DE2600548C2

DE2600548C2 - System zur Strombegrenzung

Info

Publication number: DE2600548C2
Application number: DE2600548A
Authority: DE
Inventors: Marion Matthews Seattle Wash. Bishop; Walter Robert Bellevue Wash. Weist
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1985-06-27
Also published as: GB1474868A; US3935471A; FR2298134B3; JPS5833773B2; FR2298134A1; DE2600548A1; JPS51125838A; IT1060471B

Description

— daß zur Trennung mehrerer Lasten aus induktiven Positionsgebern (24/4, 24S/ z. B. in Luftoder Wasserfahrzeugen, jeweils ein Stromkreis (A. B) einer Last zugeordnet ist,

— daß eine Mehrzahl von derartigen Stromkreisen (A, B) parallel zur Wechselstromquelle (10) geschaltet ist, und

— daß Ausgangsleiter (30/4, 32Λ; 305, 32ß; der Positionsgeber (24Λ, 24ty jeweils mit den Mittenanzapfungen der Sekundärwicklungen (22/4, 22b) bzw. der Wicklungen (26Λ, 26B) der Positionsgeber (24/4,24B) verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Strombegrenzung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US-PS 19 96 495 ist ein Spannungsregulator bekannt, der einen einzigen Verbraucher mit einer konstanten Spannung verborgt. Dabei weist der Stromkreis des Spannungsregulators einen, eine Wechselstromquelle mit der Last verbindenden Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung und einem Kern aus einem sättigbaren magnetischen Material, der induktiv mit der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators gekoppelt ist und eine Induktivität auf, die in Serie zur Primärwicklung an die Wechselstromquelle geschaltet ist.

Insbesondere bei Luft- oder Wasserfahrzeugen, bei denen die Sicherheit eine große Rolle spielt, werden an die Stromversorgungssystem hohe Anforderungen gestellt. Beispielsweise ist bei einem Tragflügelboot die zuverlässige Funktion der Steuer- und Regelanlage zur Stabilisierung der Rollbewegungen lebenswichtig. Eine derartige Steuer- und Regelanlage weist Fühler, die die Bewegung des Tragflügelbootes um die Rollachse ermitteln, und Einrichtungen auf, die auf die von den Fühlern erzeugten Signale ansprechen und die gewünschte Bewegung der Steuerflächen an den Tragflügeln des Bootes bewirken, um der Rollbewegung entgegenzuwirken und das Boot zu stabilisieren. Wenn eine derartige Steuer- und Regelanlage versagt oder fehlerhaft arbeitet, kann ein Unsicherheitszustand eintreten, in dem die Bewegung des Bootes unstabil wird. Dies hat zur Folge, daß das Fahrzeug divergierende Bewegungen ausführt und schräg auf der Wasseroberfläche aufprallt, wobei die an Bord des Bootes befindlichen Personen gefährdet werden können. Außerdem kann dabei das Boot selbst beschädigt werden. In der angesprochenen Steuer- und Regelanlage des Bootes müssen mehrere voneinander isolierte Stromverbraucher bzw. Lasten mit Strom versorgt werden. Zudem müssen diese Lasten kurzzeitig oder andauernd ausgeschaltet und später wieder in den normalen Betriebszustand zurückversetzt werden können. Ein Kurzschluß in einer Last oder ein Abschalten dieser Last darf die Funktion der anderen Lasten nicht beeinflussen. Bislang wurden daher die Lasten in einer derartigen Anlage dadurch voneinander isoliert, daß jeder Last eine Induktivität vor- oder nachgeschaltet wurde. Dadurch wurde eine Isolierung und eine Strombegrenzung bewirkt. Die Spannung an der Lasi konnte jedoch nur wenig geregelt werden.

Aus der US-PS 6 98 156 ist ein elektrisches System bekannt, bei dem eine Mehrzahl von jeweils eine Last aufweisenden Stromkreisen parallel zu einer Wechselstromquelle geschaltet sind. Dabei ist der jeder Last jeweils zugeordnete Kreis lediglich so aufgebaut, daß die Last in Reihe zur Sekundärwicklung eines Transformators des Kreises geschaltet ist, dessen Primärwicklung mit der Wechselstromquelle verbunden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Strombegrenzung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es mehrere Lasten versorgen kann, und daß aus Sicherheitsgründen bei einem Kurzschluß in einer Last die anderen durch das System angesteuerten Lasten nicht schädlichbeeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein wie eingangs bereits erwähntes System zur Strombegrenzung erlöst, das durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie beispielsweise bei Luft- und Wasserfahrzeugen einsetzbar ist, bei denen aus Gründen der Sicherheit die zuvor bereits genannten Anforderungen, die die elektrische Isolierung der durch das System versorgten Lasten voneinander oder deren Abschaltung betreffen, bestehen. Das vorliegende System ist nämlich so ausgebildet, daß bei einem Kurzschluß in einer Last oder bei momentanen Änderungen in einer Last die anderer, durch das System angesteuerten Lasten nicht schädlich beeinflußt werden.

Vorteühafterweise ist das erfindungsgemäße System relativ einfach aufgebaut. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die Spannung durch das vorliegende System sehr gut geregelt werden kann.

Bei der Erfindung werden die einzelnen Lasten dadurch elektrisch isoliert, daß für jede Last ein Transformator und eine Induktivität vorgesehen sind, wodurch eine Strombegrenzung und eine Isolierung erzielbar sind. Zugleich kann die Spannung in einer ausgezeichneten Weise geregelt werden. Ein Kurzschluß oder ein Abschalten in einem Lastkreis und der daraus resultierende Stromstoß bewirken nämlich eine Sättigung des der Last zugeordneten Transformators. Der Transformatorkern bleibt gesättigt, bis der Kurzschluß aufgehoben ist. wonach der normale Betrieb wieder unmittelbar beginnt. Die sättigungsfähigen Transformatoren isolieren die betreffenden Lasten voneinander, während zugleich die an den zu den betreffenden Lasten führenden Zuleitungen liegende Spannung sich auch dann nicht wesentlich ändert, wenn eine oder mehrere der Lasten kurzgeschlossen oder ausgeschaltet werden.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein erfindungsgemäßes System zur Strombegrenzung;

F i g. 2 einen an den Sekundärwicklungen der Transformatoren des Systems der Fig. 1 auftretenden typischen Spannungsverlauf; und

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Fig.3 eine graphische Darstellung der Beziehung ab. Je höher die angelegte Spannung ist, um so kürzer zwischen dem Laststrom und der an der Sekundärwick- wird die Zeitspanne zwischen dem Einleiten einer HaIblung eines Transformators des Systems der Fi g.! auf- periode und dem Zeitpunkt der Sättigung des Transfortrelenden Spannung. mators 16/4 bzw. 165. Beim Auftreten eines Kurzschlus-

Das in der Fig. 1 dargestellte System zur Stromver- 5 ses liegt an der Sekundärwicklung 22A bzw. 225 die sorgung weist eine Wechselstromquelle 10 auf, die über Spannung Null, so daß als Auswirkung keine Wellen-Leitungen 12,14 mit mehreren Stromkreisen verbunden form vorliegt

ist Der Einfachheit halber sind in der F i g. 1 nur zwei Die F i g. 3 zeigt eine Spannungs/Strom-Charakteri-

Stromkreise A und 5 dargestellt stik, wie sie beispielsweise an der Sekundärwicklung

Jeder Stromkreis enthält einen Transformator 16/4 10 22/4 bzw. 225 auftritt. Es wird darauf hingewiesen, daß bzw. 165 mit einem Kern aus einem sättigbaren magne- die Spannung im wesentlichen konstant bleibt, bis der tischen Material, einer Primärwicklung 18A bzw. 185 Laststrom einen vorbestimmten Wert L\ übersteigt, und einer Sekundärwicklung 22A bzw. 225. Die Primär- Dies gilt für alle Belastungen oder Lasten, wicklung 16A bzw. 165 ist über eine in Serie zur Primär- Beim Auftreten eines Kurzschlusses sinkt die Spanwicklung 18A bzw. 185 geschaltete Induktivität 20/4 15 nung El ab. Dabei folgt dieses Absinken jedoch nicht bzw. 205 mit der Wechselstromquelle 10 verbunden. abrupt Das vorliegende System bewirkt daher eine aus-Die Sekundärwicklung 22A bzw. 225 steht mit einer gezeichnete Spannungsregelung. Die Linie 36 der Last in der Form eines induktiven Position^ »ebers 24A, F i g. 3 stellt die Nennbelastung von ungefähr 1 VA der 245 mit einer Wicklung 26A, 265 in Verbindung, die mit Sekundärwicklung 22A bzw. 225 des Transformators einem bewegbaren Kern 28A bzw. 285 magnetisch ge- 20 16A bzw. 165 dar.

koppelt ist. Die Mittenanzapfung der Wicklung 26A

bzw. 265 ist mit einem Ausgangsleiter 30a bzw. 305 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

verbunden, während die Mittenanzapfung der Sekun-

därwicklung 22A bzw. 225 mit einem Ausgangsleiter 32A bzw. 325 verbunden ist.

Zur Sekundärwicklung 22A bzw. 225 ist ein Widerstand 34A bzw. 345 parallel geschaltet, um den Strom zu begrenzen und um den Arbeitspegel des Kreises einzustellen. Vorzugsweise können als Widerstände 34A bzw. 345 Regelwiderstände verwendet werden.

Bei dem System der Fig. 1 führt eine Bewegung des Kernes 28A bzw. 285 aus der Zentral- oder Nullstellung heraus zu einem Ungleichgewicht in der dargestellten Brückenschaltung, wobei an den Ausgangsleitern 32A bzw. 325 und 30A bzw. 305 ein Ausgangssignal erzeugt wird, das der Herausbewegung des Kernes 28A bzw. 285 aus der Zentral- oder Nullstellung nach oben oder nach unten proportional ist.

Wenn bei dem in der F i g. 1 dargestellten System an der Sekundärwicklung 22A bzw. 225 ein Kurzschluß auftritt, steigt der Strom in der Sekundärwicklung 22A bzw. 225 schnell an. Dadurch wird eine Sättigung des Kernes des Transformators 16A bzw. 165 bewirkt. Aufgrund einer rechteckigen Hysteresisschleife des magnetischen Materials des Kernes des Transformators 16A bzw. 165 besteht zwischen dem Zustand der Sättigung und dem nicht gesättigten Zustand ein scharfer Übergang. Bei einem gesättigten Kern kann keine Änderung des Magnetflusses erfolgen. Die an der Sekundärwicklung 22A bzw. 225 liegende Spannung fällt daher wescnilich auf den Wert Null ab. Dabei wird die kurzgeschlossene Last 24.4 bzw. 245 vom übrigen Teil des Systems isoliert. Wenn jedoch ein Kurzschluß r.ur kurzzeitig besteht, sinkt am Ende des Kurzschlusses der Strom in der Sekundärwicklung 22A bzw. 225 ab, so daß der Transformator 16A bzw. 165 nicht mehr gesättigt ist und zum normalen Betrieb zurückkehrt.

Die Fig. 2 zeigt eine typische Wellenform einer Sekundärwicklung 22A bzw. 225. Der erste Teil der Wellenform, der aus der positiven Hälfte einer Sinuswelle besteht, pflanzt sich bis zum Zeitpunkt ij fort, wonach der Transformator 16A bzw. 165 in die Sättigung übergeht und die Spannung auf den Wert Null absinkt. Die negative Hälfte der Sinuswelle ist die gleiche, wobei die Spannung auf den Wert Null absinkt, wenn sich der Kern 16A bzw. 165 zum Zeitpunkt t₂ sättigt. Der Zeitpunkt, in dem eine Sättigung des Kernes erfolgt, hängt von der Amplitude der angelegten Wechselspannung

Claims

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Patentanspruch:

System zur Strombegrenzung, mit einer Wechselstromquelle und einem Stromkreis, der einen die Wechselstromqueüe mit mindestens einer Last verbindenden Transformator mit einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung und einem Kern aus einem sättigbaren magnetischen Material, der induktiv mit der Primärwicklung und der Sekundärwicklung gekoppelt ist und eine induktivität aufweist, die in Serie zur Primärwicklung an die Wechselstromquelle geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,