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Gleichspannungswandler Die Erfindung bezieht sih auf einen Gleichspannungswandler,
der zwischen einer Gleichstromquelle und einem Uleichstromverbraucher angeordnet
ist, dessen Eingang parallel zur Gleichstromquelle liegt und dessen Ausgang mit
dem Verbraucher in Reihe geschaltet ist.
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Die Erfindung geht aus von einem Gleichspannungswandler, dessen Ausgangsspannun
aus der Summe zweier Wechseispannungen gewonnen wird, von denen die eine abhängig
vrn der Spannung am Verbraucher mittels einer Phassenschieberanordnung in ihrer
Phaseniage gegenüber der anderen Wechselspannung verschoben wird.
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Bei vielen Gleichstromverbrauchern ist es erforderlich, daß die Speisespannung
einen konstanten Wert hat. Wann solche Verbraucher aus einer Gleichstromquelle mit
schvankender Spannung gespeist werden sollen, ist eine Regele@nrichtung erforderlich,
die aus der schwanken@@@ Gleichspannung eine konstante Gleienspannung erzeugt Weah
han die erforderliche Speisespannung gleich der maximaler Spahiung der Gleichspannungsquelle
i.,t, so muß bei Absinken der Spannung an der Gleichspannungsquelle eine weitere
Spannung hinzugefügt werden, um die ursprünglich geforderte Spahnungshöhe zu halte.
Diese Zusatspannung kann von einer Gleichspannungswandler geliefert werden, der
aus der Gleichspannurgsquelle
gespeist wird und abhängig von der
Spannung am Verbraucher die erforderliche Zusatzspannung liefert.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen solchen Gleichspannungswandler,
bei dem aus der Eingangs-Gleichspannung zwei Wechselspannungen gebildet werden,
die schließlich addiert und durch einen Gleichrichter wieder in eine Gleichspannung
umgewandelt werden. Abhängig von der Spannun am Verbraucher wird die eie Wechselspannung
gegenüber der anderen Wechselspannung in ihrer Phase mehr oder weniger verschoben,
so daß sich bei der Summierung der Leiden Wechselspannungen eine mehr odcr weniger
hohe Spannung ergibt, die als Gleichspannung zu der Spannung der Gleichstromquelle
addiert wird.
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Auf diese Weise kann die Spannung am Verbraucher trotz schwankender
Spannung der Gleichstomquelle konstant gebalen werden. Ein solcher Fall ist z.B.
gegeben, wenn ein Verbraucher aus einer Batterie gespeist werden soll. Durch die
fortkayfebde Entladung der Batterie, inkt deren Spannung, so daß ein Spannungsausgleich
erforderlich ist.
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Der Gleichspannungswandler der peschricbenen Art enthält also Zwei
Wechselrichper und einen Gleichrichter sowie eine Phasenschieberanordnung, die abhaugig
von der Spannung am Verbraucher beein fluss wird und die eine Wechselspannung in
ihrer Phase gegenüber der anderen Wechselspannung verschiett Wenn die Phasenverschiebung
zwischen den beiden Wechselrichter-Ausgangsspannungen b beträgt, so addierern sich
die beiden Spannungen, wenn die Phasenverschiebung 180° beträgt, so ergibt sich
die Summenspannung soll.
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Als Wechselrichter werden pormalerweise statische Wechselrichter mit
Thyristoren verwendet, die durch entsprechende Impulse gesteuert werden Um de Phasenverschiebung
der
einen Wechselspannung gegenüber der anderen Wechselspannung
zu erzielen, werden die Impulse des einen Steuergenerators gegenüber denen des anderen
Steuergenerators der Wechselrichter verschoben. Dies geschieht in der Regel über
einen Kondensator und einen veränderlichen Widerstand. Eine solche Anordnung bewährt
sich bei reinen Wechselrichtern sehr gut, da man mit einem Regelbereich von etwa
100 bis etwa 1500 auskommt. Im Falle des oben beschriebenen Gleichspannungswandlers
treten jedoch insofern Schwierigkeiten auf, da hier auch der Fall eintritt, daß
die Ausgangsspannung Null sein muß, d.h. also, daß die beiden Wechselspannungen
um 1800 in ihrer Phase gegeneinander verschoben sein müssen.
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Dies entspricht, unter Berücksichtigung der inneren Spannungsabfälle,
einem Verschiebungswinkel von etwa 1700. Bei einem so großen Verschiebungswinkel
neigt der geregelte Steuergenerator zum Auskippen und es können die beiden Thyristoren
eines Wechselrichters gleichzeitig zünden, was jedoch unbedingt vermieden werden
muß. Auch hier ist es wesentlich vorteilhafter, von einer Reglerphasenverschiebung
Null auszugehen für die Ausgangsspannung Null und bei steigender Ausgangsspannung
des Gleichspannungswandlers die Phasenverschiebung des Reglers zu erhöhen. Eine
Reglerphasenverschiebung von 1800 oder 1700 läßt sich viel schwieriger verwirklichen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei unwirksamer
Phasenschieberanordnung die beiden Wechselspannungen um 1800 gegeneinander phasenverschoben
sind. Es wird also bei dem Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung von zwei Wechselspannungen
ausgegangen, die um 1800 gegeneinander in ihrer Phase verschoben sind. Bei wirksamer
Phasenschieberanordnung wird, ausgehend von dieser Phasenverschiebung von 1800,
die Phasenverschiebung vermindert oder
gegebenenfalls auch erhöht.
Wenn also die Gleichstromquelle genau die am Verbraucher erforderliche Spannung
liefert und somit der Gleichspannungswandler keine Zusatzspannung zu liefern braucht,
so ist die Phasenschieberanordnung im Gleichspannungswandler unwirksam und durch
Addition der um 1800 verschobenen Wechselspannung ergibt sich die Ausgangsspannung
Null. Bei sinkender Spannung an der Gleichstromquelle muß eine steigende Zusatzspannung
zu der Spannung der Gleichstromquelle addiert werden, die der Gleichspannungswandler
liefert. Zu diesem Zwecke wird die Phasenschie-.
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beranordnung wirksam und verschiebt die eine Wechsel spannung, ausgehend
von der ursprünglichen Phasenverschiebung von 1600, so daß sich eine geringere oder
größere Phasenverschiebung ergibt. Durch Summierung der beiden Wechselspannungen
ergibt sich nunmehr die gewünschte mehr oder weniger große Zusatzspannung.
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Selbstverständlich muß hierbei der Regler des Gleichspannungswandlers
eine umgekehrte Funktion haben. Wenn beide Wechselspannungen normalerweise in Phase
sind, so muß bei einer hohen Spannung am Verbraucher die Phasenverschiebung groß
sein, damit sich eine geringe oder gar keine Auegangsspannung des Gleichspannungswandlers
ergibt. Bei niedriger Spannung am Verbraucher muß eine große Zusatzspannung geliefert
werden und dadurch die Phasenverschiebung im Regler vermindert werden, so daß sich
eine steigende Ausgangaspannung des Gleichspannungswandlers ergibt.
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Im Gegensatz hierzu muß bei dem Gleichspannungswandler gemäß der Erfindung
der Reglerarbeiten, daß bei einer großen Spannung am Verbraucher die Phasenverschiebung
gering oder Null ist und bei einer absinkenden Verbraucherspannung die
Phasenverschiebung
ansteigt. Dies läßt sich jedoch durch einfache schaltungstechnische Maßnahmen am
Regler erzielen.
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Wenn zwei statische Wechselrichter verwendet werden, um die beiden
Wechselspannungen zu erzeugen, so werden diese, wie oben bereits beschrieben, von
einem Taktgeber mit Impulsen gesteuert. Hierbei wird der eine Wechselrichter direkt
vom Taktgeber gesteuert und der andere über einen Phasenregler.
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Bei einer solchen anordnung kann die Phasenverschiebung der beiden
Wechselspannungen um 180° in einfacher Weise so erzielt werden, daß die vom Phasenregler
zu den beiden Thyristoren des einen Wechselrichters führenden Steuerleitungen untereinander
vertauscht werden.
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Die Summierung der beiden Wechselspannungen wird unter anderem dadurch
vorgenommen, daß diese den Primärwicklungen von zwei Transformatoren zugeführt werden,
deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind. In diesem Falle kann die Phasenverschiebung
um 180° dadurch erzielt werden. daß die beiden Sekundärwicklungen gegeneinander
geschaltet werden.
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Als Transformatoren können hierbei die Ausgangstransformatoren verwendet
werden, die üblicherweise in statischen Wechselrichtern enthalten sind.
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Die Erfindung soll anhand der Figuren näher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt die Anordnung, von der die Erfindung ausgeht.
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Figur 2 und 3 zeigen je eine Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der Anordnung nach Figur 1 wird der Verbraucher 10 aus einer Gleichstromquelle,
beispielsweise der Batterie 1, gespeist. Zur Erzielung einer konstanten Spannung
am Verbraucher ist bei absinkender Batteriespannung eine
Zusatzspannung
erforderlich, welche von einem Gleichspannungswandler geliefert wird. Dieser Gleichspannungswandler
enthält im wesentlichen zwei Wechselrichter 2 und 3, die aus der Batterie 1 gespeist
werden. Die beiden Wechselspannungen werden den Transformatoren 8 und 9 zugeführt,
über deren Sekundärwicklungen summiert und durch den Cleichrichter mit nachgeschalteter
Siebkette gleichgerichtet. Die aus dem Gleichrichter 4 erhaltene Gleichspannung
wird zu der Spannung der Gleichstromquelle 1 addiert. Die beiden mit Thyristoren
arbeitenden statischen Wechselrichter 2 und 3 werden durch einen Taktgeber 5 mit
Impulsen gesteuert. Zwischen dem Taktgeber 5 und dem Wechselrichter 3 ist der Phasenregler
6 eingeschaltet. Durch diesen werden die Impulse in ihrer Phase verschoben abhangig
von der Spannung am Verbraucher, die über die Fühlerleitung 7 auf den Phasenregler
6 einwirkt. Im Phasenregler 6 ist angedeutet, daß bei steigender Fühlerleitungsspannung
U die Phasenverschiebung f der Impulse größer wird.
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Wenn die Spannung U ihren maximalen Wert hat, muß die Phasenverschiebung
1800 betragen, damit die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers Null ist.
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In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Abwandlung des Gleichspannungswandlers
nach Figur 1 dargestellt, damit bei unwirksamem Phasenregler 6 eine Verschiebung
der beiden Wechselspannungen von 1800 erzielt wird. Im vorliegenden Falle wird dies
durch Gegeneinanderschalten der Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren 8
und 9 erzielt. Beim Phasenregler 6 ist angedeutet, daß dieser nunmehr umgekehrt
arbeitet, d.h., daß bei großer Fühlerspannung die Phasenverschiebung durch den Phasenregler
klein ist oder Null wird, wodurch sich ein kleiner Ausgangswiderstand, eine kleine
Impulsverschiebung und eine kleine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers
ergibt.
Umgekehrt wird bei großer Fühlerspannung ein großer Ausgangswiderstand und eine
große Impulsverschiebung durch den Phasenregler 6 erzielt, so daß sich eine große
Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers ergibt.
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Die Schaltungsanordnung nach Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform
der Erfindung. Hier wird die Phasenverschiebung bei unwirksamem Phasenregler 6 dadurch
erzielt, daß die Anschlüsse vom Phasenregler 6 an den beiden Thyristoren des Wechselrichters
3 vertauscht sind. Auch hier ist die Phasenverschiebung des Phasenreglers 6 bei
großer Fühlerleitungsspannung gering und bei kleiner Fühlerleitungsspannung groß.
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3 Patentansprüche 3 Bl. Zeichnungen