DE2812840A1

DE2812840A1 - Ueberstrombegrenzungseinrichtung fuer elektrische gleichstromgeraete

Info

Publication number: DE2812840A1
Application number: DE19782812840
Authority: DE
Inventors: Jean Jacques Abraham; Denis Pinson
Original assignee: CII HONEYWELL BULL
Current assignee: CII HONEYWELL BULL
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-09-28
Also published as: GB1601792A; FR2385249A1; FR2385249B1; US4208708A

Description

Dipl.-Ing. Rudolf Seibert 2 8 1 2 8 A

Rechtsanwalt · Patentanwalt It

RA U. PA Dlpl.-Ing. Selben, StalrmlorfstfaBe 6. 8000 Manchen 22

Anwaltsakte 3318 _{23>
März 1978}

COMPAGNIE INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE CII-HONEYWELL BULL, PARIS / FRANKREICH

überstrombegrenzungseinrichtung für elektrische Glexchstromgeräte

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überstrombegrenzungseinrichtung für elektrische Gleichstromgeräte

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strombegrenzungseinrichtung für Geräte mit Gleichstromversorgung. Die Einrichtung ist speziell dazu bestimmt, Überspannungen innerhalb einer Gleichstromversorgung mit einer Gleichstromglättungseinrichtung, welche durch einen Wechselstrom-Gleichstromumwandler versorgt wird, zu begrenzen. Sie kann auch bei allen Geräten, in welchen ein Stromgleichrichter eingeschaltet wird und welcher Überspannungen ausgesetzt sein kann, wenn er an Spannung gelegt wird, eingesetzt werden.

Immer wenn beispielsweise das Wechselstromentz, welches die Energie an ein Gleichstromnetz lieferr, einer Unterbrechung unterworfen wird, können beim Wiedereinschalten Stromspitzen innerhalb der GleichstrOmglättungseinrichtung auftreten, insbesonders, wenn die Last am Ausgang von dem Umformer gering ist. Diese Stromspitzen können die Zerstörung von bestimmten Elementen der Glättungseinrichtung zur Folge haben, insbesonders auch die Zerstörung des Filterkondensators am Eingang dieses Umformerteiles. Es ist deshalb wesentlich den Einschaltstrom zu beherrschen, damit die Versorgung nicht mit einem zu großen Einschaltstrom eingeschaltet wird, sei es nach einer Langzeitunterbrechung, sei es nach einer MikroUnterbrechung.

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Verschiedene Maßnahmen erlauben die Begrenzung von Überspannungen in einem Gleichstromgerät und speziell in einer
Gleichstromversorgung:
1. Einrichtungen, welche von Wärmewiderständen Gebrauch

machen und speziell von Wärmewiderständen, deren Widerstandswert abnimmt, wenn die Temperatur wächst. Im Fall einer Gleichstromversorgung z.B. wird der Wärmewiderstand eingeschaltet am Ausgang des Wechselstrom-Gleichstromumformers in Serie mit der Gleichstromglättungseinrichtung.

Der Heißleiter hat einen seiner Temperatur (der Umgebungstemperatur) entsprechenden Widerstand. Nach einer
Unterbrechung der Wechselstromversorgung, wird der
Heißleiter nur mehr durch einen seiner niedrigen Temperatur entsprechenden Strom durchflossen, da sein Widerstandswert sich beim Abkühlen vergrößert. Wenn die Stromversrogung wieder einsetzt, wird der Einschaltstrom des Wechselstrom-Gleichstromumformers durch den Wert des Widerstandes des Heißleiters begrenzt. Der Heißleiter erhitzt sich dann aufgrund des Stromdurchflusses und sein Widerstandswert wird vermindert, so daß der Strom fortschreitend in dem Maße der Erwärmung wächst bis er den Sollwert erreicht.

Heißleitereinrichtungen haben den Nachteil des sich Erwärmens als Funktion des gelieferten Stromes durch das

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zu versorgende Wechselstromgerät. Nach einer Unterbrechung kann der Widerstand eines Heißleiters einen sehr niedrigen Wert haben und deshalb nicht den Einschaltstrom begrenzen so wie dies an sich notwendig wäre. Die Begrenzung des Einschaltstromes ist deshalb abhängig von der Dauer der Unterbrechungen.

2. Einrichtungen mit einem fest parallel zu einem Relais angeordneten Widerständen. Diese Einrichtungen funktionieren folgender Maßen: Wenn eine Unterbrechung im Wechselstromversorgungskreis auftritt, wird das Relais geöffnet und der Einschaltstrom der Versorgung wird durch den Wert des Widerstandes begrenzt, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist. Dieses Relais wird dank der damit verbundenen Steuergliedern offengehalten bis der ausgesendete Strom durch die Versorgung den richtigen Wert erreicht hat. Wenn dies erreicht ist, wird das Relais geschlossen und der kurzgeschlossene Widerstand und die Versorgung funktionieren dann wie normalerweise vorgesehen.

Anlagen mit einem durch ein Relais kurzgeschlossenen Widerstand arbeiten nicht sehr zuverlässig und haben eine ziemlich lange Ansprechzeit.

3. Thyristorgesteuerte Einrichtungen, wobei der Thyristor mit Steuermitteln derart verbunden ist, daß dieser

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voll leitend ist, wenn die Wechselstromversorgung vorhanden ist, und der zunehmend leitend gesteuert wird durch Veränderung seines Ansteuerwinkels, wenn die Stromversorgung wieder eingeschaltet wird nach einer unterbrechung. Auf diese Art wird der Einschaltstrom der Versorgung begrenzt und die Einschaltung erfolgt nur zunehmend.

Schaltkreise mit einem Thyristor sind nur sehr schwer stetig zu steuern.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel eine Überstrombegrenzungseinrichtung in einem Gleichstromgerät anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und vorzugsweise Wieder— einschaltfehler bei erneuten Einschalten des Stromes nach einer Unterbrechung vermeidet. Sie hat auch zum Ziel eine zuverlässige Einrichtung anzugeben, welche leicht zu steuern ist und eine zuverlässige Ansprechzeit garantiert.

Gemäß der Erfindung erlaubt die Einrichtung, Überspannungen in einem Schaltkreis mit Gleichstromversorgung zu begrenzen.

Diese Einrichtung ist zwischen die Energieversorgungsguelle des Gerätes und den Stromrichter- und/oder'Filterkreis in diesem Gerät eingeschaltet, wobei diese Einrichtung gekennzeichnet dadurch ist, daß'sie einen Schaltkreis enthält, dessen Steuereingänge über Verzögerungsglieder mit Schwellwertabtast-

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gliedern im Wechselstromkreis zusammenwirken. Diese Verzögerungsglieder und Schwellwertglieder steuern den Schaltkreis, um alle Überspannungen in dem elektrischen Gerät mit Gleichstromversorgung in dem Moment zu begrenzen, wo die Stromversorgung nach einer Unterbrechung wieder eingeschaltet wird; sie ist zuverlässig und die Einschaltzeit ist definiert konstant.

Gemäß einer vorteilhaften Realisierung der Erfindung enthält der Schaltkreis zwei parallele Strompfade. Der erste von diesen Strompfaden enthält einen Widerstand, welcher in Serie mit einem Thyristor liegt, während der zweite Schaltkreis durch einen zweiten Thyristor gebildet ist. Die Steuereingänge der Thyristoren bilden die Steuereingänge des Schaltkreises.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden die Schwellwertglieder des Wechselstromkreises durch einen Hysteresekreis in Form einer Trigger-Schaltung gebildet. Die Verzögerungskreise sind mit diesem Trigger-Kreis verbunden und werden durch zwei monostabile Kippschaltungen gebildet, von denen die eine den ersten Thyristor und die andere den zweiten Thyristor steuert. Diese Kippschaltungen besitzen Zeitkonstanten, die so gewählt sind, daß alle Mikrounterbrechungen der Versorgung innerhalb einer vorgegebenen und sehr genauen Zeit keine Unterbrechung der Stromversorgung hervorrufen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile von der Erfindung ergeben

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sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, in welchen ein die Anwendung der Erfindung nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel wiedergegeben ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Überstrombegrenzungseinrichtung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Gleichstromversorgungseinrichtung und

Fig. 2 Diagramme, welche die Funktion der Einrichtung nach der Erfindung zeigen.

In der Fig. 1 ist eine Überstrombegrenzungseinrichtung 1 für eine elektrische Gleichstromversorgung dargestellt. Diese Versorgung enthält einen Wechselstrom-Gleichstromumformer 2, welcher an seinem Eingang die Wechselstromenergie E₁ empfängt. Die Versorgung enthält außerdem eine Gleichstromsiebschaltung 3 _r genannt "Glättungseinrichtung", welche mit dem Ausgang des Wechselstrom-Gleichstromumformers verbunden ist unter Einschaltung der Begrenzungseinrichtung. Der Wechselstrom-Gleichstromumformer 2 enthält ein Eingangsfilter 4 dessen allgemein bekannter Aufbau nicht im einzelnen dargestellt ist, und einen Doppelweggleichrichter 5, welcher hinter das Filter 4 unter Zwischenschaltung eines Unterbrechers 6 geschaltet ist. Die Glättungseinrichtung 3 enthält ein Ausgangsfilter 7, welches von einem Kondensator 8 und einer

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Induktivität 9 gebildet wird. Dieses Filter ist mit einer Begrenzungs- und Gleichrichter-Einrichtung 10 verbunden, an deren Ausgang die Gleichspannung abgenommen werden kann. Diese Begrenzungs- und Gleichrichter-Einrichtung ist ebenfalls für sich bekannt und nicht im einzelnen dargestellt.

Die überspannungsbegrenzungseinrichtung 1 enthält einen Schaltkreis 11 mit zwei Steuereingängen 12 und 13. Diese Steuereingänge sind verbunden mit einem Verzögerungsglied 14, das über einem Spannungsschwellwertglied 15 von der ■Wechselstromversorgung gespeist wird. In dem erläuterten Beispiel ist ein Doppelweggleichrichter 16 mit der Stromversorgung über seinen Eingang E₂ verbunden, d.h. der Schaltkreis 16 speist das Spannungsschwellwertglied.

Der Schaltkreis enthält zwei parallele Strompfade. Der eine von diesen Strompfaden enthält einen Widerstand 17, welcher in Serie mit einem ersten Thyristor 18 geschaltet ist, während der andere Strompfad durch einen zweiten Thyristor

19 gebildet ist. Die Steuerelektroden von diesen Thyristoren bilden die Steuereingänge 12 und 13 des Schaltkreises,.

Das Schwellwertglied des Wechselstromkreises wird durch einen bistabilen Detektor mit Hystereseverhalten von der Art eines "Schmitt-Triggers" gebildet, während die Ver— zögerungsglieder 14 durch zwei monostabile Kippschaltungen

20 und 22 realisiert sind.

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ORlGINAL INSPECTED

Die erste monostabile Kippschaltung 20 wird von dem bistabilen Abtaster gespeist und ihr direkter Ausgang 22 steuert die Steuerelektrode 13 des ersten Thyristors 18 über einen Verstärker 25; Die zweite monostabile Kippschaltung 21 wird einerseits vom Ausgang 22 der ersten Kippschaltung und andererseits vom Ausgang des bistabilen Abtasters 15 gesteuert. Der inverse Ausgang 23 dieser zweiten monostabilen Kippschaltung 21 steuert unter Zwischenschaltung einer UND-Schaltung 24 und eines Verstärkers 26 den Steuereingang 12 des zweiten Thyristors 19.

Die erste Kippschaltung 20 hat eine Einschaltperiode in der Größenordnung zwischen einer und zwei Halbwellen des Versorgungs-Wechselstromes, während die zweite Kippschaltung eine Einschaltperiode aufweist, welche mindestens gleich ist mit der Einschwingzeit des Stromes in dem Eingangsfilter 7 des Umformers.

Die Arbeitsweise der Einrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert. Das Diagramm in Fig. 2a zeigt als Funktion der Zeit die gleichgerichtete Spannung V am Ausgang des Doppelweggleichrichters 5. Bei diesem Diagramm ist angenommen, daß die Wechselstromversorgung zur Zeit t,. eingeschaltet wird, während eine Unterbrechung auftritt zur Zeit t_o und der Strom wieder eingeschaltet wird zur Zeit t_,. Die Wechselstromversorgung hat eine Frequenz von 50 Hertz. Dies bedeutet, daß die

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Zeit zwischen t_A und t_Q/ welche eine halbe Periode der Versorgungsspannung darstellt, einen Wert von 10 Millisekunden hat. Die Zeit zwischen t,. und t_p entspricht einer Periode des Wechselstromes und hat einen Wert von 20 Millisekunden.

Das Diagramm in Fig. 2b zeigt das am Ausgang des bistabilen Detektors 15 auftretende Signal. Dieser Detektor kippt in einen ersten Zustand bei einem Schwellwert V der gleich-

Π.

gerichteten Spannung, welche er an seinem Eingang empfängt. Dann kippt er in einen zweiten Zustand, wenn diese Spannung über den Wert V_M einen Schwellwert V erreicht. Der Detektor wird wieder kippen, solange die gleichgerichtete Spannung anwesend ist, d.h. also den Punkt tß der Unterbrechung der Versorgung erreicht. Der Detektor hört dann auf zu schwingen während der Dauer der Unterbrechung der Versorgung zwischen den Punkten t_ß und t_c. Am Punkt t_c, sobald die gleichgerichtete Versorgungsspannung wieder den Wert V erreicht, beginnt der Detektor wieder zu kippen. Damit wird am Ausgang des Detektors eine Folge von rechteckigen Impulsen I- abgegeben.

Das Diagramm nach Fig. 2c zeigt das Signal M₁, welches am Direktausgang 22 der ersten monostabilen Kippschaltung 20 auftritt. Die Umschaltperiode dieser monostabilen Kippschaltung ist derart gewählt, daß sie zwischen einer und zwei Perioden des Wechselstromes liegt. In dem beschriebenen Ausführungsbiespiel beträgt diese Kipp-Periode angenähert 30 Millisekunden. Auf diese Weise ist die Kippschaltung, so-

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lange der Versorgungswechselstrom nicht unterbrochen ist, ständig eingeschaltet und gibt eine AusgangsSteuerspannung bis zum Punkt t„ ab, welcher 30 Millisekunden hinter der Unterbrechung der Stromversorgung am Punkt t liegt. Jede Unterbrechung von einer Dauer unterhalb von 30 Millisekunden wird durch diese erste monostabile Kippschaltung überbrückt.

Die Kippschaltung wird erneut am Punkt t , kippen, d.h. also, sobald die Stromversorgung wieder eingeschaltet wird. Sie wird gesetzt durch die Rückfront von dem ersten Impuls I₁, welcher von dem Trigger 15 abgegeben wird.

Das Diagramm nach Fig. 2d zeigt das Signal M~, welches am invertierten Ausgang 23 der zweiten monostabilen Kippschaltung 21 auftritt. Diese Kippschaltung hat eine Periode der Leitfähigkeit, welche mindestens gleich der Einschwingzeit des Stromes in dem Eingangsfilter 7 der Gleichstromglättungseinrichtung 3 ist. In dem gewählten Ausführungsbeispiel liegt die Kippzeit in der Größenordnung einer Sekunde. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß diese Kippzeit dazu führt, daß erst nach einer Sekunde, nachdem die Stromversorgung unterbrochen war, die Kippschaltung eine Steuerspannung abgibt. Sie wird abgeschaltet durch die Rückseite des ersten Impulses von dem Trigger nach Einschalten der Stromversorgung oder beim Wiederbeginn nach einer Unterbrechung.

Das Diagramm nach Fig. 2e stellt das Signal dar, welches am

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ORlQINAL PSPSr

Ausgang der UND-Schaltung 24 auftritt. Diese Schaltung mit zwei Eingängen empfängt einerseits das Signal von dem invertierten Ausgang 23 der Kippschaltung 21 und andererseits das Signal von dem Direktausgang 22 der Kippschaltung 20.

Das Einschalten oder die Unterbrechung erscheint gleichzeitig am Eingang E₁ und am Eingang E„ der Begrenzungseinrichtung für Überspannungen.

Wenn die Versorgung eingeschaltet wird am Punkt t_A, die Trigger-Schaltung kippt und gibt einen ersten Impuls ab. An der Rückseite von diesen ersten der Impulse, werden die erste und die zweite monostabile Kippschaltung leitend am Punkt t„. Bei einer Unterbrechung der Versorgung am Punkt t , gibt die erste monostabile Kippschaltung weiterhin Spannung ab bis zum Punkt t„ etwa 30 Millisekunden nach der Unterbrechung bei t_D. Die zweite monostabile Kippschaltung wurde am Punkt t_T leitend. Am Punkt t bekommt die Steuerelektrode des ersten Thyristors 18 ein niedrigeres Niveau im Vergleich zu einem hohen Niveau der Spannung, wodurch dieser Thyristor zündet und der Strompfad über den Widerstand 17 und den Thyristor 18 eingeschaltet wird. Der Einschaltstrom ist damit begrenzt durch den Widerstand. Am Punkt t„ wird die monostabile Kippschaltung 23 gesetzt und das Ausgangssignal der UND-Schaltung 24 wird auf einen niedrigen Wert gegeben. Der Thyristor 19 leitet nicht. Am

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Punkt t_T, d.h. eine Sekunde nach dem Einschalten, wird die monostabile Kippschaltung 21 gesetzt und das Ausgangssignal der UND-Schaltung 24 läuft auf ein hohes Niveau wodurch der Thyristor 19 über die Zuleitung 12 angesteuert wird. Der durch den Widerstand 17 und den Thyristor 18 gebildete Strompfad ist damit kurzgeschlossen und der Versorgungsstrom ist nicht mehr begrenzt, ausgenommen durch den Fluß über dem Thyristor 18.

Wenn eine Stromunterbrechung auftritt beispielsweise am Punkt t_, hört der Schwellwertdetektor 15 auf zu kippen

rs

am Punkt t_T, und die monostabile Kippschaltung 20 fällt is.

zurück, 30 Millisekunden später am Punkt t„. Der Thyristor 18 hört auf zu leiten. Dasselbe gilt für den Thyristor 19, welcher durch die Ausgangsspannung der UND-Schaltung 24 gesteuert wird.

Wenn die Stromversorgung zurückkehrt am Punkt t_c, beginnt der Detektor 15 erneut zu kippen und bei t_ werden die Kippschaltungen 20 und 21 erneut leitend. Der fortschreitende Anlaufzyklus widerholt sich wie vorstehend.

Die Erfindung erlaubt die genannten Ziele gut zu erreichen, d.h. jede überspannung in der Stromversorgung infolge von einer Unterbrechung zu begrenzen, die Kennzeichnung von Kurzunterbrechungen der Vesorgung sowie mit einer geringen

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Einschaltzeit der Einrichtung bei Wiederauftreten der Versorgung zu arbeiten.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern daß geeignete Mittel jederzeit verwendet werden können durch äquivalente Mittel ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

ORIGINAL 1NSPEGTIÖ

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Claims

Rechtsanwalt · Patentanwalt

BA u. PA Dlpl.-Ing. Seibert. StaltwdorfgtraBa 8. 8000 München 22

Anwaltsakte 3318

überstrombegrenzungseinrichtung für elektrische

Gleichstromgeräte

PATENTANSPRÜCHE

1, ) Überstrombegrenzungseinrichtung in einem Gleichstromgerät, welches Gleichrichterschaltkreise und/oder Filt.erkreise enthält, wobei die Begrenzungseinrichtung zwischen einer Wechselstromversorgungseinrichtung und den Glättungs- oder Filterschaltkreisen eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Eingangsschaltkreis (E„) mit Verzögerungsschaltgliedern (14) vorgesehen ist, welche mit einem Schwellwertabtastglied(15) für den Wechselstromteil verbunden sind, wobei die Verzögerungs- und Abtastglieder den Umformerschaltkreis derart steuern, um alle Überspannungen in dem elektrischen Schaltkreis im Einschalt- oder Wiederein scha ltmoment zu begrenzen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Stromversorgung mindestens zwei parallele

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Strompfade vorgesehen sind, wobei der eine von diesen Strompfaden einen in Serie mit einem ersten Thyristor (18) geschalteten Widerstand (17) aufweist, während der andere einen zweiten Thyristor (19) enthält und wobei die Steuereingänge von diesen Thyristoren die Zündsteuereingänge von diesen Thyristoren bilden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertabtastglied im Wechselstromabschnitt durch einen Hysteresedetektor (15) vom Typ eines Schmitt-Triggers gebildet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltglieder eine erste monostabile Kippschaltung (20) deren Eingang mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers (15) verbunden ist und dessen Ausgang (22) den Zündeingang des ersten Thyristors (18) steuert, und eine zweite monostabile Kippschaltung (21) mit zwei Eingängen aufweisen, wobei einer dieser Eingängen mit dem Ausgang von der ersten monostabilen Kippschaltung (20) verbunden ist, während der andere Eingang vom Ausgang des Schmitt-Triggers (15) angesteuert ist, und wobei der Ausgang (23) dieser zweiten Kippschaltung den Steuereingang des zweiten Thyristors (19) steuert.

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5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste monostabile Kippschaltung (20) eine Kippzeit aufweist in der Größenordnung zwischen einen und zwei Perioden der Wechselstromversorgung, während die zweite monostabile Kippschaltung (21) eine Kippzeit aufweist, welche mindestens gleich ist mit der Verzögerungszeit des Stromanstieges im Eingangsfilter (7) »

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