CN104365005B - 用于逆变器的电压供应装置 - Google Patents
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Abstract
为了即使在网络停止运转时也可以保持由供应网络馈电的逆变器的电压供应,按照本发明建议,在网络停止运转时通过逆变器(1)的输出端侧的扼流圈(7)的辅助绕组(13)提取用于逆变器(1)的电压供应装置(2)的电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于逆变器的电压供应装置,所述逆变器在输出端侧通过扼流圈与供电网络连接,以及本发明涉及一种用于运行这样的电压供应装置的方法。
背景技术
电逆变器为了运行而需要电压供应装置以产生用于逆变器的调节和控制单元的供应电压,以及需要使用在逆变器中的电子组件。所述供应电压经常通过开关电源提供,该开关电源也可以集成在逆变器中。此外,这样的逆变器也用于能量源(如例如光伏设备、风力设备、电蓄能器、燃料电池等等)与供电网络的耦合,以便将产生的电能输送到供应网络中。这样的逆变器在供应网络的输出端侧经常具有滤波单元,如例如阻流圈。在此,开关电源从供电网络取得为运行所需的电能,特别是以便于当电蓄能器不能提供电能时(例如光伏设备在夜间时或者风力设备在无风时)也可以运行或操作逆变器。相反地,在供电网络例如由于在供应网络中的短路而停止运转时,开关电源也停止运转并且因此逆变器也停止运转。因此,电能量源不再能提供电能到供应网络中。不过多种标准规定,逆变器在供电网络停止运转时对于确定的持续时间必须继续保持运行,以便在需要时通过提供虚功功率来支持供应网络。因此,需要措施来在供电网络停止运转时也保持逆变器的运行,该逆变器通过由供电网络供给的开关网络来运行。
为此,经常在开关电源中使用电容器以便对于所要求的时间间隔缓冲供应电压。这种解决方案的缺点是,这种电容器-缓冲器仅能针对精确限定的一定时间间隔而设计并且由于需要大的电容器而在逆变器中或者在开关电源中也需要非常多的空间。此外,昂贵的电容器和其他的电组件也引起高成本。
作为可能的备选方案也已知的是,在开关电源中设有第二供应电源,该第二供应电源在电网停止运转的情况下从电蓄能器取得其能量。但是,所述解决方案也可理解地与显著的空间需要和高的成本相关联。这样的电流供应装置例如在DE 10 2008 032 317 A1中已知。DE 10 2008 032 317 A1的电流供应装置具有带有两个初级电路的两个初级绕组的变压器,其中,第一初级电路由变流器的中间电路馈电并且第二初级电路由供应网络馈电。根据施加在第二初级电路上的电压在所述两个初级电流电路之间来回切换。每个初级电路包括一个带有所配设的PWM控制器的PWM开关。
发明内容
因此,本发明的任务在于,消除上面列举的已知解决方案的缺点。
按照本发明,该任务通过如下方式解决,即,在输出端侧的扼流圈上设有次级侧的辅助绕组,该辅助绕组将逆变器的输出电压输送到扼流圈的次级侧上并且在电压供应装置中设有比较单元,该比较单元将供电网络的电压与扼流圈的次级侧的电压相比较并且根据比较要么由供电网络要么通过次级侧的辅助绕组给电压供应装置供给电能。因此,电压供应装置要么从供电网络要么直接从逆变器的输出端提取所需的电能。此外,将辅助绕组设置在扼流圈上并且将比较单元插入,电压供应装置的所有其他部件可以保持不变。此外,所述装置基于电压水平进行自动控制并且确保无中断的电压供应。因此,既不必使用大的昂贵的电容器,也不必设有两个开关电源。完全相反地,按照本发明的电压供应装置可以非常简单地并且低成本地构建。
当在电压供应装置中在输入端侧设有输入整流器和辅助绕组整流器时,其中,供应网络与输入整流器的输入端连接并且扼流圈的次级侧的电压施加在辅助绕组整流器的输入端上并且输入整流器的输出接头和辅助绕组整流器的输出接头并联,可以实现特别简单地构建的电压供应装置。
当桥式整流器用作输入整流器和/或辅助绕组整流器时,产生完全特别简单的实施方式。
在此,也有利的是,在电压供应装置中设有DC-DC变压器,该DC-DC变压器的输入端与输入整流器的输出接头及辅助绕组整流器的输出接头连接。
附图说明
以下参照图1和图2更详细地阐述本发明,这些附图示意性地和非局限性地示出本发明的有利的实施方案。图中:
图1示出按照本发明的电压供应装置的电路图,以及
图2示出带有桥式整流器的电压供应装置的实施方案。
具体实施方式
在图1中,逆变器1由电压供应装置2供给电能,其中,电压供应装置2连接到供电网络3上、如例如230V交变电压网。电压供应装置3的DC输出端提供逆变器1的或者调节和控制单元4的以及逆变器1的操作单元5的供应电压UDC。在所示的实施例中,逆变器1将电能源6、如例如这里为太阳能电池耦合到供电网络3上。逆变器1本身是充分已知的,因此在这里不更详细地探讨逆变器1的构造和功能。在输出端侧如同样已知地那样设有扼流圈7作为滤波单元。扼流圈7如在本实施例中也可以集成到电压供应装置2中,特别是当电压供应装置2和逆变器1构造成配套的相互协调的组件。
电压供应装置2、例如以开关电源的形式的电压供应装置在这里在输入端侧具有整流器10(例如桥式整流器)、平滑电容器11并且在输出端侧具有用于产生供应电压UDC的DC-DC变压器12。平滑电容器11也可以是DC-DC变压器12的部件,例如以在DC-DC变压器12中的中间电路电容器的形式或者也可以完全省去。
按照本发明,电压供应装置2现在通过在扼流圈7和比较单元14上的辅助绕组13来补充。辅助绕组13形成扼流圈7的次级侧。辅助绕组13例如可以附加地安装到扼流圈7的铁芯上。在多相逆变器的情况下本身足够的是,仅相应地补充单相的扼流圈7。比较单元14可以构造成主动的(aktiv)(例如以比较器的形式)或者被动的(passiv)比较单元(如例如在图2中通过桥式整流器)。通过附加的辅助绕组13,扼流圈7现在也得到变压器功能,如进一步在下面深入地描述的那样,并且辅助绕组13将逆变器1的输出电压UA传输到扼流圈7的次级侧上。
为了描述按照本发明的电压供应装置2的功能参阅图2。在这里比较单元14以辅助绕组整流器15(具体地为桥式整流器)的方式构造为被动的。在电压供应装置2的输入端侧施加供电网络3的电压U1,该电压U1在输入整流器10(在这里同样是桥式整流器)中被整流并且在平滑电容器11上被平滑。在通过辅助绕组13形成的扼流圈7的次级侧上,由逆变器1的输出电压UA通过感应引起电压U2,该电压U2在辅助绕组整流器15中被整流。此外,扼流圈7的次级侧的电压U2连接到辅助绕组整流器15的输入接头上。为此,输入整流器10和辅助绕组整流器15并联,亦即,整流器10、15的输出接头分别相互连接。整流器10、15的并联的输出接头与DC-DC变压器12的输入接头连接。
因此,只要输入电压U1大于在扼流圈7的次级侧上的电压U2,电压供应装置2就因此由供应网络3馈电。这意味着,输入整流器10是激活的。相应地,辅助绕组整流器15是去激活的,因为二极管由于更少的电压U2而截止。如果在供应网络3中的电压U1下降,例如在电源扰动或者电源停止运转的情况下,亦即在U2>U1时,电压供应装置2通过扼流圈7的次级侧、亦即通过辅助绕组13并且因此直接由逆变器1的输出电压UA取得电能。与此相应地,输入整流器10由于较少的电压U1和截止的二极管而被去激活,并且辅助绕组整流器15被激活。因此,通过附加的辅助绕组整流器15引起电压U1和U2的比较并且将能量流控制到电压供应装置2(在图2中朝向平滑电容器11的两个箭头所示)中。在此,能量流基于电压U1和U2的电压水平自动调节。因此,具有较高的输入电压的那个整流器10、15可以为DC-DC变压器12或者电容器11提供较多电流,从而该整流器是激活的。如果由于电压U1下降而使得电压U1与电压U2相等,则在切换阶段中两个整流器10、15也临时是激活的。相应地,如果电压U2足够大于电压U1(基本上通过二极管的阈值电压给出),则仅辅助绕组整流器15是激活的。因此,辅助绕组整流器15的激活是无中断的。
通过扼流圈7的初级绕组与附加的辅助绕组13的变压系数,可以确定在扼流圈7的次级侧上的电压U2。根据中间电路电压UZK在逆变器1中的高度和所期望的电压U2的高度,可以通过相应地匹配辅助绕组13的匝数与初级绕组的匝数的比例来设计变压系数。在额定电压为230V AC的单相的电压供应装置2并且中间电路电压范围大约400V时,要选择的变压系数例如处于1:1的范围内。为了避免电压峰值也可以在扼流圈7的次级侧上设有附加的保护线路。此外,通过相应设计变压系数和必要时存在保护线路,可以确定用于供给电压供应装置2的能量流动方向。因此,在相应设计时这样控制能量流,使得在电源扰动时才通过辅助绕组13取得用于电压供应装置2的能量,并且因此才通过该辅助绕组来供给逆变器1。因此,利用变压系数和由此产生的电压U2限定或者决定,由哪个整流器10、15供给电压供应装置2。以此保证逆变器1在各种情况下的安全运行。
如果电压U1和U2同样高,则在(例如通过桥式整流器)被动地控制能量流动方向时能量流被平均地分配。在(例如通过主动的比较单元14)主动地控制能量流动方向时,能够按照使用情况任意地由供应网络3或由逆变器1本身取得输入能量。
代替如上面所描述的被动的比较单元14也可以设有主动的比较单元。例如可以设有比较器、逻辑功能块、微处理器、可编程的开关等等,它们将所述两个电压U1和U2或者其经整流的值相比较并且根据比较结果要么通过供应网络2要么通过辅助绕组13给电压供应装置2供给电能。
能量流动方向的控制也可以在使用主动的比较单元14时策略性地进行并且不必仅取决于所述两个电压U1和U2的比较结果。例如也可以根据外部信号16(如例如在图1中所表示的那样)或者其他标准来切换。这意味着,当例如逆变器1或者电压供应装置2接收关于即将来临的电源切断的信息作为外部信号16时或者当电源电压持续下降时,辅助绕组整流器15例如预防性地被激活。同样地,按照本发明的解决方案也可以通过如下方式用于优化能量源6、如例如PV设备的自身消耗,即,能量源6的组件、特别是逆变器1由其自身生产的能量来供给。
不言而喻地,也可能的是,在单独运行时也使用具有按照本发明的电压供应装置2的逆变器1。在这种情况下,电蓄能器对于电压供应装置2的初级供给用作供电网络3。
Claims (7)
1.用于逆变器(1)的电压供应装置,所述逆变器在输出端侧通过扼流圈(7)与供电网络(3)连接,其特征在于,在所述扼流圈(7)上设有次级侧的辅助绕组(13),该辅助绕组将逆变器(1)的输出电压(UA)传输到扼流圈(7)的次级侧上并且在电压供应装置(2)中设有比较单元(14),该比较单元将供电网络(3)的电压(U1)与扼流圈(7)的次级侧的电压(U2)相比较并且根据比较要么由供电网络(3)要么通过次级侧的辅助绕组(13)给电压供应装置(2)供给电能。
2.按照权利要求1所述的电压供应装置,其特征在于,在电压供应装置(2)中设有输入整流器(10)和辅助绕组整流器(15),其中,供应网络(3)与输入整流器(10)的输入端连接并且扼流圈(7)的次级侧的电压(U2)施加在辅助绕组整流器(15)的输入端上并且输入整流器(10)的输出接头与辅助绕组整流器(15)的输出接头并联。
3.按照权利要求2所述的电压供应装置,其特征在于,所述输入整流器(10)和/或辅助绕组整流器(15)构造成桥式整流器。
4.按照权利要求1至3之一所述的电压供应装置,其特征在于,在所述电压供应装置(2)中设有DC-DC变压器,该DC-DC变压器的输入端与输入整流器(10)的输出接头及辅助绕组整流器(15)的输出接头连接。
5.按照权利要求1至3之一所述的电压供应装置,其特征在于,在比较单元(4)中设有用于外部信号(16)的输入端并且在比较时考虑外部信号(16)。
6.用于运行逆变器(1)的电压供应装置(2)的方法,该逆变器在输出端侧通过扼流圈(7)与供电网络(3)连接,其特征在于,将所述供电网络(3)的电压(U1)与在设置在扼流圈(7)上的辅助绕组(13)上的电压(U2)相比较并且根据比较要么由供电网络(3)要么通过辅助绕组(13)给电压供应装置(7)供给电能。
7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于,在比较时考虑外部信号(16)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |