DE2461245C2 - Circuit arrangement for transmitting electrical energy - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Übertragen elektrischer Energie, die im Magnetfeld einer Speicherinduktivität gespeichert ist, auf eine Lastinduktivität über das elektrische Feld eines kapazitiven Zwischenspeichers, der als bezugspotentialfreier (fliegender) Kondensator geschaltet ist und mit Hilfe von steuerbaren Gleichrichtern, wovon einer parallel zur Last geschaltet ist, Energie in vorbestimmten kleinen Portionen aus der Speicherinduktivität übernimmt und auf die Lastinduktivität überträgt. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt (IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS — 14, Nr. 5,1967, S. 33 bis 40, insbesondere Fig. 3).The invention relates to a circuit arrangement for transmitting electrical energy in the magnetic field a storage inductance is stored on a load inductance via the electrical field of a capacitive buffer, which is connected as a potential-free (flying) capacitor and with With the help of controllable rectifiers, one of which is connected in parallel to the load, energy in predetermined takes over small portions from the storage inductance and transfers them to the load inductance. One Such a circuit arrangement is known (IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-14, No. 5,1967, p. 33 to 40, especially Fig. 3).
Induktive Energiespeichersysteme mit supraleitenden Spulen werden z. B. für die Technologie von Fusionsreaktoren Bedeutung erlangen. Das Speichern induktiver Energie mit Hilfe supraleitender Spulen ist im Hinblick auf die hohe Energiedichte besonders attraktiv für Anwendungen, bei denen große Systeme zu pulsen sind. Es hat sich z. B. gezeigt, daß thermonukleare Fusionsreaktoren nur mit supraleitenden Magneten realisierbar sind. Für diese Systeme mit Energieinhalten im Giga-Joule-Bereich besteht ein wesentliches Problem darin, in einem induktiven Speicher gespeicherte Energie mit hohem Wirkungsgrad in eine Lastinduktivität zu übertragen, oder allgemeiner, elektrische Energie zwischen einer Speicher- und einer Lastinduktivität in jeder der beiden möglichen Richtungen zu transferieren.Inductive energy storage systems with superconducting coils are z. B. for the technology of fusion reactors Gain meaning. Storing inductive energy using superconducting coils is in view The high energy density is particularly attractive for applications in which large systems are to be pulsed. It has z. B. shown that thermonuclear fusion reactors can only be realized with superconducting magnets are. There is a major problem for these systems with energy contents in the Giga-Joule range therein, energy stored in an inductive storage with high efficiency in a load inductance to transmit, or more generally, electrical energy between a storage and a load inductance in to transfer in either of the two possible directions.
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60 Es ist bekannt (IPP Report No. 2/211 [1973], W i ρ f: »Supraleitende Energiespeicher«, insbesondere Fig. 9 und 10) zum Transferieren elektrischer Energie von einer ersten auf eine zweite Induktivität einen der ersten und zweiten Induktivität parallelgeschalteten Widerstand oder Schalter zu verwenden. Der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung, der den Prozentwert der auf die Lastspule übertragenen Energie der Speicherspule angibt, ist grundsätzlich auf nur 25% begrenzt 60 It is known (IPP Report No. 2/211 [1973], W i ρ f: "Superconducting energy storage", in particular FIGS. 9 and 10) for transferring electrical energy from a first to a second inductance of one of the first and second inductances use resistor or switch connected in parallel. The efficiency of such an arrangement, which indicates the percentage value of the energy of the storage coil transferred to the load coil, is basically limited to only 25%
Bei einem anderen bekannten Vorschlag (Proc. of the 2nd Int. Conf. on Magnet Technology, Oxford [1967], S. 589 bis 593, und Particle Accelerators, 1970, Vol. 1, S. 155 bis 157) sind Speicher und Verbraucher über zwei erste Hilfsspulen induktiv mit einer dritten Hilfsspule gekoppelt, wobei die zwei ersten Hilfsspulen rechtwinklig zueinander stehen und deshalb selbst nicht gekoppelt sind. Durch Drehen des Spulensystems der zwei ersten Hilfsspulen relativ zur dritten Hilfsspule ist die induktive Kopplung veränderbar. Die Nachteile dieser Einrichtung bestehen insbesondere in dem komplizierten Aufbau, bedingt durch die drehbare, supraleitende Spulenanordnung und in der Notwendigkeit, daß die dritte Hilfsspule imstande sein muß, viermal so viel Energie zu speichern wie der Speicher.In another known proposal (Proc. Of the 2nd Int. Conf. On Magnet Technology, Oxford [1967], Pp. 589 to 593, and Particle Accelerators, 1970, Vol. 1, pp. 155 to 157) are memories and consumers over two first auxiliary coils inductively coupled to a third auxiliary coil, the two first auxiliary coils being at right angles stand to each other and are therefore not coupled themselves. By turning the coil system of the first two Auxiliary coils relative to the third auxiliary coil, the inductive coupling can be changed. The disadvantages of this facility exist in particular in the complicated structure, due to the rotatable, superconducting Coil arrangement and the need for the third auxiliary coil to be capable of four times as much To store energy like storage.
Es ist ferner bekannt (IPP Report No. 2/211, 1973, W i ρ f: »Supraleitende Energiespeicher«, insbesondere Fig. 12) als Zwischenspeicher einen Kondensator zu verwenden, der in Parallelschaltung zu Speicher- undIt is also known (IPP Report No. 2/211, 1973, W i ρ f: "Superconducting energy storage", in particular Fig. 12) to use a capacitor as a buffer, which is connected in parallel to memory and
Lastinduktivität geschaltet ist Dieser Parallelkondensator muß jedoch so ausgelegt sein, daß er die Hälfte der anfänglichen Speicherenergie aufnehmen kann. Dieser Nachteil wird bei der eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung (IEEE Transactions on Nuclear Science, VoL NS-14, Nr. 5,1967, S. 33 bis 40, insbesondere Fig.3) dadurch vermieden, daß als Zwischenspeicher ein kleiner Parallelkondensator benutzt wird, der z. B. über eine mit Ignitrons gesteuerte Wechselrichterschaltung die Energie in kleinen Portionen auf die >o Lastinduktivität überträgt Diese Schaltung ist jedoch außerordentlich aufwendig, da sie mindestens fünf steuerbare Gleichrichter und zusätzlich zu dem Parallelkondeniator einen Kommutierungskondensator benötigt '5Load inductance is switched This parallel capacitor must be designed so that it is half of the can absorb initial storage energy. This disadvantage is known in the case of the aforementioned Circuit arrangement (IEEE Transactions on Nuclear Science, VoL NS-14, No. 5,1967, pp. 33 to 40, in particular Fig.3) avoided that as a buffer a small parallel capacitor is used, the z. B. via an inverter circuit controlled by Ignitrons transfers the energy in small portions to the> o load inductance. However, this circuit is extremely expensive because they have at least five controllable rectifiers and in addition to the Parallel capacitor requires a commutation capacitor '5
Bei einer ebenfalls bekannten Schaltungsanordnung (DE-AS 11 47 678) wird elektrische Energie von einer ersten Batterie auf eine zweite Batterie und auch in Gegenrichtung über eine in einer der Verbindungsleitungen als Zwischenspeicher angeordnete Drossel- spule übertragen. Dabei ist jeder Batteriepol mit je einem gesteuerten und einem ungesteuerten Halbleiterelement in Antiparalielschaltung geschaltet und zum Steuern der Ventile ist eine besondere Steuereinheit erforderlich.In a likewise known circuit arrangement (DE-AS 11 47 678) electrical energy is from a first battery to a second battery and also in the opposite direction via a throttle arranged as an intermediate storage in one of the connecting lines transfer coil. Each battery pole has one controlled and one uncontrolled semiconductor element A special control unit is connected in anti-parallel circuit and to control the valves necessary.
Es ist auch eine modifizierte Ausbildung dieser Schaltungsanordnung bekannt (DE-AS 11 47 679), bei der als Energiezwischenspeicher eine zu Batterien parallel geschaltete Drosselspule verwendet wird. Bei dieser Anordnung ist der Energiefluß ebenfalls umkehrbarIt is also a modified form of this circuit arrangement known (DE-AS 11 47 679), in which one connected in parallel to batteries as an intermediate energy store Choke coil is used. With this arrangement, the flow of energy is also reversible
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art den Schaltungsaufwand zu verringern und auch eine Energieübertragung in der gegenläufigen Richtung zu ermöglichen.The invention is based on the object in a circuit arrangement of the type mentioned To reduce circuit complexity and also to transfer energy in the opposite direction enable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der fliegende Kondensator als Reihenkondensator in eine dei- Verbindungsleitungen zwischen der Speicherinduktivität und der Lastinduktivität geschaltet ist, und daß parallel zu der Speicherinduktivität ebenfalls ein steuerbarer Gleichrichter geschaltet ist und die beiden steuerbaren Gleichrichter derart gepolt und gesteuert sind, daß sie als Schalter zum vorbestimmten Einschalten des kapazitiven Zwischenspeichers in einen die Speicherinduktivität und den der Lastinduktivität parallelgeschalteten steuerbaren Gleichrichter einschließenden Ladestromkreis und alternierend in einen die Lastinduktivität und den der Speicherinduktivität parallelgeschalteten steuerbaren Gleichrichter einschließenden Entladestromkreis arbeiten.This object is inventively achieved in that the flying capacitor as series capacitor in a dei - is connected in connecting lines between the storage inductor and the load inductance, and that at the storage inductor also a controllable rectifier is connected in parallel, and the two controllable rectifier are polarized and controlled such that they work as a switch for the predetermined switching on of the capacitive buffer in a charging circuit including the storage inductance and the controllable rectifier connected in parallel with the load inductance and alternately in a discharge circuit including the load inductance and the controllable rectifier connected in parallel with the storage inductance.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, als steuerbare Gleichrichter Thyristoren einzusetzen.It has proven to be advantageous to use thyristors as controllable rectifiers.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird die Herabsetzung der Welligkeit von Spannung und Strom dadurch erreicht daß in jede der zwei Verbindungsleitungen der Speicherinduktivität und der Lastinduktivität ein fliegender Kondensator geschaltet ist, daß parallel zu der Speicherinduktivität eine Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten Thyristor und parallel zu der Laslindi'khvii?t eine Reihenschaltung aus einem dritten und einem vierten Thyristor geschaltet ist, daß ein zwischen dem ersten Thyristor und dem zweiten Thyristor liegender erster Punkt der Schaltung mit einem zwischen dem dritten Thyristor und dem vierten Thyristor liegenden zweiten Punkt der Schaltung durch eine geerdete Leitung verbunden ist.In a further development of the invention, the voltage and current ripple is reduced thereby achieved that in each of the two connecting lines of the storage inductance and the load inductance a flying capacitor is connected that a series circuit is parallel to the storage inductance from a first and a second thyristor and parallel to the Laslindi'khvii? t a series circuit is connected from a third and a fourth thyristor, that one between the first thyristor and the second thyristor lying first point of the circuit with one between the third thyristor and the fourth thyristor lying second point of the circuit is connected by a grounded line.
Bei einer anderen spezifischen Ausbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird die besondere Eignung für kurze Speicherzeiten bei gleichzeitiger Kompensation von in der Schaltung während der Übertragung auftretenden Verlusten dadurch erreicht daß in die erste Verbindungsleitung der Speicherinduktivität und der Lastinduktivität ein kapazitiver Zwischenspeicher geschaltet ist daß die Eingänge des Zwischenspeichers mit der Anode je eines Thyristors verbunden sind, daß die Kathoden der Thyristoren auf den negativen, geerdeten Eingang eines Energieversorgungsgerätes geschaltet sind, dessen positiver Eingang mit der zweiten Verbindungsleitung der Speicherinduktivität und der Lastinduktivität verbunden istIn another specific embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the Particularly suitable for short storage times with simultaneous compensation of in the circuit Losses occurring during the transmission are achieved in that in the first connection line the storage inductance and the load inductance a capacitive buffer is connected that the Inputs of the buffer are connected to the anode of a thyristor that the cathodes of the Thyristors are connected to the negative, grounded input of a power supply device whose positive input with the second connection line of the storage inductance and the load inductance connected is
Eine weitere Variante der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ist in besonderem Maße zum Speichern von Energie während längerer Speicherzeiten geeignet Das wird dadurch erreicht daß parallel zur Speicherinduktivität und parallel zur Lastinduktivität zusätzlich zu den Thyristoren je eine supraleitende Schalteinrichtung angeordnet ist die aus einem veränderbaren Widerstand und einem zu diesem in Reihe geschalteten supraleitenden Schalter mit trennbaren Kontakten bestehtAnother variant of the proposed circuit arrangement is particularly useful for storage of energy suitable for longer storage times. This is achieved by paralleling the storage inductance and parallel to the load inductance, in addition to the thyristors, one superconducting switching device arranged is made up of a variable resistor and a resistor connected in series with it superconducting switch with separable contacts
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile gegenüber der eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung bestehen insbesondere darin, daß der Schaltungsaufbau einfach und daher betriebssicher ist und durch seine Symmetrie das Übertragen induktiv gespeicherter Energie in jeder der zwei möglichen Richtungen ermöglicht Dabei erfordert der als Zwischenspeicher verwendete Reihenkondensator nur eine kleine Kapazität und eine einfach zu steuernde Thyristorschaltung, so daß gegenüber den übrigen bekannten Lösungen neben Kostensenkungen ein Gewinn an Betriebssicherheit ermöglicht und wegen des hohen Wirkungsgrades eine erhebliche Energieeinsparung erzielt wird.The advantages achieved with the invention over the known circuit arrangement mentioned at the beginning consist in particular that the circuit structure is simple and therefore reliable and reliable its symmetry is the transfer of inductively stored energy in either of two possible directions The series capacitor used as a buffer only requires a small capacity and an easy-to-control thyristor circuit, so that in addition to the other known solutions Cost reductions enable a gain in operational reliability and, because of the high degree of efficiency, a considerable energy savings are achieved.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows
F i g. 1 Prinzipschaltbild des Energieübertragers,F i g. 1 basic circuit diagram of the energy transmitter,
F i g. 2 Spannungs- und Stromverlauf am kapazitiven Zwischenspeicher,F i g. 2 voltage and current curve on the capacitive intermediate storage,
Fig.3 Schrittzeit in Abhängigkeit vom Speicherstrom, Fig. 3 Step time as a function of the storage current,
F i g. 4 theoretische ÜbertragungszeitF i g. 4 theoretical transfer time
Fig.5 Prinzipschaltbild mit Streuinduktivität des Kondensators,Fig. 5 Schematic diagram with leakage inductance of the Capacitor,
F i g. 6 Energieübertrager mit zwei fliegenden Kondensatoren, F i g. 6 energy exchangers with two flying capacitors,
F i g. 7 Energieübertrager für kurze Speicherzeiten, F i g. 8 Energieübertrager für lange Speicherzeiten.F i g. 7 energy transmitters for short storage times, FIG. 8 energy transmitters for long storage times.
Das Funktionsprinzip des kapazitiven Zwischenspeichers ist in F i g. 1 und 2 dargestellt Eine Speicherinduktivität Ls wird mit einem Schalter 5 kurzgeschlossen und speichert in diesem Zustand in ihrem Magnetfeld eine vorbestimmte elektrische Arbeit in Form magnetischer Feldenergie. Eine Lastinduktivität Ll ist über Leitungen 1 und 2 mit der Speicherinduktivität Lsverbunden. In die Leitung 1 ist ein kapazitiver Zwischenspeicher C geschaltet, der einen Bruchteil der in der Speicherinduktivität Ls gespeicherten Energie übernimmt und an die Lastinduktivität Ll weiterleitet Parallel zu jeder der Induktivitäten Ls und Ll ist als Schaltelement je ein steuerbarer Gleichrichter Ti und Ti, z. B. ein Thyristor, geschaltet.The functional principle of the capacitive buffer is shown in FIG. 1 and 2 shown. A storage inductance Ls is short-circuited with a switch 5 and in this state stores a predetermined electrical work in its magnetic field in the form of magnetic field energy. A load inductance Ll is connected to the storage inductance Ls via lines 1 and 2. In line 1, a capacitive latch C is connected, which takes a fraction of the data stored in the storage inductance Ls energy and forwards them to the load inductance Ll parallel to each of the inductors Ls and Ll is as a switching element depending on a controllable rectifier Ti and Ti z. B. a thyristor switched.
Bei geöffnetem Schalter Sund gezündetem Thyristor 72 ist die Speicherinduktivität Ls mit dem kapazitiven Zwischenspeicher C in Reihe geschaltet und derWhen the switch and the triggered thyristor 72 is open, the storage inductance Ls is connected in series with the capacitive intermediate storage device C and the
Speicherstrom is lädt den Zwischenspeicher auf die Spannung Vm auf.Storage current is charges the buffer to the voltage Vm.
Aus F i g. 2 ist zu entnehmen, daß der Speicherstrom is den kapazitiven Zwischenspeicher C in einer sehr kurzen Zeit is (Speicher-Teilentladezeit) von der Spannung O auf einen Spannungswert Vm auflädt, und daß dabei der Speicherstrom is von seinem Ausgangswert λ leicht abfällt Bei Auftreten der Spannung Vm wird der Thyristor Ti automatisch gezündet, die Speicherinduktivität Lskurzgeschlossen und es fließt ein Kondensatorentladestrom k über den Thyristor Ti und die Lastinduktivität Ll. Der Thyristor Ti wird durch die in bezug auf is entgegengesetzte Stromrichtung von k gesperrt Während der Entladung des Zwischenspeichers Cfällt dessen Spannung in der sehr kurzen Zeit // (Lastspeicherteilladezeit) von Vm auf VA < 0 ab. Der kleine negative Spannungswert VA entsteht durch Resonanzeffekte an der Parallelschaltung aus dem kapazitiven Zwischenspeicher C und der Lastinduktivität Ll Durch die Spannung VA wird der Thyristor Ti in Durchlaßrichtung vorgespannt und wieder gezündet und gleichzeitig der Thyristor Ti gesperrt. Nun kann erneut ein Speicherstrom is fließen und den kapazitiven Zwischenspeicher C bis zum Erreichen der Spannung Vm aufladen (F i g. 2). Der Strom /sfällt dabei, ausgehend von dem am Ende des vorangegangenen Entladeschrittes erreichten Stromwert weiter ab, bis nach N Schritten der Wert 0 erreicht, also Ls vollständig entladen ist; der Strom L steigt dagegen weiter an bis zum Endwert h From Fig. 2 it can be seen that the memory current is the capacitive buffer C in a very short time is (memory Teilentladezeit) is charging from the voltage O to a voltage value Vm, and that thereby the storage current is from its initial value λ falls slightly Upon the occurrence of the voltage Vm the thyristor Ti is automatically ignited, the storage inductance Ls short-circuited and a capacitor discharge current k flows through the thyristor Ti and the load inductance Ll. The thyristor Ti is blocked by the opposite current direction of k with respect to is . During the discharge of the intermediate storage device C, its voltage drops in the very short time // (load storage partial charging time) from Vm to VA < 0. The small negative voltage value VA is caused by resonance effects in the parallel connection of the capacitive buffer C and the load inductance Ll . The voltage VA biases the thyristor Ti in the forward direction and ignites it again and at the same time blocks the thyristor Ti. A storage current is can now flow again and charge the capacitive intermediate storage C until the voltage Vm is reached (FIG. 2). The current / s continues to decrease, starting from the current value reached at the end of the previous discharge step, until after N steps the value 0 is reached, that is to say Ls is completely discharged; the current L , on the other hand, continues to rise up to the end value h
Der Thyristor Ti zündet immer mit der Spannung Vm an der Speicherinduktivität Ls und der Thyristor Ti mit der Spannung VA an der Lastinduktivität Ll. Deshalb ist es möglich, die Zündung der Thyristoren Ti und Ti mit einfachen Spannungskomparatoren dadurch zu steuern, daß der zeitliche Stromverlauf durch geeignetes Vorgeben der Komparatorvergleichsspannung eingestellt wird.The thyristor Ti always ignites with the voltage Vm on the storage inductance Ls and the thyristor Ti with the voltage VA on the load inductance Ll. It is therefore possible to control the ignition of the thyristors Ti and Ti with simple voltage comparators in that the current profile over time is set by suitably specifying the comparator comparison voltage.
Durch Vertauschen der Zündlevel an den Thyristoren Ti und Ti kann wegen des symmetrischen Aufbaues der Schaltung auch Energie in umgekehrter Richtung, also von der Lastinduktivität Ll zu der Speicherinduktivität Ls, übertragen werden.By interchanging the ignition levels on the thyristors Ti and Ti , energy can also be transferred in the opposite direction due to the symmetrical structure of the circuit, i.e. from the load inductance Ll to the storage inductance Ls .
Die Übertragungsperiode setzt sich zusammen aus einer Serie von Schritten wie in F i g. 2 dargestellt. Die Dauer eines Schrittes, die Schrittzeit is, ändert sich während der Übertragungszeit und wird entsprechend F i g. 3 mit abnehmendem Speicherstrom is zunehmend größer.The transmission period is made up of a series of steps as in FIG. 2 shown. The duration of a step, the step time is, changes during the transmission time and is determined according to FIG. 3 with decreasing storage current is increasingly larger.
Der zeitliche Verlauf der Speicherspannung Vs ist Teil einer Sinuswelle. Die aufeinanderfolgenden Schritten zugehörigen Sinuswellen haben eine mit wachsender Schrittzahl abnehmende Spitzenamplitude Vp und eine konstante ViertelperiodeThe time course of the storage voltage Vs is part of a sine wave. The successive steps Associated sine waves have a peak amplitude Vp and a decreasing step number as the number of steps increases constant quarter period
Für den zeitlichen Verlauf der Spannung Vl der Lastinduktivität Ll gilt Entsprechendes, wobei die Spitzenamplitude Vp mit zunehmender Schrittzahl ansteigtThe same applies to the time profile of the voltage Vl of the load inductance Ll , the peak amplitude Vp increasing with the number of steps
(I)(I)
Die Peakspannung Vp würde erreicht werden, wenn die in der Speicherinduktivität Ls verfügbare Energie E(Ic) in K-Schritten vollständig auf den kapazitiven Zwischenspeicher Cübertragen werden könnte.The peak voltage Vp would be achieved if the available storage inductance Ls in the energy E (Ic) in K steps could be Cübertragen entirely on the capacitive buffer.
Unter der Annahme, daß keine Verluste auftreten,Assuming that there are no losses,
s ändert sich die Energie E(K) linear mit der Zahl der Schritte K, weil mit jedem Schritt eine konstante Energie mit Vm auf den kapazitiven Zwischenspeicher übertragen wird.s the energy E (K) changes linearly with the number of steps K, because with each step a constant energy with Vm is transferred to the capacitive buffer.
FAK) ^Llx-Z- " - * FAK) ^ Ll x -Z- "- *
mit 1 < K < N und N als Summe aller Übertragungsschritte.with 1 < K < N and N as the sum of all transfer steps.
Der vollständig geladene Zwischenspeicher speichert den /V-ten Teil der in der Speicherinduktivität vor Beginn der Übertragung gespeicherten EnergieThe fully charged buffer stores the / V-th part in the storage inductance Start of transferring stored energy
CV2 — - — ■ I ■ i1 CV 2 - - - ■ I ■ i 1
Aus den Gleichungen 1 bis 4 folgt die Speicherteilentladezeit The partial storage discharge time follows from equations 1 to 4
ty = ty =
Sill · 7 r^r-r- - .Sill 7 r ^ r-r- -.
\N - K + 1 \ N - K + 1
Eine entsprechende Gleichung gilt auch für die Lastspeicherteilladezeit tu Die Übertragungszeit ergibt sich aus der Speicherteilentladezeit is und der Lastspeicherladezeit tL mit einer Schrittzahl K von 1 bis N. Sind die Speicherinduktivität und die Lastinduktivität gleich groß, so gilt für die gesamte Übertragungszeit unter Vernachlässigung der geringen Zeitverlängerung durch die Spannung VA A corresponding equation also applies to the partial load storage charging time tu. The transmission time results from the partial storage storage discharge time is and the load storage charging time tL with a number of steps K from 1 to N. If the storage inductance and the load inductance are the same, the following applies to the entire transfer time, neglecting the slight increase in time by the voltage VA
In Fig.4 ist die Abhängigkeit der theoretischen Übertragungszeit t; von der Zahl der Übertragungsschritte N für den nach der Erfindung als Reihenkondensator geschalteten fliegenden Kondensator als Zwischenspeicher dargestellt Dabei ergeben kleine Kapazitäten bei großem N nur eine vernachlässigbare Wirkung auf die ÜbertragungszeitIn Figure 4, the dependence of the theoretical transmission time t; represented by the number of transfer steps N for the flying capacitor connected as a series capacitor according to the invention as a buffer store. Small capacitances with a large N only have a negligible effect on the transfer time
Damit die Spannung VA den Thyristor Ti wieder zündet und gleichzeitig den Thyristor Ti sperrt, muß bei der erfindungsgemäßen Schaltung sichergestellt sein, daß erstens die im Zwischenspeicher C verfügbare elektrische Feldenergie trotz der Streuinduktivität Lc des kapazitiven Zwischenspeichers C einen Strom größer als h erzeugen kann, der eine' Jmkehr des durch den Thyristor Ti fließenden Stromes bewirkt,So that the voltage VA ignites the thyristor Ti again and at the same time blocks the thyristor Ti, it must be ensured in the circuit according to the invention that firstly the electrical field energy available in the buffer C can generate a current greater than h despite the leakage inductance Lc of the capacitive buffer C, which causes a reversal of the current flowing through the thyristor Ti,
C>LC C> L C
JLJL
Vl2 Vl 2
und zweitens am Zwischenspeicher C eine Ladung der in Fig.5 dargestellten Polarität aufrechterhalten wird, damit Ti während der Thyristorschaltzeit to einen auf λ ansteigenden Strom aufnehmen kannand secondly, a charge of the polarity shown in FIG. 5 is maintained at the buffer store C so that Ti can absorb a current increasing to λ during the thyristor switching time to
C >C>
2ΚΓ2ΚΓ
In den Gleichungen (7) und (8) sind die Streuinduktivität Lc und die Thyristorschaltzeit ic bestimmt durch die Qualität der Schaltelemente.In equations (7) and (8), the leakage inductance Lc and the thyristor switching time ic are determined by the quality of the switching elements.
Durch einen kapazitiven Zwischenspeicher vorbestimmter Größe wird die Spannung VA relativ zu dem Spannungshöchstwert Vm klein gehalten, und dadurch eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit und ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt. The voltage VA is kept small relative to the maximum voltage value Vm by means of a capacitive buffer store of a predetermined size, thereby ensuring a high transmission speed and a high degree of efficiency.
Eine besondere Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Herabsetzen der Welligkeit des Strom- und Spannungsverlaufes ist in F i g. 6 dargestellt Hier ist in jede der Verbindungsleitungen 1, 2 der Speicherinduktivität Ls und der Lastinduktivität Ll ein kapazitiver Zwischenspeicher G bzw. Ci geschaltet Parallel zu der Speicherinduktivität Ls ist die Reihenschaltung der Thyristoren Γι und Ti und parallel zu der Lastinduktivität Ll die Reihenschaltung der Thyristoren Ti und Ti geschaltet. Die Verbindungsleitungen 3 der Thyristoren Ti und Ti und die Verbindungsleitung 4 der Thyristoren Ti und Ti sind über eine geerdete Leitung 5 miteinander verbunden. Werden die Thyristoren Ti und Ti gezündet, während Ti und Ti sperren, so wird ein Strompfad Ls, Ti, Ta, Ci gebildet und der Zwischenspeicher Ci übernimmt einen Teil der in Ls gespeicherten Energie. Gleichzeitig besteht auch ein Strompfad Ll, Q, 7Ί, Ta, so daß Ll die zuvor in Ci gespeicherte Energie übernehmen kann. Durch Zünden der Thyristoren Ti und Ti und Sperren von Γι und Ta wird in Umkehrung dieses Vorganges der Zwischenspeicher Q aufgeladen und Ci entladen.A special embodiment of the circuit arrangement according to the invention for reducing the ripple of the current and voltage curve is shown in FIG. Represented 6 Here, in each of the connecting lines 1, 2 of the storage inductance Ls and the load inductance Ll a capacitive buffer G and Ci connected in parallel with the storage inductance Ls is the series connection of the thyristors Γι and Ti and parallel to the load inductor Ll, the series connection of the thyristors Ti and Ti switched. The connecting lines 3 of the thyristors Ti and Ti and the connecting line 4 of the thyristors Ti and Ti are connected to one another via a grounded line 5. If the thyristors Ti and Ti are ignited while Ti and Ti block, a current path Ls, Ti, Ta, Ci is formed and the buffer Ci takes over part of the energy stored in Ls. At the same time there is also a current path Ll, Q, 7Ί, Ta, so that Ll can take over the energy previously stored in Ci. By igniting the thyristors Ti and Ti and blocking Γι and Ta , the reverse of this process, the buffer Q is charged and Ci is discharged.
Eine andere Ausbildung der Erfindung für kurze Speicherzeiten zeigt F i g. 7. In die Verbindungsleitung 1 zwischen Speicherinduktivität Ls und Lastinduktivität Ll ist ein kapazitiver Zwischenspeicher C geschaltet, dessen Eingänge 6 und 7 mit den Anoden je eines Thyristors Γι, Ti verbunden sind. Die Kathoden der Thyristoren Γι und Ti sind über eine geerdete Verbindung 8 auf den negativen Pol einer Energieversorgungseinheit PS geschaltet, deren positiver Pol an der Leitung 2 liegt. Der Energietransport zwischen den Induktivitäten Ls und Ll erfolgt über den Zwischenspeicher C prinzipiell in der gleichen Weise wie in der in F i g. 1 dargestellten Schaltung. Die Energieversor-Another embodiment of the invention for short storage times is shown in FIG. 7. In the connection line 1 between the storage inductance Ls and load inductance Ll , a capacitive intermediate storage device C is connected, the inputs 6 and 7 of which are connected to the anodes of a thyristor Γι, Ti . The cathodes of the thyristors Γι and Ti are connected via a grounded connection 8 to the negative pole of a power supply unit PS , the positive pole of which is connected to the line 2. The energy transport between the inductances Ls and Ll takes place via the buffer store C in principle in the same way as in FIG. 1 shown circuit. The energy supply
gungseinheit PS ist jedoch ständig in Betrieb und gleicht die während des Betriebes auftretenden Energieverluste aus. Die Zündung der Thyristoren Γι und Ti erfolgt in Abhängigkeit vom Ladezustand des kapazitiven Zwischenspeichers, der die Umschaltspannung V liefert.The transmission unit PS is, however, constantly in operation and compensates for the energy losses that occur during operation. The thyristors Γι and Ti are fired as a function of the state of charge of the capacitive buffer that supplies the switching voltage V.
Durch Zünden des Thyristors Ti und gleichzeitiges Sperren des Thyristors Γι wird in Ls gespeicherte Energie auf C übertragen, durch Zünden von Γι und gleichzeitiges Sperren von Ti wird die in C zwischengespeicherte Energie auf Ll übertragen.By igniting the thyristor Ti and blocking the thyristor Γι at the same time , energy stored in Ls is transferred to C, by igniting Γι and blocking Ti at the same time, the energy stored in C is transferred to Ll .
In F i g. 8 ist eine weitere Variante der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt, die sich in besonderer Weise für lange Speicherzeiten eignet Hier ist der Speicherinduktivität Ls ebenso wie der Lastinduktivität Ll zum Kurzschließen je eine supraleitendeIn Fig. 8 shows a further variant of the circuit arrangement according to the invention, which is particularly suitable for long storage times. Here, the storage inductance Ls as well as the load inductance Ll are each superconducting for short-circuiting
Schalteinrichtung, bestehend aus einem veränderbaren Widerstand Ss und einem zu diesem in Reihe geschalteten supraleitenden Schalter Sc mit trennbaren Kontakten, parallel geschaltet. Zweckmäßigerweise sind die Induktivitäten Ls und Ll mit den zugehörigenSwitching device, consisting of a variable resistor Ss and a superconducting switch Sc with separable contacts connected in series to this, connected in parallel. Appropriately, the inductances Ls and Ll with the associated
Schalteinrichtungen in je einem Kryostaten Cn bzw. Cn angeordnetSwitching devices each arranged in a cryostat Cn or Cn
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19742461245 DE2461245C2 (en) | 1974-12-23 | 1974-12-23 | Circuit arrangement for transmitting electrical energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19742461245 DE2461245C2 (en) | 1974-12-23 | 1974-12-23 | Circuit arrangement for transmitting electrical energy |
Publications (2)
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|---|---|
| DE2461245B1 DE2461245B1 (en) | 1976-04-08 |
| DE2461245C2 true DE2461245C2 (en) | 1980-09-04 |
Family
ID=5934459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19742461245 Expired DE2461245C2 (en) | 1974-12-23 | 1974-12-23 | Circuit arrangement for transmitting electrical energy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2461245C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3229326A1 (en) * | 1982-08-06 | 1984-02-09 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., 5401 Baden, Aargau | Circuit arrangement for generating and transmitting high-power pulses, and a method for its operation |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4184197A (en) * | 1977-09-28 | 1980-01-15 | California Institute Of Technology | DC-to-DC switching converter |
| JPS5541149A (en) * | 1978-09-14 | 1980-03-22 | Kouenerugii Butsurigaku Kenkiy | Superconductive energy storage and transportation converter and method of using same |
| US4441033A (en) * | 1980-12-22 | 1984-04-03 | Bbc Brown, Boveri & Company, Limited | Process for the generation of high capacity pulses from an inductive energy storage device |
-
1974
- 1974-12-23 DE DE19742461245 patent/DE2461245C2/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2461245B1 (en) | 1976-04-08 |
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|---|---|---|---|
| BGA | New person/name/address of the applicant | ||
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