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BESCHREIBUNG
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Die
Erfindung betrifft ein universelles Energieversorgungssystem für wenigstens
einen elektrischen Verbraucher. Das Energieversorgungssystem weist
zumindest eine Wechselspannungsquelle und eine diese mit dem elektrischen
Verbraucher verbindende Kabelverbindung auf. Der Wechselspannungsquelle
ist eine AC/DC-Wandlereinrichtung zur Umwandlung der Wechselspannung
in Gleichspannung zugeordnet. Die auf diese Weise erzeugte Gleichspannung
ist über
die Kabelverbindung an den elektrischen Verbraucher übertragbar.
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Bei
elektrischen Verbrauchern, die eine hohe Spannung und eine hohe
Leistung benötigen,
hat sich bei einem solchen universellen Energieversorgungssystem
herausgestellt, dass Schwierigkeiten bei der Erzeugung und der Stabilisierung
der Spannung auftreten. Weiterhin ist bei Ausfall der AC/DC-Wandlereinrichtung
keine Versorgung des elektrischen Verbrauchers mehr möglich, da
in der Regel auf Redundanz hinsichtlich der Wandlereinrichtung aus
Kostengründen
verzichtet wird.
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Weiterhin
ist bei einer solchen AC/DC-Wandlereinrichtung auf einem relativ
begrenzten Raum aufgrund von Verlusten der Wandlereinrichtung bei der
Umsetzung der Wechselspannung in Gleichspannung mit einem erheblichen
Wärmeaufkommen zu
rechnen. Diese Wärme
muss abgeführt
werden, um eine Beschädigung
der Wandlereinrichtung oder anderer ihm benachbarter Bauteile des
Energieversorgungssystems zu verhindern. Die Wärme kann beispielsweise durch
aktive Kühlsysteme
abgeleitet werden, was allerdings mit zusätzlichem Bauaufwand und Kosten
verbunden ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein universelles Energieversorgungssystem der
eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine hohe
und stabile Spannung auch bei hohem Leistungsbedarf in sicherer
und kostengünstiger
Weise und ohne zusätzliche
Bauteile für
beispielsweise Wärmeabfuhr
möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die AC/DC-Wandlereinrichtung
eine Reihe von AC/DC-Wandlerbausteine aufweist, welche eingangsseitig
parallel mit der Wechselspannungsquelle und ausgangsseitig seriell mit
dem elektrischen Verbraucher verschaltet sind.
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Durch
diese Verschaltung der AC/DC-Wandlerbausteine dient jeder dieser
Bausteine nur zur Erzeugung eines bestimmten Spannungsanteils auf
der Verbraucher- beziehungsweise Ausgangsseite der AC/DC-Wandlereinrichtung.
Sollen auf der Ausgangsseite beispielsweise 6000 V Gleichspannung erzeugt
werden, so kann diese Gleichspannung beispielsweise durch 20 Wandlerbausteine
mit jeweils einer Ausgangsspannung von 300 V erzeugt werden. Ebenso
ist es möglich
30, 40 oder 50 Wandlerbausteine vorzusehen, von denen jeder einen
entsprechenden Bruchteil der auf der Ausgangsseite benötigten Gleichspannung
bereitstellt.
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Im
einfachsten Fall sind die Wandlerbausteine alle gleichartig aufgebaut,
so dass bei n Wandlerbausteinen jeder einen n-ten Bruchteil der
benötigten Ausgangsspannung
aus der auf der Eingangsseite anliegenden Wechselspannung erzeugt.
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Solche
Wandlerbausteine sind im Gegensatz zu nur einer AC/DC-Wandlereinrichtung
zur Erzeugung von beispielsweise 6000 V einfach handhabbar und einfach
zu warten. Die Verlustwärme
pro Wandlerbaustein ist hierbei in der Regel so gering, dass keine
separaten Kühleinrichtungen
notwendig sind. Sind die Wandlerbausteine relativ nahe beieinander angeordnet,
so ist auch bei hoher Leistung nur eine einfache Kühleinrichtung
notwendig, durch die beispielsweise Kühlluft über die Wandlerbausteine geführt wird.
Die Kosten zur Kühlung
dieser AC/DC-Wandlereinrichtung sind im Vergleich zu bekannten Wandlereinrichtungen
allerdings erheblich reduziert.
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Fällt einer
der Wandlerbausteine aus, reduziert sich die Ausgangsspannung nur
um den n-ten Teil, so dass auch die verbleibenden n-1 Wandlerbausteine
weiterhin ausreichend Spannung für
den elektrischen Verbraucher bereitstellen. Erst beim Ausfall einer
Reihe von Wandlerbausteinen kann es sich als notwendig erweisen,
diese zumindest teilweise auszutauschen. Auf jeden Fall ist bei
Ausfall eines oder mehrerer der Wandlerbausteine noch immer eine
ausreichende Versorgung des elektrischen Verbrauchers zu dessen
Betrieb gesichert (Redundanz).
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Eine
einfache und sichere Wechselspannungsquelle kann darin gesehen werden,
wenn diese als 380 V Drehstromquelle ausgebildet ist.
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Ein
eingangs angesprochener Wandlerbaustein kann beispielsweise durch
einen linear geregelten Wandlerbaustein gebildet sein. Allerdings
haben solche einen relativ geringen Wirkungsgrad, der meist nur
25 bis 50% beträgt.
Bei hohen Leistungen im Bereich von Kilowatt ist daher die Verlustleistung in
der Regel mindestens so groß,
wie die abgegebene Leistung. Dadurch entsteht nicht nur ein großer Energieverlust,
sondern auch selbst bei einer Vielzahl von Wandlerbausteinen ein
entsprechendes Kühlungsproblem.
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Die
Verlustleistung der Wandlerbausteine lässt sich in einfacher Weise
dadurch vermindern, dass diese als Schaltnetzteile ausgebildet sein
können.
Ein solches Schaltnetzteil weist einen Schalter auf, das beispielsweise
entsprechend zur Netzspannung mit 50 Hz eine Netzverbindung und
-trennung des Wandlerbausteins verursacht.
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Die
Verluste lassen sich weiter vermindern, wenn das Schaltnetzteil
unabhängig
von der Netzfrequenz von beispielsweise 50 Hz getaktet wird. Bevorzugt
ist in diesem Zusammenhang eine höherfrequente Taktung.
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Verschiedene
Realisierungen eines solchen getakteten Schaltnetzteils sind bekannt.
Eine erste Unterteilung kann in sekundär- und primär getaktete Schaltnetzteile
erfolgen. Bei beiden Grundformen besteht die Möglichkeit, dass in einen Speicherkondensator
des Schaltnetzteils stetig ein Strom fließt oder aber nur zu bestimmten
Zeiten abfließt,
so dass von einem Durchflusswandler oder einem Sperrwandler gesprochen
wird. Um ein kompaktes und sicheres Bauteil zu erhalten, kann beispielsweise
das Schaltnetzteil gemäß Erfindung
als Sperrwandler ausgebildet sein. Bevorzugt kann dieser primär getaktet
sein, um eine galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite
zu erhalten, und ein Eintakt- oder Gegentakt-Wandler sein. Die Eintakt-Wandler
zeichnen sich in diesem Zusammenhang dadurch aus, dass er in der
Regel nur einen Leistungsschalter als getaktete Schalteinrichtung
benötigen.
Dieser kann beispielsweise als Leistungs-MOSFET oder BIMOSFET ausgebildet
sein. Ebenso können
insbesondere bei großen
Leistungen im Kilowattbereich auch Thyristoren als getaktete Schalteinrichtungen
verwendet werden.
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Die
angesprochenen Schaltnetzteile haben insbesondere bei größeren Leistungen
eine Reihe von Vorteilen, wie geringere Verlustleistung, geringeres
Gewicht, geringeres Volumen, keine Geräuschentwicklung, geringerer
Glättungsaufwand
und größerer Eingangsspannungsbereich.
Schaltnetzteile und insbesondere auch Sperrwandler werden in verschiedensten
Einsatzgebieten verwendet, wie beispielsweise für Mikrowellenherde, Computer,
elektronische Vorschaltgeräte
für Leuchtstofflampen,
Industrie- und Unterhaltungselektronik, Bildschirme, Hertzdefibrillatoren
und dergleichen. Auch in Einsatzgebieten, wo eine hohe Leistung
auf der Ausgangsseite benötigt
wird, sind Sperrwandler in ihrem Element.
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Um
die Schalteinrichtung des Sperrwandlers beziehungsweise des Schaltnetzteils
entsprechend anzusteuern, kann eine insbesondere steuer- oder regelbare
Pulsbreitenmodulationseinrichtung vorgesehen sein. Diese kann eine
Reihe von Pulsen erzeugen, die in ihrer Breite und/oder Höhe und/oder
Frequenz variierbar sind. Eine vielfach eingesetzte Pulsmodulationseinrichtung
ist eine Pulsbreitenmodulationseinrichtung. Diese erzeugt ein entsprechendes pulsbreitenmoduliertes
Signal dessen Tastverhältnis entsprechend
einem gemessenen Ist-Wert der Ausgangsspannung geregelt werden kann.
Der gemessene Ist-Wert der Ausgangsspannung kann beispielsweise
vom Soll-Wert subtrahiert werden und diese Differenz über einen
Regelverstärker
der Pulsbreitenmodulationseinrichtung zugeführt werden. In dieser kann
die Ausgangsspannung des Regelverstärkers ist einer sägezahnförmigen Spannung
verglichen werden, deren Frequenz die Schaltfrequenz beziehungsweise
Taktung des Schaltnetzteils bestimmt. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses
Vergleichs wird dann der Leistungstransistor entsprechend ein- oder
ausgeschaltet. Damit kann eine gewünschte Ausgangsspannung eingestellt
werden.
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Vorteilhafterweise
wird die maximale Ausgangsspannung des Schaltnetzteils so gewählt, dass sie
höchstens
gleich einem Grenzwert unterhalb der Durchbruchsspannung eines entsprechenden
Bauteils des Schaltnetzteils, insbesondere der Schalteinrichtung
ist, so dass ein Sicherheitsabstand zur Durchbruchsspannung eingehalten
wird.
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Wie
bereits oben angemerkt, gehört
der Sperrwandler zu den primär
getakteten Wandlern, das heißt,
er besitzt eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang.
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Ein
Vorteil kann in diesem Zusammenhang sein, wenn der Sperrwandler
mehrere, voneinander galvanisch getrennte, geregelte Ausgangsspannungen
bereitstellt.
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Um
eine ausreichend schnelle Taktung der Schalteinrichtung und in diesem
Zusammenhang relativ geringe Verlustleistungen des Sperrwandlers
zu ermöglichen,
kann die Taktfrequenz der Schalteinrichtung im Kilohertz- und insbesondere
im Hundertkilohertz-Bereich
liegen. So sind beispielsweise Sperrwandler bekannt, die im Bereich
von 20 kHz bis 200 kHz getaktet werden. Geringere und höhere Taktfrequenzen
sind allerdings ebenfalls möglich.
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Um
insbesondere bei hohen Leistungen keine separate Kühlung für die Wandlerbausteine
zu benötigen,
können
diese räumlich
beabstandet voneinander angeordnet sein. Der räumliche Abstand ist dabei allerdings
so gering, dass er in der Regel nur ungefähr den Abmessungen eines Wandlerbausteins entspricht.
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Um
die von der AC/DC-Wandlereinrichtung erzeugte Gleichspannung gegebenenfalls
weiter zu glätten,
kann zwischen AC/DC-Wandlereinrichtung und dem elektrischen Verbraucher
eine Filtereinrichtung angeordnet sein.
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Bei
bestimmten elektrischen Verbrauchern kann es sich als vorteilhaft
erweisen, wenn neben einer Spannungsversorgung ebenfalls eine Signalverbindung
vorhanden ist. Um in diesem Zusammenhang nicht eine zusätzliche
Kabelverbindung zum elektrischen Verbraucher zu benötigen, kann
eine Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung mit der Kabelverbindung
zwischen insbesondere Filtereinrichtung und elektrischem Verbraucher
verschaltet sein. Über
diese Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung sind einerseits entsprechende
Datensignale in die Datenverbindung einkoppelbar, um beispielsweise den
elektrischen Verbraucher zu steuern oder mit Informationen zu versorgen.
In umgekehrter Richtung sind vom elektrischen Verbraucher erhaltene
Daten aus der Kabelverbindung auskoppelbar und beispielsweise zur Überwachung
des elektrischen Verbrauchers mittels entsprechender Einrichtungen,
wie Computer oder dergleichen, verwendbar.
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In
diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Datenübertragung
aufgrund der ausgangsseitigen Gleichspannung störungsfreier und mit höherer Geschwindigkeit
erfolgen kann, als bei einer Versorgung des elektrischen Verbrauchers
mit Wechselspannung.
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Um
die verschiedenen Einrichtungen des erfindungsgemäßen Leistungsversorgungssystems besser überwachen,
steuern oder gegebenenfalls regeln zu können, kann zumindest der Wechselspannungsquelle
und/oder der AC/DC-Wandlereinrichtung und/oder der Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung
ein Controller zugeordnet sein. Dieser Controller kann beispielsweise
auch feststellen, ob einer der als Sperrwandler ausgebildeten Wandlerbausteine
ausgefallen ist. Wird ein solcher Ausfall festgestellt, können die übrigen Sperrwandler
so angesteuert werden, dass sie den Ausfall des einen Sperrwandlers
kompensieren, indem sie beispielsweise jeder für sich eine geringfügig höhere Ausgangsspannung
abgeben.
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Der
Controller kann in diesem Zusammenhang auch die Pulsweitenmodulationseinrichtung steuern.
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Neben
der reinen Überwachung
durch den Controller besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass durch diesen
eine Kommunikationsverbindung zwischen den jeweiligen Einrichtungen
des Energieversorgungssystems herstellbar ist. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn die verschiedenen Einrichtungen relativ weit
voneinander an und/oder unzugänglichen
Orten angeordnet sind. Durch die Kommunikationsverbindung ist eine
entsprechende körperliche Überprüfung oder
Wartung auf seltene Fälle oder
Fälle des
Austausches beschränkt.
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Um
die Kabelverbindung auch bei hohen zu übertragenden Leistungen und
bei gleichzeitiger Übertragung
von Spannung und Daten mit geringem Querschnitt und dadurch gerade
bei großen
Entfernungen mit verminderten Kosten herstellen zu können, kann
die Kabelverbindung wenigstens ein Koaxialkabel aufweisen. Da eine
Gleichspannung über das
Koaxialkabel übertragen
wird, ergeben sich nur Leiterverluste und nicht zusätzlich Dämpfungsverluste,
wie bei der Übertragung
von Wechselspannung.
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Im
Zusammenhang mit den Wandlerbausteinen und insbesondere den Sperrwandlern
als solchen Bausteinen ist weiterhin zu beachten, dass diese jeder
für sich
in ihrer Ausgangsspannung steuer- oder regelbar sind. Die Eingänge der
Wandlerbausteine sind bei jedem parallel angeordnet, so dass die
Spannungsversorgung und damit Strom und Leistung völlig voneinander
getrennt sind. Unabhängig
von der Ausgangsspannung kann somit auch die Gesamtleistung des
Systems entsprechend angepasst werden. Leistung und Ausgangsspannung
sind somit völlig
frei wählbar.
Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Wandlerbausteinen ergibt
sich weiterhin eine hochgenaue und präzise Regelung sowohl von Ausgangsspannung
als auch Leistung, da ja jeder Wandlerbaustein unabhängig von
den anderen nur seinen Bereich regelt.
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Fällt einer
der Wandlerbausteine aus, ist die Leistungsversorgung weiterhin
gewährleistet
(Redundanz), da die anderen Wandlerbausteine entsprechend angesteuert
werden, um den Spannungsausfall des einen ausgefallenen Wandlerbausteins
auf der Ausgangsseite zu kompensieren. Der entsprechende Nachregelbereich
eines jeden der noch arbeitenden Wandlerbausteine ist dabei minimal,
da bereits relativ geringe Spannungserhöhungen auf der Ausgangsseite
der Vielzahl von Wandlerbausteine einen erheblich größeren Anstieg
der Gesamtausgangsspannung ergeben.
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Für jeden
Wandlerbaustein und insbesondere für Sperrwandler ist es möglich, dass
auf zusätzliche
Bauteile verzichtet wird und diese beispielsweise als integrierte
Schaltungen ausgebildet sind, die neben dem eigentlichen Sperrwandler
weitere Elemente enthalten, wie beispielsweise eine Leistungsfaktorsteuereinrichtung,
eine Unterspannungserkennungseinrichtung, eine Überstromüberwachungseinrichtung, einen
sogenannten „Softstart" und dergleichen.
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Es
sei nochmals angemerkt, dass aufgrund der ausgangsseitigen Gleichspannung
zum elektrischen Verbraucher insbesondere bei einem Koaxialkabel
als Kabelverbindung dünne
Leistungsquerschnitte möglich
sind, die erhebliche Einsparungen bei den Kabelverbindungskosten
ermöglichen.
Gerade bei Entfernungen zum elektrischen Verbraucher im Kilometerbereich
und bei Entfernung von 50 Kilometern und mehr sind dies erhebliche
Einsparungen, wobei trotzdem über
das Koaxialkabel gleichzeitig auch eine Datenübertragung möglich ist.
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Zur
Glättung
der ausgangsseitigen Gleichspannung sind keine teuren Kondensatoren
mehr notwendig, wie beispielsweise Siebelektrolytkondensatoren.
Außerdem
kann die Leistungsfaktorkorrektur direkt im Sperrwandler erfolgen,
wobei eine entsprechende Einrichtung zu dieser Korrektur in dem Sperrwandler
beziehungsweise auf dessen integrierter Schaltung enthalten sein
kann. Durch die hohe Taktfrequenz des Sperrwandlers ist gleichzeitig
sichergestellt, dass die eingangsseitige Wechselspannung über die
gesamte Breite abgetastet wird, wodurch sich eine hohe Effizienz
ergibt.
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Im
Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine prinzipielle Darstellung
eines Ausführungsbeispiels
des universellen Energieversorgungssystems, und
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2 eine Prinzipdarstellung
eines Ausführungsbeispiels
eines als Wandlerbaustein verwendeten primärseitig getakteten Sperrwandlers.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung
eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen universellen
Energieversorgungssystems 1. Dieses weist eine 380 V AC
Drehstromwechselspannungsquelle 3 auf. Die Wechselspannung
ist über
eine Leitung 24 an eine AC/DC-Wandlereinrichtung 5 übertragbar.
Diese ist aus einer Vielzahl von AC/DC-Wandlerbausteinen 6 zusammengesetzt,
die mit entsprechenden Eingangsanschlüssen 23 parallel mit
der Leitung 24 verschaltet sind.
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Die
AC/DC-Wandlerbausteine 6 sind durch ein Schaltnetzteil 7 und
insbesondere einen primär getakteten
Sperrwandler 8 als Schaltnetzteil 7 gebildet.
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Ausgangsseitig
sind die verschiedenen Wandlerbausteine 6 mit einem entsprechenden
Ausgangsanschluss 22 seriell miteinander verschaltet und
mit einem Koaxialkabel 15 als Kabelverbindung 4 verbunden. Über die
Kabelverbindung 4 erfolgt eine Versorgung eines elektrischen
Verbrauchers 2 mit entsprechender elektrischer Leitung.
Weiterhin ist zwischen AC/DC-Wandlereinrichtung 5 und dem elektrischen
Verbraucher 2 eine Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung 13 mit
der Kabelverbindung 4 verschaltet. Über diese erfolgt ein Einspeisen entsprechender
Datensignale beziehungsweise ein Auskoppeln von dem elektrischen
Verbraucher 2 oder ihm zugeordneten Einrichtungen erhaltener
Datensignale. Die Übertragung
der Datensignale erfolgt ebenfalls über die als Koaxialkabel 15 ausgebildete Kabelverbindung 4.
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In 1 ist nur ein elektrischer
Verbraucher 2 dargestellt. Es werden in der Regel eine
Vielzahl elektrischer Verbraucher über die Kabelverbindung 4 von
dem universellen Energieversorgungssystem 1 gemäß Erfindung
mit entsprechender elektrischer Leistung und auch Daten versorgt.
Solche elektrischen Verbraucher sind beispielsweise Aktuatoren an
weit entfernten und/oder schwer zugänglichen Stellen. Die Aktuatoren
steuern beispielsweise Einrichtungen von Fluidleitungen, wie Ventile,
Absperrorgane, Drosseln, Pumpen oder dergleichen, so dass die Strömung des
Fluids in die und entlang der Fluidleitung gesteuert, in Notfällen wie
Lecks, Leitungsbruch oder dergleichen abgesperrt und auch Parameter
des Fluids, der Fluidströmung
oder der entsprechenden Einrichtungen überwacht und gesteuert werden.
Das Fluid wird in der Regel unter hohem Druck von einer entsprechenden
Fluidquelle in die Leitungen eingespeist und entlang dieser beispielsweise
vom Meeresgrund an die Meeresoberfläche geführt. Da ein solches Fluid in
der Regel aggressive oder umweltschädliche Bestandteile enthält, ist
eine durch das erfindungsgemäße universelle
Energieversorgungssystem 1 mögliche Energieversorgung und Fernsteuerung
sehr von Vorteil.
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Die
Fernsteuerung der entsprechenden Aktuatoren kann in diesem Zusammenhang über die mittels
der Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung 13 hergestellte
Kommunikationsverbindung erfolgen.
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Alle
Einrichtungen des universellen Energieversorgungssystems 1 einschließlich gegebenenfalls des
elektrischen Verbrauchers 2 sind durch einen Controller 14 steuerund/oder
regelbar. Außerdem kann
eine entsprechende Überwachung
von Parametern der verschiedenen Einrichtungen erfolgen. In 1 ist der Controller 14 über gestrichelt
dargestellte Verbindungen mit den verschiedenen Einrichtungen zu
deren Steuerung, Regelung und/oder Überwachung verbunden.
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Die
Schaltnetzteile 7 beziehungsweise Sperrwandler 8 können als
integrierte Schaltungen ausgeführt
sein. Diese enthalten direkt entsprechende weitere Einrichtungen,
wie Leistungsfaktorsteuereinrichtung 16, Unterspannungserkenneinrichtung 17 oder Überstromüberwachungseinrichtung 18.
Diese weiteren Einrichtungen sind in 1 nur
zur Vereinfachung bei einem Sperrwandler 8 dargestellt, sind
allerdings in der Regel Bestandteil aller Sperrwandler.
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In 2 ist ein vereinfachtes
Ausführungsbeispiel
für einen
Sperrwandler 8 als Schaltnetzteil 7 dargestellt.
Der Sperrwandler 8 umfasst einen Übertrager 19 aus mit
Eingangsanschluss 23 verschalteter Primärwicklung und mit Ausgangsanschluss 22 verschalteten
Sekundärwicklung.
Beide sind magnetisch gut miteinander gekoppelt. Der Übertrager
wirkt als magnetischer Energiespeicher. Ist eine Schalteinrichtung 9 in
Form eines Leistungstransistors 10 geschlossen, steigt
der Strom in der Primärwicklung
an und es wird Energie im Übertrager
gespeichert. Wird die Schalteinrichtung 9 geöffnet, wird
die gespeicherte Energie auf Seiten der Sekundärwicklung an einen Glättungskondensator 21 über eine
Diode 20 abgegeben. Die Einspeisung der gespeicherten Energie erfolgt
als Gleichspannung über
den Ausgangsanschluss 22. Die entsprechenden Sperrwandler
sind mit ihren Ausgangsanschlüssen 22 seriell
mit der Kabelverbindung 4, siehe 1, verschaltet.
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Zur
Ansteuerung beziehungsweise zur Taktung der Schalteinrichtung 9 beziehungsweise
des Leistungstransistors 10 ist eine Pulsbreitmodulationseinrichtung 11 im
Sperrwandler 8 vorgesehen. Diese erzeugt ein pulsbreitenmoduliertes
Signal, dessen Tastverhältnis
entsprechend dem gemessenen Ist-Wert der Ausgangsspannung geregelt
wird. Dazu wird der am Ausgang des Sperrwandlers gemessene Ist-Wert
der Spannung vom entsprechenden Soll-Wert subtrahiert und diese
Differenz über
einen Regelverstärker
des Sperrwandlers der Pulsbreitenmodulationseinrichtung 11 zugeführt. Hier
wird die Ausgangsspannung des Regelverstärkers mit einer sägezahnförmigen Spannung
verglichen, deren Frequenz die Taktfrequenz des Sperrwandlers bestimmt. In
Abhängigkeit
vom Ergebnis dieses Vergleichs wird die Schalteinrichtung 9 ein-
oder ausgeschaltet und damit die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt.
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Für die Regelung
des Sperrwandlers gibt es integrierte Schaltungen, die jedem der
Sperrwandler 8 nach 1 zugeordnet
oder in diesem enthalten sein können.
Diese integrierten Schaltungen enthalten auch die zum Betrieb des
Sperrwandlers erforderlichen Schutzschaltungen, wie zum Beispiel
Unterspannungserkennung, Überstromüberwachung, Soft-Start
und dergleichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
universelles Energieversorgungssystem für wenigstens einen elektrischen
Verbraucher weist zumindest eine Wechselspannungsquelle und eine diese
mit dem elektrischen Verbraucher verbindende Kabelverbindung auf,
wobei der Wechselspannungsquelle eine AC/DC-Wandlereinrichtung zur
Umwandlung der Wechselspannung in Gleichspannung zugeordnet ist,
welche Gleichspannung über
die Kabelverbindung an den elektrischen Verbraucher übertragbar
ist. Um ein solches System eingehend zu verbessern, muss es eine
hohe und stabile Spannung selbst bei hohen Leistungsanforderungen
in zuverlässiger
Weise und kostengünstig
bereitstellt, ohne dass zusätzliche
Bauteile beispielsweise für
Wärmeabfuhr
notwendig sind, umfasst die AC/DC-Wandlereinrichtung eine Mehrzahl von
AC/DC-Wandlerbausteinen, welche eingangsseitig parallel mit der
Wechselspannungsquelle und ausgangsseitig seriell mit dem elektrischen
Verbraucher verschaltet sind.