DE2000994A1 - Verfahren zur induktivitaetsfreien und transformatorlosen Energieuebertragung in netzgespeisten Gleichstromspeisegeraeten - Google Patents

Description

• Beschreibung Verfahren zur induktivitätsfreien und transformatorlosen Energieübertragung in netzgespeisten Gleichstromspeisegeräten" Die Baugröße der Gleichstromspeisegeräte für rechnergesteuerte Systeme steht in keinem Verhältnis zu der dort erreichten Miniaturisierung. Weitgehend werden noch 50 Hz Netztransformatoren zur Spannungswandlung mit nachgeschalteter Gleichrichtung, Glättung und Spannungsstabiliesierung oder - regelung verwendet.
• Der Netztransformator muß entsprechend der zu übertragenden Leistung dimensioniert sein und bestimmt darnit wesentlich das Gewicht und die Baugröße des Speisegerätes. Aber auch der Aufwand für die Glättung ist bei hohen Lastströmen und 50 Hz bzw.
• 100 Hz Lade frequenz für die Kondensatoren recht erheblich.
• Daneben wird der Wärmehaushalt der Geräte durch die erforderliche Verlustwärme für Regelung oder Stabilisierung der Spann nung belastet und der Wirkungsgrad verschlechtert.
• Arbeitet man mit getasteten Gleichstromwandlern bei höheren Brequenzen,treten in stärkerem Maße lastabhängige Verluste an den streuinduktivitäten des Übertragers auf. Gleichzeitig steigen mit der Frequenz die Kernverluste des Übertragers.
• Netzgeräte mit getasteten Induktivitäten bergen die Gefahr in sich, daß in Abhängigkeit von der phasenlage der Last Schwingungen auftreten, die das System stören. Insbesondere sind diese Netzgeräte gegen starke Lastschwankungen empfindlich.
• Im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren ist das nachfolgend beschriebene nicht an feste Spannungsverhältnisse gebunden; neben einem gesteuerten Betrieb bei konstanter Last besteht die Möglichkeit strom- oder spannungageregelt zu arbeiten, rsas Netsgerät ist leerlauf- und kurzschlußfest und hat einen ausreichend hohen Isolationswiderstand zwischen Ober- und IJnterspannungsseite.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das es mit Hilfe einer Schaltvorrichtung und wie zum Beispiel in Fig.8mit drei Kondensatoren gestattet, eine Gleichspannung U1 in eine beliebige Spannung U2 von der Größe Null bis U1 umzuformen . Unter der Aanahme, daß Ri klein und konstant sei, U1 eienr annähernd idealen Gleichspannungsquelle entspricht, ergibt sich ein Spannungs -Zeit- Diagramm gemäß Fig. 2 . C1 ist tür die betrachtung ohne Bedeutung.
• Bei jedem umschaltvorgang der Kontakte S1 und S2 findet ein Ladungstransport Q2 = C2. U1-2 statt. Ist diese Ladung Q2 klein gegenüber der Ladung Q3 = C3. U2, ergibt sich auch nur ein geringer Einfluß auf die Spannung U2: U2 - (Q2 + Q30/ C3 Soll nun ohne weitere Siebmittel der Spitzenwert der Oberwellen von U2 nicht mehr als 1 % betragen, darf 100. Q2 = Q3 betragen.
• Die erforderlicher Umschaltfrequenz für den Ladungstransport berechnet sich aus: Q2 = C2 . U1-2 = I2 . tx ; tx = (C2 . U1-2) / I2 fx = l/tx, woraus direkt folgt, daß die Umschaltfrequenz dem Belastungsstrom I2 proportional nachgeführt werden muß, wenn die Ausgangsspannung U2 = U1 - U1-2 konstant bleiben soll.
• Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines netzgespeisten Gleichstromspeisegerätes. Der Kondensator C1 wird über die Dioden D1 bis D4 aus dem 220 V/50 Hz Netz aufgeladen. Der Kontakt S1 wurde durch die Thyristoren T1 und T ersetst und der Kontakt S2 durch die 3 Thyristoren T2 und T4.
• Der Gleichstrom/ Frequenzwandler "1" steuert die Thyristoren T1 und T2 so wie T3 und T4 über die Zündübertrager Z1 bis Z4 Jeweils paarweise an und bestimmt damit die umschaltfrequenz. Führungsgröße für die Frequenz ist das Gleichstromtrennglied "2".
• Wie rig. 4 zeigt, ist es durch die Rückkopplung von "2" nach "1" und der daraus resultierenden Regelung möglich, durch Modulation von fx die Ausgangsspannung U2 konstant zu halten, obwohl U1 stark schwankt, wodurch normalerweise ein 100 Hz - Brumm hervorgerufen würde.
• P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Verfahren zur Energieübertragung zwischen zwei Gleichstrom-Kreisen verschieäener Spannung, bei der diese Übertragung intermittierend über Schaltelemente erfolgt und durch Veränderung der Frequenz eine bestimmte Spannung eingestellt oder eingeregelt werden kann, aadurch gekennzeichnet, da( eine Überführung von Ladung aus einen Stromkreis höherer Spannung in einen Stromkreis niedriger Spannung unter gleichzeitiger Entkopplung der beiden Stromkreise stattfindet.
• 2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf ## die vollständige Entkopplung der beiden Stromkreise verzeichtet wird und nur eine der beiden Zuleitungen mit entsprechenden Schaltelementen versehen wird.
• 3.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine dem Strom oder der Spannung entsprechende Führungsgröße dem Stromkrcis niedriger Spannung entnommen wird und mittelbar oder unmittelbar zur Beeinflussung der Schaltelemente verwendet wird.
• 4.) Verfahren nach Anspruch 1 und 3, jedoch d a d u r c h g e k e n n z e i c hnet, daß die Führungsgröße dem Stromkreis höherer Spannung entnommen wird.
• 5.) Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Eliltsaittel ziir Regelung, Steuerung und Schaltung zwischen den beiden Stromkreisen so ausgelegt sind, daß eine moglichst vollständige galvanische Trennung der beiden Stromkreise erreicht wird.
• 6.) Verfahren nach Anspruch 1 biß 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator G1 und/oder C3 in verschiedene Teile autgegliedert und durch entsprechende Siebmittel entkoppelt wird.
• 7.) Verfahren noch Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Regel- oder/und Stellglieder verwendet werden, die der niedrigen Spannung ein bestimmtes Übergangsverhalten bei Laständerungen aufzwingen.

Claims (1)

1. 8.3 Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenazeichnet, daß der Stromkreis höherer Spannung mittelbar oder unmittelbar mit beliebigen Gleich-, Wechsel-, Hochfrequenz- und/oder Mischstromquellen in Verbindung steht.

   9.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

   daß die in der Beschreibung beispielhaft aufgeführten Eondensatoren ganz oder zum Teil durch andere elektrische Ladungsträger ersetzt werden.

   10.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle erforderlichen Regel- und Steuerorgane den Stromkreis mit der niedrigen Spannung zugeordnet werden und für das erste Sinschalten eine "Starthilfe" vorgesehen wird.

   11.) Verfahren zur Energieübertragung zwischen zwei Stromkreisez verschiedener Spannung entsprechend den prinzipiellen Ansprüchen 1 bis 10, Jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die in Fig. 3 an den Stellen der Ladungsträger Clund C3 vorgesehenen Elemente entfallen und statt dessen die Halbwellen- oder Mischspannung über C2 in Ladungsquanten direkt auf den Lastwiderstand wie zum Beispiel auf einen heizwiderstand oder eine Lichtquelle geschaltet wird.

   12.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von C2 ein anderer Energiespeicher mittelbar oder unmittelbar verwand wird.