DE2055754A1

DE2055754A1 - Unterbrechungsfreies Stromversorgungs system

Info

Publication number: DE2055754A1
Application number: DE19702055754
Authority: DE
Inventors: Christopher Burcham Ridley Oatley Roberts Leslie Frederick BaI gowlah Walker, (Australien)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-11-17
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE2055754B2; GB1276964A

Description

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart

Case: C.B.R.Walker-L.F.Roberts 16-10

International Standard Electric Corporation, New York

Unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem für Gleichstrom und insbesondere auf die unterbrechungsfreie Aufrechterhaltung eines genügenden Spannungsniveaus des Gleichstromausgangs bei einem solchen System, wenn die Hauptenergiequelle eine nicht kontinuierliche Stromquelle für Wechselstrom ist.

Bei manchen Anwendungen, z.B. bei Nachrichten- und Telefonsystemen, bei denen eine unterbrechungsfreie Gleichstromquelle mit hoher Zuverlässigkeit benötigt wird, muß ein relativ weiter Bereich der Versorgungsspannung zugelassen werden. Das System arbeitet bei der niedrigsten Betriebsspannung daher mit dem höchsten Wirkungsgrad. Bei solchen Stromversorgungssystemen werden üblicherweise Kombinationen von Gleichrichtergeräten und Speicherbatterien verwendet. Bei vielen bekannten Systemen sind die Batterien direkt an den Gleichstromausgang angeschlossen und die Batterie wird von einer Gleichrichteranordnung mit selbsttätiger Spannungsregelung gespeist. Solche Systeme haben den Nachteil, daß die Ausgangsspannung dieses Systems normalerweise der Spannung für die Erhaltungslacäung der Batterie entsprechen muß,

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wenn das Wechselstromnetz Strom liefert und weil diese Spannung meist die höchste Spannung ist, welche das angeschlossene Nachrichtersystem vertragen kann, muß das ganze System normalerweise an dem Punkt mit dem niedrigsten Wirkungsgrad arbeiten. Bei einem Ausfall der Wechselstromversorgung, wenn die Batterie die Versorgung der Last übernimmt, wird die niedrigste zugelassene Betriebsspannung für die Last jedesmal wesentlich früher erreicht, bevor die in dem Batteriesystem gespeicherte Energie verbraucht ist.

Ein anderer Nachteil des bekannten Systems besteht darin, daß die Hauptgleichrichteranordnung sehr kompliziert ist und wegen der erforderlichen Regelung der Ausgangsspannung nicht so zuverlässig ist.

Es besteht daher ein Bedarf an einem unterbrechungsfreien Gleichstromversorgungssystem mit verbessertem Wirkungsgrad bei Normaibetrieb, mit einfacheren und zuverlässigeren Mitteln für die Leistungsumformung am Eingang, einen genügenden Grad der Redundanz des Systems, so daß die Gleichstromversorgung auch aufrechterhalten werden kann, wenn Teile des Systems ausfallen und Mitteln, durch welche die Batteriekapazität voll ausgenutzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein unterbrechungsfreies Gleichstromversorgungssystem zu schaffen, das den genannten Anforderungen genügt.

Gemäß der Erfindung enthält das unterbrechungsfreie Gleichstromversorgungssystem eine Gleichrichtereinheit» welche den Verbraucher mit der niedrigsten zulässigen Verbraucherspannung speist, einen geregelten Gleichspannungswandler, der direkt von dem Gleichrichter gespeist wird und der die Gleichspannung, welche an die Last geliefert wird, für den Fall

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daß sie unter den minimalen Wert fällt, anheben kann und damit auf dem minimalen Wert hält, eine Speicherbatterie, welche voll geladen wird mit einer Ladungserhaltungsspannung, die nicht größer ist als die maximale Spannung, welche die Last noch vertragen kann, durch eine Batterieladevorrichtung mit automatischer.Spannungsregelung, welche von der Netzspannung gespeist wird und statische Schaltmittel, welche die Batterie zwischen den Ausgang des Gleichrichters und den Eingang ges geregelten Gleichspannungswandlers schalten, wenn das Wechselstromnetz ausfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung soll nun anhand der Figuren näher beschrieben werden.

Figur 1 zeigt ein unterbrechungsfreies Gleichstromversorgungssystem in Form eines Blockdiagramms.

Figur 2 zeigt die Schaltungsanordnung eines geregelten Glexchspannungswandlers mit Parallelredundanz.

Figur 3 zeigt die Wellenform am Ausgang des geregelten Glexchspannungswandlers.

Bei dem Blockschaltbild nach Figur 1 versorgt das dreiphasige Wechselstromnetz 1 eine ungeregelte Transformator-Gleichrichter-Einheit 2, welche den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Die Transformator-Gleichrichter-Einheit 2 speist die Sammelschiene 7, welche eine ungeregelte Gleichspannung führt, deren Spannung etwa der normalen Ausgangsspannung des Gleichstromversorgungssystems entspricht, beispielsweise 46 Volt. Eine Speicherbatterie 3 ist an die Sammelschiene 7 für ungeregelte Gleichspannung über den

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statischen Schalter 4 angeschlossen und bei Ausfall des Wechselstromnetzes wird der statische Schalter 4 geschlossen, so daß das Gleichspannungspotential an der Schiene 7 so lange aufrechterhalten wird, wie Energie in der Batterie gespeichert ist. Ein Gleichrichter 5 mit automatischer Spannungsregelung ist an die Batterie 3 angeschlossen, so daß bei Netzwiederkehr der statische Schalter 4 die Batterie von der Sammelschiene 7 abschaltet und der Gleichrichter 5 die Batterie wieder auflädt.

Die maximale Ladespannung für die Batterie ist nicht größer als die maximale Spannung, welche an der Last zugelassen ist. Diese beträgt z.B. 5 3 Volt. Wenn die Ausgleichsspannung unter die Minimalspannung fällt, (die üblicherweise der normalen Ausgängsspannung entspricht, beispielsweise U6 Volt) wird dieser Zustand von dem geregelten Gleichspannungswandler 6 festgestellt, der von der Sammelschiene 7 mit ungeregelter Gleichspannung gespeist ist, und erzeugt eine Ausgangsspannung an der Sperrdiode 8, um die Ausgangsspannung der Anordnung an der Sammelschiene 9 für geregelte Gleichspannung auf dem minimalen Spannungswert zu halten.

Der Gleichspannungswandler beginnt normalerweise nur dann zu arbeiten, wenn die Spannung am Wechselstromnetz 1 unter ihren normalen Wert fällt, oder wenn das Wechselstromnetz ausgefallen ist und die Spannung der Speicherbatterie (3) unter den minimalen Wert der Ausgangsspannung fällt.

Eine bevorzugte Ausführungsform für den geregelten Gleichspannungswandler mit Parallelredundanz ist in Figur 2 dargestellt, Diese Schaltungsanordnung enthält die Schaltungsblocks 'ö und. 8 von Figur 1. Die ungeregelte Gleichspannung

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wird an den Eingangsanschlüssen 11 und 12 eingespeist, welche an die Sammelschiene 7 für ungeregelte Gleichspannung angeschlossen sind. Von den Eingangsanschlüssen 11 und 12 werden zwei Brückenwechselrichterschaltungen gespeist, welche die Thyristoren THYl, THY2, THY3, THYU, THY5, THY6, THY7 und THY8 enthalten. Die Wechselstromausgänge der beiden Wechselrichterschaltungen speisen die Primärwicklungen der Transformatoren TRl und TR2. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren TRl und TR2 speisen je eine Gegentaktgleichrichterschaltung (Dl, D2 bzw. D4, D5), deren Ausgänge parallel an die Ausgangsanschlüsse 13 und angeschlossen sind. Die parallel zueinanderliegenden Dioden D3 und D6 (die gemeinsam in Figur 1 als Diode 8 dargestellt sind) führen den Strom zwischen den Anschlüssen 5 3 und 1H während der Perioden, während der der Gleichspannungswandler keine Spannung an die Ausgangsanschlüsse 13_s IH liefert.

Figur 3 zeigt die Wellenform, die erzeugt wird, während der geregelte Gleichspannungswandler in Betrieb ist. Die Wechselrichterausgangsspannung an der Primärwicklung des Transformators TRl bzw. TR2 sind in den Figuren 3a bzw. 3b dargestellt. Die Wellenformen, welche in den Figuren 3c und 3d dargestellt sind, stellen die Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 13 und 14 unter zwei verschiedenen Arbeitsbedingungen des Gleichspannungswandlers dar.

Wenn der geregelte Gleichspannungswandler Leistung an den Systemausgang abgeben muß und die beiden parallel geschalteten Wechselrichterschaltungen arbeiten, dann werden die verschiedenen Thyristoren so beeinflußt, daß sich die Wellenformen ergeben, die in den Figuren 3a bzw. 3b dargestellt

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sind. Die gesamten Arbeitsperioden für jeden Wechselrichter liegen bei 4:1 und jeder Wechselrichter hat eine Phasenverschiebung von 2:1 bezüglich des anderen. Wenn diese Wellenform durch die Glaehrichterschaltungen gleichgerichtet und zueinander addiert werden, ergibt sich die in Figur 3c dargestellte Ausgangsspannung, welche eine Periode von t, hat und ein Tastverhältnis von (t. - t~) zu t„. Dieses Verhältnis steuert die. Ausgangsgleichspannung an den Anschlüssen 13 und IU und so die Zusatzspannung des Systems.

Die Spannung an den Ausgangsanschlüssen der Sammelschiene 9 (Figur 1) wird festgestellt und einer Steuerschaltung zugeführt, v)elche Steuerimpulse erzeugt und steuert, welche den beiden Thyristorbrückenschaltungen TKYl bis THYH und THY5 Li;; THY 8 zugeführt, wird. Wenn die Ausgangs spannung des Systems unter aer ninlmal angelassenen Spannung liegt, dann werden die Steuerimpulse so erzeugt, daß das Impulstastverhältnis (t, - t,) zu t,. erhöht wird, wodurch die Zusatzspannung erhöht wird und die Ausgangsspannung des Systems auf das minimal zulassige Spannungsniveau angehoben wird. Die Einzelheiten der Wechselrichterschaltungen und der Steuerschaltungen sind nicht angegeben, weil sie allgemein bekannt sind.

Wenn aus irgendeinem Grunde einer der beiden Wandlerkreise in dem Gleichspannungswandler ausfallen sollte, dann wird das Iinpulstastverh&ltnis in dem anderen Wandlerkreis erhöht von [(C₁ - t₂) zu Ct₁* t₂) ] auf Γ 2Ct₁ - t₂) zu iX₂ T _So ü<ilh die gleiche Ausgangsspannung erzeugt wird, wie wenn die beiden Wandlerkreise gleichzeitig arbeiten. Die Ausgangswellen fc'rn an den Anschlüssen 13 und l'-i ist in diesem Falle so, wie wie in Figur 3d dargestellt ist.

Anlagen^

4 Patentansprüche
2 Bl. Zeichnungen
1 Verzeichnis der

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Claims

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Patentansprüche

f 1.))Unterbrechungsfreies Gleichstromversorgungssystem mit konstanter Ausgangsspannung und Batteriereserve, dadurch gekennzeichnet, daß ein ungeregelter Gleichrichter (2) den Verbraucher (10) mit der niedrigsten zulässigen Spannung speist, daß ein vom Gleichrichter (2) gespeister Gleichspannungswandler (6) zur Lieferung einer Zusatzspannung zwischen Gleichrichter (2) und Verbraucher (10) angeordnet ist, daß die Batterie (3) einpolig mit dem Ausgang des Gleichrichters(2) verbunden ist und von einem spannungsgeregelten Gleichrichter (5) mit der höchsten zulässigen Verbraucherspannung auf voller Ladung gehalten wird und daß ein statischer Schalter (H) vorgesehen ist, der bei Netzausfall den anderen Pol der Batterie (3) mit dem Ausgang des Gleichrichters (2) verbindet.
2.) Gleichstromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,'daß der Gleichspannungswandler (6) zwei parallel zwischen Eingang (11, 12) und Ausgang (13, 14) liegende Wechselrichter (THYl, THY2, THY3, THY4 bzw. THY5, THY6, THY7, THY8) mit nachgeschalteten Gleichrichtern (Dl, D2 bzw. D4, D5) enthält.
3.) Gleichstromversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungswandler (6) zwei ThyristorbrÜcksnschaltungsn enthält, deren Steuerimpulse so phasenverschoben sind, daß die gleichgerichtete Summenspannung einen Wert hat, durch den die Ausgangsspannung des Gleichstromversorgungssystenr auf der niedrigsten zulässigen Spannung gehalten wird.

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Ό Gleichstromversorgungssystem nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Gleichspannungswandlers (6) durch mindestens eine Diode (D3, D6) überbrückt ist.

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