DE3925372C2

DE3925372C2 -

Info

Publication number: DE3925372C2
Application number: DE19893925372
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Dr.-Ing. 4600 Dortmund De Oels
Original assignee: Telem 5810 Witten De GmbH
Current assignee: Telem 5810 Witten De GmbH
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1991-08-14
Also published as: DE3925372A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltungsanordnung zur Reduzierung von Überspannungsspitzen in einem Wechselstromkreis, mit einem in einem Laststromweg liegenden Schalter, der von einer die Überspannungsspitzen detektierenden Steuereinheit aktiviert wird.The invention is directed to a circuit arrangement to reduce surge peaks in an AC circuit, with a switch in a load current path, of a control unit that detects the surge peaks is activated.

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.

Aus der gattungsbildenden DE 38 14 251 C1 ist eine Schutzschaltung zum Schutz von kapazitiven Lasten gegen impulsförmige Überspannungen bekannt. Hier werden unzulässig hohe Ströme und/oder Spannungen erkannt und nachfolgend trennt ein aktives Schalterelement für die Dauer der Überspannung die Last vom Versorgungsnetz. Hinweise auf einen Überspannungsschutz sind auch der Literaturstelle "Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte" von S. W. Wagner, 1964, R. v. Deckers Verlag, Seiten 390 bis 393, enthalten.A protective circuit is known from the generic DE 38 14 251 C1 to protect capacitive loads against pulse-shaped Surges known. Here are impermissibly high Currents and / or voltages recognized and subsequently disconnects an active switch element for the duration of the overvoltage the load from the supply network. References to one Surge protection are also the reference "power supply electronic circuits and devices "by S. W. Wagner, 1964, R. v. Deckers Verlag, pages 390 to 393, contain.

Bieten die im Stand der Technik beschriebenen Lösungen bereits einen gewissen Schutz gegen Überspannungsspitzen, so liegt die Aufgabe der Erfindung demgegenüber darin, ggf. bereits mit bekannten Mitteln reduzierte Überspannungsspitzen 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.Already offer the solutions described in the prior art some protection against surge peaks, so In contrast, the object of the invention is Reduced surge peaks already with known means 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 die Steuereinheit einen Differenzverstärker mit nachgeschalteter Schwellwerterkennung aufweist, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers mit einer zu der Spannung im Wechselstromkreis proportionalen Spannung direkt beaufschlagt wird und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers die letztgenannte Spannung über einen Tiefpaß zugeführt wird und wobei der Ausgang der Schwellwerterkennung mit dem Steuereingang des Schalters in Verbindung steht.This object is achieved according to the invention in that the control unit has a differential amplifier with a downstream Has threshold detection, the one Input of the differential amplifier with one to the voltage in the AC circuit proportional voltage is applied directly and the other input of the differential amplifier the latter voltage supplied via a low pass and is the output of the threshold detection is connected to the control input of the switch.

Durch die Erfindung wird die Reduzierung der Amplitude von Überspannungsspitzen erreicht, und zwar mit vergleichsweise einfachen baulichen Mitteln, wobei erst bei Vorkommen von Überspannungsspitzen die Steuereinheit aktiviert wird, um die entstandene Spitze von der Last fernzuhalten. Dadurch, daß der Schalter für die Dauer der Überspannungsspitze geöffnet bleibt, bildet sich so ein Einschnitt in der Sinuswelle bis praktisch 0. The invention reduces the amplitude of Overvoltage peaks achieved, and with comparative simple structural means, but only when it occurs the control unit is activated by surge peaks, to keep the resulting tip away from the load. Thereby, that the switch for the duration of the surge remains open, an incision is made in the sine wave to practically 0.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß zur Kompensierung der durch das Schalten erzeugten zusätzlichen Spannungsspitzen ein LC-Filter zwischen dem Schalter und der Last vorgesehen ist. Diese Maßnahme trägt der Tatsache Rechnung, daß im Schalter selbst durch den Abschaltvorgang zusätzliche Spitzen erzeugt werden, die zwar durchaus schwächer sein können als extern verursachte Spitzen, allerdings auch vor diesen Spitzen sollte die Last geschützt sein. Hier greift die Erfindung ein.In an embodiment, the invention provides that for compensation the additional voltage peaks generated by the switching an LC filter between the switch and the Load is provided. This measure bears the fact Bill that in the switch itself by the shutdown process additional peaks are generated, which indeed may be weaker than externally caused peaks, however the load should also be protected from these peaks be. This is where the invention intervenes.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß parallel und in Reihe zur Last Filter zur Unterdrückung zusätzlicher Spitzen, insbesondere als induktive Speicherdrossel wirkende Filter vorgesehen sind.A further embodiment of the invention consists in that parallel and in series to the load filter for suppression additional tips, especially as inductive Storage choke acting filters are provided.

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 action is as follows:
When 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. Schaltungsanordnung zur Reduzierung von Überspannungsspitzen in einem Wechselstromkreis, mit einem in einem Laststromweg liegenden Schalter, der von einer die Überspannungsspitzen detektierenden Steuereinheit aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit einen Differenzverstärker (10) mit nachgeschalteter Schwellwerterkennung (15) aufweist, wobei der eine Eingang (-) des Differenzverstärkers (10) mit einer zu der Spannung im Wechselstromkreis proportionalen Spannung direkt beaufschlagt wird und dem anderen Eingang (+) des Differenzverstärkers die letztgenannte Spannung über einen Tiefpaß (9) zugeführt wird und wobei der Ausgang der Schwellwerterkennung (15) mit dem Steuereingang des Schalters (3, 4) in Verbindung steht.1. Circuit arrangement for reducing overvoltage peaks in an AC circuit, with a switch located in a load current path and activated by a control unit that detects the overvoltage peaks, characterized in that the control unit has a differential amplifier ( 10 ) with downstream threshold value detection ( 15 ), the an input (-) of the differential amplifier ( 10 ) is acted upon directly by a voltage proportional to the voltage in the AC circuit, and the latter input is fed to the other input (+) of the differential amplifier via a low-pass filter ( 9 ) and the output of the threshold value detection ( 15 ) is connected to the control input of the switch ( 3 , 4 ).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung der durch das Schalten erzeugten zusätzlichen Spannungsspitzen ein LC-Filter zwischen dem Schalter (4) und der Last (5) vorgesehen ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that an LC filter between the switch ( 4 ) and the load ( 5 ) is provided to compensate for the additional voltage peaks generated by the switching.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel und in Reihe zur Last (5) Filter (11-14) zur Unterdrückung zusätzlicher Spitzen, insbesondere als induktive Speicherdrossel wirkende Filter (11, 12) vorgesehen sind.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that filters ( 11 - 14 ) are provided in parallel and in series with the load ( 5 ) to suppress additional peaks, in particular filters ( 11 , 12 ) acting as inductive storage chokes.