DE2055754B2

DE2055754B2 - Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Info

Publication number: DE2055754B2
Application number: DE2055754A
Authority: DE
Inventors: Leslie Frederick Balgowlah Roberts; Christopher Burcham Ridley Oatley Walker
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-11-17
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1978-10-12
Also published as: DE2055754A1; GB1276964A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung mit konstanter Ausgangsspannung und Batteriereserve, bei der ein erster Gleichrichter den Verbraucher speist, die Batterie einpolig mit dem Ausgang des ersten Gleichrichters verbunden ist und von einem zweiten, geregelten Gleichrichter mit der höchst zulässigen Spannung geladen wird, und ein Schalter vorgesehen ist, der bei ungenügender Spannung am ersten Gleichrichter den anderen Pol der Batterie mit dem Ausgang des ersten Gleichrichters verbindet.

Aus der DE-AS 11 22 148 ist eine Batteriestrornversorgung bekannt, bei der eine Batterie mit einer Regeleinrichtung und einem Verbraucher in Serie geschaltet ist. In Serie mit der Batterie, vor der Regeleinrichtung, ist ein Zusatzgleichrichter geschaltet. Der Zusatzgleichrichter richtet eine von einem aus der Batterie gespeisten Wechselrichter gelieferte Spannung gleich. Diese gleichgerichtete Spannung wirkt als Zusatzspannung zur Batteriespannung für den Notbetrieb. Parallel zur Regeleinrichtung ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, welche bei Normalbetrieb den Zusatzgleichrichter kurzschließt und den Wechselrichter abschaltet Weiterhin ist ein ungeregelter Ladegleichrichter vorgesehen, welcher ausschließlich zum Laden der Batterie verwendet ist. Die Batterie ist nicht abschaltbar. Eine solche Stromversorgung unterscheidet sich schon vom Aufbau her ganz grundsätzlich von einer Notstromversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Batterie bei Netzausfall zugeschaltet ist, bei Normalbetrieb jedoch abgeschaltet bleibt

Aus der DE-AS 11 94 487 ist eine Stromversorgung bei Fahrzeugen bekannt, wo ein mit wechselnden Drehzahlen angetriebener Drehstromgenerator sowohl die Fahrzeugbatterie als auch die angeschlossenen Verbraucher versorgen soll. Da die erforderliche Ladespannung für die Batterie im allgemeinen höher ist als die Spannung für die Verbraucher, werden im allgemeinen auch zwei Regler zur Spannungskonstanthaltung vorgesehen. Es soll nun ein Regler eingespart werden. Hierzu sind mindestens zwei Gleichstrom-Verbraucherkreise vorgesehen, welche über getrennte Gleichrichter versorgt werden. Der Regler regelt die Generatorspannung bzw. auch die Verbraucherspannung auf konstante Werte; die Ladung der Batterie erfolgt über einen Transformator und einen ungeregelten Gleichrichter von der Drehstromseite des Verbraucherkreises aus. Im Ausführungsbeispiel nach Bild 2 sind zwei Gleichstrom-Verbraucherkreise vorgesehen, nämlich zum einen über den ersten Gleichrichter auf Verbraucher und zum anderen über den Transformator und den zweiten Gleichrichter auf die Batterie. Bei zu niedrigen Drehzahlen des Generators werden beide Verbraucherkreise über ein Relais ausgangsseitig parallel geschaltet. Bei dieser Anordnung beeinflußt der Regler den Drehstromgenerator und damit sowohl die Ausgangsspannung am Gleichrichter als auch am Ladegleichrichter. Es ist keine Spannungsregelung vorgesehen, wenn die Batterie den Verbraucher speist. In der Anordnung nach Bild 4 speist der zweite Gleichrichter die Batterie. Dem Gleichrichter ist auf der Wechselstromseite ein Magnetverstärker und ein Stromwandler zugeschaltet, der bewirkt, daß bei entladener Batterie zunächst der Ladestrom konstant gehalten wird und nach Erreichen der Gasungsspannung der Batterie mit verringertem Strom eine Nachladung durchgeführt wird. Ist der zweite Gleichrichter spannungsgeregelt, so ist auch der den Verbraucher speisende erste Gleichrichter spannungsgeregelt, weil der dem ersten Gleichrichter zugeschaltete Regler auf konstante Spannung am Verbraucher regelt. In der Schaltungsanordnung gemäß dem Bild 4 sind demnach zwei spannungsgeregelte Gleichrichter vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu schaffen, die mit verbessertem Wirkungsgrad arbeitet, mit einfachen und zuverlässigen Mitteln für die Leistungsumformung am Eingang versehen ist, einen genügenden Redundanz-Grad aufweist, so daß die Stromversorgung auch aufrechterhalten werden kann, wenn Teile des Systems ausfallen, und bei welcher die Kapazität der Batterie voll ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein von der Verbraucherspannung gespeister Gleichspannungswandler zur Lieferung einer Zusatzspannung zwischen de: Batterie und dem Verbraucher angeordnet ist, und ciaß der erste Gleichrichter ein

ungeregelter Gleichrichter ist, der den Verbraucher mit der niedrigst zulässigen Spannung speist

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung soll nun anhand der Figuren näher beschrieben werden.

F i g. 1 zeigt ein unterbrechungsfreies Gleichstrom-Versorgungssystem in in Form eines Blockdiagramms.

F i g. 2 zeigt die Schaltungsanordnung eines geregelten Gleichspannungswandlers mit Parallelredundanz.

Fig.3 zeigt die Wellenform am Ausgang des geregelten Gleichspannungswandlers. ₎₀

Bei dem Blockschaltbild nach F i g. 1 versorgt das dreiphasige Wechselstromnetz 1 eine ungeregelte Transformator-Gleichrichter-Einheit 2, welche den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Die Transformator-Gleichrichter-Einheit 2 speist die Sammelschiene 7, welche eine ungeregelte Gleichspannung führt, deren Spannung etwa der normalen Ausgangsspannung des Gleichstromversorgungssystems entspricht, beispielsweise 46 Volt Eine Speicherbatterie 3 ist an die Sammelschiene 7 für ungeregelte Gleichspannung über den statischen Schaher 4 angeschlossen und bei Ausfall des Wechselstromnetzes wird der statische Schalter 4 geschlossen, so daß das Gleichspannungspotential an der Schiene 7 so lange aufrechterhalten wird, wie Energie in der Batterie gespeichert ist. Ein Gleichrichter 5 mit automatischer Spannungsregelung ist an die Batterie 3 angeschlossen, so daß bei Netzwiederkehr der statische Schalter 4 die Batterie von der Sammelschiene 7 abschaltet und der Gleichrichter 5 die Batterie wieder auflädt.

Die maximale Ladespannung für die Batterie ist nicht größer als die maximale Spannung, welche an der Last zugelassen ist. Diese beträgt z. B. 53 Volt. Wenn die Ausgleichsspannung unter die Minimalspannung fällt (die üblicherweise der normalen Ausgangsspannung entspricht, beispielsweise 46 Volt), wird dieser Zustand von dem geregelten Gleichspannungswandler 6 festgestellt, der von der Sammelschiene 7 mit ungeregelter Gleichspannung gespeist ist, und erzeugt eine Ausgangsspannung an der Sperrdiode 8, um die Ausgangsspannung der Anordnung an der Sammelschiene 9 für geregelte Gleichspannung auf den minimalen Spannungswert zu halten.

Der Gleichspannungswandler beginnt normalerweise nur dann zu arbeiten, wenn die Spannung am Wechselstromnetz 1 unter ihren normalen Wert fällt, oder wenn das Wechselstromnetz ausgefallen ist und die Spannung der Speicherbatterie (3) unter den minimalen Wert der Ausgangsspannung fällt.

Eine bevorzugte Ausführungsform für den geregelten Gleichspannungswandler mit Parallelredundanz ist in Fig.2 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung enthält die Schaltungsblocks 6 und 8 von Fig. 1. Die ungeregelte Gleichspannung wird an den Einrjangsanschlüssen 11 und 12 eingespeist, welche an die Sammelschiene 7 für ungeregelte Gleichspannung angeschlossen sind. Von den Eingangsanschlüssen 11 und 12 werden zwei Brückenwechselrichterschaltungen gespeist, welche die Thyristoren THYi, THY2, THY3, THY4, THY5, THY6, THY 7 und THYS enthalten. Die Wechselstromausgänge der beiden Wechselrichterschaltungen speisen die Primärwicklungen der Tranformatoren TR 1 und 77? 2. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren TR1 und 77? 2 speisen je eine Gegentaktgleichrichterschaltung (751, DI bzw. DA, D 5), deren Ausgänge parallel an die Ausgangsanschlüsse 13 und 14 angeschlossen sind. Die parallel zueinanderliegenden Dioden D3 und D6 (die gemeinsam in F i g. 1 als Diode 8 dargestellt sind) führen den Strom zwischen den Anschlüssen 13 und 14 während der Perioden, während der der Gleichspannungswandler keine Spannung an die Ausgangsanschlüsse 13, 14 liefert

F i g. 3 zeigt die Wellenform, die erzeugt wird, während der geregelte Gleichspannungswandler in Betrieb ist. Die Wechseftichterausgangsspannung an der Primärwicklung des Transformators 77? 1 bzw. TR 2 sind in den Fig.3a bzw. 3b dargestellt Die Wellenformen, welche in den Fig.3c und 3d dargestellt sind, stellen die Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 13 und 14 unter zwei verschiedenen Arbeitsbedingungen des Gleichspannungswandlers dar.

Wenn der geregelte Gleichspannungswandler Leistung an den Systemausgang abgeben muß und die beiden parallel geschalteten Wechselrichterschaltungen arbeiten, dann werden die verschiedenen Thyristoren so beeinflußt, daß sich die Wellenformen ergeben, die in den Fig.3a bzw. 3b dargestellt sind. Die gesamten Arbeitsperioden für jeden Wechselrichter liegen bei 4:1, und jeder Wechselrichter hat eine Phasenverschiebung von 2 :1 bezüglich des anderen. Wenn diese Wellenform durch die Gleichrichterschaltungen gleichgerichtet und zueinander addiert werden, ergibt sich die in Fig.3c dargestellte Ausgangsspannung, welche eine Periode von ii hat und ein Tastverhältnis von (i. - i₂) zu Λ Dieses Verhältnis steuert die Ausgangsgleichspannung an den Anschlüssen 13 und 14 und so die Zusatzspannung des Systems.

Die Spannung an den Ausgangsanschlüssen der Sammelschiene 9 (Fig. 1) wird festgestellt und einer Steuerschaltung zugeführt, welche Steuerimpulse erzeugt und steuert, welche den beiden Thyristorbrückenschaltungen THY \ bis THY4 und THY5 bis THYS zugeführt wird. Wenn die Ausgangsspannung des Systems unter der minimal zugelassenen Spannung liegt, dann werden die Steuerimpulse so erzeugt, daß das Impulstastverhältnis (t\ -1₂) zu i;> erhöht wird, wodurch die Zusatzspannung erhöht wird und die Ausgangsspannung des Systems auf das minimal zulässige Spannungsniveau angehoben wird. Die Einzelheiten der Wechselrichterschaltungen und der Steuerschaltungen sind nicht angegeben, weil sie allgemein bekannt sind.

Wenn aus irgendeinem Grunde einer der beiden Wandlerkreise in dem Gleichspannungswandler ausfallen sollte, dann wird das Impulstastverhältnis in dem anderen Wandlerkreis erhöht von [(t\ — /2) zu (t\ + ^)] auf [2 (ii— ίτ) zu 2t{\, so daß die gleiche Ausgangsspannung erzeugt wird, wie wenn die beiden Wandlerkreise gleichzeitig arbeiten. Die Ausgangswellenform an den Anschlüssen 13 und 14 ist in diesem Falle so, wie sie in F i g. 3d dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnug zur unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung mit konstanter Ausgangsspannung und Batteriereserve, bei der ein erster Gleichrichter den Verbraucher speist, die Batterie einpolig mit dem Ausgang des ersten Gleichrichters verbunden ist und von einem zweiten, geregelten Gleichrichter mit der höchst zulässigen Spannung geladen wird, und ein Schalter vorgesehen ist, der bei ungenügender Spannung am ersten Gleichrichter den anderen Po! der Batterie mit dem Ausgang des ersten Gleichrichters verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Verbraucherspannung gespeister Gleichspannungswandler (6) zur Lieferung einer Zusatzspannung zwischen der Batterie (3) und dem Verbraucher (10) angeordnet ist, und daß der erste Gleichrichter (2) ein ungeregelter Gleichrichter ist, der den Verbraueher (10) mit der niedrigst zulässigen Spannung speist

2. Gleichstromversorgungssystem nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungswandler (6) zwei parallel zwischen Eingang (11,12) und Ausgang (13,14) liegende Wechselrichter (THYi, THY2, THY3, THY4 bzw. THY5, THY6, THYT, THYS) mit nachgeschalteten Gleichrichtern (D\,D2 bzw. D 4, D S) enthält.

3. Gleichstromversorgungssystem nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungswandler (6) zwei Thyristorbrückenschaltungen enthält, deren Steuerimpulse so phasenverschoben sind, daß die gleichgerichtete Summenspannung einen Wert hat, durch den die Ausgangsspannung des Gleichstromversorgungssystems auf der niedrigsten zulässigen Spannung gehalten wird.

4. Gleichstromversorgungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Gleichspannungswandlers (6) durch mindestens eine Diode (D 3, D 6) überbrückt ist.