DE1513836A1

DE1513836A1 - Wechselrichter und Ladegeraet

Info

Publication number: DE1513836A1
Application number: DE19661513836
Authority: DE
Inventors: Larsen Arthur B
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1965-12-30
Filing date: 1966-01-08
Publication date: 1969-07-24
Also published as: JPS4638214B1; GB1127909A

Description

Wechselrichter-und Iadegerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselrichter- und Ladegerät, das beim Ausfall der Stromversorgung elektrische Energie zu kritischen Verbrauchern liefern soll. Das erfindungsgemässen Gerät besitzt eine grosoe Betriebssicherheit und einen hohen Wirku ngs grad, obgleich es von geringer Grösse und kleinem Gewicht ist und eine sehr geringe Anzahl von wichtigen Bestandteilen enthält. Das Gerät erfüllt zwei Grundfunktionen: Erstens speichert es elektrische Energie, die aus dem Stromversorgungenetz entnommen worden ist, in seiner Batterie, und zweitens wandelt es die gespeicherte Energie beim Ausfall der Stromversorgung in elektrischen Strom der richtigen Spannung und Frequenz um. Bei dem erfindungegemänsen Gerät sind zwei steuer'bare Siliziumgleichrichter, zw ei Diod:en und ein Transformator normalerweise mit einer Stromversorgungsleitung und einer Batterie so verbunden, daso sie die Batterie aufladen und in geladenem Zustand halten. Beim Ausfall den Netzetroms werden die Schaltungsverbindungen automatisch so geändert, daso die Schaltung als Weü"elrichter arbeitet, welcher den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom umwandelt. Wichtige Merkmale dieser Schaltung bestehen darin, dann die Ähnlichkeit der Ladeschaltung und der Wechselrichterschaltung dazu ausgenutzt werden, die gleichen Schaltungselemente für die beiden Zwecke zu verwenden. Dies ist möglich, weil zu jeder Zeit nur eine der beiden Funktionen ausgeübt wird. Die leiatungestute des Wechselrichters dient als Transformator-Gleichrichterab.schnitt der Ladeschaltung, wenn das Gerät im normalen Iadebetrieb arbeitet. Dies erfolgt ohne Änderung von Anzapfungen oder andere Mann-nahmen zur Vergrösserung der Eingangespannung über den Gleichrichter, wie en bei Anordnungen erforderlich ist, bei denen die übliche ZveiweggleichrichtoX mit Mittelanzapfung angewendet wird. Die Dioden werden beim Iadebetrieb so verwendet, dann die Wirkung einen Graetz-Gleichrichters erhalten wird, und sie worden auch beim Wechnelrichterbetrieb verwendet, um die steuerbaren Gleichrichter vor hohen Sperrspannungen zu schützen, die sonst bei einem induktiven Verbraucher auftreten können. Das Endergebnis ist eine hinsichtlich Grösse, Gewicht und Kosten wirtschaftlicher* Schaltung.
Ein Aus M rungebeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, deren einzige Abbildung des elektrische Schaltbild einen nach der Erfindung ausgeführten Wechselrichter-und Ladegeräts zeigt.
Das in der Zeichnung dargestellte WechMrichter- und Ladegerät 10 ist mit einem Verbraucher 11 verbunden, der an eine Netzleitung 12 über einen Kontakt 13 eines spaanungegesteuerten Relais 14 angeschlossen ist, dessen Erregungsvicklung mit der N6tzleitung 12 verbunden ist. Das Relais 14 kann ganz oder teilweise eine statische Schaltung sein, zur Vereinfachung kann aber auch ein elektromechahisches Relais verwendet werden.
Wenn im normalen Betrieb die Netzspannung über einem bestimmten Wert liegtt sind der Kontakt 13 und weitere Kontakte 15 und 16 geschlossen, während die Kontakte 17 und 18 offen sind.Die Schaltung dient dann zur Aufladung einer Batterie 20. Die Wechselstrom-iNetzleitungen 12 sind dann über den Kontakt 13 mit dem Verbraucher 11 und über ein (nicht unbedingt erforderliches ) Filter 21 mit einer Wicklung 22 einen Transformators 23 irerbunden. Die Wicklung 22 wird hier als Sekundärwicklung bezeichnetg weil sie im Wechselrichterbetrieb diese Funktion ausführtl obgleich sie im Iadebetrieb als Primärwicklung arbeitet. Die Netzleitung liefert ferner über den Kontakt 15 Energie zu einer ladetreiberochaltung 24.
Die Anoden von zwei steuerbaren Siliziumgleichrichtern 25 und 26 sind mit den Aussenklemmen 27 bzw. 28 der Primärwicklung 30 des Transformators 23 verbunden. Die Katoden der Gleichrichter 25 und 26 sind an die eine Klemme einer Induktivität 31 angeschlossen, welche den Ladestrom glättet.
Das andere Ende der Induktivität 31 ist über den Kontakt 16 mit der positiven Klemme der Batterie 20 verbunden. Die negative Klemme der Batterie 20 ist mit den Anoden zon zwei Dioden 33 und 34 verbunden, deren Katoden an Anzapfungen 35 bzv. 36 der Frimärwicklung 30 den Transformators 23 aageschlos-# sen Blud.
Zu bestimmten Zeiten in jedem Zyklus der Netzspannung überträgt die Ladetreiberschaltung 24 Steuerimpulee über die Dioden 37 und 38 zu den Steuerelektroden der steuerbaren Siliziumgleichrichter 25 und 26. Die steuerbaren SilieLumgleichrichter 25 und 26 führen Stromimpulee, deren Dauer und äffektivwert durch die Phanendifferenz zwischen den Steuerimpuleen und der an der Primärwicklung 30 den Transformators erscheinenden Wochnelapannung bestimmt sind. Die Dioden 37 und 38 bilden mit je einer weiteren Diode 39 bzw. 40 eine Oder-Schaltung für die steuerbaren Gleichrichter 25 bzw. 26. Jede Oder-Schaltung hat den Zweck, die ladetreiberschaltung 24 und eine Nachselrichtertreiberachaltung 41 voneinander zu isolieren. Widerstände 42 und 43 bilden einen Weg für den Restetrom von den Steuerelektroden der steuerbarenkeichrichter 25 und 26. Die ladetreiberschaltung 24 sowie auch die Wechselrichtertreiberschaltung 41 können in herkömmlicher Weine aufgebaut sein, weshalb ihre Schaltungen nicht näher dargestellt sind. Ein wichtiges Merkma 1 dieser Schaltung besteht darin" dass die Spannung zwischen den Transformatorklemmen 27 und 36 oder zwischen den Transformatorklemmen 28 und 35 an die 3chaltung angelegt wird, die aus der Batterie 20, den Gleichrichtern 25 und 26, den Dioden 33 und 34 und der Induktivität 31 besteht. Diese Spannung ist grösser als die zwischen den Klemmen 27 oder 28 und einer mittelanzapfung 50 bestehende Spannung, die der üblichen Zweiweggleichrichtung mit Mittelanzapfung entspricht.
Die höhere Spannung wird benötigt" um Spannungsabfälle auszugleichen, die an den übrigen Schaltungselementen. des ]Gadekreiaes der Batterie 20 auftreten.
Beim Notbetrieb als Wechalrichterg wenn die Netzspannung unter einen bestimmten Wert fällt, schlieset das Relais 14 seine Kontakte 17 und 18" während die Kontakte 139 15 und 16 geöffnet werden. Der Kontakt 18 verbindet die positive Klemme der Batterie 20 mit der Mittelanzapfung 50 der Primärwicklung 30 des Transformators und mit der Stromversorgung der WochaLrichtertreiberschaltung 41. Eine Diode 51'trennt die Stromversorgung von dem Stromkreis ab,venn die Schaltung im normalen Itadebetrieb arbeitet.
Der Kontakt 17 verbindet'die negative Klemme der Batterie 20 mit der Stromvernorgung der Wechselrichtertreiberschaltung 41 und über die Induktivität 31 mit den steuerbaren Siliziumgleichrichtern 25 und 26.
Die Vechselrichtertreiberechaltung arbeitet dann in der üblichen Weine so, daso,sie periodisch Steuerimpulse an die Steuerelektroden der Gleichrichter 25 und 26 anlegt" wodurch diese abwechselnd mit der gewünschten Frequenz geöffnet werden. Die Dioden 33 und 34#dienen nun zum Schutz der steuerbaren Siliziumgleichrichter gegen hohe Sperrspannungen, die bei einem InduktIven Ilerbraucher auftreten könnten. Der Kondensator 52 dient als Schaltkondensator, der einen geöffneten steuerbaren Gleichrichter dadurch sperrt, dann er einen negativen Impuls an dessen Anode anlegt, wenn der andere Gleichrichter geöffnet wird. Der Kondensator 52 lädt sich auf eine Spannung auf, die gleich der Spannung an der Primärwicklung 30 ist. Die Spannung des Kondensators 52 kann nicht augenblicklich geändert worden; wenn daher der nicht etromfUhrende steuerbare Gleichrichter geöffnet wird und seine Anodenspannung von einem positiven Potential auf einen Wert in der Nähe von Null fällt, wird das Potential an der Anode den geöffneten steuerbaren Gleichrichters kurzzeitig nogativ.gegen seine Katode, so daso die Stromführung aufhört. Die Iladuktivität 31 verhindert einen übermäseigen Stromfluns während den Schaltvorgangs, damit die Ladegesch4adigkeit den Schaltkondensators 52 verringert wird und gewährleistet wird, dann jeder steuerbare Siliziumgleichrichter ausreichend lang in der Sperrichtung vorgespannt ist, um die Stromführung zu unterbrechen. Iin Iadebetrieb glättet sie den der Batterie zugeführten Strom, so daso sie also ooxhl beim Wechselrichterbetrieb als'auch beim Ladebetrieb wichtige Funktionen ausübt. Die abweübselnde StromfUhrung der Gleichrichter 25, 26 erzeugt an den Aueneaklommen 60 und 61 der Sekundärwicklung 22 eine Rechteoka,annung, die dem Verbraucher 11 vorzugsweise über ein Filter 21 # führt wird, daa die meisten Obervollen aus der Ausgangespannung entfernt.
Die Umschaltung erfolgt bei dieser Schaltung mit Hilfe einen spannungsempfindlichen Relais 14 , das an die Netzleitung 12 angeschlossen ist, doch können auch andere Schaltvorrichtungen verwendet werden.

Claims

P a t e a t a a a p r ü c h e Wechselrichter-und Ladegerät zur Verbindung einen Verbrauchers und einer Batterie mit einer Wechselstromleitung, gekennzeichnet durch eine Umschaltvorrichtung mit mehreren Kontakten, mit welchen das Getät wahlweine in den Ladebetrieb gebracht werden kann, in welchem Energie von der Wechselstromleitung zu der Battwie übertragen wird, oder in den Wechselrichterbetrieb, in welchem Energie von der Batterie zu dem Verbraucher übertragen wird, einen Transformator mit zwei Wicklungen, einen Stromkreis, in welchem ein Kontakt der Umschaltvorrichtung liegt, und welcher Klemmen der ersten Wicklung des Transformators im Ladebetrieb mit der Wochaalstromleitung und im Wechselrichterbetrieb .-Jit demVerbraucher verbindet, zwei steuerba-re G-,3ichrichter, deren eine Klemme mit Klemmen der zweiten Transformatorwicklung verbunden int, einen Stromkreis, in welchem Kontakte der Umschaltvorrichtung liegen, über welche die anderen Klemmen der steuerbaren Gleichrichter im Ladebetrieb mit der ersten Klemme der Batterie und im wechselrichterbetrieb mit der zweiten Klemme der Batterie verbunden werden, und durch einen Stromkreis , in welchem Kontakte der Umochaltvorrichtung liegen, über welche im Ladebetrieb NeaLgstens eine Klemme der zweiten Transformatorwicklung mit der zweiten Klemme der Batterie und im Wechselrichterbetrieb eine Klemme der zweiten Transformatorwicklung mit der ersten Klemme der Batterie verbunden werden.
2. Wechselrichter- und Iddegrät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daas dem Wochselrichterbetrieb ein Zwischenabgriff der zweiten Transformatorwicklung mit der ersten Klemme der Batterie verbunden wird, und daso zwei Dioden zwischen der zweiten Klemme der Batterie und Klemmen der zweiten Transformatorwicklung auf entgegengesetzten Seiten des Zwiecheaabgriffe so angeschlossen sind, dass sie im Ladebetrieb zusammen mit den steuerbaren Gleichrichtern eine Graetz-Schaltung bilden und im Wechselrichterbetrieb eine Schutzschaltung darstellen. 3. Wechselrichter- und Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dann zwischen die zweiten Klemmen der steuerbaren Gleichrichter und die mit den Klemmen der Batterie verbundenen Kontakte eine Induktivität eingefügt ist. 4. Wechselrichter-undIadegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , gekennzeichnet durch eine Wochalrichtertreiberschaltung, welche im Wechselrichterbetrieb die steuerbaren Gleichrichter abwechselnd öffnet. 5. Wechselrichter- und Ladegerät nach einem der Anaprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Ladetreiberschaltung zur Steuerung der Stromführung der steuerbaren Gleichrichter im Iadebetrieb. 6. Wechselrichter-und Ladegerät nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dann die Wochselrichtertreiberschaltung und die Ladetreiberschaltung mit jedem der steuerbaren Gleichrichter über eine Oder-Schaltung verbunden sind.