DE10297235T5 - Universelles Energieversorgungssystem - Google Patents

Universelles Energieversorgungssystem Download PDF

Info

Publication number
DE10297235T5
DE10297235T5 DE10297235T DE10297235T DE10297235T5 DE 10297235 T5 DE10297235 T5 DE 10297235T5 DE 10297235 T DE10297235 T DE 10297235T DE 10297235 T DE10297235 T DE 10297235T DE 10297235 T5 DE10297235 T5 DE 10297235T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
supply system
energy supply
universal energy
converter
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10297235T
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Kunow
Klaus Biester
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cameron International Corp
Original Assignee
Cooper Cameron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE20115471U external-priority patent/DE20115471U1/de
Application filed by Cooper Cameron Corp filed Critical Cooper Cameron Corp
Publication of DE10297235T5 publication Critical patent/DE10297235T5/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Universelles Energieversorgungssystem (1) für wenigstens einen elektrischen Verbraucher (2) mit zumindest einer Wechselspannungsquelle (3) und einer diese mit dem elektrischen Verbraucher (2) verbindenden Kabelverbindung (4), wobei der Wechselspannungsquelle (3) eine AC/DC-Wandlereinrichtung (5) zur Umwandlung der Wechselspannung in Gleichspannung zugeordnet ist, welche Gleichspannung über die Kabelverbindung (4) an den elektrischen Verbraucher (2) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die AC/DC-Wandlereinrichtung (5) eine Mehrzahl von AC/DC-Wandlerbausteinen (6) aufweist, welche eingangsseitig parallel mit der Wechselspannungsquelle (3) und ausgangsseitig seriell mit dem elektrischen Verbraucher (2) verschaltet sind.

Description

  • BESCHREIBUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • Eine einfache und sichere Wechselspannungsquelle kann darin gesehen werden, wenn diese als 380 V Drehstromquelle ausgebildet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie bereits oben angemerkt, gehört der Sperrwandler zu den primär getakteten Wandlern, das heißt, er besitzt eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang.
  • Ein Vorteil kann in diesem Zusammenhang sein, wenn der Sperrwandler mehrere, voneinander galvanisch getrennte, geregelte Ausgangsspannungen bereitstellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Controller kann in diesem Zusammenhang auch die Pulsweitenmodulationseinrichtung steuern.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine prinzipielle Darstellung eines Ausführungsbeispiels des universellen Energieversorgungssystems, und
  • 2 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines als Wandlerbaustein verwendeten primärseitig getakteten Sperrwandlers.
  • 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.
  • Die AC/DC-Wandlerbausteine 6 sind durch ein Schaltnetzteil 7 und insbesondere einen primär getakteten Sperrwandler 8 als Schaltnetzteil 7 gebildet.
  • 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.
  • 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.
  • Die Fernsteuerung der entsprechenden Aktuatoren kann in diesem Zusammenhang über die mittels der Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung 13 hergestellte Kommunikationsverbindung erfolgen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • 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.

Claims (23)

  1. Universelles Energieversorgungssystem (1) für wenigstens einen elektrischen Verbraucher (2) mit zumindest einer Wechselspannungsquelle (3) und einer diese mit dem elektrischen Verbraucher (2) verbindenden Kabelverbindung (4), wobei der Wechselspannungsquelle (3) eine AC/DC-Wandlereinrichtung (5) zur Umwandlung der Wechselspannung in Gleichspannung zugeordnet ist, welche Gleichspannung über die Kabelverbindung (4) an den elektrischen Verbraucher (2) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die AC/DC-Wandlereinrichtung (5) eine Mehrzahl von AC/DC-Wandlerbausteinen (6) aufweist, welche eingangsseitig parallel mit der Wechselspannungsquelle (3) und ausgangsseitig seriell mit dem elektrischen Verbraucher (2) verschaltet sind.
  2. Universelles Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsquelle (3) eine 380 V-Drehstromquelle ist.
  3. Universelles Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der AC/DC-Wandlerbaustein (6) als Schaltnetzteil (7) ausgebildet ist.
  4. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (7) insbesondere primär getaktet ist.
  5. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (7) als Sperrwandler (8) ausgebildet ist.
  6. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwandler (8) als getaktete Schalteinrichtung (9) wenigstens einen Transistor, insbesondere Leistungs-MOSFET oder BIMOSFET aufweist.
  7. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (9) zur Taktung von einer insbesondere steuer- oder regelbaren Pulsmodulationseinrichtung (11), insbesondere Pulsbreitenmodulationseinrichtung angesteuert ist.
  8. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils (7) auf jeden Wert bis zu einem Grenzwert unterhalb der Durchbruchsspannung eines Bauteils des Schaltnetzteils (7), insbesondere der Schalteinrichtung (9) einstellbar ist.
  9. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwandler (8) zur Abgabe mehrerer galvanisch getrennter, geregelter Ausgangsspannungen ausgebildet ist.
  10. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz der Schalteinrichtung (9) im Kilohertzbereich und insbesondere im Hundertkilohertzbereich liegt.
  11. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die AC/DC-Wandlerbausteine (6) räumlich beabstandet zueinander angeordnet sind.
  12. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen AC/DC-Wandereinrichtung (5) und elektrischem Verbraucher (2) eine Filtereinrichtung (12) angeordnet ist.
  13. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung (13) mit der Kabelverbindung (4) zwischen insbesondere Filtereinrichtung (12) und elektrischem Verbraucher (2) verschaltet ist.
  14. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Wechselspannungsquelle (3) und/oder der AC/DC-Wandlereinrichtung (5) und/oder der Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung (13) ein Controller (14) zugeordnet ist.
  15. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Controller (14) eine Kommunikationsverbindung zwischen jeweiligen Einrichtungen (3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 2) des Energieversorgungssystems (1) herstellbar ist.
  16. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelverbindung (4) wenigstens ein Koaxialkabel (15) aufweist.
  17. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne AC/DC-Wandlerbaustein (6) bezüglich seiner Ausgangsspannung separat steuer- oder regelbar ist.
  18. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der AC/DC-Wandlerbaustein (6) eine Leistungsfaktorsteuereinrichtung (16) aufweist.
  19. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der AC/DC-Wandlerbaustein (6) eine Unterspannungserkennungs- und/oder Überstromüberwachungseinrichtung aufweist.
  20. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datensignal-Ein-/-auskoppeleinrichtung (13) zum Ein- und Auskoppeln von Daten bezüglich der Kabelverbindung (4) vorgesehen ist.
  21. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datensignal-Ein-/-auskoppeleinrichtung (13) über die Kabelverbindung (4) Daten an den elektrischen Verbraucher (2) übermittelt oder von diesem erhält, wobei gleichzeitig zur Datenübertragung eine elektrische Versorgung des Verbrauchers über die Kabelverbindung (4) erfolgt.
  22. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (14) wenigstens eine Funktion eines AC/DC-Wandlerbausteins (6) und/oder des elektrischen Verbrauchers (2) steuert.
  23. Universelles Energieversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wechselspannungsquelle (3) an der Meeresoberfläche zusammen mit der AC/DC-Wandlereinrichtung (5) und insbesondere auf dem Meeresboden der elektrische Verbraucher (2) angeordnet sind.
DE10297235T 2001-09-19 2002-09-18 Universelles Energieversorgungssystem Ceased DE10297235T5 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201154714 2001-09-19
DE20115471U DE20115471U1 (de) 2001-09-19 2001-09-19 Universelles Energieversorgungssystem
PCT/EP2002/010471 WO2003026112A2 (en) 2001-09-19 2002-09-18 Universal power supply system
DE10297235 2002-09-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10297235T5 true DE10297235T5 (de) 2004-10-28

Family

ID=33099267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10297235T Ceased DE10297235T5 (de) 2001-09-19 2002-09-18 Universelles Energieversorgungssystem

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10297235T5 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10214190B4 (de) Stromversorgung mit mehreren parallel geschalteten Schaltnetzteilen
EP2548408B1 (de) Led-beleuchtungssystem mit betriebsdatenspeicher
DE102008034109B4 (de) Schaltung zur Nachbildung einer elektrischen Last
EP2548410B1 (de) Niedervolt-spannungsversorgung für ein led-beleuchtungssystem
EP2548295B1 (de) Led-betriebsschaltung mit adaptivem isolierenden dc/dc-wandler
WO2012113442A1 (de) Gleichspannungswandler und verfahren zum betreiben eines gleichspannungswandlers
AT512780B1 (de) Schaltnetzteil sowie Wechselrichter und Strangüberwachung mit einem solchen Schaltnetzteil
EP2026456A1 (de) Wechselrichter
DE102012204060A1 (de) Controller für leistungswandler
DE102012216691A1 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung
DE69831267T2 (de) Ladeschaltung für usv
DE102013104529A1 (de) Hoch- oder Tiefsetzsteller mit Entlastungskondensator
DE19734045C2 (de) Leistungsverstärker und Kernspintomograph
DE60310158T2 (de) Leistungsversorgung
WO2019158332A1 (de) Verfahren zur leistungsregelung in einem unterwasserfahrzeug und unterwasserfahrzeug
DE10297235T5 (de) Universelles Energieversorgungssystem
DE102013209383A1 (de) Batterie mit mindestens einem Batteriestrang mit mehreren Batteriemodulen sowie Verfahren zur Regelung einer Batteriespannung
DE102015116271A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines modularen Multilevel-Stromrichters, modularer Multilevel-Stromrichter sowie Computerprogramm
DE10297247T5 (de) Universelles Energieversorgungssystem
EP2928056B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines modularen Stromrichters mit einstellbarer Flankensteilheit der Schaltvorgänge in den Submodulen
AT402133B (de) Steuereinrichtung für die energieversorgung eines verbraucherkreises eines gleichstromverbrauchers und ein verfahren zum betrieb einer derartigen steuereinrichtung
DE10297241T5 (de) Gleichspannungs-Wandlervorrichtung
DE3722451C2 (de)
DE10005176A1 (de) Inhärent kurzschlußfestes Stromverteilungssystem
EP4213363A1 (de) Bremssteller für einen modularen multilevel-stromrichter

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20140423