DE19518782A1

DE19518782A1 - Elektrischer Energiespeicher

Info

Publication number: DE19518782A1
Application number: DE19518782A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr Baader
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Ritter Elektronik 46047 Oberhausen De GmbH
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1995-12-14

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Energiespeicher sind allgemein bekannt. Sie beste hen aus Kondensator-Batterien, die parallel zu dem Strom kreis geschaltet sind und sich bei Spannungsausfall ent laden. Dadurch werden kurzzeitige Spannungsausfälle über brückt.

Um ausreichende Überbrückungszeiten zu erreichen, sind sehr große und mithin sehr teuere Kondensator-Batterien erforder lich. Die Aufgabe besteht darin, den elektrischen Energie speicher so auszugestalten, daß bei kleinen Kondensatorbat terien eine große Überbrückungszeit mit ausreichender Span nungsversorgung überbrückt werden kann.

Die Lösung ergibt sich aus dem Anspruch 1.

Bei den bisherigen Lösungen besteht der Nachteil, daß die Kondensator-Batterie in Abhängigkeit von der Spannung des Stromkreises, zu dem sie Hilfsenergie liefern soll, aufge laden wird. Ein Spannungsabfall führt daher zu einer Ver minderung der gespeicherten Energiemenge. Dieser Nachteil wird in der Ausgestaltung nach Fig. 2 vermieden.

Bekanntlich entladen sich Kondensatoren mit einem sehr hohen Strom. Dies bedeutet eine Gefahr für die Haltbarkeit aller verwendeten Schalter und sonstigen in dem Stromkreis liegen den Geräte.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird gewährleistet, daß die Kondensatorbatterie ihre Energie bei konstanter Spannung und gleichbleibendem, angepaßten Strom abgibt.

Um dies mittels einer Zwei-Punkt-Schaltung unter Verwendung eines Ein-Aus-Schalters zu ermöglichen, dient die Ausgestal tung nach Anspruch 4.

In der Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird die Verwendung eines Transistor-Schalters, der in der Rückwärtsrichtung bekanntlich keine Sperrung aufnehmen kann, ermöglicht.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 vergleichmäßigt den Strom auch bei Verwendung eines Ein-Aus-Schalters. Besonders vorteilhaft wäre es jedoch, daß beim Aus-Schalten der Strom nicht unterbrochen wird, d. h. wenn auch beim Aus-Schalten der Entladung der Kondensator-Batterie weiterhin ein Strom in den Stromkreis eingespeist würde. Dies wird erreicht bei der Ausgestaltung nach Anspruch 6.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben.

Die Schaltung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Durch das Netz 1 mit den Phasen R, S, T wird der Netz- Gleichrichter 2 gespeist und eine Gleichspannung für den Gleichstrom-Zwischenkreis 3 erzeugt: Der Gleichstrom-Zwi schenkreis 3 wird hier nicht weiter beschrieben. Zur Glät tung des Gleichstroms weist er eine Kapazität 4 auf, die parallel zu dem Netzgleichrichter geschaltet ist sowie zwei Drosseln 5, die in dem Gleichstrom-Zwischenkreis 3 liegen. Durch den Gleichstrom-Zwischenkreis 3 wird ein Wechselrich ter 6 betrieben. Dieser Wechselrichter 6 dient zum Antrieb eines Motors 8. An den Klemmen 7 des Gleichstrom-Zwischen kreises 3 ist ein Speicherstromkreis 12 parallel geschaltet. Der Speicherstromkreis 12 weist insbesondere die Kondensa tor-Batterie 10 auf. Die gezeigten Kondensatoren C1 und C2 stehen stellvertretend für eine Anzahl, z. B. 12, Kondensato ren.

Die Kondensator-Batterie 10 wird über eine Ladeschaltung aufgeladen. Die Ladeschaltung weist einen Transformator mit Gleichrichter 26 auf. Der Gleichrichter 26 ist mit seinem positiven und negativen Pol parallel zu den Kondensatoren C1 und C2 angeschlossen. Die Ladeschaltung weist ferner einen Laderegler 24 und einen Ladeschalter 25 auf. Der Laderegler 24 wird angesteuert durch die Differenz zwischen einem Sollwert 23 der Ladespannung sowie der tatsächlich gemesse nen Ladespannung, die über einen Verstärker 21 dem Verglei cher 22 zugeführt wird.

Funktionsweise

Die Kondensatorspannung zwischen den Punkten A und B des Speicherstromkreises 12 wird gemessen und mit dem einge stellten Sollwert 23 verglichen. Die Regelabweichung wird dem Laderegler 24 zugeführt. Der Regler schaltet den Schal ter 25 ein, sobald die Spannung zwischen A und B einen bestimmten Wert (z. B. 800 V) um einen bestimmten Betrag (z. B. 5%) unterschritten hat. Der Laderegler 24 öffnet den Schalter 25, sobald die Spannung zwischen A und B um einen bestimmten Prozentsatz (z. B. 5%) über dem vorbestimmten Wert, d. h. dem Sollwert (z. B. 800 V) liegt. Der Laderegler ist also ein Zwei-Punkt-Regler mit Hysterese. Durch einen geeignet gewählten Innenwiderstand des Netzteils des Lade gleichrichters 26 wird eine sanfte Ladung der Kondensatoren erreicht und eine Überlastung des Netzteils vermieden.

Der Speicherstromkreis 12 wird durch einen Schalter S1 (18), eine Drossel 11, eine Diode D2 mit dem Gleichstromzwischen kreis 3 verbunden. Der Schalter S1, die Drossel 11 und die Diode D1 bilden zusammen einen sogenannten Tiefsetzsteller. Angesteuert wird Schalter S1 durch eine Regelschaltung, bestehend aus dem Spannungsregler 16, dem Stromregler 15, dem Verstärker 13 und dem Vergleicher 14.

Funktionsweise

An den Klemmen K3 und K4 ist der Zwischenkreis 3 angeschlos sen. Im Falle eines Netz-Spannungsausfalles an dem Netz 1 sinkt die Spannung an den Klemmen K3 und K4 ebenfalls ab. Sobald die Spannung zwischen den Punkten C und D niedriger wird als die eingegebene Sollspannung 17, wird ein entspre chendes Signal durch den Vergleicher 14 an den Spanungsreg ler 16 abgegeben. Der Spannungsregler 16 liefert in diesem Falle einen positiven Strom-Sollwert an den Vergleicher 20. Gleichzeitig erfolgt eine Strommessung im Punkte E des Speicherstromkreises 12. Der gemessene Strom wird mit dem Sollwert, den der Spannungsregler 16 abgibt, im Vergleicher 20 verglichen. Sofern der Differenzwert positiv ist, wird der Stromregler 15 veranlaßt, den Schalter S1 zu schließen. Der Stromregler 15 ist ein Zwei-Punkt-Regler mit Hysterese. Aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den Kondensator- Spannung U (A-B) und der Klemmenspannung U (K3-K4) be ginnt ein Strom durch die Drossel 11 zu fließen. Erreicht dieser Strom den vom Spannungsregler vorgegebenen Sollwert, so öffnet der Stromregler 15 wieder den Schalter S1. Der Strom fließt jetzt, durch die Drossel 11 getrieben, weiter über die Diode D1. Als Folge hieraus beginnt der Strom wieder zu sinken. Erreicht der Strom einen durch die Hyste rese des Stromreglers 15 festgelegten Wert, so schaltet der Stromregler wiederum den Schalter S1 ein und der Zyklus beginnt erneut.

Durch die Kaskadierung von Stromregelung und Spannungsrege lung werden zwei Ziele erreicht:

Zum einen wird die Spannung an den Klemmen K3 und K4 auf einen festen Wert geregelt und zum anderen kann durch eine Begrenzung des Ausganges des Spannungsreglers 16 auf einen maximalen Strom-Sollwert eine Überlastung des Schalters S1 und der sonstigen elektrisch-elektronischen Teile der Strom kreise vermieden werden.

Durch diese Art der Regelung wird die Energie kontinuierlich und auf das notwendige Maß dosiert an den Verbraucher - hier dem Motor 8 - abgegeben.

Die Diode D2 verhindert ein Zurückfließen des Stromes aus dem angeschlossenen Stromkreis - Zwischenkreis 3 - in die Kondensatorbatterie. Dies ist notwendig, da der Schalter S1 vorzugsweise als Transistorschalter ausgebildet ist und in Rückwärtsrichtung keine Sperrspannung aufnehmen kann.

Bei der erfindungsgemäßen Auslegung der Energiespeicherung erreicht man eine erhebliche Einsparung des Raumbedarfs für die Kondensatorbatterie, eine optimale Ausnutzung der Kon densatorkapazität und damit eine erhebliche Einsparung von Kosten. Ein weiterer Vorteil ist, daß die gepufferte Energie unabhängig ist von Netzspannungsschwankungen im Netz 1 bzw. im Gleichstromzwischenkreis 3 bzw. dem Netz, durch welches der Lade-Gleichrichter gespeist wird.

Bezugszeichenliste

1 Netz
2 Netzgleichrichter
3 Gleichstromzwischenkreis
4 Kapazität
5 Drossel
6 Wechselrichter
7 Motoranschluß
8 Motor
10 Kondensatorbatterie
11 Drossel (Induktivität)
12 Speicherstromkreis
13 Verstärker
14 Vergleicher
15 Stromregler
16 Spannungsregler
17 Spannungs-Sollwert-Eingabe
18 Schalter S1
19 Strommessung
20 Vergleicher
21 Verstärker
22 Vergleicher
23 Sollwert-Ladespanung
24 Laderegler
25 Ladeschalter S2
26 Lade-Gleichrichter

Claims

1. Elektrische Energiespeicher zur Speicherung und zeit weisen Einspeisung elektrischer Energie in einen Strom kreis (1)
mit einer Kondensatorbatterie (C1, C2) welche parallel zu dem Stromkreis geschaltet ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Kondensatorbatterie (C1, C2) mit dem Stromkreis über einen Schalter (S1) verbunden ist, daß der Schalter in Abhängigkeit von der Spannung des Stromkreises (1) betätigt und bei Spannungsabfall ge schlossen wird
und daß die Kondensatorbatterie mittels eines Ladereg lers aufladbar ist.

2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie (C1, C2) mittels des Ladereg lers auf die maximal zulässige Kondensatorspannung aufladbar ist.

3. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Stromkreises in einem Spannungsregler mit einem Spannungssollwert verglichen und das Aus gangssignal des Spannungsreglers in einem Stromregler mit dem Entladestrom verglichen und der Schalter in Abhängigkeit von dem Differenzwert betätigt wird.

4. Energiespeicher nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie mit dem Stromkreis über eine Drossel verbunden ist.

5. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorbatterie mit dem Stromkreis über eine Diode verbunden ist, welche den Strom durch den als Transistor ausgeführten Schalter in eine Richtung sperrt.

6. Energiespeicher nach einem der vorangegangenen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Phasen des Entladestromkreises zwischen dem Schalter und der Spule über eine Diode kurzgeschlossen sind.