DE2052382A1

DE2052382A1 - Process for the transmission of electrical energy between two electrically isolated circuits

Info

Publication number: DE2052382A1
Application number: DE19702052382
Authority: DE
Inventors: der Anmelder M H02k 3 36 ist
Original assignee: MEGGL F
Current assignee: MEGGL F
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1970-10-26
Publication date: 1972-04-27

Description

Verfahren zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen zwei galvanisch getrennten Stromkreisen Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von elektrischer Energie mit hohen Wirkungsgrad zwischen zwei galvanisch getrennten Stromkeisen.Method for the transmission of electrical energy between two galvanically separate circuits Description The invention relates to a method of transmission of electrical energy with high efficiency between two galvanically isolated Circuits.

Bekanntlich wird Energieübertragung solcher Art mit Pransformatoren durchgeführt. Diase haben ein hohes Leistungsgewicht und -Volumen und erzeugen ein unerwünschtes Streufeld. Transformatoren können überdies nur für Wechselstrom verwendet werden. Eine Übertragung von elektrischer Energie in Gleichstromform erfordert einen großen Aitfwand an zusätzlichen Schaltmitteln.As is well known, energy transfer of this kind is carried out with pransformers carried out. Slides have a high power-to-weight ratio and volume and generate a unwanted stray field. In addition, transformers can only be used for alternating current will. A transmission of electrical energy in direct current form requires one large Aitfwand on additional switching means.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, diese Nachteile u vermeiden. Erfindungsgemäß wird ein elektrischer Energiespeicher oder eine Anordnung von elektrischen Energiespeichern abwechselnd und zweipolig mit je einem von zwei Stromkreisen verbunden, wobei der eine den Speisestromkreis und der andere den Laststromlsreis darstellt.The invention has set itself the task of addressing these disadvantages and the like avoid. According to the invention, an electrical energy store or an arrangement of electrical energy storage alternately and bipolar with one of two each Connected circuits, one being the feed circuit and the other being the load circuit represents.

Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Der Speicher 3 wird mit Hilfe der Schalter 1 und 2, welche von der Steuerelektronik HE betätigt werden, abwechselnd mit den beiden Stromkreisen A und B verbunden. Er nImmt am Spciscstromkris A Stron auf uni gibt ihn an den Laststromkreis B ab. Der Speicher ß im Laststromkreis dient zur Glättung des Laststromes.Figure 1 shows the basic circuit diagram of an arrangement for implementation of the procedure. The memory 3 is activated with the help of switches 1 and 2, which are controlled by the Control electronics HE are operated alternately with the two circuits A and B connected. He takes on the Spciscstromkris A Stron on uni gives him to the load circuit B from. The memory ß in the load circuit is used to smooth the load current.

Figur 2 zeigt das Spannunsgdiagramm des Speichers 5 in getrieb. Der Spannungshub Ug - min U1 des Speichers 5 im Verhältnis zur Speisespannung UU gibt die Verjustiei9tung in cit an.Figure 2 shows the voltage diagram of the memory 5 in gear. Of the Voltage swing Ug - min U1 of the memory 5 in relation to the supply voltage UU there the adjustment in cit.

Der Wirkungsgrad entspricht min Uj Der Spannungshub ist bei vorge-Uo gebenem Laststrom umgekehrt proportional der Arbeitsfrequenz und Kapazität des Speichers 3. Im Interesse eines guten Wirkungsgrades soll der Spannungshub möglichst gering gehalten werden. Trennwiderstand und höchst zulässige Potentialdifferenz zwischen Speise- und Laetstromkreis sind von den Daten der Schalter 1 und 2 abhängig. Der Trennwiderstand beträgt die Hälfte des Trennwiderstandes eines Schalters und die höchst zulässige Potentialdifferenz liegt unter der Sperrspannung der Schalter 1 und 2 minus der Speisespannung U.The efficiency corresponds to min Uj The voltage swing is at pre-Uo given load current is inversely proportional to the working frequency and capacity of the storage system 3. In the interests of good efficiency, the voltage swing should be as small as possible being held. Isolation resistance and maximum permissible potential difference between The supply and charging circuit are dependent on the data of switches 1 and 2. Of the Isolation resistance is half the isolation resistance of a switch and that The highest permissible potential difference is below the reverse voltage of switch 1 and 2 minus the supply voltage U.

Die Figuren 3 bis 6 zeigen technische Ausführungsbeispiele des Verfahrens.Figures 3 to 6 show technical embodiments of the method.

Die Anordnung in Figur 3 dient der Energieübertragung zwischen zwei galvanisch getrennten Gleichstromkreisen. Als Schalter werden Thyristoren und als Speicher Kondensatoren verwendet. Es folgt 4die Betrachtung einer Arbeitsperiode während des Betriebs. Die Spannung U1 des Kondensators 55 sei etwas kleiner als die Speisespannung U.The arrangement in Figure 3 is used to transfer energy between two galvanically separated DC circuits. Thyristors are used as switches and Storage capacitors used. The following is a consideration of a working period during operation. The voltage U1 of the capacitor 55 is slightly smaller than the supply voltage U.

Die Thyristoren 33 und 34 seien gesperrt, die Thyristoren 31 und 32 werden von der Steuerelektronik gerade gezündet. Der Strom 1c folgt durch die Serienschaltung von Kapazität, Induktivität und Widerstand dem Verlauf einer sehr stark gedämpften freien Sinusschwingung. Beim ersten Nulldurchgang des Stromes Ic sperrt das Thyristorenpaar 31, 32.The thyristors 33 and 34 are blocked, the thyristors 31 and 32 are being ignited by the control electronics. The current 1c follows through the series circuit of capacitance, inductance and resistance the course of a very strongly damped free sinusoidal oscillation. At the first zero crossing of the current Ic, the thyristor pair blocks 31, 32.

Die Spannung U1 des Kondensators 35 liegt nun etwas über U0. Nun wird von der Steuerelektronik das Thyristorenpaar 33, 34 gezündet. Der Strom cd folgt ebenfalls dem Verlauf einer gedämpften freien Sinusschwingung. Die Spannung U1 sinkt, während U2 (Spannung des Speichers 36) ansteigt. Beim Nulldurchgang des Stromes Id fällt das Thyristorenpaar 33, 34 in den Sperrzustand. U2 ist größer als U1 und U1 kleiner als-U0 - der Ausganszristand ist wieder erreicht. Die Induktivitäten 37 und 38 sind gerade so bemessen, daß beim Schließen der Stromkreise C und D eine aperiodische schwingung mit einem Nulldurchgang entsteht.The voltage U1 of the capacitor 35 is now slightly above U0. Well will the thyristor pair 33, 34 triggered by the control electronics. The current cd follows also the course of a damped free sinusoidal oscillation. The voltage U1 drops, while U2 (voltage of memory 36) rises. At the zero crossing of the current Id the thyristor pair 33, 34 falls into the blocking state. U2 is greater than U1 and U1 less than-U0 - the starting period has been reached again. The inductors 37 and 38 are just dimensioned so that when the circuits C and D are closed, a aperiodic oscillation with a zero crossing occurs.

Anstelle des Konderlaetors 35 kann auch eine Anordnung von Kondensatoren und elektronischen Schaltern (wie z.B. USA Pat. Nr. 2773200) verwendet werden, welche eine Transformierung der Spannung nach höheren oder kleineren Werten gestattet. Die Kondensatoren der Anordnung nehmen in Reihe geschaltet am Speisestromkreis Strom auf und geben ihn parallel geschaltet an den Laststromkreis ab oder umgekehrt.Instead of the capacitor 35, an arrangement of capacitors and electronic switches (such as USA Pat. No. 2773200), which the voltage can be transformed to higher or lower values. The capacitors of the arrangement, connected in series, draw current on the supply circuit and pass it on in parallel to the load circuit or vice versa.

Die steuerbaren elektronischen Schalter der Anordnung G werden ebenfalls von der Sseuerelektronik betrieben und bewerkstelligen die Umschaltung der Kondensatoren von Serienbetrieb in Parallelbetrieb und umgekehrt. Das Transformationsverhältnis entspricht der Anzahl der Kondensatoren.The controllable electronic switches of the arrangement G are also operated by the control electronics and manage the switching of the capacitors from series operation to parallel operation and vice versa. The transformation ratio corresponds to the number of capacitors.

figur 4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Figur 3, bei welcher anstelle des Kondensators 35 eine Anordnung G von zwei Kondensatoren verwendet wird, welche in Serie geschaltet Strom aufnehmen, parallel geschaltet Strom abgeben und so der Last die halbe Speisespannung zuführen.FIG. 4 shows a modification of the circuit of FIG. 3, in which instead of the capacitor 35 an arrangement G of two capacitors is used, which, when connected in series, consume electricity, when connected in parallel, emit electricity and in this way apply half the supply voltage to the load.

In Figur 5 ist eine netzbetriebene Gleichrichterschaltung gezeigt, deren Ausgang galvanisch vom Eingang getrennt ist. Die Arbeitsfrequenz ist gleich der Jetzfrequenz. Der Umschaltevorgang wird von der Netzspannung j getriggert. Als Schalter werden Thyristoren verwendet und als Speicher Kondensatoren. Wir betrachten eine Arbeitsperiode während des Betriebes. Die Thyristoren 51 und 52 seien gesperrt, die Thyristoren 53 und 54 sowie der Transistor 56 leitend.In Figure 5, a mains-operated rectifier circuit is shown, whose output is galvanically isolated from the input. The working frequency is the same the current frequency. The switching process is triggered by the mains voltage j. as Switches are used with thyristors and as storage capacitors. We look at one working period during operation. The thyristors 51 and 52 are blocked, the thyristors 53 and 54 and the transistor 56 conductive.

Die Spannung des Kondensators 55 liegt etwas unter dem Scheitelwert der Netzspannung; er gibt Strom an die Last ab. Die Amplitude der Netzspannung Uo steigt an und erreicht den Spannungswert des Kondensators 55. Dor Transistor 56 wird nun von der Steuerelektronik gesperrt, der Strom IF wird zu Null und das Thyristorenpaar 53, 54 fällt in den Sperrzustand. Die Steuerelektronik zündet die Thyristoren 51, 52 und durch den Kondensator 55 fließt ein Ladestrom lE bis die Ladespannung den Scheitelwert der Netzspannung erreicht hat. Die Netzspannungsamplitude fällt wieder ab, der Ladestrom IE wird zu Null und die Thyristoren 51, 52 fallen in den Sperrzustand. Die Steuerelektronik öffnet den Transistor 56 und die beiden Thyristoren 53, 54 - der Ausgangszustand ist wieder erreicht. Der Transistor 56 muß während seiner Sperrphase nur den kleinen Spannungshub aufnehmen, den der Glättungskondensator 57 während der kurzen Umschatezeit des Transistors 56 vom Durellaß in den Sperrzustand und der anschließend folgenden Ereiwerdezeit der Thyristoren 53 und 54 durchläuft.The voltage of the capacitor 55 is slightly below the peak value the mains voltage; it delivers current to the load. The amplitude of the mains voltage Uo increases and reaches the voltage value of the capacitor 55. Dor transistor 56 is now blocked by the control electronics, the current IF becomes zero and the thyristor pair 53, 54 falls into the locked state. The control electronics ignite the thyristors 51, 52 and through the capacitor 55 a charging current IE flows to the charging voltage Has reached the peak value of the mains voltage. The mains voltage amplitude falls again from, the charging current IE becomes zero and the thyristors 51, 52 fall into the blocking state. The control electronics open the transistor 56 and the two thyristors 53, 54 - the initial state has been reached again. The transistor 56 must during his Blocking phase only absorb the small voltage swing that the smoothing capacitor 57 during the short switchover time of the transistor 56 from the Durellaß to the blocking state and the subsequent Ereiwerdezeit the thyristors 53 and 54 runs through.

Dann fällt die volle EMK des Lastkreises an den Thyristoren 53, 54 ab (wenn der Reststrom des Transistors 56 hinreichend groß ist).Then the full EMF of the load circuit drops on the thyristors 53, 54 from (if the residual current of transistor 56 is sufficiently large).

Wird diese Bedingung vom Transistor 56 nicht erfüllt, so muß er von einem Widerstand ausreichenden Leitwertes überbrückt werden. Diese Gleichrichterschaltung läßt sich auch in Phasenanschnittsteuerung betreiben. Der Kondensator 55 erhält dann in bekannter Weise einen kurzzeitigen Ladestrom IE vom Netz, jedoch nicht zum Zeitpunkt des Scheitelwertes der Netzspannung, sondern, einstellbar im Bereich von 0 - 90 Winkelgraden, danach. Die normale Spitzenwertgleichrichtung ist also hier nur ein Spezialfall der Phasenanschnittsteuerung, welcher an der Steuerelektronik eingestellt werden kann. Bei der GleiEhrichterschaltung nach Figur 5 ist es wiederum möglich, den Kondensator 55 durch eine Anordnung von Kondensatoren und elektrovnischen'Schaltern zu ersetzen, welche eine Spannungstransformation durchführt. Eine solche -Abwandlung ist in Figur 6 wiedergegeben. hier wird der Kondensator 55 beispielsweise durch eine Anordnung C von zwei Kondensatoren, welche in Serie geschaltet Strom aufnehmen, parallel geschaltet Strom abgeben und so der Last die halbe Ladespannung zuführen. Der Ausgangsstrom ist gleich dem doppelten Eingangsstrom und die Ausgangsspannung der Schaltung nach Figur 6 ist regelbar von Null bis auf die Hälfte des Scheitelwertes der Netzspannung.If this condition is not met by transistor 56, it must be from a resistor with sufficient conductance. This rectifier circuit can also be operated in phase control. The capacitor 55 receives then in a known manner a brief charging current IE from the network, but not to the Time of the peak value of the mains voltage, but adjustable in the range of 0 - 90 degrees, after that. So the normal peak rectification is here only a special case of phase control, which is on the control electronics can be adjusted. In the case of the rectifier circuit according to FIG. 5, it is again possible, the capacitor 55 by an arrangement of capacitors and electronic switches to replace, which carries out a voltage transformation. Such a variation is shown in FIG. here the capacitor 55 is, for example, through an arrangement C of two capacitors, which take up current connected in series, connected in parallel deliver current and thus supply half the charging voltage to the load. The output current is equal to twice the input current and the output voltage the circuit according to FIG. 6 can be regulated from zero to half the peak value the mains voltage.

Die Erfindung ermöglichtunter anderem den. Bau von transformatorlosen Stromversorgungseinheiten mit regelbarer Ausgangsspannung, deren Ausgang galvanisch vom liegt getrennt ist. Der galvanische Trennwiderstand liegt bei Verwendung von heutigen Thyristoren als Schalter im Bereich von 3 - 3000 Megaohm. Der Ausgang ist also durchaus berührungssicher.The invention enables, inter alia, the. Construction of transformerless Power supply units with adjustable output voltage, the output of which is galvanic is separated from lies. The galvanic isolation resistance is when using Today's thyristors as switches in the range of 3 - 3000 megohms. The exit is so completely safe to touch.

Ist am Ausgang. ein definiertes Potential erwünscht, ist eine Erdung oder sonstige niederohmige Festlegung erforderlich.Is at the exit. if a defined potential is desired, grounding is required or other low-resistance specification required.

Anlagen: Antrag (2-fach) Beschreibung (2-fach) Patentansprüche (2-fach) Zeichnungens 1 Druckzeichnung 2 Aktenzeichnungen Erfinderbenennung (2-fach) Antrag auf Arrnenrecht mit Dürftigkeits-Vermögens-@engnis (Eopie)Attachments: Application (2-fold) Description (2-fold) Patent claims (2-fold) Drawing 1 print drawing 2 file drawings designation of inventor (2-fold) application on arrnenrecht with Dürftigkeits-Vermögens- @engnis (Eopie)

Claims

Patent claims method for the transmission of electrical energy between two electrically isolated circuits, characterized in that a electrical energy storage device or an arrangement of several electrical energy storage devices is alternately and bipolar connected to one of two circuits, whereby one represents the supply circuit and the other represents the load circuit.

2) Arrangement according to claim 1), characterized in that food and Load circuits are DC circuits which are connected in series to thyristor switches with inductances contain.

3) Arrangement according to claim 1), characterized in that the electrical Storage or the arrangement of electrical storage, which transport the energy between two circuits, alternating with a DC circuit and briefly at the time of a desired voltage amplitude via a bridge rectifier can be connected to an AC circuit.

4) Arrangement according to claim 7), characterized in that for switching a load with a capacitive reactive component a transistor in series with a thyristor is used.

5) Arrangement according to claim 1), characterized in that the electrical Storage of the "arrangement of electrical storage, which is used to transport energy is used between two circuits, with the help of electronic switches are alternately interconnected so that they are connected in series from the supply circuit Consume current and output current connected in parallel to the load circuit or vice versa