DE1918561C3

DE1918561C3 - Power supply system for supplying a consumer with constant voltage direct current

Info

Publication number: DE1918561C3
Application number: DE19691918561
Authority: DE
Inventors: John Trafford Rowe Campbelltown Freeman (Australien)
Original assignee: International Standard Electric Corp., New York, N.Y. (V.StA.)
Priority date: 1968-04-19
Filing date: 1969-04-11
Publication date: 1977-02-10

Description

Leistungen abgeben. Die Anlage arbeitet mit einem sehr guten Wirkungsgrad; sie ist im Gegensatz zu mechanisch geregelten Gleichrichtern wartungsfrei, arbeitet mit langer Lebensdauer und reagiert sehr schnell auf Störungen, weil zur Regelung ein statischer Wechselrichterverwendet istSubmit services. The facility works with a very good efficiency; In contrast to mechanically regulated rectifiers, it is maintenance-free and works with a long service life and reacts very quickly to malfunctions because a static inverter is used for control is

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselrichter mit einer Frequenz betrieben, die mindestens der Welligkeitsfrequenz der gleichgerichteten Wechselspannung am Ausgang des Hauptgleichrichters entsprichtAccording to one embodiment of the invention, the inverter is operated at a frequency that at least the ripple frequency of the rectified AC voltage at the output of the main rectifier is equivalent to

Durch Veränderungen der Pulsdauer des Wechselrichters ist es möglich, die mittlere Spannung der Anordnung an den Ausgangsklemmen zu steuern.By changing the pulse duration of the inverter, it is possible to determine the mean voltage of the Control arrangement at the output terminals.

Die Addition der Spannungen wird gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch vorgenommen, daß der Hauptgleichrichter aus zwei gleichstromseitig und wechselstromseitig parallel geschalteten Gleichrichterbrückenschaltungen besteht, daß die beiden Ausgänge der Gleichrichterbrückenschaltungen über je eine Sekundärwicklung eines Transformators miteinander verbunden sind, dessen Primärwicklung die Ausgangsspannung des Wechselrichters zugeführt ist, und daß die Summenspannung an Mittelanzapfungen der beiden Sekundärwicklungen abnehmbar istThe addition of the voltages is carried out according to the invention in a simple manner by that the main rectifier consists of two rectifier bridge circuits connected in parallel on the DC side and the AC side consists that the two outputs of the rectifier bridge circuits with each other via a secondary winding of a transformer are connected, whose primary winding is supplied with the output voltage of the inverter, and that the total voltage at the center taps of the two secondary windings can be removed

Die Erfindung soll anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is based on the F i g. 1 and 2 are explained in more detail. It shows

F i g. 1 ein Blockschaltbild, aus dem hervorgeht, wie die einzelnen Teile der Stromversorgungsanlage gemäß der Erfindung miteinander verbunden sind,F i g. 1 is a block diagram showing how the individual parts of the power supply system are connected to one another according to the invention,

Fig.2 eine Stromversorgungsanlage gemäß der Erfindung mit einem Eingang für Dreiphasen-Wechselstrom. 2 shows a power supply system according to the invention with an input for three-phase alternating current.

In F i g. 1 ist mit 1 eine Emphasen- oder Mehrphasen-Wechselstromquelle bezeichnet. Mit 2 ist ein Haupttransformator mit zwei Sekundärwicklungen A und B bezeichnet An die Sekundärwicklung ßdes Haupttransformators 2 ist ein Zusatzgleichrichter 3 angeschlossen und liefert Gleichstrom an einen Wechselrichter 5.In Fig. 1, 1 denotes an emphasis or multiphase alternating current source. A main transformer with two secondary windings A and B is denoted by 2. An additional rectifier 3 is connected to the secondary winding β of the main transformer 2 and supplies direct current to an inverter 5.

Ein Hauptgleichrichter 4 erzeugt an seinem Ausgang eine Gleichspannung, die der gleichgerichteten Summe der beiden Wechselspannungen entspricht, welche von der Sekundärwicklung A des Haupttransformators 2 und von dem Wechselrichter 5 geliefert werden.A main rectifier 4 generates a direct voltage at its output which corresponds to the rectified sum of the two alternating voltages which are supplied by the secondary winding A of the main transformer 2 and by the inverter 5.

Der Wechselrichter 5 ist ein statischer Einphasenoder Mehrphasenwechselrichter mit Selbstkommutierung, der mit Mitteln zur Regelung der Ausgangsspannung versehen istThe inverter 5 is a static single-phase or Multi-phase inverter with self-commutation, which has means for regulating the output voltage is provided

In einer Vergleichsschaltung 6 wird ein Stellsignal erzeugt das den Ausgang des Wechselrichters 5 steuert. Mit 7 ist eine Vergleichsspannungsquelle bezeichnet, deren Spannung mit der Ausgangsspannung der Stromversorgungsanlage verglichen wird. Mit 8 ist ein Tiefpaßfilter und mit 9 eine Last bezeichnet, die einen Gleichstrom mit konstanter Spannung benötigt.A control signal that controls the output of the inverter 5 is generated in a comparison circuit 6. 7 with a reference voltage source is referred to, the voltage with the output voltage of the Power supply system is compared. With 8 is a low-pass filter and 9 denotes a load, the one Constant voltage direct current is required.

Der Haupttransformator 2 liefert den überwiegenden Teil der gesamten Leistung der Stromversorgungsanlage an seiner Sekundärwicklung A und den kleineren Teil, der zur Regelung benötigt wird, an seiner Sekundärwicklung B. Die Sekundärwicklung B besteht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem Teil der Primärwicklung des Haupttransformators 2 nach Art eines Spartransformators.The main transformer 2 supplies the majority of the total power of the power supply system to its secondary winding A and the smaller part that is required for regulation to its secondary winding B. In a preferred embodiment of the invention, the secondary winding B consists of part of the primary winding of the main transformer 2 like an autotransformer.

Der Strom des ungeregelten Ausgangs der Sekundärwicklung A wird durch den Hauptgleichrichter 4 gleichgerichtet und durch das Tiefpaßfilter 8 geglättet. Dadurch wird der Hauptteil der an der Last 9 benötigten Gleichspannung geliefert.The current of the unregulated output of the secondary winding A is rectified by the main rectifier 4 and smoothed by the low-pass filter 8. As a result, the main part of the DC voltage required at the load 9 is supplied.

Der Wechselstrom aus der Sekundärwicklung B wird durch den Zusatzgleichrichter 3 gleichgerichtet und dazu verwendet den statischen Wechselrichter 5 zu betreiben. Der Wechselrichter wird mit einer Frequenz betrieben, durch die am Ausgang eine Welligkeit erzeugt wird, deren Frequenz gleich oder größer ist der Frequenz der Welligkeit am Ausgang des Hauptgleichrichters, der an die Sekundärwicklung A angeschlossen ist Die veränderliche Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichters wird dem Hauptgleichrichter 4 zugeführt indem sie gleichgerichtet und zu der Gleichspannung addiert wird, welche aus der Sekundärwicklung A des Haupttransformators 2 gewonnen wird. Die aus dem Hauptgleichrichter 4 erhaltene Ausgangsspannung wird durch das Tiefpaßfilter 8 geglättet Ein Teil der Ausgangsspannung wird der Vergleichsschaltung 6 zugeführt und dort mit der Spannung der Vergleichsspannungsquelle 7 verglichen. Das erhaltene Stellsignal steuert den Wechselrichter 5 derart daß die Abweichung vermindert wird und die Spannung an der Last auf einem konstanten Wert gehalten wird.The alternating current from the secondary winding B is rectified by the additional rectifier 3 and used to operate the static inverter 5. The inverter is operated at a frequency that generates a ripple at the output, the frequency of which is equal to or greater than the frequency of the ripple at the output of the main rectifier, which is connected to the secondary winding A. The variable AC voltage at the output of the inverter is fed to the main rectifier 4 supplied by rectifying it and adding it to the DC voltage which is obtained from the secondary winding A of the main transformer 2. The output voltage obtained from the main rectifier 4 is smoothed by the low-pass filter 8. Part of the output voltage is fed to the comparison circuit 6 and there compared with the voltage from the comparison voltage source 7. The control signal obtained controls the inverter 5 in such a way that the deviation is reduced and the voltage across the load is kept at a constant value.

F i g. 2 zeigt im einzelnen eine Schaltungsanordnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. An Eingangsanschlüssen 14, 15 und 16 wird Dreiphasen-Wechselstrom eingespeist und dem Haupttransformator 2 zugeführt. Die Sekundärwicklungen A des Haupttransformators 2 sind in Dreieckschaltung geschaltet und an den Hauptgleichrichter angeschlossen, der Gleichrichterbrückenschaltungen MR1 und MR2 mit Dioden Dl bis D12 enthält, während die zusätzlichen Sekundärwicklungen B, weiche mit den Primärwicklungen einen Spartransformator bilden, an den Zusatzgleichrichter 3 angeschlossen sind.F i g. 2 shows in detail a circuit arrangement which represents a preferred embodiment of the invention. Three-phase alternating current is fed in at input connections 14, 15 and 16 and supplied to the main transformer 2. The secondary windings A of the main transformer 2 are connected in a delta connection and connected to the main rectifier, which contains the rectifier bridge circuits MR 1 and MR2 with diodes Dl to D12, while the additional secondary windings B, which form an autotransformer with the primary windings, are connected to the additional rectifier 3.

Die Ausgangsgleichspannung vom Zusatzgleichrichter 3 wird mit einer Drossel L 1 und einem Kondensator C1 geglättet und dem Wechselrichter 5 zugeführt, der beispielsweise ein Wechselrichter in Brückenschaltung ist. Die Ausgangsspannung eines solchen Wechselrichters ist nahezu rechteckig mit konstanter Amplitude aber veränderlicher Pulsdauer, wie dies bei 10 in F i g. 2 angedeutet ist. Diese Spannung wird der Primi wicklung eines Transformators 12 zugeführt.The DC output voltage from the additional rectifier 3 is smoothed with a choke L 1 and a capacitor C1 and fed to the inverter 5, which is, for example, an inverter in a bridge circuit. The output voltage of such an inverter is almost rectangular with constant amplitude but variable pulse duration, as shown at 10 in FIG. 2 is indicated. This voltage is fed to the primary winding of a transformer 12.

Die Ausgleichsspannung des Hauptgleichrichters wird von den Mittelanschlüssen der beiden Sekundärwicklungen des Transformators 12 abgenommen und hat die bei 11 dargestellte Wellenform. Man ersieht daraus, daß diese Wellenform die Welligkeitsfrequenzen enthält welche durch den üblichen Dreiphasen-Brückengleichrichter erzeugt werden und ebenso die Welligkeit, die vom Wechselrichter erzeugt wird, die eine doppelt so große Frequenz hat wie der letztere. Diese zusammengesetzte Welligkeit wird vor dem Gleichspannungsausgang geglättet mit der Glättungsschaltung, welche zwei Drosselspulen i. 2 und L 3 sowie einen Kondensator C 2 enthält welche zusammen das Tiefpaßfilter8von Fig.! bilden.The equalizing voltage of the main rectifier is taken from the center connections of the two secondary windings of the transformer 12 and has the waveform shown at 11. It can be seen from this that this waveform contains the ripple frequencies generated by the usual three-phase bridge rectifier and also the ripple generated by the inverter, which is twice as high in frequency as the latter. This composite ripple is smoothed before the DC voltage output with the smoothing circuit, which two inductors i. 2 and L 3 as well as a capacitor C 2 which together contain the low-pass filter 8 of FIG. form.

Wenn der Wechselrichter auf eine maximale Pulsdauer (d. h. richtige Rechteckwellen) eingestellt ist, enthält der Ausgang des Hauptgleichrichters nur die Welligkeit, die durch den direkten Eingang vom Haupttransformator 2 erhalten wird, jedoch ist dessen tatsächliche Spannung um den Wert der vollen Sekundärspannung des Transformators 12 größer als die Ausgangsspannung eines reinen Gleichrichters, der an die gleicheIf the inverter is set to a maximum pulse duration (i.e. correct square waves), contains the output of the main rectifier only the ripple caused by the direct input from the main transformer 2 is obtained, but its actual voltage is around the value of the full secondary voltage of the transformer 12 greater than the output voltage of a pure rectifier connected to the same

G₅ Dreieckschaltung der Wicklungen des Haupttransformators 2 angeschlossen ist. Andererseits kann dann, wenn der Wechselrichter die Pulsdauer Null hat, die Primärwicklung des Transformators 12 als kurzge-G ₅ delta connection of the windings of the main transformer 2 is connected. On the other hand, when the inverter has a pulse duration of zero, the primary winding of the transformer 12 can be short-circuited.

schlossen betrachtet werden. Der Hauptgleichrichter verhält sich nun wie ein reiner Gleichrichter und erzeugt allein eine Ausgangsspannung von der Spannung der in Dreieck geschalteten Wicklungen des Haupttransformators 2. Wenn die Pulsdauer des Wechselrichters zwischen diesen beiden Extremwerten liegt, besteht die Ausgangsspannung des Hauptgleichrichters aus der mittleren gleichgerichteten Wechselrichterausgangsspannung plus der vollen Ausgangsspannung der in Dreieckschaltung geschalteten Sekundärwicklungen A. Durch Veränderungen der Pulsdauer des Wechselrichters ist es also möglich, die mittlere Spannung der ganzen Anordnung an den Ausgangsklemmen zu steuern.be considered closed. The main rectifier now behaves like a pure rectifier and only generates an output voltage from the voltage of the delta-connected windings of the main transformer 2.If the pulse duration of the inverter is between these two extreme values, the output voltage of the main rectifier consists of the mean rectified inverter output voltage plus the full Output voltage of the delta connected secondary windings A. By changing the pulse duration of the inverter it is possible to control the mean voltage of the whole arrangement at the output terminals.

Die Steuerwicklung für den Konstantspannungsbetrieb enthält eine Fühlerschaltung 13, welche der Vergleichsschaltung 6 einen Teil der Ausgangsspannung zuführt. In der Vergleichsschaltung wird diese Spannung mit der Spannung der Vergleichsspannungsquelle 7 verglichen und die sich ergebende Differenzspannung wird dazu benutzt, die Dauer der Wechselrichterpulse in der Weise zu steuern, daß die Differenzspannung vermindert wird. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung der Anordnung auf einem konstanten Wert gehalten.The control winding for constant voltage operation contains a sensor circuit 13 which the Comparison circuit 6 supplies part of the output voltage. In the comparison circuit, this voltage is compared with the voltage of the comparison voltage source 7 and the resulting differential voltage is used to control the duration of the inverter pulses in such a way that the differential voltage is decreased. In this way the output voltage of the arrangement is at a constant value held.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Power supply system for supplying a consumer with direct current of constant voltage from the AC network via a main rectifier with downstream smoothing agents which the voltage at the consumer from the sum of the generated from the network by rectification DC voltage and a voltage obtained from the network via an inverter is formed characterized in that an additional rectifier fed from the alternating current network (3) feeds the inverter (5) whose output AC voltage corresponds to the output voltage of the Main rectifier (4) before smoothing (low-pass filter 8) is added, and that the pulse width of the Inverter output voltage is influenced by the output voltage at the consumer

2. Power supply system according to claim 1, characterized in that the inverter (5) operated with a frequency is at least the ripple frequency of the rectified AC voltage at the output of the main rectifier (4)

3. Power supply system according to claim 1, characterized in that between the additional rectifier (3) and the inverter (5) smoothing means (choke Ll, capacitor Cl) are arranged.

4. Power supply system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the main rectifier (4) consists of two rectifier bridge circuits (MRi, MR2) connected in parallel on the DC side and AC side, that the two outputs of the rectifier bridge circuits (MR \ and MR 2) each have a secondary winding a transformer (12) are connected to one another, the primary winding of which is supplied with the output voltage of the inverter (5) and that the total voltage can be taken off at the center taps of the two secondary windings.

5. Power supply system according to claim 1, characterized in that a at the entrance Main transformer (2) is provided and that the main rectifier (4) and the additional rectifier

(3) are fed from separate secondary windings (A, B) of the main transformer (2) (FIG. 1).

6. Power supply system according to claim 5, characterized in that the main rectifier

(4) is fed from the secondary winding (A) and the additional rectifier (3) from part of the primary winding of the main transformer (2) (FIG. 2).

small DC voltage for high currents by rectifying a mains voltage and the StabiUs.emn <T This rectified voltage is generated by a SsSSstor. This series transistor

allowed with regard to maximum current and voltage limits are not loaded to the limit of their detectable power loss. To the transistor to be fully utilized with regard to an optimal power loss with such a voltage-current consensus.

zen, becomes a sufficiently voltage reducing of a square wave generator controlled inverter with a downstream rectifier between the S £ m £ r o-d switched the output to the Stabilization of the output voltage ^^ jdjfcrch d.e

The invention relates to a power supply system for feeding a consumer Direct current of constant voltage from the alternating current network via a main rectifier with downstream Smoothing means, in which the voltage at the consumer from the sum of the from the network through Rectification generated DC voltage and one obtained from the network via an inverter Tension is formed.

Such a direct current supply system is off Her DT-AS 11 66 908 known there should be a stabilized

Stabilization aer / κχα ^^ Β ^ ΐ """""^.-" ---

undertaken by the series transistor controlled operating voltage of the inverter, the inverter is always controlled uniformly. The function of the inverter is to bring the transistor into a suitable range of characteristic curves when the current-voltage characteristic values are unfavorable for the transistor. 'Here the transistor must absorb the entire power. The power output of the DC power supply system is be delivered is limited by the capacity of the transistor, and accordingly, only a very low DC voltage ₂ c.

A power supply system suitable for delivering greater power is known from FR-PS 13 70 324. There, a voltage supplied by a battery is to be kept constant. The battery is charged from the mains via a rectifier or kept at full charge. An inverter is connected in parallel to the battery, the output voltage of which is "galvanically isolated" from the battery voltage by a transformer with a secondary winding that can be tapped off. The transformer is connected mt the rectifier. The output of the rectifier is connected in series to the battery and the consumer so that the output voltage of the rectifier and the battery voltage are applied to the consumer Cross arm is _{fed to a motor A} < which mechanically adjusts the tap on the secondary winding of the transformer accordingly.

It is a power supply system with a mechanically operated regulator. the

_TO control takes place on a separate transformer connected downstream of the inverter. Mechanically operated regulators have the disadvantages that they react only slowly to malfunctions, require maintenance and have a relatively short service life.

The invention is based on the object of creating a power supply system which is used for It is also suitable for high power output and is maintenance-free with a long service life as well as working on Can react to faults with a short response time.

^ This object is achieved according to the invention in that a fed from the AC network Additional rectifier feeds the inverter, its output AC voltage to output DC voltage of the main rectifier added before smoothing

₆ , and that the pulse width of the inverter output voltage is influenced by the output voltage at the consumer
Such a power system can be very hone