DE3925372A1

DE3925372A1 - AC network overvoltage peak redn. by active switching - involves temporary opening of switch across rectifier bridge with inductance-capacitance suppression of additional load spikes

Info

Publication number: DE3925372A1
Application number: DE19893925372
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: TELEM GmbH
Current assignee: TELEM GmbH
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1991-02-14
Also published as: DE3925372C2

Abstract

AC lines (1,2) feed a load (5) via a bridge rectifier (3) and series chokes (11,12) with smoothing capacitors (13,14). A passive overvoltage protection circuit (6) is reinforced by an additional voltage divider (7,8) passing residual peaks through a low-pass filter (9) to a subtractor (10). A normally-closed switch (4) across the bridge (3) is opened (15) for the duration of peaks exceeding a predetermined amplitude threshold. The switching overvoltages are filtered out by the two chokes (11,12) and two capacitors (13,14). ADVANTAGE - Influence of phase of peak overvoltage w.r.t. AC sinusoid is independent of its zero-crossing.

Description

In Stromkreisen können Störungen entstehen oder von außen aufgezwungen werden, die zu erheblichen Spannungs- und Stromspitzen führen können. So können bei Blitzeinschlägen Spannung von 10 000 V und Ströme von 10 000 A entstehen, wobei zum Schutz dieser Stromkreise passive ableitende Bau elemente, wie Varistoren, Gas-Ableiter oder Supressor-Dio den, eingesetzt werden, die durch teilweises Kurzschließen der Netzleitungen den größten Teil der Überspannungsener gie absorbieren. Die im Netz verbleibende Spannung hängt insbesondere von dem Widerstand der Netzleitung sowie dem Innenwiderstand der parallel liegenden Ableiter ab, da die Netzleitungen sowie der parallel liegende Ableiter im Prin zip einen Spannungsteiler bilden.Interference can occur in circuits or from outside be forced to create considerable tension and Can lead to current peaks. So when lightning strikes Voltage of 10,000 V and currents of 10,000 A arise being used to protect these circuits passive dissipative construction elements such as varistors, gas arresters or suppressor diodes which are used by partial short-circuiting most of the overvoltage generators absorb. The voltage remaining in the network depends especially the resistance of the power line and the Internal resistance of the parallel arresters, since the Power lines and the parallel arrester in the Prin zip form a voltage divider.

Der Nachteil der bekannten Maßnahmen liegt insbesondere darin, daß sie keine Rücksicht darauf nehmen, welche rela tive Position bzw. Phase die Störungen zur Sinushalbwelle des Netzes aufweisen, da die Störspannungen und Störströme Impulse darstellen, die der 50 Hz-Sinusschwingung des Net zes überlagert sind und durch die bekannten Schutzmaßnah men gleichmäßig abgekappt werden. Durch diese gleichmäßige Abkappung ergibt sich beispielsweise, daß bei einem Ab schneiden der Impulse auf beispielsweise 900 V, was durch aus realistisch ist, ein Impuls auf der höchsten Stelle der Sinusschwingung von beispielsweise 900 V-320 V = 580 V vorliegt, während die 900 V heim Nulldurchgang der Sinuswelle insgesamt vorliegen. Dabei ist es besonders nachteilig, daß dieses Restsignal wegen seines von den Ab leitern bestimmten niedrigen Innenwiderstandes mit den be kannten Mitteln praktisch nicht mehr zu reduzieren ist.The disadvantage of the known measures lies in particular in that they take no account of which rela tive position or phase the interference to the sinus half-wave of the network, because the interference voltages and interference currents Represent pulses that the 50 Hz sine wave of the Net zes are superimposed and by the known protective measure men are evenly cut. Through this even Capping results, for example, that with an Ab cut the pulses to, for example, 900 V, what is realistic, an impulse at the highest point the sine wave of, for example, 900 V-320 V = 580 V is present, while the 900 V at zero crossing the Total sine wave present. It is special disadvantageous that this residual signal because of its from the Ab conductors certain low internal resistance with the be known means can practically no longer be reduced.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ggf. bereits mit bekannten Mitteln reduzierte Überspannungsspit zen noch weiter zu reduzieren, wobei der Einfluß der Lage der Störspitze relativ zur Sinusschwingung des Netzes im wesentlichen unabhängig vom Nulldurchgang dieser Sinuswel le sein soll.In contrast, the object of the invention is to Reduced surge voltage already with known means zen to reduce even further, taking the influence of the location the spike relative to the sine wave of the network essentially independent of the zero crossing of this sine wave le should be.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Wechselstromkreis, insbesondere im Netz-Wechselstrom kreis, in Reihe mit der Last ein aktiver Schalter vorgese hen wird, der bei Auftreten einer Überspannungsspitze für deren Dauer geöffnet und danach wieder geschlossen wird.This object is achieved according to the invention in that in an alternating current circuit, especially in an alternating current circuit, an active switch is provided in series with the load hen that is when an overvoltage spike occurs the duration of which is opened and then closed again.

Der Vorteil der Frfindung liegt darin, daß die Reduzierung der Amplitude von Überspannungsspitzen mit den Maßnahmen der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Verfahren da durch erreicht wird, daß das beeinflussende Bauelement in Reihe mit der Last vorgesehen ist und dieses Element ein aktiver Schalter ist, der normalerweise geschlossen ist und bei Vorkommen einer Üherspannungsspitze geöffnet wird, um diese Spitze von der Last fernzuhalten. Dadurch, daß der Schalter für die Dauer der Überspannungsspitze geöff net bleibt, bildet sich so ein Einschnitt in der Sinuswel le bis praktisch 0. Die durch Abschalten erzeugten zusätz lichen Spitzen werden vom Lastrom und der Lastinduktivi tät, nicht aber von den ursächlichen Hochstromspitzen be stimmt und sind daher kalkulierbar und wesentlich schwä cher als letztere.The advantage of finding is that the reduction the amplitude of surge peaks with the measures the invention in contrast to the known methods is achieved by that the influencing component in Row with the load is provided and this element active switch that is normally closed and is opened in the event of a surge peak, to keep this tip off the load. As a result of that the switch is open for the duration of the surge surge remains net, an incision is made in the Sinuswel le to practically 0. The additional generated by switching off Leak peaks are from the Lastrom and the load inductors activity, but not from the causative high current peaks true and are therefore calculable and much weaker more than the latter.

Vorteilhaft ist es, wenn der Schalter einem Brückengleich richter zugeordnet wird, wobei insbesondere auch vorgese hen sein kann, daß die durch das Schalten erzeugten zusätz lichen Lastspitzen von einem LC-Filter, der zwischen Schal ter und Last vorgesehen wird, kompensiert werden, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht. Dadurch wird erreicht, daß der zwischen Schalter und Last liegende LC-Filter die Schalterspitzenenergie aufnehmen kann, um sie dann teilwei se in die vom Schalter verursachte Lücke zu füllen und den Rest über die verbleibende Sinuswelle mit niedriger Span nung zu verteilen.It is advantageous if the switch is a bridge is assigned to a judge, in particular also with a preliminary hen can be that the additional generated by the switching load peaks from an LC filter between scarf ter and load is provided to be compensated for like this the invention also provides. This ensures that the LC filter between the switch and the load Switch peak energy can then partially to fill the gap caused by the switch and the Rest over the remaining low span sine wave distribution.

Die Erfindung sieht auch eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens vor, die sich insbesondere durch einen Brückengleichrichter mit normalerweise geschlossenem Schal ter zwischen einem Leitungsweg eines Netz-Wechselstromkrei ses und der zu schützenden Last auszeichnet. The invention also provides a circuit for implementation the procedure, which is particularly characterized by a Bridge rectifier with normally closed scarf ter between a line path of a mains AC circuit and the load to be protected.

Weitere Ausgestaltungen bestehen darin, daß zwischen den Netz-Wechselstromkreis-Leitungen parallel zur Last zusätz lich ein erstes Überspannungsschutzglied vorgesehen ist und/oder parallel und in Reihe zur Last Filter zur Unter drückung zusätzlicher Spitzen vorgesehen sind.Further configurations consist in that between the Mains AC circuit lines parallel to the load additional Lich a first overvoltage protection element is provided and / or parallel and in series to the load filter to the sub additional peaks are provided.

Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß neben Spannungsteiler ein Tiefpaß einen zur Substraktion dienen den Operationsverstärker an einem Eingang beaufschlagt, wo bei dieser zusätzlich am anderen Eingang direkt beauf schlagt ist und am Ausgang eine Schwellwerterkennung zur Schaltung des Schalters beaufschlagt.According to the invention it can also be provided that in addition A low-pass voltage divider is used for subtraction applied to the operational amplifier at an input where with this also directly at the other entrance strikes and at the output a threshold detection for Circuit of the switch applied.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert. Diese zeigt inThe invention is below with reference to the drawing explained in more detail, for example. This shows in

Fig. 1 ein vereinfachtes Bild der Schaltung nach der Er findung sowie in Fig. 1 is a simplified picture of the circuit according to the invention and in

Fig. 2 einen prinzipiellen Verlauf einer Sinushalbwelle mit Störimpuls. Fig. 2 shows a basic curve of a sine half-wave with interference pulse.

An den Leitungen 1 und 2 eines Wechselstromkreises ist ei ne mit 5 bezeichnete Last angeschlossen. Dabei ist der Wechselstromkreis über einen Brückengleichrichter 3 mit ei nem normalerweise geschlossenen Schalter sowie über Dros seln 11 und 12 geschlossen. On lines 1 and 2 of an AC circuit ei ne is connected to 5 designated load. The AC circuit is closed via a bridge rectifier 3 with egg nem normally closed switch and Dros seln 11 and 12 .

Zum Schutz der Last ist ein nicht näher dargestellter pas siver Überspannungsschutz 6 vorgesehen, wobei die noch vor handenen Restspitzen einmal über einen Tiefpaß 9 direkt an einen Operationsverstärker bzw. Subtrahierer 10 abgegeben werden, wobei eine nicht näher dargestellte Schwellwerter kennungselektronik vom Subtrahierer 10 den Schalter 4 be aufschlagt, was durch eine Leitung 15 angedeutet ist.To protect the load, passive overvoltage protection 6 ( not shown in more detail) is provided, the residual peaks still present being passed directly to an operational amplifier or subtractor 10 via a low-pass filter 9 , with threshold electronics (not shown in more detail) from the subtractor 10 and the switch 4 be opens what is indicated by a line 15 .

Mit 7 und 8 sind zusätzliche Spannungsteiler zur Beauf schlagung des Operationsverstärkers 10 vorgesehen, paral lel zur Last sind weitere Filter 13 und 14 im Schaltsystem eingebaut.With 7 and 8 additional voltage dividers are provided for loading the operational amplifier 10 , parallel to the load, further filters 13 and 14 are installed in the switching system.

Die Wirkungsweise ist dabei die folgende: Bei Überschaltung einer vorgegebenen Amplitudenschwelle wird von der Schwellwerterkennungselektronik der Schalter 4 für die Dauer dieser Spitze geöffnet und der Laststrom kreis für die gleiche Dauer unterbrochen. Die Filter 11, 12, 13 und 14 dienen zur Unterdrückung der durch die Unter brechung entstandenen zusätzlichen Spitzen. Durch die Kom bination mit dem passiven Überspannungsschutz 6 kann die Austastschaltung 3, 4, 7, 8, 9 und 10 mit den nachfolgen den Filtern 11, 12, 13 und 14 die Überspannungsspitzen auf einen niedrigen, ungefährlichen Wert für die Last 5 redu zieren, wie sich dies prinzipiell aus Fig. 2 ergibt. The mode of operation is as follows: If a predetermined amplitude threshold is exceeded, the switch 4 is opened by the threshold detection electronics for the duration of this peak and the load current circuit is interrupted for the same duration. The filters 11 , 12 , 13 and 14 serve to suppress the additional peaks caused by the interruption. By combination with the passive overvoltage protection 6 , the blanking circuit 3 , 4 , 7 , 8 , 9 and 10 with the successive filters 11 , 12 , 13 and 14 can reduce the overvoltage peaks to a low, harmless value for the load 5 , as can be seen in principle from FIG. 2.

Die in Fig. 2 schraffiert angegebene Energiefläche 16 des Störimpulses ohne die Maßnahme nach der Erfindung einer seits entspricht im wesentlichen der Impulsenergiefläche 17 umgekehrter Schraffur nach dem Verlauf gemäß der Erfin dung. In Fig. 2 ist das Ausschaltzeitintervall mit 18 be zeichnet.The hatched in FIG. 2 energy area 16 of the interference pulse without the measure according to the invention on the one hand essentially corresponds to the pulse energy area 17 reverse hatching according to the course according to the inven tion. In Fig. 2, the switch-off interval is 18 .

Claims

1. Verfahren zur Reduzierung von Überspannungsspitzen in Wechselstromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß im Wechselstromkreis, insbesondere im Netz-Wechsel stromkreis in Reihe mit der Last ein aktiver Schalter vor gesehen wird, der bei Auftreten einer Überspannungsspitze für deren Dauer geöffnet und danach wieder geschlossen wird.1. A method for reducing overvoltage peaks in AC circuits, characterized in that an active switch is seen in series in the AC circuit, in particular in the AC line circuit with the load, which is opened for the duration of an overvoltage peak and then closed again.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter einem Brückengleichrichter zugeordnet wird.2. The method according to claim 1, characterized, that the switch is assigned to a bridge rectifier becomes.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Schalten erzeugten zusätzlichen Lastspit zen von einem LC-Filter, der zwischen Schalter und Last vorgesehen wird, kompensiert werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the additional load peak generated by the switching zen of an LC filter between the switch and load is provided to be compensated.

4. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Brückengleichrichter (3) mit normalerweise geschlos senem Schalter (4) zwischen einem Leitungsweg (2) eines Netz-Wechselstromkreises (1, 2) und der zu schützenden Last (5).4. Circuit for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by a bridge rectifier ( 3 ) with normally closed switch ( 4 ) between a line path ( 2 ) of a mains AC circuit ( 1 , 2 ) and the load to be protected ( 5th ).

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Netz-Wechselstromkreis-Leitungen (1, 2) pa rallel zur Last (5) zusätzlich ein erstes Überspannungs schutzglied (6) vorgesehen ist.5. A circuit according to claim 4, characterized in that a first overvoltage protection element ( 6 ) is additionally provided between the mains AC circuit lines ( 1 , 2 ) pa parallel to the load ( 5 ).

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel und in Reihe zur Last (5) Filter (11, 14) zur Unterdrückung zusätzlicher Spitzen vorgesehen sind.6. Circuit according to claim 4 or 5, characterized in that filters ( 11 , 14 ) for suppressing additional peaks are provided in parallel and in series with the load ( 5 ).

7. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben Spannungsteiler (7, 8) ein Tiefpaß (9) einen zur Substraktion dienenden Operationsverstärker (10) an einem Eingang beaufschlagt, wobei dieser zusätzlich am anderen Eingang direkt beaufschlagt ist und am Ausgang eine Schwellwerterkennung (15) zur Schaltung des Schalters (4) beaufschlagt.7. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to voltage dividers ( 7 , 8 ) a low-pass filter ( 9 ) acts upon a subtraction operational amplifier ( 10 ) at one input, which is additionally acted upon directly at the other input and at the output a threshold value detection ( 15 ) for switching the switch ( 4 ) is applied.