = u (because in this time interval the current i ~ is greater than Is zero) and that this voltage uT in the time interval + + z + # / 22 # # # # + # + 21 # / 22 assumes the value uT = -u (because in this time interval the current i, is smaller than is zero).
Damit hat die Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters (3) den in Fig. 2 unten skizzierten Verlauf. Unterzieht man die dadurch gegebene Funktion einer Fourier-Analyse, so erhält man für die in ihr enthaltene Grundschwingung mit der (bezogenen) Periodendauer 2# die strichliert eingetragene Spannung u1 mit der Amplitude: û1 = E 1/0,9932 = û~.cos # . Die in der Spannung uT enthaltenen Oberschwingungen haben die Kreisfrequenzen ## = # . # und die Amplituden wobei gilt 9 = s 22 # 1 1 und # = 1,2,3 ...co.The voltage uT between the two alternating current connections (21) and (22) of the bridge rectifier (3) thus has the curve sketched in FIG. 2 at the bottom. If the function given by this is subjected to a Fourier analysis, one obtains for the fundamental oscillation it contains with the (related) period duration 2 #, the voltage u1 entered in broken lines with the amplitude: û1 = E 1 / 0.9932 = û ~ .cos #. The harmonics contained in the voltage uT have the circular frequencies ## = #. # and the amplitudes where 9 = s 22 # 1 1 and # = 1,2,3 ... co.
Es treten also die Ordnungszahlen # = 21,23; 43,45; 65,67; mit den Amplituden u1/21, u1/23; Ú1/43 ù1/45; u1/65, u;/67; ....auf.The ordinal numbers # = 21.23; 43.45; 65.67; with the Amplitudes u1 / 21, u1 / 23; Ú1 / 43 ù1 / 45; u1 / 65, u; / 67; ....on.
Hinsichtlich der Oberschwingungen ist von besonderer Bedeutung, daß zum einen nur ziemlich hohe Ordnungszahlen und damit auch hohe Frequenzen auftreten und daß zum anderen deren Amplituden recht gering sind. Hinsichtlich der Grundschwingung u1 ist festzuhalten, daß diese in ihrer Amplitude (über die Wahl von E) und in ihrer Phasenlage relativ zur treibenden Wechselspannung u, (über die Wahl von 6 ) in weiten Grenzen frei beeinflußt werden kann.With regard to harmonics it is of particular importance that on the one hand only fairly high ordinal numbers and thus high frequencies occur and on the other hand, their amplitudes are quite low. With regard to the fundamental u1 is to be noted that this in its amplitude (via the choice of E) and in its Phase position relative to the driving AC voltage u, (via the choice of 6) in a wide range Limits can be freely influenced.
Die Spannung uD an der Differenzspannungsdrossel bestimmt sich nach Fig. 1 zu Ihr Grundschwingungsanteil uD1 = u ~ - u1 legt die Grundschwingung i~ des Stromes N in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter fest. Ihre Oberschwingungsanteile uDç = -u bewirken Oberschwingungen im Strom ia . Diese sind aber - zumindest in der Nähe des Nennbetriebszustands der Anlage - sehr viel kleiner als die Grundschwingung, da die wirksame Impedanz der Differenzspannungsdrossel mit steigender Frequenz linear zunimmt und die in uT enthaltenden Oberschwingungen hohe Frequenzen und dazuhin noch kleine Amplituden aufweisen.The voltage uD at the differential voltage choke is determined according to FIG. 1 Its fundamental component uD1 = u ~ - u1 defines the fundamental i ~ of the current N in the AC line to the bridge rectifier. Their harmonic components uDç = -u cause harmonics in the current ia. However, these are - at least in the vicinity of the nominal operating state of the system - very much smaller than the fundamental, since the effective impedance of the differential voltage choke increases linearly with increasing frequency and the harmonics contained in uT have high frequencies and also small amplitudes.
Aus diesen Gründen seien deshalb zunächst nur die Grundschwingungen in UD. > uT und is also die Größen uD1 , u1 und i~1 betrachtet.For these reasons, only the fundamental vibrations are initially assumed in UD. > uT and the quantities uD1, u1 and i ~ 1 are considered.
Ihr allgemeiner Zusammenhang wird durch das in Fig. 3a dargestellte Zeigerdiagramm wiedergegeben: Danach eilt der. Strom I ~1 der Spannung U um 900 nach und die Spannung UD1 folgt aus der Beziehung UD1 Us Ua -D1 -Man erkennt, daß über eine geeignete Wahl der Amplitude der Spannung U1 und deren Phasennacheilung c gegenüber der Spannung U der Winkel / um welchen der Strom I ~1 der Spannung UN nacheilt, innerhalb gewisser Grenzen frei gewählt werden kann. Zum Beispiel können auch Verhältnisse eingestellt werden, wie sie in Fig. 3 b wiedergegeben sind. Dort ist g = 200 gewählt und die Grundschwingungsamplitude der Spannung u1 zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters (3) über die Einstellung der Spannung E des Gleichspannungssystems (8) so festgelegt, daß die Grundschwingung der Spannung uD an der Differenzspannungsdrossel der Grundschwingung der Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters um 900 nacheilt. Infolgedessen befindet sich die Grundschwingung des Stromes ts in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter in Phase mit der Grundschwingung der Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters.Their general relationship is shown in Fig. 3a Vector diagram reproduced: Then the hurries. Current I ~ 1 of voltage U around 900 after and the voltage UD1 follows from the relationship UD1 Us Ua -D1 -One recognizes that via a suitable choice of the amplitude of the voltage U1 and its phase lag c with respect to the voltage U is the angle / by which the current I ~ 1 of the voltage UN lags, can be chosen freely within certain limits. For example can ratios can also be set, as shown in Fig. 3b. there is selected g = 200 and the fundamental amplitude of the voltage u1 between the two AC connections (21) and (22) of the bridge rectifier (3) the setting of the voltage E of the DC voltage system (8) determined so that the fundamental oscillation of the voltage uD at the differential voltage choke of the fundamental oscillation the voltage uT between the two AC connections (21) and (22) of the bridge rectifier lags behind by 900. Consequently is the fundamental oscillation of the current ts in the AC line to the bridge rectifier in phase with the fundamental oscillation of the voltage uT between the two AC connections (21) and (22) of the bridge rectifier.
Für diese Verhältnisse nach Fig. 3 b zeigt das Diagramm in Fig. 4 die zeitlichen Verläufe der Spannung ur (23) des speisenden Wechselspannungssystems (oben), der Spannung u (24) vom Mittelpunkt (7) des Spartransformators (6) zum Minuspol des Brückengleichrichters (3) (Mitte), der Spannung uT (2R) zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters (unten) sowie des Stromes is (26) in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter (wieder oben).The diagram in FIG. 4 shows these relationships according to FIG. 3 b the time curves of the voltage ur (23) of the feeding AC voltage system (top), the voltage u (24) from the center point (7) of the autotransformer (6) to the negative pole of the bridge rectifier (3) (middle), the voltage uT (2R) between the two AC connections (21) and (22) of the bridge rectifier (below) and the Current is (26) in the AC line to the bridge rectifier (again above).
Fig. 5 zeigt den Verlauf derselben Größen (u,, u, UT und i, ) für den Fall, daß die Phasennacheilung der Spannung U1 gegenüber der Spannung U auf 100 zurückgenommen wird und die Grundschwingungsamplitude der Spannung u1 zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters über die Einstellung der Spannung E des Gleichspannungssystems wieder so festgelegt wird, daß die Grundschwingung des Stromes is in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter sich in Phase mit der Grundschwingung der Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters befindet.Fig. 5 shows the course of the same quantities (u ,, u, UT and i,) for the case that the phase lag of the voltage U1 compared to the voltage U on 100 is withdrawn and the fundamental amplitude of the voltage u1 between the two AC connections of the bridge rectifier via the setting the voltage E of the DC voltage system is set again so that the fundamental oscillation of the current is in phase in the AC feed line to the bridge rectifier with the fundamental oscillation of voltage uT between the two AC connections of the bridge rectifier is located.
Die beiden Diagramme zeigen, daß es ohne Schwierigkeiten möglich ist, die weiter vorn vorausgesetzten Umstände durch eine geeignete Wahl von und E und insbesondere eine geeignete Zuordnung dieser beiden Größen zueinander sicherzustellen. Wie vorausgesetzt, ist immer dann, wenn mindestens einer der beiden Transistoren (11) und (12) sperrt, der Strom i in der Wechseistromzuleitung zum Brückengleichrichter von Null verschieden (i~ + O) und infolgedessen der vom Pluspol des Brückengleichrichters zum Mittelpunkt des Spartransformators fließende Strom i größer als Null (i > O) Im besonderen ist der Strom i in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter im (bezogenen Zeitintervall von r1 = ! + r /22 bis #i = # + 21 # #/22 größer als Null, also positiv und im Zeitintervall von r1 + # = # + # + /22 bis t1 + # = ! + ! + 21 # /22 kleiner als Null, also negativ. Dieser letztgenannte Umstand (is > 0 von #1 = 6 + # /22 bis #' - + 21 r- /22 und i~ < O von #1 + ;r = + 6 + #/22 bis T' r 6 + # + 21 # /22) ist es, welcher für eine einwandfreie Funktion der in Schaltung nach Fig. 1 eingehalten werden muß, wenn diese entsprechend Tabelle I betrieben wird. Aus den in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Skizzen geht hervor, daß damit für die Nulldurchgänge des Stromes iN (26) in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter nur vorgeschrieben wird, daß diese innerhalb bestimmter Zeitintervalle erfolgen. Der Nulldurchgang vom Negativen ins Positive hat im (bezogenen) Zeitintervall von T = g - r /22 bis 7 = G + F /22 , jener vom Positiven ins Negative im (bezogenen) Zeitintervall von r = # + 21 m /22 bis 7 = 6 + a F # /22 zu erfolgen. Die Zuordnung der beiden Größen e und E zueinander sowie zur Amplitude und Phasenlage der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems muß also nicht exakt entsprechend dem Zeigerdiagramm nach Fig. 3 b erfolgen. Vielmehr gibt es einen gewissen Bereich, in welchem s und/oder E variiert werden können, ohne daß die einwandfreie Funktion der Schaltung beeinträchtigt wird. Diese Unempfindlichkeit der Anordnung gegenüber gewissen Änderungen der Parameter C und E wirkt sich bei ihrer praktischen Ausführung sehr vorteilhaft aus.The two diagrams show that it is possible without difficulty the circumstances previously presupposed by a suitable choice of and E and in particular to ensure a suitable assignment of these two variables to one another. As assumed, is always when at least one of the two transistors (11) and (12) block the current i in the AC feed line to the bridge rectifier different from zero (i ~ + O) and consequently that of the positive pole of the bridge rectifier Current i flowing to the center of the autotransformer is greater than zero (i> O) In particular, the current i is in the AC line to the bridge rectifier in the (related time interval from r1 =! + r / 22 to #i = # + 21 # # / 22 greater than Zero, i.e. positive and in the time interval from r1 + # = # + # + / 22 to t1 + # =! +! + 21 # / 22 less than zero, i.e. negative. This latter circumstance (is > 0 from # 1 = 6 + # / 22 to # '- + 21 r- / 22 and i ~ <O from # 1 +; r = + 6 + # / 22 to T 'r 6 + # + 21 # / 22) is what is required for proper functioning of the must be complied with in the circuit according to FIG. 1, if this is in accordance with the table I operated. From the in Fig. 4 and Fig. 5 shown sketches it can be seen that thus for the zero crossings of the current iN (26) in the alternating current supply line the bridge rectifier is only stipulated that this is within certain Time intervals take place. The zero crossing from negative to positive has in the (related) Time interval from T = g - r / 22 to 7 = G + F / 22, that from positive to negative in the (related) time interval from r = # + 21 m / 22 to 7 = 6 + a F # / 22. The assignment of the two quantities e and E to one another and to the amplitude and phase position the voltage of the feeding AC voltage system does not have to correspond exactly the vector diagram of Fig. 3b take place. Rather, there is a certain area in which s and / or E can be varied without affecting proper function the circuit is affected. This insensitivity to the arrangement certain changes in parameters C and E will affect their practical implementation very beneficial.
Die sich mit der doppelten Frequenz des speisenden Wechselspannungssystems 2f = 2/2'r periodisch wiederholende Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) sowie der Thyristoren (15) bis (20) entsprechend der weiter vorn aufgeführten Tabelle kann in einfacher Weise über eine mit dem speisenden Wechselspannungssystem synchronisierte Schaltlogik erfolgen. Der Wert E , welcher die veränderbare Verschiebung der verschiedenen Schaltzeitpunkte gegenüber den Nulldurchgängen der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems kennzeichnet und, wie aus den Diagrammen in Fig. 4 und Fig. 5 hervorging, die dem Wechselspannungssystem entnommene Leistung festlegt, wird dieser Schaltlogik von außen vorgegeben. Fig. 6 zeigt die Anordnung nach Fig. .1 nach Ergänzung um eine derartige, in dem gestrichelten Kasten enthaltene Schaltlogik (27). Diese Schaltlogik kann auf vielerlei Weise realisiert werden.Which are at twice the frequency of the feeding AC voltage system 2f = 2 / 2'r periodically repeating control of the transistors (11) and (12) and the thyristors (15) to (20) according to the table above can be easily connected to the AC voltage system synchronized Switching logic take place. The value E, which is the variable displacement of the various Switching times compared to the zero crossings of the voltage of the feeding AC voltage system and, as emerged from the diagrams in Fig. 4 and Fig. 5, the Determines the power drawn from the AC voltage system, this switching logic is controlled by given outside. Fig. 6 shows the arrangement of FIG. 1 after adding one such switching logic contained in the dashed box (27). This switching logic can be implemented in many ways.
Im Beispiel nach Fig. 6 enthält sie zunächst ein Führungs-RC-Glied, bestehend aus dem einstellbaren Widerstand (28) und dem Kondensator (29), dessen Spannung der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems um den über die Größe des Widerstands (28) beeinflußbaren Winkel g nacheilt. Diesem Führungs-RC-Glied sind, über die Impedanzwandler (30) hinsichtlich ihrer Rückwirkungen entkoppelt, insgesamt 18 Verzögerungs-RC-Glieder, bestehend aus den Widerständen (31) und den Kondensatoren (32), nachgeschaltet, deren Spannungen der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems um die Winkel e +/. t/22 , /= 1 bis 9 und 13 bis 21 nacheilen.In the example according to FIG. 6, it initially contains a guide RC element, consisting of the adjustable resistor (28) and the capacitor (29), whose Voltage of the voltage of the feeding AC voltage system by the over the size of the resistor (28) lags influencable angle g. This lead RC member are, via the impedance converter (30), decoupled with regard to their repercussions, a total of 18 delay RC elements, consisting of the resistors (31) and the Capacitors (32) connected downstream, the voltages of which correspond to the voltage of the feeding AC voltage system by the angles e + /. lag t / 22, / = 1 to 9 and 13 to 21.
Dem letzten Verzögerungs-RC-Glied dieser Kette ist ein weiterer Impedanzwandler (33) nachgeordnet.The last delay RC link in this chain is another impedance converter (33) subordinated.
Die Ausgänge der den Verzögerungs-RC-Gliedern nachgeschalteten Impedanzwandler sind, jeder für sich, an insgesamt 18 Komparatoren (34) angeschlossen, deren Ausgangspannungen bei jedem Nulldurchgang der an dem zugehörigen Impedanzwandler (30) liegenden Kondensatorspannung ihre Vorzeichen wechseln.The outputs of the impedance converters connected downstream of the delay RC elements are each connected to a total of 18 comparators (34), their output voltages at each zero crossing of the capacitor voltage applied to the associated impedance converter (30) change their signs.
Die Ausgänge dieser 18 Komparatoren sind auf eine logische Verknüpfungseinheit (35) geschaltet, welche die beiden Transistoren (11) und (12) gemäß der weiter vorn aufgeführten Tabelle ein-und ausschaltet und - gleichfalls gemäß dieser Tabelle - die Thyristoren (15) bis (20) zündet.The outputs of these 18 comparators are linked to a logic unit (35) switched, which the two transistors (11) and (12) according to the further forward listed table on and off and - also according to this table - The thyristors (15) to (20) ignites.
Der Aufbau dies r Verknüpfungseinheit (35) ist so einfach, daß sich ihre weitere Erläuterung erübrigt.The structure of this r linking unit (35) is so simple that it can be no further explanation is required.
Beim heutigen Stand der Technik kann die gesamte mit dem speisenden Wechselspannungssystem synchronisierte Schaltlogik (27) jedoch in bekannter, weniger aufwendiger und zugleich exakterer Weise z.B.With the current state of the art, the entire can with the dining AC voltage system synchronized switching logic (27), however, in a known, less more complex and at the same time more exact way e.g.
mit Hilfe eines Oszillators, eines elektronischen Zählwerks und eines elektronischen Festwertspeichers realisiert werden. Auch solche Lösungen gestatten es ohne Schwierigkeiten, den Winkel e über die Stellung eines Potentiometers oder eine Steuerspannung von außen vorzuschreiben bzw. zu verändern. Darüberhinaus können damit die in der weiter vorn aufgeführten Tabelle angegebenen Schaltpunkte auch dann sehr genau eingehalten werden, wenn sich die Frequenz des speisenden Wechselspannungssystems (1) in nennenswertem Maße verändert.with the help of an oscillator, an electronic counter and a electronic read-only memory. Also allow such solutions it without difficulty, the angle e via the position of a potentiometer or to prescribe or change a control voltage from the outside. In addition, you can thus the switching points specified in the table above even then be adhered to very precisely if the frequency of the feeding AC voltage system (1) changed to a significant extent.
Für eine Einhaltung der durch das Zeigerdiagramm nach Fig. 3 b charakterisierten Verhältnisse muß dann, wenn zum Zwecke einer Veränderung der dem Wechselspannungssystem (1) entnommenen Leistung der Winkel C verstellt wird, auch die Spannung E des aufnehmenden Gleichspannungssystems den neuen Verhältnissen angepaßt werden.For compliance with those characterized by the phasor diagram according to FIG. 3b Ratios must then, if for the purpose of changing the alternating voltage system (1) the drawn power of the angle C is adjusted, also the voltage E of the absorbing DC voltage system to be adapted to the new conditions.
Im vorliegenden Beispiel hat die Amplitude der Spannung zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters (3) den Wert: ul = E/O,9932 Aus dem Zeigerdiagramm gemäß Fig. 3 b folgt: u1 = uzv * cos Somit hat für Verhältnisse entsprechend Fig. 3 b die Beziehung E = 0,9932 us zip cos » zu bestehen. Für die vorgestellte Einrichtung sind für # vornehmlich Werte im Bereich von Orbis etwa 200 bedeutsam. In diesem Bereich variiert der Term cos E im Bereich zwischen 1 und 0,94. Die erforderliche Veränderung von E bleibt also innerhalb eines Bereichs von nur 6 t.In the present example, the amplitude of the voltage between the both AC connections of the bridge rectifier (3) the value: ul = E / O, 9932 From the vector diagram according to FIG. 3 b it follows: u1 = uzv * cos Thus has for ratios in accordance with FIG. 3 b, the relationship E = 0.9932 us zip cos »to exist. For the The presented facilities are primarily values in the range of Orbis for # 200 significant. In this range, the term cos E varies in the range between 1 and 0.94. The required change in E thus remains within a range of only 6 t.
Ihre praktische Realisierung wird sich nach dem speziellen Anwendungsfall richten.Their practical realization will depend on the specific application judge.
Wird z.B. die dem Gleichspannungssystem (5) zugeführte elektrische Energie unter Zwischenschaltung eines Gleichstromstellers einem Gleichstromverbraucher - etwa einer zu ladenden Batterie - zugeführt, so kann E über das Spannungsübersetzungsverhältnis dieses Gleichstromste]lers entsprechend beeinflußt werden. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 7 a die beiden Klemmen (36) und (37) nochmals gezeichnet, an welche in Fig. 6 das aufnehmende Gleichspannungssystem (5) angeschlossen ist. An dieses Gleichspannungssystem (5) ist nun in Fig. 7 a ein Gleichstromsteller (38) mit variablem Spannungsübersetzungsverhältnis angeschlossen, welcher an seinem Ausgang eine Speicherbatterie (39) speist. Ober eine Veränderung des Spannungsübersetzungsvcrhältnisses des Gleichstromstellers (38) kann die Spannung E zwischen den beiden Anschlußklemmen (36) und (37) des Gleichspannungszwischensystems (5) einfach in der gewünschten Weise verstellt werden. Dabei ist es zweckmäßig, diese Verstellung-über einen Regler vorzunehmen, welchem als Sollwert die gewünschte Gleichspannung Esoll , z.B. entsprechend vorstehender Gleichung, also zufolge Eso11 = 0,9932 u . . cos C , vorgegeben wird und welchem die tatsächlich vorhandene Spannung E zwischen den beiden Klemmen (36) und (37) als Istwert EiSt dienen kann. Zur Bildung des ,1 Sollwerts Esoll = 0,9932 ú û~. cos 6 ist der Scheitelwert ûs der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems (1) zu erfassen und mit 0,9932 sowie mit cos C zu multiplizieren.If, for example, the electrical Energy with the interposition of a DC power converter to a DC load - for example a battery to be charged - is supplied, E can be via the voltage transformation ratio this DC controller can be influenced accordingly. To clarify are In Fig. 7 a, the two terminals (36) and (37) are drawn again, to which in Fig. 6 the receiving DC voltage system (5) is connected. To this DC system (5) is now in Fig. 7a a DC chopper (38) with a variable voltage transformation ratio connected, which feeds a storage battery (39) at its output. Upper a change in the voltage transformation ratio of the DC chopper (38) the voltage E between the two connection terminals (36) and (37) of the DC voltage intermediate system (5) can easily be adjusted in the desired manner. It is useful to to make this adjustment via a controller, which is the desired value as the setpoint DC voltage Esoll, e.g. according to the above equation, i.e. according to Eso11 = 0.9932 u. . cos C, and which is the actual voltage E. between the two terminals (36) and (37) can serve as the actual value EiSt. For education des, 1 setpoint Esoll = 0.9932 ú û ~. cos 6 is the peak value ûs of the voltage of the feeding AC voltage system (1) and with 0.9932 and with multiply cos C.
Man kann dazu jedoch. auch sehr vorteilhaft von der Tatsache Gebrauch machen, daß die Spannung am Kondensator (29) des Führungs-RC-Gliedes in der Schaltlogik (27) von Fig. 6 die Amplitude u co g aufweist (vgl. hierzu das Zeigerdiagramm nach Fig. 3 b), welche nach ihrer Erfassung dann nur noch mit dem konstanten Faktor ),9932 gewichtet werden muß, um als der gewünschte Sollwert Verwendung finden zu können.You can do this, however. also very beneficial use of the fact make that the voltage on the capacitor (29) of the lead RC element in the switching logic (27) of FIG. 6 has the amplitude u co g (cf. the phasor diagram according to FIG Fig. 3 b), which after their detection then only with the constant factor), 9932 must be weighted in order to be able to be used as the desired target value.
Der Scheitelwert dieser Kondensatorspannung kann entweder über einen einfachen Spitzenwertmesser oder - dynamisch hochwertiger - über eine elektronische Quadrierung dieser Spannung, eine anschliessende Entfernung des dann enthaltenen Wechselanteils mit der doppelten Frequenz (2f = 2 * /2 r ) des speisenden Wechselspannungssystems mit Hilfe eines sog. Kerbfilters und eine nachfolgende elektronische Radizierung gewonnen werden.The peak value of this capacitor voltage can either be via a simple peak value meter or - dynamically higher quality - via an electronic one Squaring of this tension, a subsequent removal of what is then contained AC component with twice the frequency (2f = 2 * / 2 r) of the feeding AC voltage system with the help of a so-called notch filter and a subsequent electronic root extraction be won.
Ein anderes Verfahren für die Einstellung der Spannung E sei anhand von Fig. 7 b beschrieben.Another method for setting the voltage E is based on of Fig. 7b described.
Dort ist an das Gleichspannungssystem (5) beispielhaft ein Wechselrichter (40)angeschlossen und die Spannung E des Gleichspannungssystems wird über die diesem System zugeführte (oder - in entsprechender Weise - die diesem System entnommene) Leistung auf den gewünschten Wert eingestellt bzw. eingeregelt. Wird die zugeführte Leistung erhöht, so vergrößert sich E , wird diese Leistung verringert, so nimmt E ab.There is an example of the DC voltage system (5) a Inverter (40) connected and the voltage E of the DC voltage system is via the ones supplied to this system (or - in a corresponding manner - those supplied to this system withdrawn) power set or adjusted to the desired value. Will the supplied power increases, so E increases, this power is reduced, so E decreases.
In Fig. 8 a ist in die Zuleitung vom Gleichspannungssystem (5) zu einem Gleichstromverbraucher (41) ein stetig arbeitender Leistungstransistor (42) eingeschaltet, dessen Leitwert über seinen Basisstrom jeweils so eingestellt bzw. eingeregelt wird, daß E den gewünschten Wert annimmt.In Fig. 8 a is in the supply line from the DC voltage system (5) a DC load (41) a continuously operating power transistor (42) switched on, the conductance of which is set or changed via its base current. it is regulated that E assumes the desired value.
Als letztes Beispiel für die Veränderung von E zeigt Fig. 8 b eine Anordnung, in welcher in die Zuleitung vom Gleichspannungssystem (5) zu einem G;eichstromverbraucher (43) ein kleiner, potentialtrennender Gleichstromsteller (44) eingefügt ist, dessen Ausgang seine Leistung ebenfalls an den Gleichstromverbraucher (43) abgibt. Ober eine Änderung des Spannungsübersetzungsverhältnisses des Gleichstromstellers (44) kann die Spannung E des Gleichspannungssystems (5) wieder so eingestellt bzw.As a final example of the change in E, FIG. 8 b shows a Arrangement in which in the supply line from the DC voltage system (5) to a DC power consumer (43) a small, electrically isolated DC chopper (44) is inserted, its Output also delivers its power to the direct current consumer (43). Upper a change in the voltage transformation ratio of the DC chopper (44) the voltage E of the DC voltage system (5) can be set or
eingeregelt werden, daß sie den gewünschten Wert annimmt.can be adjusted so that it assumes the desired value.
Bisher wurde davon ausgegangen, daß zum Zwecke einer Veränderung der dem Wechselspannungssystem (1) entnommenen Leistung primär der Winkel s verstellt und die Spannung E des aufnehmenden Gleichspannungssystems dann den neuen Verhältnissen angepaßt wird. Selbstverständlich ist auch das umgekehrte Vorgehen möglich. Dabei wird zum Zwecke einer Veränderung der dem Wechselspannungssystem entnommenen Leistung primär die Spannung E des aufnehmenden Gleichspannungssystems verstellt und dann der Winkel g den neuen Verhältnissen angepaßt. Letzteres kann beispielsweise so geschehen, daß die Werte E und ú einem Funktionsgenerator eingegeben werden, welcher an seinem Ausgang den Wert E = = arc cos 0,9932 uw liefert, der' seinerseits einer Schaltlogik vorgegeben wird, solche mit der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems (1) synchronisiert ist und welche die beiden Transistoren (11) und (12) gemäß der weiter vorn aufgeführten Tabelle ein- und ausschaltet und - gleichfalls gemäß dieser Tabelle -die Thyristoren (15) bis (20) zündet. Andererseits kann der für C angestrebte Wert sehr vorteilhaft auch mittelbar eingestellt werden, z.B. dadurch, daß die zeitliche Lage der Nulldurchgänge des Stromes i (26) in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter (vgl. hierzu Fig. 4 und 5) relativ zur Spannung uT (25) zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters erfaßt und durch eine einheitliche Verlagerung der Transistor-Umschalt- sowie der Thyristor-Zünd-Zeitpunkte relativ zur Spannung uU des speisenden Wechselspannungssystems so eingestellt bzw. eingereglt wird, daß die Nulldurchgänge des Stromes in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter etwa in die Mitte jener Zeitintervalle zu liegen kommen, in welchen die Spannung uT (25) den Wert Null abnimmt (vgl. hierzu Fig. 4 und 5), weil währenddessen beide Transistoren (11) und (12) leitend sind.So far it has been assumed that for the purpose of changing the the AC voltage system (1) drawn power primarily adjusts the angle s and the voltage E of the receiving DC voltage system then the new conditions is adjusted. Of course, the reverse is also possible. Included is used to change the power drawn from the AC voltage system primarily adjusts the voltage E of the receiving DC voltage system and then the angle g adapted to the new conditions. The latter can be like this, for example happen that the values E and ú are input to a function generator, which at its output the value E = = arc cos 0.9932 uw supplies, which in turn is a Switching logic is specified, those with the voltage of the feeding AC voltage system (1) is synchronized and which the two transistors (11) and (12) according to the switches on and off in the table listed above and - also in accordance with this Table - the thyristors (15) to (20) ignites. On the other hand, the one aimed at for C can Value can also be set indirectly, e.g. by setting the time Position of the zero crossings of the Current i (26) in the AC supply line to the bridge rectifier (see Fig. 4 and 5) relative to the voltage uT (25) between the two AC connections (21) and (22) of the bridge rectifier detected and by a uniform relocation of the transistor switching as well as the Thyristor ignition times relative to the voltage of the supplying AC voltage system is set or regulated so that the zero crossings of the current in the AC supply line to the bridge rectifier come to lie approximately in the middle of those time intervals, in which the voltage uT (25) decreases the value zero (cf. Figs. 4 and 5), because meanwhile both transistors (11) and (12) are conductive.
Derselbe Effekt läßt sich dadurch herbeiführen, daß die Schaltlogik, welche die sich mit der doppelten Frequenz des speisenden Wechselspannungssystems 2f = 2co/2'r periodisch wiederholende Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) sowie der Thyristoren (15) bis (20) entsprechend der weiter vorn beschriebenen zeitlichen Aufeinanderfolge vornimmt, nicht mit dem speisenden Wechselspannungssystem sondern - unter Fortfall der zeitlichen Verschiebung um den Winkel C - direkt mit dem Strom iN in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter synchronisiert wird. Für diesen Fall wird eine erste Zusatzeinrichtung erforderlich, welche einen Anlauf der Gesamteinrichtung aus ihrem Ruhezustand sicherstellt. Dies kann beispielhaft so geschehen, daß die genannte Schaltlogik für is = 0 von Hilfsimpulsen getriggert wird, welche von der Spannung us des speisenden Wechselspannungssystems (1) ausgelöst werden (und gegenüber deren Nulldurchgängen um den in einem einfachen Funktionsgenerator näherungsweise gebildeten Winkel g nacheilen) und daß diese Hilfsimpulse für is + 0 unterdrückt werden.The same effect can be brought about by the fact that the switching logic, which operate at twice the frequency of the feeding AC voltage system 2f = 2co / 2'r periodically repeating control of the transistors (11) and (12) as well as the thyristors (15) to (20) corresponding to the temporal described above Performs one after the other, not with the feeding AC voltage system but - with the elimination of the time shift by the angle C - directly with the current iN is synchronized in the AC power line to the bridge rectifier. For this case becomes a first additional device required which ensures a start-up of the entire facility from its idle state. This can for example done in such a way that the switching logic mentioned for is = 0 of auxiliary pulses which is triggered by the voltage us of the feeding AC voltage system (1) are triggered (and compared to their zero crossings by the in a simple Function generator lagging approximately formed angle g) and that these auxiliary pulses for is + 0 are suppressed.
Ober eine zweite Zusatzeinrichtung muß die Stabilität dieses Steuerprinzips gesichert werden, derart, daß sich bei einer Leistungsbeeinflussung über die Spannung E des aufnehmenden Gleichspannungssystems der entsprechend dem Zeigerdiagramm Fig. 3 b zu diesem Wert E gehörende Winkel g einstellt und die positiven und negativen Halbschwingungen des Stromes iw in der Wechselstromzuleitung einen spiegelbildlichen Verlauf aufweisen. Dazu kann beispielsweise der Gleichanteil des Stromes i, in der Wechselstromzuleitung überwacht werden und dann, wenn dieser vom angestrebten Wert Null abweicht, über eine Verzögerung der zur positiven oder negativen Ha-lbschwingung gehörenden Synchronisierimpulse für die Schaltlogik korrigierend eingegriffen werden.A second additional device must ensure the stability of this control principle be secured in such a way that in the event of a power influence on the voltage E of the receiving DC voltage system according to the phasor diagram Fig. 3 b sets the angle g belonging to this value E and the positive and negative Half oscillations of the current iw in the alternating current feed line are a mirror image Show course. For this purpose, for example, the direct component of the current i, in the AC supply line are monitored and then, if this is of the desired value Deviates from zero, via a delay in the positive or negative half oscillation corresponding synchronization pulses for the switching logic can be corrected.
Zum bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung seien im folgenden weitere Ergänzungen und Abwandlungen vorgestellt, welche nacheinander den Ausgangskreis, den Eingangskreis, den Gegentaktsparwandler mit stufig variabler Spannungsübersetzung, die Festlegung von dessen Parametern (Anzapfverhältnisse sowie Umschaltzeitpunkte und damit Höhen und Breiten der Spannungsstufen) und schließlich die gesamte Schaltungskonfiguration betreffen. In das Gleichspannungs- bzw. Gleichspannungszwischensystem (5) wird von der beschriebenen Anordnung ein Gesamtstrom eingespeist, welcher den gewünschten Gleichanteil, dazuhin einen erheblichen Wechselanteil mit der doppelten Frequenz (2f = 2 /2 g ) des speisenden Wechselspannungssystems (1) und schließlich noch unendlich viele Oberschwingungen mit kleinerer Amplitude enthält.For the embodiment of the invention described so far are in The following additional additions and modifications are presented, which one after the other the output circuit, the input circuit, the push-pull parallel converter with stepped variable Voltage transmission, the definition of its parameters (tapping ratios as well as Switching times and thus heights and widths of the voltage levels) and finally affect the entire circuit configuration. In the DC voltage or DC voltage intermediate system (5) a total current is fed in by the arrangement described, which the desired direct component, plus a considerable alternating component with twice the amount Frequency (2f = 2/2 g) of the feeding AC voltage system (1) and finally still contains an infinite number of harmonics with a smaller amplitude.
Es ist daher zweckmäßig, parallel zum Eingang des Gleichspannungs- bzw. Gleichspannungszwischensystems einen Querkondensator und dazuhin noch ein Saugfilter für die doppelte Frequenz des speisenden Wechselspannungssystems zu schalten.It is therefore advisable to connect parallel to the input of the DC voltage or DC voltage intermediate system a shunt capacitor and a suction filter to switch for twice the frequency of the feeding AC voltage system.
Fig. 9 zeigt eine derartige Anordnung mit einem Querkondensator (45) und einem Saugfilter (46), bestehend aus einer Reihenschaltung eines Kondensators (48) und einer Drossel (49).Fig. 9 shows such an arrangement with a shunt capacitor (45) and a suction filter (46) consisting of a series connection of a capacitor (48) and a throttle (49).
Um die Leistungszufuhr zum Gleichspannungs- bzw.In order to supply the power to the DC voltage or
Gleichspannungszwischensystem (5) vollständig unterbinden zu können, kann es zweckmäßig sein, sämtliche nach dort führenden Ventile gesteuert aus zuführen, also die Dioden (13) und (14) (vgl. Fig. 1 und Fig. 6) durch Thyristoren zu ersetzen'und im Normalbetrieb der Schaltung diese Thyristoren jeweils dann zu zünden, wenn sie die Stromführung übernehmen sollen. Fig. 10 zeigt eine derartige Ausführung des Gegentaktsparwandlers mit stufig variabler Spannungsübersetzung (4) nach Ersetzung der Dioden (13) und (14) durch die Innenthyristoren (50) und (51).To be able to completely prevent the DC voltage intermediate system (5), it may be useful to perform all valves leading there in a controlled manner, that is to say to replace the diodes (13) and (14) (see FIGS. 1 and 6) with thyristors and in normal operation of the circuit, these thyristors ignite each time they should take over the current management. Fig. 10 shows such an embodiment of the Push-pull parallel converter with step-variable voltage ratio (4) after replacement the diodes (13) and (14) through the internal thyristors (50) and (51).
Eine vollständige Unterbindung der Leistungszufuhr zum Gleichspannungs- bzw. Gleichspannungszwischensystem (5) kann selbstverständlich auch im Eingangskreis herbeigeführt werden, z.B. dadurch, daß der Eingangsgleichrichter in Brückenschaltung (3) nicht ungesteuert sondern halb- oder vollgesteuert ausgeführt wird oder daß ihm ein Thyristor nach- oder ein Dreielektrodenwechselstromschalter (Triac) vorgeschaltet wird.A complete suppression of the power supply to the DC voltage or DC voltage intermediate system (5) can of course also in the input circuit brought about e.g. by not having the input rectifier in the bridge circuit (3) is carried out uncontrolled but half or fully controlled or that it is a thyristor downstream or a three-electrode alternating current switch (triac) is connected upstream.
Fig. 11 zeigt beispielhaft eine derartige Ausführung des Eingangsgleichrichters (3) mit einem nachgeschalteten Thyristor (52), welcher im Normalbetrieb der Schaltung dauernd leitend gehalten wird, vor Inbetriebnahme der Anordnung und bei deren Stillsetzung jedoch keinen Steuerstrom mehr erhält.11 shows an example of such an embodiment of the input rectifier (3) with a downstream thyristor (52), which in normal operation of the circuit is kept conductive before the system is put into operation and when it is shut down but no longer receives any control current.
Wie aus den in Fig. 4 und 5 dargestellten Diagrammen unschwer zu entnehmen ist, ist es bei korrektem Betrieb der Anordnung unerheblich, ob die Differenzspannungsdrossel (2) vor oder nach dem ungesteuerten Gleichrichter in Brückenschaltung angeordnet ist.As can be seen easily from the diagrams shown in FIGS. 4 and 5 is, it is unimportant with correct operation of the arrangement whether the differential voltage choke (2) Before or after the uncontrolled rectifier arranged in a bridge circuit is.
Fig. 12 zeigt eine Ausführung, bei welcher die Reihenfolge dieser Bauelemente gegenüber der in Fig. 1 dargestellten vertauscht ist. Hier folgt auf das speisende Wechselspannungsnetz (1) also zunächst der Gleichrichter in Brückenschaltung (53) und dann die Differenzspannungsdrossel (2), an welche dann wiederum rechts der Gegentaktsparwandler mit stufig variabler Spannungsübersetzung anzuschliessen hat. Würde auch hier für den Gleichrichter in Brückenschaltung (53) eine ungesteuerte Ausführung verwendet, so würde dieser nicht mehr - wie gewünscht - als stromgesteuerter sondern als spannungsgesteuerter Schalter arbeiten und damit eine korrekte Funktion der Schaltung verhindern.Fig. 12 shows an embodiment in which the order of these Components compared to that shown in Fig. 1 is interchanged. Here follows on the feeding AC voltage network (1) so initially the rectifier in a bridge circuit (53) and then the differential voltage choke (2), to which then again on the right the push-pull parallel converter with step-variable voltage ratio to be connected Has. Here, too, would be an uncontrolled one for the rectifier in the bridge circuit (53) Execution used, then this would no longer - as desired - as a current-controlled but work as a voltage-controlled switch and thus function correctly prevent the circuit.
Um dies zu vermeiden, ist bei der beschriebenen Verlegung der Differenzspannungsdrossel hinter den Eingangsgleichrichter in Brückenschaltung (53) letzterer entweder voll- oder halbgesteuert auszuführen und seine Zündung jeweils so vorzunehmen, daß der Strom i in der Wechselstromzuleitung seine R~htung erst dann umkehren kann, wenn er zuvor zu Null geworden ist. Dies kann in sehr einfacher Weise dadurch erfolgen, daß der nicht-stromführende Zweig erst dann gezündet wird, wenn der Strom im bisher stromführenden Zweig auf Null abgeklungen ist.In order to avoid this, the differential voltage choke must be installed in the described installation behind the input rectifier in bridge circuit (53) the latter either fully or run semi-controlled and to carry out its ignition in such a way that the Current i in the AC line can only reverse its direction when it has previously become zero. This can be done in a very simple way by that the non-current-carrying branch is only ignited when the current in the previously current-carrying branch has decayed to zero.
Beispielhaft ist der in Fig. 12 dargestellte Eingangsgleichrichter in Brückenschaltung (53) als symmetrisch halbgesteuerte Brücke ausgeführt, bei welcher für die beiden kathodengekoppelten Ventile (54) und (55) Thyristoren eingesetzt sind.The input rectifier shown in FIG. 12 is an example in the bridge circuit (53) designed as a symmetrically half-controlled bridge, in which used for the two cathode-coupled valves (54) and (55) thyristors are.
Zur kapazitiv-symmetrischen Entkopplung des Gegentaktsparwandlers mit stufig variabler Spannungsübersetzung und der diesem nachgeschalteten Systeme vom speisenden Wechselspannungssystem kann es sehr nützlich sein, die Differenzspannungsdrossel aufzuteilen und die entstehenden Teildrosseln symmetrisch in die beiden Zuleitungen zum Gegentaktsparandler mit stufig variabler Spannungsübersetzung einzufügen, entweder vor dem Eingangsgleichrichter oder nach diesem.For capacitive-symmetrical decoupling of the push-pull converter with stepped variable voltage transmission and the downstream systems from the feeding AC voltage system, it can be very useful to use the differential voltage choke split and the resulting partial throttles symmetrically in the two supply lines to insert the push-pull parallel converter with stepped variable voltage translation, either before or after the input rectifier.
Fig. 13 zeigt beispielhaft eine Ausführung mit zweigeteilter Differenzspannungsdrossel,bei welcher die beiden Teildrosseln (56) und (57) zwischen dem speisenden Wechselspannungssstem (1). und dem ungesteuerten Gleichrichter in Brückenschaltung (3), also "vor" letzterem angeordnet sind.13 shows an example of an embodiment with a two-part differential voltage choke, at which the two partial chokes (56) and (57) between the feeding AC voltage system (1). and the uncontrolled rectifier in the bridge circuit (3), ie "before" the latter are arranged.
Fig. 14 zeigt den Verlauf der in Fig. 1 eingepfeilten Größen uns , u, uT und iN für den Fall, daß die Phasennacheilung der Spannung U1 gegenüber der Spannung UI, (vgl. hierzu Fig. 3) auf ca. 30 zurückgenommen wird und die Grundschwingungsamplitude der Spannung u1 zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen des Brückengle ichrichters über die Einstellung der Spannung E des Gleichspannungssystems wieder so festgelegt wird, daß die Grundschwingung des Stromes ia in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter sich in Phase mit der Grundschwingung der Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters befindet.FIG. 14 shows the course of the variables indicated in FIG. 1, u, uT and iN in the event that the phase lag of the voltage U1 compared to the Voltage UI (cf. FIG. 3) is reduced to approx. 30 and the fundamental oscillation amplitude the voltage u1 between the two AC connections of the bridge rectifier again so determined by setting the voltage E of the DC voltage system is that the fundamental oscillation of the current ia in the AC feed line to the bridge rectifier be in phase with the fundamental oscillation of the voltage uT between the two AC connections of the bridge rectifier is located.
Man erkennt leicht, daß bei noch stärkerer Zurücknahme von (auf Werte unter 3°) die weiter vorn genannte Bedingung, wonach der Strom i~ in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter im (bezogenen) Zeitintervall von #1 = # + # /22 bis #'1= e + 21 # /22 größer als Null, also positiv, und im Zeitintervall von r1 + Ir = " + # + /22 bis '' + # = g + # + - /22 kleiner als Null, also negativ zu sein hat, nicht mehr eingehalten wird.It is easy to see that if (to values under 3 °) the above-mentioned condition, according to which the current i ~ in the alternating current supply line to the bridge rectifier in the (related) time interval from # 1 = # + # / 22 to # '1 = e + 21 # / 22 greater than zero, i.e. positive, and in the time interval of r1 + Ir = " + # + / 22 to '' + # = g + # + - / 22 less than zero, i.e. has to be negative, is no longer observed.
Infolgedessen würde dann der als stromgesteuerter Schalter fungierende Brückengleichrichter (3) von seinem rechten Wechselstromanschluß (21) (vgl.As a result, the would then act as a current-controlled switch Bridge rectifier (3) from its right AC connection (21) (cf.
hierzu Fig. 1) gegen seinen linken Wechselstromanschluß (22) nicht mehr im ganzen Zeitintervall #+ /22 - # f # + 21 #/22 die Spannung uT = +u aufweisen (weil in diesem Zeitintervall der Strom i, dann eben nicht immer größer als Null wäre) und entsprechend würde diese Spannung uT nicht im ganzen Zeitintervall r+ # + r #/22 # r # + 7r + 21 »-/22 den Wert uT = -u annehmen (weil in diesem Zeitintervall der Strom i~ dann eben nicht immer kleiner als Null bliebe).this Fig. 1) against his left AC connection (22) not more in the entire time interval # + / 22 - # f # + 21 # / 22 have the voltage uT = + u (because the current i in this time interval is not always greater than zero would be) and accordingly this voltage uT would not be in the entire time interval r + # + r # / 22 # r # + 7r + 21 »- / 22 assume the value uT = -u (because in this time interval the current i ~ would then not always remain less than zero).
Dann ginge für die Spannung uT der in den Fig. 4, 5 und 14 dargestellte, in der positiven und negativen Halbschwingung aus je einer einfachen, fünfstufigen Pyramide bestehende Verlauf verloren.Then the voltage uT would be as shown in FIGS. 4, 5 and 14, in the positive and negative half-oscillation from a simple, five-stage each Pyramid lost existing course.
Der Oberschwingungsgehalt dieser Spannung würde sich stark erhöhen und damit auch jener des Stromes i in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter. Soll also zum Zwecke einer starken Verringerung der dem speisenden Wechselspannungssystem (1) entnommenen und dem Gleichspannungssystem (5) zugeführten elektrischen Leistung die Phasennacheilung der Spannung U1 gegenüber der Spannung Us (vgl. hierzu Fig. 3) auf weniger als 10 zurückgenommen werden, ohne daß sich dabei die Kurvenform der Spannung uT erheblich verändert, so muß zuvor die Induktivität der Differenzspannungsdrossel erhöht werden. Dies kann mit geringem Aufwand z.B.The harmonic content of this voltage would be themselves increase significantly and thus also that of the current i in the alternating current feed line to the Bridge rectifier. So should be for the purpose of a strong reduction in the dining AC voltage system (1) removed and fed to the DC voltage system (5) electrical power is the phase lag of the voltage U1 compared to the voltage Us (see FIG. 3) can be reduced to less than 10 without changing while the curve shape of the voltage uT changes considerably, the inductance must first be the differential voltage choke can be increased. This can be done with little effort e.g.
derart realisiert werden, daß entspreched der Darstellung in Fig. 15 zwei Drosseln (58) und (59) vorgesehen werden, welche bei größeren Werten der Grundschwingung des Stromes in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter (3) über den zweipoligen Umschalter (60) parallel geschaltet werden (dann befindet sich der Umschalter, wie in Fig. 15 dargestellt, in Position A) und bei starker Verringerung der dem speisenden Wechselspannungssystem (1) entnommenen elektrischen Leistung in Reihe geschaltet werden (dann befindet sich der Umschalter (60) in Position B). Entsprechendes kann selbstverständlich auch mit einer einzigen, mit mehr als einer Wicklung versehenen Drossel bewirkt werden.can be realized in such a way that corresponding to the representation in Fig. 15 two throttles (58) and (59) are provided, which for larger values of the Fundamental oscillation of the current in the AC line to the bridge rectifier (3) can be connected in parallel via the two-pole changeover switch (60) (then located the changeover switch, as shown in FIG. 15, is in position A) and with stronger Reduction of the electrical power taken from the feeding AC voltage system (1) Power can be connected in series (then the changeover switch (60) is in position B). Corresponding can of course also with a single, with more than a coil provided throttle can be effected.
Andererseits kann ein vorzeitiger Nulldurchgang des Stromes i in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter (vgl. hierzu Fig. 14) auch dadurch vermieden werden, daß, wie an früherer Stelle bereits erwähnt, der Eingangsbrückengleichrichter nicht ungesteuert sondern voll- oder halbgesteuert ausgeführt wird und im bezogenen Zeitintervall ## = 0 bis E1 r6 E 2>r bis #1 + 3# usw. jener Zweig dieser Brücke freigegeben wird, welcher einen Strom i > O in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter zuläßt und im bezogenen Zeitintervall ## = 7t bis #1 + 2r(, 3ir bis #1 + 4 h- usw. der andere Zweig dieser Brücke freigegeben wird.On the other hand, a premature zero crossing of the current i in the AC feed line to the bridge rectifier (see Fig. 14) also through this avoid that, as already mentioned earlier, the input bridge rectifier not uncontrolled but fully or semi-controlled and in the related Time interval ## = 0 to E1 r6 E 2> r to # 1 + 3 # etc. that branch of this bridge is released, which a current i> O in the AC power line to the Bridge rectifier and in the related time interval ## = 7t to # 1 + 2r (, 3ir to # 1 + 4 h- etc. the other branch of this bridge is released.
Beispielhaft dafür ist in Fig. 16 der Eingangsgleichrichter in Brückenschaltung (61) als unsymmetrischhalbgesteuertc Brücke ausgeführt, bei welcher für die beiden Ventile (62) urd (G3) des rechten Zweigs Thyristoren eingesetzt sind.An example of this is the input rectifier in a bridge circuit in FIG (61) designed as an asymmetrical, semi-controlled bridge, in which for the two Valves (62) and (G3) of the right branch thyristors are used.
Bei der weiter vorn vollständig beschriebenen Anordnung treten in der Treppenspannung uT Oberschwingungen mit den.Frequenzen fy = f # auf, wobei = S.22+-1, + = 1,2,3 ...## . f ist die Frequenz der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems, hat also in Europa üblicherweise den Wert 50 Hz, in den USA den Wert 60 Hz. Beim Anschluß der beschriebenen Schaltung an das europäische Standardnctz treten in uT Oberschwingungen mit den Frequenzen 1050 Hz, 1150.Hz, 2150 Hz, 2250 Hz auf. Durch diese Oberschwingungen in uT werden Oberschwingungen im Strom i ~ in der Wechselstromzuleitung zum Verbraucher hervorgerufen, welche dieselben Frequenzen aufweisen. Durch Vorschriften der Energieversorgungsunternehmen werden die maximal zulässigen Effektivwerte dieser Ströme direkt oder mittelbar begrenzt. Derzeit betreffen diese Vorschriften vornehmlich den Frequenzbereich von 100 Hz bis 2000 Hz. Mithin sind von den vorgenannten Oberschwingungen in Strom i insbesondere jene mit den Frequenzen 1050 Hz und 1150 Hz störend.In the arrangement fully described above, in of the staircase voltage uT harmonics with the frequencies fy = f #, where = P.22 + -1, + = 1,2,3 ... ##. f is the frequency of the voltage of the feeding AC voltage system, usually has the value 50 Hz in Europe and 60 Hz in the USA Connection the circuit described to the European standard network occur in uT harmonics with the frequencies 1050 Hz, 1150 Hz, 2150 Hz, 2250 Hz on. These harmonics in uT cause harmonics in the current i ~ in the AC power line to the consumer, which have the same frequencies exhibit. Due to the regulations of the energy supply companies, the maximum permissible effective values of these currents are limited directly or indirectly. Currently concern these regulations primarily cover the frequency range from 100 Hz to 2000 Hz of the aforementioned harmonics in current i are in particular those with the Frequencies 1050 Hz and 1150 Hz disturbing.
Es ist daher naheliegend, diese Oberschwingungen nicht nur durch die Differenzspannungsdrossel zu dämpfen, sondern dazuhin noch durch entsprechende Sperrfilter im Eingangskreis. Fig. 17 zeigt beispielhaft einen aus dem Brückengleichrichter (3) und der Differenzspannungsdrossel (2) bestehenden Eingangskreis, bei welchem der Differenzspannungsdrossel (2) zwei Sperrfilter (64) und (65) nachgeschaltet sind. Diese Sperrfilter bestehen jeweils aus der Parallelschaltung einer kleinen Drossel (66) und (67) sowie eines Kondensators (68) und (69) und sind auf die Frequenzen der besonders störenden Oberschwingungen im Strom iQ (hier 1050 Hz und 1150 Hz) abgestimmt. Bei nahe zusammenliegenden Oberschwingungen läßt sich der entsprechende Effekt auch durch ein einziges, durch Parallelschaltung eines Ohmwiderstands breitbandiger ausgelegtes Sperrfilter herbeiführen.It is therefore obvious that these harmonics are not only caused by the Damping the differential voltage choke, but also through the appropriate blocking filter in the input circle. 17 shows an example of one from the bridge rectifier (3) and the differential voltage choke (2) existing input circuit, in which the differential voltage choke (2) is followed by two blocking filters (64) and (65) are. These notch filters each consist of a parallel connection of a small one Choke (66) and (67) and a capacitor (68) and (69) and are on the frequencies the special one disturbing harmonics in the current iQ (here 1050 Hz and 1150 Hz). With harmonics that are close together, the corresponding effect also through a single, through parallel connection one Bring about the ohmic resistance of a broadband blocking filter.
Oberschwingungen im Strom i in der Wechselstromzuleitung mit Frequenzen oberhalb von 10 kHz, insbesondere oberhalb von 150 kHz sind vornehmlich deshalb unerwünscht, weil durch sie Störungen im Rundfunk- und Fernsehempfang hervorgerufen werden können. Um Oberschwingungen dieses Frequenzbereichs im Strom i aom speisenden Wechselspannungsnetz fernzuhalten, empfiehlt es sich, entsprechend der Darstellung in Fig. 18 in die Verbindungsleitung vom speisenden Wechselspannungssystem zum Brückengleichrichter außer der Differenzspannungsdrossel noch ein Eingangs-Tiefpaßfilter (70) einzufügen.Harmonics in the current i in the AC line with frequencies above 10 kHz, in particular above 150 kHz, are primarily for this reason undesirable because they cause interference in radio and television reception can be. To feed harmonics of this frequency range in the current i aom To keep the AC voltage network away, it is recommended, as shown in the illustration 18 in the connection line from the feeding AC voltage system to the bridge rectifier in addition to the differential voltage choke, an input low-pass filter (70) is to be added.
Dieses Eingangs-Tiefpaßfilter (70) besteht bei der in Fig. 18 dargestellten Anordnung beispielhaft aus zwei - kleinen - Längsdrosseln (71) und (72) sowie zwei kleinen Querkondensatoren (73) und (74).This input low-pass filter (70) is the one shown in FIG Exemplary arrangement of two - small - longitudinal throttles (71) and (72) and two small shunt capacitors (73) and (74).
In Fig. 19 ist nochmals der bereits in Fig. 2, Mitte, skizzierte Verlauf der Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters dargestellt,wie er sich ergibt, wenn die in Fig. 1 dargestcllte Anordnung entsprechend Tabelle I betrieben wird. Diese Treppenkurve u = u(r) ist, wie aus Fig. 19 bzw. Tabelle I unmittelbar hervorgeht, zu den Abszissenwerten r z = # + # /2, r = E + 2 #/2, Z = 6 + 3 # /2 usw. achsensymmetrisch und wird daher durch ihren Verlauf im (bezogenen) Zeitintervall # = <S bis 1 = # + #/2 bereits vollständig charakterisiert. In diesem (bezogenen) Zeitintervall hat die Spannung u den Verlauf einer fünfstufigen, aufsteigenden Treppe. Im besonderen ist u = 0 von # = # bis # = # + , u = y1 von # = # + bis # = # + ß2, u = Y2 von # = # + ß2 bis u = y3 + u = y3 von Z = # + bis t= C+ 6?4, u = 4 von # = + # /L?4 bis r = C + 35, und u = y5 von # = # + ß5 bis # = # + #/2 (vgl. Fig. 19).The course already sketched in FIG. 2, center, is again shown in FIG. 19 the voltage u from the center of the autotransformer to the negative pole of the bridge rectifier shown how it results when the arrangement shown in Fig. 1 accordingly Tabel I operated. This step curve u = u (r) is, as shown in FIG. 19 or the table I can be seen immediately, for the abscissa values r z = # + # / 2, r = E + 2 # / 2, Z = 6 + 3 # / 2 etc. axially symmetrical and is therefore due to its course in the (related) Time interval # = <S to 1 = # + # / 2 already fully characterized. In this (related) time interval, the voltage u has the course of a five-step, ascending stairs. In particular, u = 0 from # = # to # = # +, u = y1 from # = # + to # = # + ß2, u = Y2 from # = # + ß2 to u = y3 + u = y3 from Z = # + to t = C + 6? 4, u = 4 from # = + # / L? 4 to r = C + 35, and u = y5 from # = # + ß5 to # = # + # / 2 (see Fig. 19).
Wie aus Tabelle I hervorgeht, wird dabei auf den Spannungsstufen y1 bis y4 (also nicht auf der Grundstufe u = 0 und nicht auf der Endstufe u = y5) jeweils in der Mitte des betreffenden Zeitintervalls (also z.B. auf der Spannungsstufe y1 zur - bezogenen - Zeit F1u = # + 1/2(ß1 + ß2)) der Schaltzustand der in Fig. 1 an die linke und rechte Seite des Gegentaktspartransformators angeschlossenen Transistoren (11) und (12) sowie Thyristoren (15) bis (20) symmetrisch zur Mittelanzapfung des Gegentaktspartransformators vertauscht (so ist z.B. auf der Spannungsstufe 31 im - bezogenen -Zeitintervall von r = +Äi bis 2-lu = + 1/2((ß1 +!32) der rechte Transistor (12) sowie der linke Thyristor (19) leitend und im anschliessenden Zeitintervall von #1u = # + 1/2( /1 + 42) bis r2 = 6+/52 der linke Transistor (11) sowie der rechte Thyristor (20) ).As can be seen from Table I, the voltage levels y1 up to y4 (i.e. not on the basic level u = 0 and not on the final level u = y5) respectively in the middle of the relevant time interval (e.g. at voltage level y1 at the - related - time F1u = # + 1/2 (ß1 + ß2)) the switching state of the in Fig. 1 on transistors connected to the left and right sides of the push-pull part transformer (11) and (12) and thyristors (15) to (20) symmetrically to the center tap of the Push-pull autotransformer swapped (so is e.g. at the voltage level 31 in the - related - time interval from r = + Äi to 2-lu = + 1/2 ((ß1 +! 32) the right one Transistor (12) and the left thyristor (19) conductive and in the subsequent time interval from # 1u = # + 1/2 (/ 1 + 42) to r2 = 6 + / 52 the left transistor (11) and the right one Thyristor (20)).
Wird diese Vertrauschung des Schaltzustands der an die linke bzw. rechte Seite des Gegentaktspartransformators angeschlossenen Transistoren und Thyristoren nicht nur in der Mitte des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls vorgenommen, sondern, beginnend mit dem Einschalten dieser Spannungsstufe in äquidistanten Zeitabständen, die aus dem zu dieser Spannungsstufe gehörenden Zeitintervall vermöge einer Division durch eine ganze, gerade Zahl z (z > 2) hervorgehen, so kann mit wachsenden Werten von z unter Hinnahme einer höheren Umschalthäufigkeit eine drastische Verringerung der Induktionsbeanspruchung des Gegentaktspartransformators bzw. eine deutliche Verkleinerung desselben erreicht werden. Da die Induktionsbeanspruchung des Gegentaktspartransformators auf den verschiedenen Spannungsstufen unterschiedlich groß ist, kann es dabei zweckmäßig sein, die ganze, gerade Zahl z für die verschiedenen Stufen unterschiedlich groß zu wählen. Letzteres kann sich auch im Hinblick auf die Geräuschentwicklung der Anordnung empfehlen.If this mishandling of the switching status of the left resp. right side of the push-pull part transformer connected transistors and thyristors not only in the middle of the time interval belonging to the voltage level in question made, but, starting with the switching on of this voltage level in equidistant Time intervals, which are capable of the time interval belonging to this voltage level division by a whole, even number z (z> 2), then with increasing values of z while accepting a higher switching frequency a drastic one Reduction of the induction stress of the push-pull part transformer or a significant reduction of the same can be achieved. Since the induction stress of the push-pull autotransformer differently at the various voltage levels is large, it can be useful to use the whole, even number z for the various Choose levels of different sizes. The latter can be even recommend with regard to the noise development of the arrangement.
Wie aus Fig. 19 deutlich hervorgeht, verfügt man dann, wenn man bei der Auslegung des Gegentaktsparwandlers von den anfangs genannten Windungszahlverhältnissen abgeht und die Stufenspannungen Y1 bis nur noch durch die Bedingung o Z 1 c 32 < y3 < y4< Y 5 ~ E einschränkt und wenn man die - bezogenen - Einschaltzeitabstände 31 bis ß5 der verschiedenen Stufen von r = nicht nach der Tabelle I vorgibt, sondern diese Einschaltzeitabstände (von r = ) nur noch durch 0<ß1<ß2<ß3<ß4<ß5<#/2 einschränkt, über insgesamt 10 Freiheitsgrade, über welche z.B. derart verfügt werden kann, daß sich einerseits die gewünschte Grundschwingung der Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen (21) und (22) des Brückengleichrichters ergibt und zum anderen die direkten oder mittelbaren Vorschriften der Energieversorgungsunternehmen hinsichtlich der maximal zulässigen Effektivwerte der Oberschwingungsströme in der Wechselstromzuleitung mit der kleinstmöglichen Drossel erfüllt werden können. Dabei kann sich z.B. eine Treppenkurve u = u(#) mit ß1 = 5,380 ; 42 ~ 13,800 33 = 22,930 ; ß4 = 34,600 ; /35 48,460 und y1 = 0,1392 û1 ; Y2 = 0,3614 uA1 ; = 0,4901 Ü1 y4 = 0,6846 uA1 ; y5 = 0,9164 u1 (= E), wie sie in Fig. 20 oben dargestellt ist,als besonders günstig erweisen. Unten ist in Fig. 20 die zugehörige Spannung uT zwischen den beiden Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters skizziert.As can be clearly seen from FIG. 19, if one is at the design of the push-pull economy converter from the winding number ratios mentioned at the beginning goes off and the step voltages Y1 bis only by the condition o Z 1 c 32 < y3 <y4 <Y 5 ~ E and if one restricts the - related - switch-on time intervals 31 to ß5 of the various levels of r = not specified in Table I, but these switch-on time intervals (from r =) only by 0 <ß1 <ß2 <ß3 <ß4 <ß5 <# / 2 restricts, over a total of 10 degrees of freedom, which are e.g. available in this way can that on the one hand the desired fundamental oscillation of the voltage uT between the two AC connections (21) and (22) of the bridge rectifier results and on the other hand the direct or indirect regulations of the energy supply companies with regard to the maximum permissible effective values of the harmonic currents in the AC feed line can be met with the smallest possible throttle. Included E.g. a step curve u = u (#) with ß1 = 5,380; 42 ~ 13,800 33 = 22,930 ; β4 = 34,600; / 35 48,460 and y1 = 0.1392 û1; Y2 = 0.3614 µA1 ; = 0.4901 Ü1 y4 = 0.6846 uA1; y5 = 0.9164 u1 (= E), as shown in Fig. 20 above is to prove to be particularly cheap. At the bottom of Fig. 20 is the associated voltage UT sketched between the two AC connections of the bridge rectifier.
Eine hierfür durchgeführte Fourieranalyse zeigt, daß nun nicht mehr allein Ober schwingungen mit den Ordnungszahlen $ u 22 + 8 = 1,2,3 ...# auftreten, sondern sämtliche Oberschwingungen mit ungerader Ordnungszahl, diese aber mit so geringen Amplituden, daß die vom Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE) erlassenen Vorschriften 0838, welche die Effektivwerte der verschiedenen Oberschwingungsströme mittelbar limitieren, mit einer besonders kleinen Differenzspannungsdrossel eingehalten werden können.A Fourier analysis carried out for this shows that now no longer only harmonics with the ordinal numbers $ u 22 + 8 = 1,2,3 ... # occur, but all harmonics with odd ordinal numbers, but these with so low amplitudes that those issued by the Association of German Electrical Engineers (VDE) Regulations 0838, which determine the effective values of the various harmonic currents limit indirectly, adhered to with a particularly small differential voltage choke can be.
Dabei legen die vorgenannten Höhen der Spannungsstufen y1 bis y5 die Windungszahlverhältnisse des Gegentaktspartransformators fest (w1 = 0.33f6 66 w w2 = 0.5312w 3 2 = 0.5312w 4 w3 = 0.6659w ; w4 = 4.0476w , vgl. hierzu Fig. 1) und die Stufen-Einschaltabstände g1 bis bestimmten die zeitlichen Abstände, mit welchen die einzelnen Spannungsstufen nach dem Nulldurchgang der Grundschwingung der Spannung uT einzuschalten sind. Es ist leicht einzusehen, daß man über die genannten 10 Freiheitsgrade für den Verlauf der Stufenspannung u (vgl. hierzu Fig. 19) jeweils so verfügen wird, daß die für den betreffenden Anwendungsfall gestellten Randbedingungen bestmöglich erfüllt werden. Dazu kann natürlich auch die Anzahl der Spannungsstufen s und damit auch die Anzahl der Stufen-Einschaltabstände erhöht bzw. im Interesse einer Verringerung des Aufwands auch erniedrigt werden. In der Schaltung nach Fig. 1 ist dazu die Anzahl der sekundärseitigen Anzapfungen des Gegentaktspartransformators (6) (und damit auch die Anzahl der Thyristoren) entsprechend zu erhöhen bzw. zu vermindern.The aforementioned heights of the voltage levels y1 to y5 place the Number of turns ratios of the push-pull autotransformer fixed (w1 = 0.33f6 66 w w2 = 0.5312w 3 2 = 0.5312w 4 w3 = 0.6659w; w4 = 4.0476w, see Fig. 1) and the step switch-on intervals g1 to determine the time intervals with which the individual voltage levels after the zero crossing of the fundamental voltage uT must be switched on. It is easy to see that one has the above 10 degrees of freedom for the course of the Step voltage u (see FIG. 19) in each case in such a way that the boundary conditions set for the application in question to be met in the best possible way. The number of voltage levels can of course also be added s and thus also the number of step switch-on intervals increased or in the interest a reduction in effort can also be reduced. In the circuit according to Fig. 1 is the number of taps on the secondary side of the push-pull autotransformer (6) (and thus also the number of thyristors) accordingly to increase or to Reduce.
Wird, wie soeben erläutert, die Vertauschung des Schaltzustands der an die linke bzw. rechte Seite des Gegentaktspartransformators angeschlossenen Transistoren und Thyristoren nicht nur in der Mitte des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls vorgenommen, soiidein, beginnend mit dem Einschalten dieser Spannungsstufe, in äquidistanten Zeitabständen, die aus dem zu dieser Spannungsstufe gehörenden Zeitintervall vermöge einer Division durch eine ganze, gerade Zahl z (z - 2) hervorgehen, so liegt es nahe, innerhalb des Einschaltintervalls einer Stufe nicht nur den hierzu gehörenden Stufenwert sondern auch noch den vorangehenden und den nachfolgenden Stufenwert einzustellen derart, daß innerhalb der ersten Hälfte des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls j r an einer oder mehreren Stellen während der - bezogenen - Zeitdauern g (g sind dabei positive, ganze, gerade Zahlen und g c z ) der vorangehende Stufenwert eingestellt wird und daß innerhalb der zweiten Hälfte des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls zur an einer oder mehreren Stellen während der - bezogenen - Zeitdauern g ##/# der nachfolgende Stufenwert eingestellt wird.If, as just explained, the switching status of the transistors connected to the left or right side of the push-pull part transformer and thyristors not only in the middle of the voltage level in question Time interval, soiidein, starting with the switching on of this voltage level, at equidistant time intervals from the one belonging to this voltage level Time interval by dividing it by a whole, even number z (z - 2), So it makes sense to not only do this within the switch-on interval of a stage corresponding level value but also the preceding and the following Set the step value in such a way that within the first half of time interval j r belonging to the relevant voltage level at one or more Digits during the - related - time periods g (g are positive, whole, even Numbers and g c z) the previous step value is set and that within the second half of the time interval belonging to the voltage level in question for at one or more places during the - related - time periods g ## / # der the following step value is set.
Fig. 21 zeigt dazu beispielhaft eine Treppenkurve UT mit den Stufen y1 bis 5 , bei welcher innerhalb der ersten Hälften des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls jeweils einmal auf den Stufenwert der folgenden Spannungsstufe umgeschaltet wird (für die - bezogene - Zeitdauer g -- ) und bei welcher innerhalb der zweiten Hälfte des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls jeweils einmal auf den Stufenwert der nachfolgenden Spannungsstufe umgeschaltet wird (für die -'bezogene - Zeitdauer g > wobei sowohl z als auch g für die verschiedenen Stufen bzw. Stufenhälften unterschiedliche Werte haben können). Damit können entweder die von den Energieversorgungsunternehmen oder sonstigen Verbänden erlassenen Vorschriften, welche die Effektivwerte der verschiedenen Oberschwingungsströme mittelbar limitieren,mit einer noch kleineren Differenzspannungsdrossel eingehalten werden oder es kann die Anzahl der Stufen und damit der Aufwand für den Gegentaktsparwandler kleiner gehalten werden, da die Oberschwingungen in der Treppenspannung uT auf diese Weise noch weiter verringert werden können. Wie in den sonstigen bisher beschriebenen Beispielen wird man die Größen E , die Spannung des aufnehmenden Gleichspannungssystems, und £ , den Winkel, um welchen die Grundschwingung u1 der Treppenspannung uT der Spannung us des speisenden Wechselspannungssystems nacheilt, im Wege einer Steuerung und/oder Regelung so beeinflussen, daß zum einen dem speisenden Wechselspannungssystem die gewünschte elektrische Leistung entzogen und dem aufnehmenden Gleichspannungssystem zugeführt wird und daß zum anderen der Strom i in der Wechselstromzuleitung zum Brückengleichrichter immer dann und nur dann durch Null geht, wenn die Spannung zwischen den beiden Eingangsklemmen des Gegentaktsparwandlers den Wert Null aufweist.21 shows an example of a stepped curve UT with the steps y1 to 5, in which within the first half of the voltage level in question corresponding time interval once to the level value of the following voltage level is switched over (for the - related - duration g -) and for which within the second half of the time interval belonging to the voltage level in question each time it switches to the level value of the subsequent voltage level becomes (for the - 'related - duration g> where both z and g for the different Steps or step halves can have different values). So you can either the regulations issued by the energy supply companies or other associations, which are the rms values of the various harmonic currents indirectly limit, can be complied with with an even smaller differential voltage choke or it can be the number of stages and thus the effort for the push-pull parallel converter be kept smaller, since the harmonics in the staircase voltage uT on this Way can be further reduced. As in the others described so far Examples are the quantities E, the voltage of the receiving DC voltage system, and £, the angle by which the fundamental u1 of the staircase voltage uT der Voltage us of the feeding AC voltage system lags, by way of a controller and / or control so that on the one hand the feeding AC voltage system the desired electrical power is withdrawn and the receiving DC voltage system is supplied and that, on the other hand, the current i in the AC power line to the Bridge rectifier always and only goes through zero when the voltage between the two input terminals of the push-pull converter has the value zero.
Für einige Oberlegungen zum Oberlastungsschutz der erfindungsgemäßen Einrichtung sei nochmals auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zurückgekommen.For some considerations on overload protection of the invention The device will come back to the embodiment of FIG.
Dort werden sowohl durch Oberspannungen im speisenden Wechselspannungssystem als auch durch fehlerhafte Vorgaben der Steuerung (insbesondere durch zu große Werte von e und zu kleine Werte von E) bzw. durch von dieser ausgelöste fehlerhafte Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) oder der Thyristoren (15) bis (20) insbesondere die beiden Schalttransistoren (11) und (12) gefährdet.There are both high voltages in the feeding AC voltage system as well as incorrect specifications from the control system (in particular due to to large values of e and too small values of E) or by faulty ones triggered by this Control of the transistors (11) and (12) or the thyristors (15) to (20) in particular the two switching transistors (11) and (12) endangered.
Wie anhand von Fig. 1 und Fig. 4 leicht einzusehen ist, empfiehlt es sich bei einer drohenden, beginnenden oder bestehenden Oberlastung, sofort beide Schalttransistoren (11) und (12) in den sperrenden Zustand zu versetzen und eventuell dazuhin noch sämtliche Thyristoren (15) bis (20) zu zünden.As can easily be seen from FIGS. 1 and 4, recommends In the event of an impending, incipient or existing overload, both immediately To put switching transistors (11) and (12) into the blocking state and possibly additionally to ignite all thyristors (15) to (20).
Dann führen die beiden Schalttransistoren (11) und (12) keinen Strom mehr und die Spannung u nimmt den Wert der Spannung E des aufnehmenden Gleichspannungssystems (5) an und kann deshalb auch nur so rasch ansteigen wie diese, wobei deren Anstiegsgeschwindigkeit durch die Differenzspannungsdrossel (2) und den para]lel zum Eingang des Gleichspannungssystems (5) liegenden Querkondensator (45) (vgl. hierzu Fig. 9) begrenzt wird und - sofern erforderlich - auch noch dadurch limitiert werden kann, daß der Gleichrichter in Brückenschaltung (vgl hierzu wieder Fig. 1) als halbgesteuerte oder vollgesteuerte Brücke ausgeführt und bei drohender, beginnender oder bestehender Belastung nicht mehr freigegeben wird.Then the two switching transistors (11) and (12) do not carry any current more and the voltage u takes the value of the voltage E of the receiving DC voltage system (5) and can therefore only rise as quickly as this, with its rate of rise through the differential voltage choke (2) and the parallel to the input of the DC voltage system (5) lying transverse capacitor (45) (cf. FIG. 9) is limited and - if required - can also be limited by the fact that the rectifier in Bridge circuit (see again Fig. 1) as half-controlled or fully-controlled Bridge carried out and not in the event of impending, beginning or existing loading more is released.
Die beschriebenen Schutzmaßnahmen sind durch eine Anordnung auszulösen, welche eine drohende, beginnende oder bestehende Oberlastung zuverlässig und schnell registriert. So kann es zweckmäßig sein, diese Schutzmaßnahmen generell dann auszulösen, wenn der Scheitelwert der Spannung us des speisenden Wechselspannungssystems (1) oder des Stromes is in der Wechselstromzuleitung bestimmte obere Grenzwerte überschreiten. Dieser Schutz kann aber insbesondere dann nicht selektiv genug sein, wenn die Oberlastung von einer fehlerhaften Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) bzw. der Thyristoren (15) bis (20) ausgeht. Wie aus den Fig. 1 und 4 sofort er,ichtlich ist, wird eine fehlerhafte Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) bzw. der Thyristoren (15) bis (20) (und auch eine Oberspannung im speisenden Wechselspannungssystem (1) ) dann, wenn sie gefährlich zu werden droht, durch eine zu hohe Spannung an der Differenzspannungsdrossel (2) gekennzeichnet. Es ist danach vorteilhaft, die Schutzmaßnahmen dann auszulösen, wenn der Betrag des Momentanwerts der Spannung uD an der Differenzspannungsdrossel einen bestimmten oberen Grenzwert erreicht.The protective measures described are supported by a arrangement to trigger which an impending, beginning or existing overload reliably and registered quickly. So it can be useful to take these protective measures in general to be triggered when the peak value of the voltage us of the feeding AC voltage system (1) or the current is certain upper limit values in the AC supply line exceed. In particular, this protection may not be selective enough if if the overload of incorrect control of the transistors (11) and (12) or the thyristors (15) to (20) goes out. As shown in FIGS. 1 and 4 immediately it is evident that a faulty control of the transistors (11) and (12) or the thyristors (15) to (20) (and also a high voltage in the feeding AC voltage system (1)) when it threatens to become dangerous, if the voltage is too high the differential voltage choke (2). It is beneficial after that that Protective measures then trigger when the amount of the instantaneous value of the voltage uD has reached a certain upper limit value at the differential voltage choke.
Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß der Spannung uX des speisenden Wechselspannungssystems (1), dem Strom i in der Wechselstromzuleitung und damit auch der Spannung uD an der Differenzspannungsdrossel bestimmte Schaltzustände des Gegentaktsparwandlers zugeordnet sind. Die Selektivität aller drei Schutzauslösungen kann demnach weiter erhöht werden dadurch, daß den verschiedenen Schaltzuständen des Gegentaktsparwandlers bestimmte maximal zulässige Beträge der Größen us , iw bzw.From Fig. 4 it can be seen that the voltage uX of the feeding AC voltage system (1), the current i in the AC line and thus also the voltage uD the differential voltage choke certain switching states of the push-pull converter assigned are. The selectivity of all three protection trips can therefore be further increased in that the various switching states of the push-pull converter were determined maximum permissible amounts of the sizes us, iw or
zugeordnet werden und die Schutzmaßnahmen dann ausgelöst werden, wenn in einem Schaltzustand des Gegentaktsparwandlers der zugeordnete Maximalbetrag einer der drei Größen u , iw oder überschritten wird.assigned and the protective measures are triggered when in a switching state of the push-pull economy converter, the assigned maximum amount of a of the three quantities u, iw or is exceeded.
Schließlich ist es natürlich auch möglich, die Beanspruchung der in erster Linie gefährdeten Transistoren (11) und (12) gemeinsam oder vorzugsweise einzeln direkt zu überwachen,dadurch, daß deren Kollektor- oder Emitterströme (letztere eventuell gemeinsam) oder die im eingeschalteten Zustand an diesen liegenden Kollektor-Emitterspannungen erfaßt werden. Oberschreitet dann eine dieser Beanspruchungskenngrößen einen dafür individuell festgesetzten Grenzwert, so werden die weiter vorn beschriebenen Schutzmaßnahmen ausgelöst.Finally, it is of course also possible to reduce the stress on the in primarily endangered transistors (11) and (12) together or preferably to be monitored individually, in that their collector or emitter currents (the latter possibly together) or the collector-emitter voltages applied to them when switched on can be detected. If one of these stress parameters exceeds one for it individually set limit value, the protective measures described above are implemented triggered.
Weitgehend unabhängig von der Art der Auslösung der Schutzmaßnahmen erfolgt die Wiederfreigabe der erfindungsgemäßen Einrichtung zweckmäßigerweise dann, wenn zum einen durch das Oberlastungssignal kein kritischer Betriebszustand mehr angezeigt und zum anderen seit der Oberlast-Schutzauslösung ein endliches, von Null verschiedenes Zeitintervall verstrichen ist.Largely independent of the type of triggering of the protective measures the re-enabling of the device according to the invention is expediently carried out if, on the one hand, the overload signal is no longer a critical operating condition and on the other hand since the overload protection trip a finite non-zero time interval has elapsed.
Im folgenden seien noch einige Gedanken zur Ausführung des Gegentaktsparwandlers angeschlossen.In the following are a few thoughts on the implementation of the push-pull parallel converter connected.
Hierfür sei zunächst auf die prinzipielle Darstellung dieses Gegentaktsparwandlers (4) in Fig. 1 Bezug genommcn. Für den Fall einer fünfstufigen Treppenkurve wird die zeitliche Aufeinanderfolge der Schaltzustände der Transistoren (11) und, (12) durch Tabelle I wiedergegeben. Man stellt dort fest, daß zu sehr vielen Zeitpunkten (z.B. z = 1u zu 2' 2u ) jeweils einer der beiden Transistoren ab- und der andere eingestellt wird. Dabei ist zu beachten, daß diese Schaltvorgänge endliche Zeitintervalle in Anspruch nehmen, d.h. mit begrenzter Geschwindigkeit ablaufen. Des weiteren ist noch zu beachten, daß der Einschaltvorgang üblicherweise rascher absolviert wird als der Ausschaltvorgang, daß der Gegentaktspartransformator (6) endliche,von Null verschiedene Wicklungskapazitäten und -induktivitäten aufweist und daß auch die Ein- und Ausschaltzeiten des Thyristoren (15) bis (20) sowie der Dioden (13) und (14) endlich sind. Dies legt es zunächst nahe, die Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) derart voneinander zu entlappen, daß der Abschaltvorgang des einen Transistors (und der Einschaltvorgang des an die zugehörige Wicklungshälfte angeschlossenen und anschließend stromführenden Thyristor- bzw. Diodenelements) bereits abgeschlossen ist, bevor der Einschaltvorgang des jeweils anderen Transistors beginnt.For this purpose, let us first refer to the basic representation of this push-pull parallel converter (4) in Fig. 1 reference. In the case of a five-step staircase curve the chronological sequence of the switching states of the transistors (11) and, (12) represented by Table I. It is found there that at very many points in time (e.g. z = 1u to 2 '2u) turn one of the two transistors off and the other is set. It should be noted that these switching processes have finite time intervals take up, i.e. run at a limited speed. Furthermore is It should also be noted that the switch-on process is usually completed more quickly than the switch-off process that the push-pull autotransformer (6) finite, from zero has different winding capacities and inductances and that also the Switch-on and switch-off times of the thyristors (15) to (20) and the diodes (13) and (14) are finite. This first suggests the control of the transistors (11) and (12) to unfold from each other in such a way that the shutdown of the one Transistor (and the switch-on process of the associated winding half connected and then current-carrying thyristor or diode element) is already completed before the switching on of the respective other transistor begins.
Im Hinblick auf zweckmäßigerweise einzusetzende Ein- und Ausschaltentlastungsnetzwerke für die Schalttransistoren (11) und (12) empfiehlt es sich sogar, die Ansteuerung der Transistoren (11) und (12) darüberhinaus noch weiter zu entlappen, derart, daß das Einschalten des einen Transistors erst dann beginnt, wenn das Abschalten des anderen Transistors bereits vollständig abgeschlossen ist und im Anschluß daran ein endliches Zeitintervall in der Größenordnung von 0,1 10 6 sec bis 10 , 10'6 sec verstrichen ist. Das Ziel dieser Maßnahme ist es, jenen Teil der Einschaltbelastung des einen Transistors, welcher aus der Aufladung des Ausschaltentlastungskondensators des anderen Transistors resultiert, so klein wie möglich zu halten.With regard to switch-on and switch-off relief networks to be expediently used for the switching transistors (11) and (12) it is even advisable to control the of the transistors (11) and (12) to unlap even further, such that the switching on of one transistor only begins when the switching off of the other transistor is already fully completed and following it a finite time interval on the order of 0.1 10 6 sec to 10, 10'6 sec has passed. The aim of this measure is to reduce that part of the switch-on load of the one transistor, which from the charging of the switch-off discharge capacitor of the other transistor results to be kept as small as possible.
Zur Erläuterung der genannten Ein- und Ausschaltentlastungsnetzwerke für die Schalttransistoren ist in Fig. 22 rechts der Gegentaktsparwandler aus Fig. 1 nochmals skizziert, nachdem dessen Schalttransistoren (11) und (12) mit jeweils einem Ein- und Ausschaltentlastungsnetzwerk versesehen wurden. Beispielhaft wurden hier verlustbehaftete Entlastungsnetzwerke eingesetzt, welche wiederum beispielhaft aus je einer Begrenzerdrossel (75), je einem Ausschaltentlastungskondensator (76), je einer Ladediode (77), je einer Entladedrossel (78), je einem Entladewiderstand (79), je einer Begrenzerdiode (80) und einer gemeinsamen Zenerdiode (81) bestehen. Die Funktion dieser Entlastungsnetzwerke ist leicht einzusehen. Beim Einschalten eines der beiden Schalttransistoren (11) und (12) wird der zugehörige Ausschaltentlastungskondensator (76) über die zugehörige Entladedrossel (78), den zugehörigen Entladewiderstand (79) und den Transistor aperiodisch auf die Kondensatorspannung Null entladen; die Begrenzerdrossel (75) limitiert dabei die Anstiegsgeschwindigkeit des Hauptstromes und damit die Einschaltverlustbeanspruchung des Transistors. Beim nächstfolgenden Abschalten dieses Transistors steigt dessen Kollektorspannung trotz des Vorhandenseins der Begrenzerdrossel (75) und endlicher Wicklungsinduktivitäten des Gegentaktspartransformators (6) erst dann auf erhebliche Werte an, wenn der Kollektorstrom durch diesen Transistor bereits zu Null geworden ist, da der durch die Begrenzerdrossel (75) fliessende Strom nach dem Abschalten des Transistors über die Ladediode (77) in den zuvor entladenen Ausschaltentlastungskondensator (76) fließt und dessen Spannung sich dabei nur stetig erhöhen kann; die Begrenzerdiode (80) verhindert, daß der Ausschaltentlastungskondensator (76) sich auf höhere Spannungswerte als die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode (81) und der Spannung E des Gleicspannungssystems auflädt. (Die Dimensionierung der Induktivität der Begrenzerdrossel (75) erfolgt zweckmässigerweise so, daß bei maximalem Strom durch die Begrenzerdrossel des abzuschaltenden Transistors die in der Begrenzerdrossel enthaltene Energie den Ausschaltentlastungskondensator (76) im Anschluß an das Abschalten des Transistors gerade so weit auflädt, daß die Zenerdiode (81) gerade noch nicht anspricht; bei kleinerem Strom durch die Begrenzerdrossel des Transistors wird der Ausschaltentlastungskondensator dann beim Einschalten des gegenüberliegenden Transistors unter zusätzlicher Belastung desselben nachgeladen, was aber hingenommen werden kann, da der Strom durch dessen Begrenzerdrossel dann auch kleiner ist.) Bei einer Ausführung des Gegentaktsparwandlers nach Fig. 1 mit den Windungszahlverhältnissen w1 = 0,088 w, w2 0,227 w, w3 = 0,523 w, w4 = 1,677 w und somit W1 + W2 + w3 + W4 = 2,515 w tritt der Umstand, daß die Anschlußpunkte der äußersten Thyristoren um eine wesentlich höhere Anzahl von Windungen vom Mittelpunkt des Gegentaktspartransformators entfernt sind als die Anschlußpunkte der Transistoren, recht störend in Erscheinung. Zum einen wird dadurch die Maximalspannung zwischen den beiden Wicklungsenden des Gegentaktspartransformators im Verhältnis zur Spannung E des Gleichspannungssystems unangenehm hoch wodurch die erwünschte streuungsarme Ausführung des Gegentaktspartransformators sehr erschwert wird, zum zweiten werden aufgrund ihrer hohen Windungszahl die Streuinduktivitäten der äußersten Teilwicklungen grundsätzlich sehr hoch und zum dritten wird - wiederum durch die hohe Windungszahl der äußersten Teilwicklungen - die Baugröße des Gegentaktspartransformators unerwünscht hoch.To explain the aforementioned on and off relief networks for the switching transistors, the push-pull converter from FIG. 1 is sketched again on the right in FIG. 22 after its switching transistors (11) and (12) have each been provided with an on and off relief network. Lossy discharge networks were used here as an example, which in turn consist of a limiter choke (75), a switch-off discharge capacitor (76), a charging diode (77), a discharge choke (78), a discharge resistor (79), a limiter diode ( 80) and a common Zener diode (81) exist. The function of these relief networks is easy to see. When one of the two switching transistors (11) and (12) is switched on, the associated switch-off relief capacitor (76) is discharged aperiodically to zero capacitor voltage via the associated discharge choke (78), the associated discharge resistor (79) and the transistor; the limiter choke (75) limits the rate of rise of the main current and thus the load on the transistor when it is switched on. The next time this transistor is switched off, its collector voltage does not rise to significant values despite the presence of the limiter choke (75) and finite winding inductances of the push-pull part transformer (6) when the collector current through this transistor has already become zero, as the one caused by the limiter choke (75 ) after the transistor has been switched off, flowing current flows via the charging diode (77) into the previously discharged switch-off relief capacitor (76) and its voltage can only increase steadily in the process; The limiter diode (80) prevents the switch-off discharge capacitor (76) from charging to higher voltage values than the sum of the Zener voltage of the Zener diode (81) and the voltage E of the DC voltage system. (The dimensioning of the inductance of the limiter choke (75) is expediently done so that at maximum current through the limiter choke of the transistor to be switched off, the energy contained in the limiter choke charges the switch-off relief capacitor (76) after the transistor has been switched off just enough for the Zener diode (81) just does not respond; with a smaller current through the limiter choke of the transistor, the switch-off relief capacitor is then recharged when the opposite transistor is switched on under additional load, but this can be accepted because the current through its limiter choke is then also smaller.) 1 with the number of turns ratios w1 = 0.088 w, w2 0.227 w, w3 = 0.523 w, w4 = 1.677 w and thus W1 + W2 + w3 + W4 = 2.515 w occurs the fact that the connection points of the outermost Thyristors by a significantly higher number of turns n away from the center of the push-pull part transformer than the connection points of the transistors are quite disruptive in appearance. On the one hand, this makes the maximum voltage between the two winding ends of the push-pull autotransformer uncomfortably high in relation to the voltage E of the DC voltage system As a result, the desired low-leakage design of the push-pull autotransformer is made very difficult; on the other hand, due to its high number of turns, the leakage inductances of the outermost partial windings are fundamentally very high and, thirdly, the size of the push-pull autotransformer is undesirably high - again due to the high number of turns of the outermost partial windings.
Mit Hilfe eines weiteren Schlüsselgedankens der Erfindung kann diese Problematik jedoch in einfacher Weise gelöst werden. Zu seiner Erläuterung sei wieder auf Fig. 1 verwiesen. Dort kann dasselbe ObersetzLngsverhältnis des Gegentaktspartranstormators, welches sich einstellt, wenn der linke Transistor (11) und der äußerste rechte Thyristor (20) stromführend sind,auch unter Wegfall der äußersten Thyristoren (19) und (20) sowie ihrer Teilwicklungen dadurch eingestellt werden, daß in die Kollektorzuleitungen der Transistoren (11) und (12) Dioden eingefügt werden, deren Kathoden mit dem Kollektor des zugehörigen Transistors verbunden sind und daß die beiden Wicklungshälften des Spartransformators (6) zusätzlich symmetrisch im Abstand von Windungen von dessen Mittelpunkt angezapft werden und dort jeweils die Anode eines Thyristors angeschlossen wird, dessen Kathode an den Kollektoranschluß des mit derselben Wicklungshälfte verbundenen Transistors geführt ist, und daß ein Schaltzustand herbeigeführt wird, bei welchem der linke Transistor (11), der linke Primärthyristor, dessen Kathode zum Kollektor des linken Transistors (11) führt,und der nunmehr äußerste rechte Thyristor (18) stromführend sind.With the aid of a further key concept of the invention, however, this problem can be solved in a simple manner. Reference is again made to FIG. 1 for its explanation. The same ratio can be used there of the push-pull part transformer, which occurs when the left transistor (11) and the extreme right thyristor (20) are energized, even if the outermost thyristors (19) and (20) and their partial windings are omitted, the Transistors (11) and (12) diodes are inserted, the cathodes of which are connected to the collector of the associated transistor and that the two halves of the winding of the autotransformer (6) are additionally symmetrical at a distance of Windings are tapped from its center point and the anode of a thyristor is connected there, the cathode of which is connected to the collector connection of the transistor connected to the same winding half, and that a switching state is brought about in which the left transistor (11), the left primary thyristor, whose cathode leads to the collector of the left transistor (11), and the now outermost right thyristor (18) are live.
Fig. 23 zeigt den Gegentaktsparwandler nach der beschriebenen Entfernung der äußersten sekundärseitigen Thyristoren (19) und (20) und Einfügung der Dioden (82) und (83) in die Kollektorzuleitungen der Transistoren (11) und (12) sowie nach Einfügung der Thyristoren (84) und (85) zwischen den neuen primärseitigen Wicklungsanzapfungen am Gegentaktspartransformator (6) im Abstand von wI Windungen von dessen Mittelpunkt und den Kollektoranschlüssen der zur selben Wicklungshälfte gehörenden Transistoren.23 shows the push-pull parallel converter after the described removal the outermost secondary thyristors (19) and (20) and insertion of the diodes (82) and (83) in the collector leads of the transistors (11) and (12) and after Insertion of the thyristors (84) and (85) between the new primary-side winding taps on the push-pull autotransformer (6) at a distance of wI turns from its center point and the collector connections of the transistors belonging to the same winding half.
Um mit dieser Anordnung für die Treppenspannung uT einen Verlauf zu
erhalten, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, und gleichzeitig den Gegentaktspartransformator
möglichst wenig zu beanspruchen, sind die beiden Schalttransistoren (11) und (12)
sowie die
vier Thyristoren (15) bis (18) synchron zur Spannung
u des speisenden Wechselspannungssystems entsprechend folgender Tabelle II zu beeinflussen:
Tabelle II
Tabelle II Ausgangszustand: Zum Zeitpunkt # =#0 = #
seien (11) und (12) leitend!
Dies ist wiederum die Voraussetzung dafür, daß zwischen dem Mittelpunkt des Spartransformators und dem Minuspol des Brückengleichrichters eine Spannung u von der Form erzeugt werden kann, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.This in turn is the prerequisite for that between the center point voltage of the autotransformer and the negative pole of the bridge rectifier u can be generated from the shape as shown in FIG.
Außer den in Tabelle II aufgeführten Schaltzuständen können mit der Anordnung nach Fig. 23 und selbstverständlich auch mit jener nach Fig. 24 aber auch weitere herbeigeführt werden; bei der Anordnung nach Fig. 23 z.B. jener, bei welchem der rechte, innenliegende Sekundärthyristor (16) und der linke Transistor (11) sowie der linke Primärthyristor (84), dessen Kathode zum Kollektor des linken Transistors (11) führt, stromführend sind. Dann ergibt sich für den Gegentaktspartransformator ein Obersetzungs-WI verhältnis wI +w1 +w2 . Also kann z.B. im weiter 12 vorn erläuterten Beispiel mit den Stufen = = 0,1392 uA1 ; Y2 = 0,3614 û1 ; J3 = 0,4901 û1 y4 = 0,6846 u1 ; y5 = 0,9164 u1 (= E) (hierzu gehören die Windungszahverhältnisse: w1 = 0,3386 w W2 = 0,5312 w ; w3 = 0,6659 w und wI = 0,2751 w) auch noch die Stufe 3 = 0,2202 û1 eingestellt werden, ohne daß dafür der Leistungsteil des Gegentaktsparwandlers verändert werden muß. Umgekehrt läßt sich bei frei wählbaren Windungszahlverhältnissen w 1/w, w2/w, w3/w und wI/w sowie Einschaltabständen (relativ zu # = #) ß1, ß*, ß2, ß3, ß4 und /ß5 z.B. ein Verlauf der Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters hvrbeiführen, wie er in Fig. 25 dargestellt ist.In addition to the switching states listed in Table II, the Arrangement according to FIG. 23 and of course with that according to FIG. 24 as well more are brought about; in the arrangement of Fig. 23, for example, that in which the right, internal secondary thyristor (16) and the left transistor (11) as well the left primary thyristor (84), its cathode to the collector of the left transistor (11) are live. Then this results for the push-pull part transformer a gear ratio WI wI + w1 + w2. So, for example, can be explained in further 12 above Example with the steps = = 0.1392 µA1; Y2 = 0.3614 û1; J3 = 0.4901 û1 y4 = 0.6846 u1; y5 = 0.9164 u1 (= E) (this includes the number of turns: w1 = 0.3386 w w2 = 0.5312 w; w3 = 0.6659 w and wI = 0.2751 w) also the level 3 = 0.2202 û1 can be set without the power section of the push-pull converter must be changed. The reverse can be done with freely selectable number of turns ratios w 1 / w, w2 / w, w3 / w and wI / w as well as switch-on intervals (relative to # = #) ß1, ß *, ß2, ß3, ß4 and / ß5 e.g. a curve of the voltage u from the center of the autotransformer lead to the negative pole of the bridge rectifier, as shown in FIG is.
Man erkennt sofort, daß man damit für die Ausbildung der Kurvenform der Spannung u vom Mittelpunkt des Spartransformators zum Minuspol des Brückengleichrichters über insgesamt 11 Freiheitsgrade verfügt (nämlich die sechs Einschaltabstände ß1, ß* ß2, ß3, ß4 und ß5 sowie die fünf Spannungsstufen y1, y2, y3, y4 und y5, welchen die Spannungsstufe y* vermöge y* = y5 - y2 y1y3y5y2 + y3y1 - y3y2 - y2y1 zugeordnet ist) , über die wieder z.B. derart verfügt werden kann, daß sich einerseits die gewünschte Grundschwingung der Spannung uT zwischen den beiden.You can see immediately that you are doing this for the formation of the curve shape the voltage u from the center of the autotransformer to the negative pole of the bridge rectifier has a total of 11 degrees of freedom (namely the six switch-on intervals ß1, ß * ß2, ß3, ß4 and ß5 as well as the five voltage levels y1, y2, y3, y4 and y5, which the voltage level y * is assigned by y * = y5 - y2 y1y3y5y2 + y3y1 - y3y2 - y2y1 is), which can again be used, for example, in such a way that on the one hand the desired fundamental oscillation of the voltage uT between the two.
Wechselstromanschlüssen des Brückengleichrichters ergibt und zum anderen die direkten oder mittelbaren Vorschriften der Energieversorgungsunternehmen hinsichtlich der maximal zulässigen Effektivwerte der Oberschwingungsströme in der Wechselstromzuleitung mit der nunmehr kleinstmöglichen Drossel erfüllt werden können.AC connections of the bridge rectifier results and on the other the direct or indirect regulations of the energy supply companies with regard to the maximum permissible rms values of the harmonic currents in the AC supply line can now be met with the smallest possible throttle.
Schließlich kann bei der Anordnung nach Figur 23 (und in analoger Weise bei jener nach Fig. 24) noch ein weiterer Schaltzustand herbeigeführt werden, welcher in Tabelle II noch nicht aufgeführt ist, nämlich jener, bei welchem z.B. die rechte Sekundärdiode (14) und der linke Transistor (11) sowie der linke Primärthyristor (84), dessen Kathode zum Kollektor des linken Transistors (11) führt, stromführend sind. Dann ergibt sich für den Gegentaktspartransformator ein weiteres Übersetzungsverhält-WI nis, nämlich wI, über welches in einer, wI + w1 zur vorstehend beschriebenen analogen Weise verfügt werden kann. Hierbei kann sich jedoch eine beträchtliche Spannungsbeanspruchung des Gegentaktspartransformators und der verwendeten Transistoren und Thyristoren ergeben, welche es nahelegen kann, auf diesen letztgenannten Schaltzustand zu verzichten.Finally, in the case of the arrangement according to FIG Way, with the one according to Fig. 24) still another switching state can be brought about, which is not yet listed in Table II, namely that in which e.g. the right secondary diode (14) and the left transistor (11) and the left primary thyristor (84), the cathode of which leads to the collector of the left transistor (11), live are. Then there is a further transformation ratio WI for the push-pull transformer nis, namely wI, via which in a, wI + w1 to the above-described analog Way can be decreed. However, this can result in considerable stress the push-pull part transformer and the transistors and thyristors used result, which may suggest that this last-mentioned switching state should not be used.
Insgesamt wird man jeweils bestrebt sein, die eingangs beschriebene Aufgabe in möglichst wirtschaftlicher Weise zu lösen. Dabei kann es sich als zweckmäßig herausstellen, den Aufwand an Thyristoren und Anzapfungen am Gegentaktspartransformator gegenüber dem mit Fig. 23 beschriebenen herabzusetzen oder zu erhöhen.Overall, efforts will be made in each case to the one described at the beginning To solve the task in the most economical way possible. It can prove to be expedient to highlight compared to the expense of thyristors and taps on the push-pull transformer that described with Fig. 23 to decrease or increase.
Fig. 26 zeigt eine abgemagerte Version des Gegentaktsparwandlers mit insgesamt nur 4 Thyristoren (je zwei auf der Primär- und auf der Sekundärseite), während in Fig. 27 eine etwas aufwendigere Version mit insgesamt 8 Thyristoren (je 4 auf der Primär-und auf der Sekundärseite) dargestellt ist. Letztere erlaubt die Einstellung von insgesamt 11 Obersetu zungsverhältnissen E des Gegentaktspartransformators (0, w w w, 1 w+w1+w2+w3, w+w1+w2, w+w1, 1; wI+wII, wI+wII, wI+wII ; wI, wI+wII+w1+w2+w3 wI+wII+w1+w2 wI+wII+w1 wI+w1+w2+w3, wI , wI ;) von denen fünf völlig frei wI+w1+w2 w1+w1 wählbar sind und gleichzeitig vier weitere bestimmen, während die zwei restlichen (0 und 1) ohnedies festliegen. Ober die möglichen 10 Einschaltabstände kann dagegen völlig frei verfügt werden. Mit Rücksicht auf die Spannungsbeanspruchung des Gegentaktsparwandlers sowie der Transistoren, Thyristoren und Dioden kann es sich aber hier besonders empfehlen, auf die Einschaltung eines bzw. mehrerer der grundsätzlich möglichen Schaltzustände zu verzichten.Fig. 26 shows a lean version of the push-pull parallel converter with a total of only 4 thyristors (two on the primary and two on the secondary side), while in Fig. 27 a slightly more complex version with a total of 8 thyristors (each 4 on the primary and on the secondary side). The latter allows the Setting of a total of 11 conversion ratios E of the push-pull autotransformer (0, w w w, 1 w + w1 + w2 + w3, w + w1 + w2, w + w1, 1; wI + wII, wI + wII, wI + wII; wI, wI + wII + w1 + w2 + w3 wI + wII + w1 + w2 wI + wII + w1 wI + w1 + w2 + w3, wI, wI;) five of which are completely free wI + w1 + w2 w1 + w1 are selectable and at the same time determine four more, while the two remaining (0 and 1) are fixed anyway. On the other hand, you can use the possible 10 switch-on intervals be completely free. With regard to the voltage stress of the push-pull converter as well as the transistors, thyristors and diodes it can be here especially recommend that one or more of the fundamentally possible To forego switching states.
Eine große Anzahl einschaltbarer Spannungsstufen läßt sich aber auch noch auf andere Weise realisieren, nämlich dadurch, daß zwei Gegentaktsparwandler der beschriebenen Art über eine Wechselstrom-Saugdrossel parallel betrieben werden.A large number of switchable voltage levels can also be used realize in another way, namely by having two push-pull parallel converters of the type described are operated in parallel via an AC suction throttle.
Fig. 28 zeigt eine derartige Anordnung, in welcher die Transformatormittelpunkte zweier Gegentaktsparwandler (86) und (87) der einfachsten Version - mit je zwei Primärtransistoren (88) und (89) bzw. (90) und (91) sowie je zwei Sekundärdioden (92) und (93) bzw. (94) und (95) - an die beiden Außenanschlüsse einer Saugdrossel (96) geführt sind, deren Mittelpunkt dann an die Stelle der Mittelanzapfung (7) des Gegentaktspartransformators nach Fig. 1 tritt und daher mit dem Pluspol des Brückengleichrichters (3) verbunden ist. Die Emitteranschlüsse aller vier Transistoren (88) bis (91) sind mit dem Minuspol des Brückengleichrichters (3) verbunden. Die beiden Wechselstromanschlüsse des Brückengleichrichters (3) sind wie in Fig. 1 unter Zwischenschaltung einer Differenzspannungsdrossel (2) mit dem speisenden Wechselspannungsnetz (1) verbunden. Diese Anordnung nach Fig. 28 erlaubt nun die Einstellung von insgesamt 6 Obersetzungsverhältnissen u/E (0,1/2 w/w+w1, w/w+w1, 1 , 1 . w + 1 , 1) von denen zwei völlig 2 2 w+w1 2 frei wählbar sind und gleichzeitig 2 weitere bestimmen, während die beiden restlichen (0 und 1) ohnedies festliegen. Über die möglichen 5 Einschaltabstände kann wieder völlig frei verfügt werden.Fig. 28 shows such an arrangement in which the transformer centers two push-pull parallel converters (86) and (87) of the simplest version - with two each Primary transistors (88) and (89) or (90) and (91) and two secondary diodes each (92) and (93) or (94) and (95) - to the two external connections of a suction throttle (96), the center of which then takes the place of the central tap (7) of the push-pull autotransformer according to FIG. 1 occurs and therefore with the positive pole of the Bridge rectifier (3) is connected. The emitter connections of all four transistors (88) to (91) are connected to the negative pole of the bridge rectifier (3). the Both AC connections of the bridge rectifier (3) are as in Fig. 1 below Interposition of a differential voltage choke (2) with the feeding AC voltage network (1) connected. This arrangement according to FIG. 28 now allows the setting of a total of 6 gear ratios u / E (0.1 / 2 w / w + w1, w / w + w1, 1, 1. w + 1, 1) of those two completely 2 2 w + w1 2 are freely selectable and at the same time 2 more while the other two (0 and 1) are fixed anyway. About the possible 5 switch-on intervals can be freely used again.
Für die Ausbildung einer zweckmäßigen Kurvenform der Spannung u vom Mittelpunkt der Saugdrossel (96) zum Minuspol des Brückengleichrichters hat man also insgesamt 7 Freiheitsgrade zur Hand (nämlich z.B.For the formation of an appropriate curve shape of the voltage u vom You have the center point of the suction throttle (96) to the negative pole of the bridge rectifier so a total of 7 degrees of freedom at hand (namely e.g.
die zwei Spannungsstufen y2 und y5 , welchen dann die Spannungsstufen y1, Y3 und y4 vermöge y1 = y2 , y3 = y5 und y4 = y1 + y 2 2 zugeordnet sind sowie die fünf Einschaltabstände ß1 , ß2 , ß3 , ß4 und ß5).the two voltage levels y2 and y5, which are then the voltage levels y1, Y3 and y4 by virtue of y1 = y2, y3 = y5 and y4 = y1 + y 2 2 are assigned as well the five switch-on intervals ß1, ß2, ß3, ß4 and ß5).
Um mit dieser Anordnung einen Verlauf der Spannung u vom Mittelpunkt der Saugdrossel (96) zum Minuspol des Brückengleichrichters (3) zu bekommen, wie er grundsätzlich in Fig. (19) dargestellt ist, sind die vier Schalttransistoren (88) bis (91) synchron zur Spannung usw des speisenden Wechselspannungssystems z.B. entsprechend folgender Tabelle III zu beeinflussen.With this arrangement a curve of the voltage u from the center point get the suction throttle (96) to the negative pole of the bridge rectifier (3), like basically shown in Fig. (19) are the four switching transistors (88) to (91) synchronous with the voltage etc. of the feeding AC voltage system e.g. according to the following table III.
Tabelle III
Tabelle III Von # = # bis #= # + ß1 seien
die vier Transistoren (88, 89, 90 und 91) leitend.
Fortsetzung Tabelle III
Als einfachste Anordnung ergibt sich dabei jene nach Figur 29, in welcher die Saugdrossel nach Fig. 28 lediglich zwei zusätzliche Anzapfungen erhalten hat, welche über zwei einfache Dioden (97) und (98) an die Plus-Schiene des aufnehmenden Gleichspannungssystems angeschlossen sind. Diese Anordnung nch Fig. 29 erlaubt wie jene nach Fig. 28 die Einstellung von insgesamt 6 Obersetzungsverhältnissen u/E von denen zwei völlig frei wählbar sind, eine mit Einschränkungen gewählt werden kann und eine weitere damit festgelegt ist, während die beiden restlichen (0 und 1) ohnedies festliegen. Für die Ausbildung einer zweckmäßigen Kurvenform der Spannung u vom Mittelpunkt der nun zum Gegentaktspartransformator (99) beschalteten, ursprünglichen Saugdrossel zum Minuspol des Brückengleichrichters verfügt man damit über insgesamt 8 Freiheitsgrade (nämlich z.B. die Spannungsstufen JL2 s Y5 und y3 # 1 y5, welchen dann die Spannungsstufen y1 2 und y4 vermöge y1 = 1/2 y2 und y4 = y2 + y3 - y2 . y3/y5 zugeordnet sind,sowic die fünf Einschaltabstände ß1, ß2, ß3, ß4 und ß5).The simplest arrangement is that according to FIG. 29, in which the suction throttle according to FIG. 28 only receives two additional taps has, which via two simple diodes (97) and (98) to the plus rail of the receiving DC voltage system are connected. This arrangement according to FIG. 29 allows as 28 the setting of a total of 6 gear ratios u / E Two of which can be freely chosen, one of which can be chosen with restrictions can and one more is set with it, while the remaining two (0 and 1) are fixed anyway. For the creation of a suitable curve shape for the voltage u from the center of the original, now connected to the push-pull transformer (99) Suction throttle to the negative pole of the bridge rectifier one has thus over a total of 8 degrees of freedom (namely e.g. the voltage levels JL2 s Y5 and y3 # 1 y5, which then the voltage levels y1 2 and y4 by virtue of y1 = 1/2 y2 and y4 = y2 + y3 - y2. y3 / y5 are assigned, as well as the five switch-on intervals ß1, ß2, ß3, ß4 and ß5).
Wird die Vertauschung der Schaltzustände der vier Transistoren (88) bis (91) nicht nur - wie in Tabelle III beschrieben - nach Ablauf jedes Viertels des zur betreffenden Spannungsstufe gehörenden Zeitintervalls vorgenommen, sondern beginnend mit dem Einschalten dieser Spannungsstufe in äquidistanten Zeitabständen, die aus dem zu dieser Spannungsstufe gehörenden Zeitintervall vermöge einer Division durch eine Zahl z'(z' = 4.n, wobei n = 1, 2, 3...) hervorgehen, so kann mit wachsendem z' unter Hinnahme einer höheren Umschalthäufigkeit eine drastische Verringerung der Induktionsbeanspruchung aller drei in Fig. 29 enthaltenen Gegentaktspartransformatoren bzw. eine deutliche Verkleinerung derselben erreicht werden. Für solch hohe Umschalthäufigkeiten empfiehlt sich die Anordnung nach Fig. 29 (und selbstverständlich auch jene nach Fig. 28) in besonderer Weise, da sie keine Thyristoren aufweist, deren Freiwerdezeiten die mögliche Umschalthäufigkeit nach oben einschränken würde.If the interchanging of the switching states of the four transistors (88) to (91) not only - as described in Table III - after the end of each quarter of the time interval belonging to the voltage level concerned, but rather starting with switching on this voltage level at equidistant time intervals, the time interval belonging to this voltage level by means of a division by a number z '(z' = 4.n, where n = 1, 2, 3 ...), then with increasing z 'with the acceptance of a higher switching frequency a drastic reduction the induction stress of all three push-pull part transformers contained in FIG or a significant reduction in size can be achieved. For such high switching frequencies The arrangement according to FIG. 29 is recommended (and of course that according to FIG Fig. 28) in a special way, since it has no thyristors, their release times the possible switching frequency would restrict upwards.
Ansonsten können die nunmehr drei in der Anordnung nach Fig. 29 enthaltenen Gegentaktspartransformatoren natürlich auch mit weiteren sekundär - sowie primärseitigen Anzapfungen versehen werden, welche unter Zwischenschaltung von Thyristoren und Dioden bzw. von Transistoren zur Plus- oder Minusschiene bzw. zu Anzapfungen des folgenden Gegentaktspartransformators geführt sind. Lediglich beispielhaft zeigt Fig. 30 eine derartige Schaltung, bei welcher dazuhin auch in die Zuleitungen zu den Mittelpunkten der beiden äußeren Gegentaktsparwandler (86) und (87) noch Thyristoren eingefügt wurden, um die Anzahl der Freiheitgrade bei geringem Aufwand möglichst hoch zu treiben.Otherwise, the three now contained in the arrangement according to FIG. 29 can be used Push-pull autotransformers, of course, also with additional secondary and primary-side Taps are provided, which with the interposition of thyristors and Diodes or transistors to the plus or minus rail or to the taps of the following push-pull transformer are performed. Shows only as an example 30 shows a circuit of this type, in which, in addition, the supply lines are also connected the centers of the two outer push-pull parallel converters (86) and (87) still have thyristors were inserted to increase the number of degrees of freedom with as little effort as possible to drive high.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die anhand der Fig. 28, 29 und 30 beschriebenen Mehrfach-Gegentlktsparwandler über Wechselstromsaugdrosseln ihrerseits wieder parallel zu betreiben. Dabei können dann auch diese Wechselstromsaugdrosseln wieder mit weiteren Anzapfungen versehen werden, welche über Dioden und Thyristoren bzw. Transistoren mit der Plus- bzw. Minus-Schiene des aufnehmenden Gleichspannungssystems verbunden sind.It is of course also possible to use FIGS. 28, 29 and 30 described multiple balanced energy converter via AC suction chokes for their part to operate in parallel again. These AC suction throttles can then also be used again be provided with further taps, which via diodes and thyristors or transistors with the plus or minus rail of the receiving DC voltage system are connected.
Bei den bisher beschriebenen Gegentaktsparwandlern wurde jeweils eine Schiene des aufnehmenden Gleichspannungssystems (in den beschriebenen Beispielen handelte es sich beispielhaft stets um die Minus-Schiene) über den ungesteuerten Gleichrichter (3) abwechselnd mit dem linken und rechten Leiter des speisenden Wechselspannungssystems (1) verbunden.In each of the push-pull parallel converters described so far, one Rail of the receiving DC voltage system (in the examples described acted For example, it is always the minus rail) via the uncontrolled rectifier (3) alternating with the left and right conductors of the feeding AC voltage system (1) connected.
Dies kann in gewissen Fällen störende Folgen haben, z.B. dann, wenn es sich bei einem dieser Leiter um den Mittelpunktsleiter (Mp) eines Drehstromsystems handelt und wenn gleichzeitig vom Prinzip der Fehlerstromschutzschaltung Gebrauch gemacht werden soll.In certain cases this can have disruptive consequences, e.g. if one of these conductors is the neutral point conductor (Mp) of a three-phase system acts and if at the same time use of the principle of residual current circuit breaker should be made.
Dann ist nämlich die genannte Minusschiene des aufnehmenden Gleichspannungssystems während einer Halbschwingung der Spannung des speisenden Wechselspanniangssystems mit dem gegenüber Erde praktisch konstanten Potential des Mp verbunden, während der anderen Halbschwingung der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems dagegen mit dem gegenüber Erde sinusförmig variablen Potential eines Außenleiters.Then namely the said minus rail of the receiving DC voltage system during a half cycle of the voltage of the feeding AC voltage system connected to the potential of Mp, which is practically constant with respect to earth, while the other half-oscillation of the voltage of the supplying AC voltage system, on the other hand with the sinusoidally variable potential of an outer conductor with respect to earth.
Dadurch können erhebliche Ströme durch die Kapazitäten des aufnehmenden Gleichspannungssystems gegenüber Erde hervorgerufen werden, welche wiederum den Fehlerstromschutzschalter zum Ansprechen bringen können.This can cause significant currents through the capacities of the recipient DC voltage system to earth are caused, which in turn the Can bring residual current circuit breaker to respond.
Zur Schilderung der leicht zu realisierenden Abhilfemaßnahmen sei von dem besonders einfachen Gegentaktsparwandler (100) nach Fig. 31 ausgegangen, in welche nur zwei (Primär-) Tränsistoren sowie zwei Sekundärdioden und zwei Sekundärthyristoren enthalten sind.To describe the remedial measures that can be easily implemented starting from the particularly simple push-pull parallel converter (100) according to FIG. 31, in which only two (primary) transistors and two Secondary diodes and two secondary thyristors are included.
Wenn nun das speisende Wechselspannungssystem, wie in Fig. 32 dargestellt, aus einem Mittelpunktsleiter (101) und einem Außenleiter (102) besteht, so kann eine dynamische- Veränderung des Potentials des aufnehmenden Gleichspannungssystems (103) gegenüber dem Mittelpunktsleiter (Mp) dadurch verhindert werden, daß zwei Gegentaktsparwandler eingesetzt werden, wobei das oben gezeichnete Exemplar (104) gleich aufgebaut ist wie jenes in Fig. 31 und die positive Halbschwingung des Stromes i in der Wechselstromzuleitung führt, während das unten gezeichnete Exemplar (105) mit vertauschten Kollektor-Emitter-Anschlüssen der Transistoren sowie vertauschten Anoden-Kathoden-Anschlüssen der Dioden und Thyristoren die negative Halbschwingung des Stromes i in der Wechselstromzuleitung führt.If now the feeding AC voltage system, as shown in Fig. 32, consists of a center conductor (101) and an outer conductor (102), so can a dynamic change in the potential of the receiving DC voltage system (103) to the neutral conductor (Mp) are prevented by two Push-pull parallel converters are used, whereby the example shown above (104) has the same structure as that in FIG. 31 and the positive half-oscillation of the current i leads in the AC supply line, while the example shown below (105) with swapped collector-emitter connections of the transistors as well as swapped The anode-cathode connections of the diodes and thyristors result in the negative half-oscillation of the current i in the alternating current lead.
Während der positiven Elalbschwingung der Spannung UT und des Stromes is sind die beiden Transistoren des unteren Gegentaktsparwandlers (105) dauernd gesperrt und der obere Gegentaktsparwandler (104) wird in jener Weise betrieben, wie dies für an vollständige Brückengleichrichter angeschlossene Gegentaktsparwandler bereits mehrfach beschrieben wurde. Umgekehrt bleiben während der negativen Halbschwingung der Spannung uT und des Stromes i die beiden Transistoren des oberen Gegentaktsparwandlers (104) dauernd gesperrt und das untere Exemplar (105) wird in spiegelbildlicher Weise so angesteuert, wie dies eine halbe Periodendauer der Spannung des speisenden Wechselspannungssystems früher mit dem oberen geschah.During the positive Elalb oscillation of the voltage UT and the current The two transistors of the lower push-pull converter (105) are permanent locked and the upper push-pull converter (104) is operated in the manner like this for push-pull parallel converters connected to full bridge rectifiers has already been described several times. Conversely, remain during the negative half-oscillation the voltage uT and the current i the two transistors of the The upper push-pull converter (104) is permanently blocked and the lower copy (105) is controlled in a mirror-inverted manner, as is half a period the voltage of the feeding AC voltage system happened earlier with the upper one.
Bei dieser Anordnung nach Fig. 32 weist das aufnehmende Gleichspannungssystem (103) insgesamt die Spannung 2E auf. Der Mittelpunktsleiter. des speisenden Wechselspannungssystems fungiert als Neutrale (106),gegenüber der die Plus-Schiene (107) das Potential +E und die Minusschiene (108) das Potential -E besitzt.In this arrangement of FIG. 32, the receiving DC voltage system (103) a total of the voltage 2E. The center conductor. of the feeding AC voltage system acts as a neutral (106), opposite which the plus rail (107) the potential + E and the minus rail (108) has the potential -E.
Wegen der hier vorhandenen Spannungssymmetrie zum Mittelpunktleiter kann diese Anordnung ohne Schwierigkeiten für den Anschluß an ein Drehstromsystem verdreifacht werden. Dies soll später anhand einer vereinfachten Version auch mit Hilfe von Skizzen gezeigt werden.Because of the existing voltage symmetry to the center conductor this arrangement can be used without difficulty for connection to a three-phase system be tripled. This should also be done later using a simplified version With the help of sketches.
Die beiden in dieser Anordnung nach Fig. 32 verbliebenen primärseitigen Gl.eichrichterdioden (109) und (110) können, ohne daß dadurch eine Änderung des elektrischen Verhaltens bewirkt wird, unter Verdoppelung ihrer Anzahl auch in die Zuleitungen zu den (primärseitigen) Schalttransistoren verlegt werden. Wird dies ausgeführt, so ergibt sich aus Fig. 32 die Anordnung nach Fig. 32 a.The two primary-side remaining in this arrangement according to FIG. 32 Gl.eichrichterdioden (109) and (110) can without changing the electrical behavior is effected, doubling their number also in the Leads to the (primary-side) switching transistors are laid. Is this carried out, the arrangement according to FIG. 32 a results from FIG. 32.
Der Nachteil der Gesamtanordnungen nach Fig. -32 und Fig. 32 a, daß nämlich die beiden Gegentaktsparwandler nur halb so gut ausgenützt werden wie die früher beschriebenen, kann weitgehend dadurch beseitigt werden, daß die beiden Gegentaktspartransformatoren zusammengefaßt werden. Auf diese Weise entsteht aus der Anordnung nach Fig. 32 a jene nach Fig. 32 b, welche sich von der ursprünglichen, in Fig. 31 dargestellten Schaltung wie folgt unterscheidet: - Der Eingangsbrückengleichrichter ist entfallen, - aus dem Eiifach-Gegentaktsparwandler ist ein Brücken-Gegentaktsparwandler geworden.The disadvantage of the overall arrangements according to Fig. -32 and Fig. 32 a that namely, the two push-pull AC converters are only used half as well as that described earlier can largely be eliminated by using the two push-pull part transformers be summarized. In this way, from the arrangement according to FIG. 32 a those according to FIG. 32b, which differ from the original one shown in FIG Circuit differentiates as follows: - The input bridge rectifier is omitted, - The single push-pull converter has become a bridge push-pull converter.
Wie die folgenden Beispiele noch weiter veranschaulichen werden, entsteht dabei ein Brücken-Gegentaktsparwandler aus dem entsprechenden Einfach-Gegentaktsparwandler grundsätz ich in folgender Weise: - Der Gegentaktspartransformator bleibt unverändert, - primärseitig angeordnete Transistoren (elektronische Einwegschalter) werden durch Antiparallelschaltungen von mit Seriendioden versehenen Transistoren (elektronische Zweiwegschalter) ersetzt, - primärseitig angeordnete Thyristoren (einschaltbare elektronische Einwegschalter) werden durch Antiparallelschaltungen von Thyristoren (einschaltbare elektronische Zweiwegschalter, Triacs) ersetzt, - sekundärseitig werden die zu einer Schiene des aufnehmenden Gleichspannungssystems führenden Dioden und Thyristoren in spiegelbildlicher Weise ergänzt durch Thyristoren und Dioden, welche zu einer zweiten Schiene geführt sind, welche gegenüber der Neutralen das entgegengesetzt gleiche Potential der erstgenannten Schiene aufweist.As the following examples will further illustrate, arises thereby a bridge push-pull parallel converter from the corresponding single push-pull converter basically in the following way: - The push-pull spare transformer remains unchanged, - Transistors arranged on the primary side (electronic one-way switches) are through Anti-parallel connections of transistors provided with series diodes (electronic Two-way switch) replaces, - thyristors arranged on the primary side (switchable electronic one-way switches) are made by antiparallel connections of thyristors (switchable electronic two-way switches, triacs) replaced, - On the secondary side, they become a rail of the receiving DC voltage system leading diodes and thyristors complemented in a mirror image manner by thyristors and diodes which are led to a second rail opposite the neutral has the opposite potential of the first-mentioned rail.
Die in solchen Brücken-Gegentaktsparwandlern erforderlichen elektronischen Zweiwegschalter können selbstverständlich auch in anderer Weise realisiert werden, z.B. derart, daß - wie in Fig. 33 dargestellt -die Gleichstromausgänge von Diodenbrücken über Transistoren verbunden werden, wonach die verbleibenden Wechselstromanschlüsse der Diodenbrücken als Hauptstromanschlüsse der entstehenden Jlektrenischen Zweiwegschalter fungicren können, deren Schaltzustand über die Basis-Emitterstrecke der enthaltenen Transistoren zu beeinflussen ist.The electronic ones required in such bridge-type balanced converters Two-way switches can of course also be implemented in other ways, for example such that, as shown in Fig. 33, the DC outputs of diode bridges connected via transistors, after which the remaining AC connections the diode bridges as the main power connections of the resulting electrical two-way switch fungicren can whose switching state via the base-emitter path of the contained To affect transistors.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beim Einsatz von Brücken-Gegentaktsparwandlern sei an dieser Fig. 33 beispielhaft etwas näher erläutert. Wird bei dieser Anordnung nach Fig. 33 durch eine ausreichend groß dimensionierte Induktivität der Differenzspannungsdrossel (2) sowie eine geeignete Wahl und Zuordnung von e und E sichergestellt, daß der Strom i in der Wechselstromzuleitung zum Mittelpunkt des Brücken-Gegentaktsparwandlers (111) größer als Null ist, solange die Treppenspannung uT größer als Null ist und daß dieser Strom i kleiner als Null ist, solange die Treppenspannung uT kleiner als Null ist, dann nimmt diese Treppenspannung uT den in Fig. 34 skizzierten Verlauf an, sofern die beiden Schalttransistoren (112) und (113) sowie die vier Thyristoren (114) bis (117) synchron zur Spannung uN des speisenden Wechselspannungssystems entsprechend folgender Tabelle IV beeinflußt werden.The operation of the arrangement according to the invention when using Bridge push-pull parallel converters will be explained in somewhat more detail in this FIG. 33 by way of example. With this arrangement according to FIG. 33, a sufficiently large dimensioned Inductance of the differential voltage choke (2) as well as a suitable one Choice and assignment of e and E ensures that the current i in the AC feed line to the center of the bridge push-pull par converter (111) is greater than zero as long as the staircase voltage uT is greater than zero and that this current i is less than zero is, as long as the staircase voltage uT is less than zero, then this staircase voltage decreases uT shows the curve sketched in Fig. 34, provided that the two switching transistors (112) and (113) and the four thyristors (114) to (117) synchronous with the voltage uN des feeding AC voltage system according to the following table IV influenced will.
Tabelle IV
Tabelle IV Von # = # bis r = C + ß1 seien
beide Transistoren (112) und (113) leitend und (infolgedessen) sämtliche Thyristoren
gesperrt.
Die Einführung zusätzlicher, primärseitiger Wicklungsanzapfungen sei anhand von Fig. 35 etwas näher erläutert. Die dort dargestellte Anordnung stellt ein Brükken-Pendant zu der in Fig. 26 skizzierten Einfach-Gegentaktsparwandler-Anordnung dar. Der Sekundärteil dieser Schaltung wurde bereits anhand von Fig. 33 beschrieben. Die zusätzlichen Primäranzapfungen des Gegentaktspartransformators sind mit je einem Thyristorbrückenzweig (118) und (119) verbunden, dessen freie Thyristorkathode mit dem Kollektor nd dessen freie Thyristoranode mit dem Emitteranschluß des zur betreffenden Schaltungshälfte gehörenden Schalttransistors (112) bzw. (113) verbunden ist. Die äußeren primärseitigen Anzapfungen des Gegentaktspartransformators sind in derselben Weise mit der Neutralen (120) verbunden wie in Fig. 35. Die Ansteuerung de Transistoren und Thyristoren dieser Anordnung erfolgt analog zu Tabelle IV bzw. Tabelle II.The introduction of additional, primary-side winding taps is explained in somewhat more detail with reference to FIG. 35. The arrangement shown there represents a bridge counterpart to the single push-pull parallel converter arrangement sketched in FIG The secondary part of this circuit has already been described with reference to FIG. The additional primary taps of the push-pull transformer are each with one Thyristor bridge branch (118) and (119) connected, the free thyristor cathode with the collector nd its free thyristor anode with the emitter connection of the relevant Circuit half belonging switching transistor (112) or (113) is connected. the outer primary-side taps of the push-pull autotransformer are in the same Connected to the neutral (120) as in Fig. 35. The control of the transistors and thyristors of this arrangement is carried out analogously to Table IV and Table II.
Der Parallelbetrieb von Brücken-Gegentaktsparwandlern über Saugdrosseln und die Ergänzung der letztgenannten zu Gegentaktspartransformatoren sei anhand von Fig. 36 etwas näher erläutert. Die dort dargestellte Anordnung stellt ein Brücken-Pendant zu der in Fig. 30 skizzierten Einfach-Gegentaktsparwandler-Anordnung dar. Die prinärseitig erforderlichen elektronischen Zweiwegschalter wurden wieder in jener vereinfachten Weise realisiert, wie sie erstmals in Fig. 33 vorgestellt worden sind.The parallel operation of bridge push-pull economy converters via suction throttles and the addition of the latter to push-pull part transformers is based on 36 explained in somewhat more detail. The arrangement shown there is a bridge counterpart to the single push-pull parallel converter arrangement sketched in FIG represent. The electronic two-way switches required on the primary side were again in realized in the simplified manner as presented for the first time in FIG. 33 are.
Außer dieser Vereinfachung auf der Primärseite bietet sich noch eine solche auf der Sekundärseite an. Dazu zeigt Fig. 37 nochmals die Anordnung nach Fig. 33, wobei deren gesamter Primärteil unverändert übernommen wurde.In addition to this simplification on the primary side, there is another one those on the secondary side. 37 shows the arrangement according to FIG 33, the entire primary part of which has been adopted unchanged.
Auf der Sekundärseite des Brücken-Gegentaktsparwandlers wurden dagegen die Thyristoren (114) bis (117) durch Dioden ersetzt und dafür in die Zuleitungen zu den jeweils zugehörigen sekundärseitigen Wiclungsanzapfungen sog. Triac's (Zweirichtungs-Thyristortrioden) (121) und (122) eingefügt, wobei der Triac (121) jeweils dann zu zünden ist, wenn nach Fig. 33 die Thyristoren (114) oder (116) zu zünden wären. Entsprechend ist der Triac (122) dann freizugeben, wenn nach Fig. 33 die Thyrisotren (115) oder (117) zu zünden wären.On the secondary side of the bridge push-pull parallel converter, however, were the thyristors (114) to (117) replaced by diodes and instead in the supply lines to the associated secondary winding taps, so-called triac's (bidirectional thyristor triodes) (121) and (122) inserted, whereby the triac (121) is to be ignited each time 33 the thyristors (114) or (116) would have to be triggered. Is accordingly to release the triac (122) when, according to Fig. 33, the thyrisotrene (115) or (117) would be to ignite.
Wie bereits dargelegt, können alle diese Brücken-Gegentaktsparwandler infolge der bei ihnen gegebenen Spannungssymmetrie zum Mittelpunktleiter ohne Schwierigkeiten für den Anschluß an ein Drehstromnetz verdreifacht werden.As already explained, all these bridge-type push-pull converters can without difficulty due to the voltage symmetry they give to the center conductor can be tripled for connection to a three-phase network.
Beispielhaft hierfür ist in Fig. 38 eine Anordnung skizziert, in welcher drei Brückengegentaktsparwandler (123), (124) und (125) nach Fig. 33 primär über je eine Differenzspannungsdrossel an die Außenleiter R, S und T eines speisenden Drehspannungssystems angeschlossen und sekundär mit ein und demselben aufnehmenden Gleichspannungssystem mit der Plusschiene (126), der Minusschiene (127) sowie der Neutralen (128) verbunden sind. In dieser dreiphasigen Anordnung muß der Mittelpunktleiter Mp des speisenden Drehspannungssystems (129) nicht notwendigerweise mit der Neutralen (128) des aufnehmenden Gleichspannungssystems verbunden sein. Vielmehr kann es sogar sehr vorteilhaft sein, eine derartige Verbindung nicht herzustellen, weil dann in allen drei Wechselstromzuleitungen keine Oberschwingungsströme fliessen, deren Frequenz gleich der dreifachen Netzfrequenz oder gleich einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ist. Infolgedessen können bei der Ausgestaltung der Treppenkurven UTR, UTS und UTT die darin enthaltenen Oberschwingungen mit den Ordnungszahlen 9 = 3(2p-1), p = 1,2...co außer Betracht bleiben, da sie keine störenden Ströme in den Wechselstromzuleitungen hervorrufen können. Ober die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade können somit die verbleibenden Oberschwingungen mit den Ordnungszahlen 2 5(s= 1,2 . .00 , s 3(2p-1), p = 1,2.. 00 ) noch kleiner gehalten werden (da auf die zuvor genannten eben keine Rücksicht mehr genommen werden muß).An example of this is an arrangement in FIG. 38 sketched, in which three bridge push-pull parallel converters (123), (124) and (125) according to FIG. 33 primarily via one differential voltage choke each to the outer conductors R, S and T of one feeding three-phase voltage system and secondary with one and the same absorbing DC voltage system with the plus rail (126), the minus rail (127) and the neutrals (128) are connected. In this three-phase arrangement, the Center conductor Mp of the feeding three-phase voltage system (129) not necessarily be connected to the neutral (128) of the receiving DC voltage system. Rather, it can even be very advantageous not to establish such a connection, because then no harmonic currents flow in all three AC supply lines, whose frequency is equal to three times the network frequency or equal to an integer Is multiples of this. As a result, when designing the staircase curves UTR, UTS and UTT the harmonics contained therein with the ordinal numbers 9 = 3 (2p-1), p = 1.2 ... co are disregarded as they do not have any disturbing currents in the AC power lines can cause. About the available Degrees of freedom can thus the remaining harmonics with the ordinal numbers 2 5 (s = 1,2. .00, s 3 (2p-1), p = 1,2 .. 00) can be kept even smaller (since on the aforementioned just no longer be taken into consideration got to).
Es bedarf keiner weitergehenden Erläuterung, daß in sämtlichen hiermit vorgestellten Anordnungen, insbesondere in den beschriebenen Gegentaktsparwandlern sowie Brücken-Gegentaktsparwandlern - die enthaltenen Halbleiterdioden durch andere ungesteuerte elektrische Einwegventile, - die enthaltenen Thyristoren durch andere einschaltbare elektrische Einwegventile, - die enthaltenen Triacs durch andere einschaltbare elektrische Zweiwegventile und - die enthaltenen Transistoren durch andere elektrische Einwegschalter (z.B. Abschaltthyristortetroden oder löschbare Thyristorkombinationen) ersetzt werden können, ohne daß ihre Funktion hierdurch in grundsätzlicher Weise beeinflußt wird.There is no need for further explanation that in all herewith presented arrangements, especially in the described push-pull parallel converters as well as bridge push-pull par converters - the semiconductor diodes contained by others uncontrolled electrical one-way valves, - the contained thyristors by others switchable electrical one-way valves, - the included triacs by other switchable electric two-way valves and - the transistors contained by other electric One-way switch (e.g. switch-off thyristor tetrodes or erasable thyristor combinations) can be replaced without thereby fundamentally affecting their function being affected.
Beispielhaft für den Ersatz von Transistoren durch löschbare Thyristorkombinationen sei von dem besonders einfachen Gegentaktsparwandler (100) nach Fig. 31 ausgegangen, in welchem nur zwei (Primär-) Transistoren sowie zwei Sekundärdioden und zwei Sekundärthyristoren enthalten sind.Exemplary for the replacement of transistors with erasable thyristor combinations let us start from the particularly simple push-pull parallel converter (100) according to Fig. 31, in which only two (primary) transistors as well as two secondary diodes and two secondary thyristors are included.
Fig. 39 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 31, nachdem die beiden Transistoren durch je eine löschbare Thyristorkombination (130) und (131) ersetzt wurden.39 shows the arrangement according to FIG. 31 after the two transistors have each been replaced by an erasable thyristor combination (130) and (131).
Letztere bestehen aus je einer Ladedrossel (132), einem llauptthyristor (133), einem Löschkondensator (134), einem Löschthyristor (135), einer Rückladedrossel (136), einer Rückladediode (137), einer Umschwingdrossei (138) und einem Umschwingthyristor (139). Ein derartiger Ersatz der Transistoren durch solche löschbaren Thyristorkombinationen, wie sie in großer Vielfalt bekannt sind, empfiehlt sich insbesondere bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung im Bereich hoher Leistungen, so z.B. bei der Energieaufbereitung für die Antriebsmotoren elektrischer Lokomotiven.The latter consist of a charging throttle (132) each, one main thyristor (133), a quenching capacitor (134), a quenching thyristor (135), a recirculation throttle (136), a recycle diode (137), a reversing throttle (138) and a reversing thyristor (139). Such a replacement of the transistors by such erasable thyristor combinations, as they are known in great variety, is particularly recommended when using the device according to the invention in the area of high performance, e.g. in the preparation of energy for the drive motors electric locomotives.
Abschliessend soZl anhand von Fig. 40 noch kurz ein sogenanntes Batteriespeisegerät beschrieben werden, in welchem die erfindungsgemäße Einrichtung in sehr vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann.Finally, referring to FIG. 40, a so-called battery supply device is briefly shown are described in which the device according to the invention in very advantageous Way can be used.
In der beispielhaften Anordnung nach Fig. 40 besteht dieses Batteriespeisegerät nacheinander aus dem speisenden Wechselspannungsnetz (140), der Differenzspannungsdrossel (141), dem ungesteuerten Eingangsgleichrichter in Brückenschaltung (142), dem Gegentaktsparwandler mit stufig variabler Spannungsübersetzung (143), einem Querkondensator mit einem parallelgeschalteten Saugfilter für die doppelte Frequenz des speisenden Wechselspannungsnetzes (144) und einem potentialtrenn,enden Gleichstromdurchflußwandler mit steuerbarem Obersetzungsverhältnis (145) gemäß Deutscher Patentanmeldung P 2710938.2 (dort Fig. 9). Die dem speisenden Wechselspannungsnetz (140) entnommene elektrische Energie passiert also nacheinander die Differenzspannungsdrossel, den Eingangsgleichrichter in Brückenschaltung, den Gegentaktsparwandler sowie den Durchflußwandler und fließt vom letztgenannten zur zu ladenden Speicherbatterie (146). Dabei erfolgt die Steuerung des Gesamtsystems über das "Steuergerät Gegentaktsparwandler" (147), das "Steuergerät Durchflußwandler" (148) und den Ladestromregler (149). Wenn aus einem bestimmten Betriebszustand heraus der Istwert 1ist des Stromes, mit welchem die Batterie (146) geladen wird, erhöht werden soll, so ist dazu de Sollwert Isoll dieses Stromes größer vorzuschreiben. Dann wird der Ladestromregler (149) das Obersetzungsverhältnis ü = UB/E des Gleichstromdurchflußwandlers (145) erhöhen. Dies hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung E des Gegentaktsparwandlers (143) absinkt. Das Steuergerät (147) des Gegentaktsparwandlers wird dann (im Wege einer Steuerung oder Regelung) dafür sorgen, daß der Winkel g dem neuen Wert von E in der mehrfach beschriebenen Weise nachgeführt, im vorliegenden Falle vergrößert wird.In the exemplary arrangement according to FIG. 40, there is this battery feed device one after the other from the feeding AC voltage network (140), the differential voltage choke (141), the uncontrolled input rectifier in a bridge circuit (142), the push-pull converter with stepped variable voltage transmission (143), a shunt capacitor with a Suction filter connected in parallel for twice the frequency of the feeding AC voltage network (144) and an isolated, direct current converter with controllable ends Gear ratio (145) according to German patent application P 2710938.2 (there Fig. 9). The electrical energy taken from the feeding AC voltage network (140) So the differential voltage choke, the input rectifier, happens one after the other in bridge circuit, the push-pull parallel converter and the forward converter and flows from the latter to the storage battery to be charged (146). The control takes place here of the entire system via the "control unit push-pull parallel converter" (147), the "control unit Flow converter "(148) and the charging current regulator (149). If from a certain Operating state, the actual value 1 is the current with which the battery (146) is charged, is to be increased, then the setpoint Isoll of this current is greater to prescribe. Then the charging current regulator (149) is the transmission ratio ü = Increase UB / E of the direct current flow converter (145). As a result, the Output voltage E of the push-pull converter (143) drops. The control unit (147) the push-pull parallel converter is then (by way of a control or regulation) for it ensure that the angle g corresponds to the new value of E in the manner described several times tracked, is enlarged in the present case.
Dies hat zur Folge, daß dem speisenden Wechselspannungsnetz (140) eine größere Leistung entnommen und diese der gespeisten Batterie zugeführt wird. Dabei erhöht sich der Istwert des Iadestromes der Batterie auf den nunmehr vorgeschriebenen Sollwert. Wie in Fig. 40 angedeutet, kann diese Vorschrift für den Sollwert des Batterieladestromes z.B. über einen Funktionsgenerator aus der Batteriespannung UB abgeleitet werden.This has the consequence that the feeding AC voltage network (140) a larger power is taken and this is fed to the battery that is fed. This increases the actual value of the battery's charging current on the now prescribed target value. As indicated in FIG. 40, this rule can for the setpoint of the battery charging current e.g. via a function generator the battery voltage UB can be derived.
Claims (37)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19772736934 DE2736934A1 (en) | 1977-08-16 | 1977-08-16 | Rectifier distortion reduction system - uses transistor switches and transformer having low losses and giving low distortion on AC input |
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DE19772736934 DE2736934A1 (en) | 1977-08-16 | 1977-08-16 | Rectifier distortion reduction system - uses transistor switches and transformer having low losses and giving low distortion on AC input |
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FR2571561A1 (en) * | 1984-10-05 | 1986-04-11 | Schrack Elektronik Ag | CONTINUOUS-DIRECT CURRENT CONVERTER |
-
1977
- 1977-08-16 DE DE19772736934 patent/DE2736934A1/en not_active Withdrawn
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