DE2500275A1 - Elektrisches versorgungssystem - Google Patents

Elektrisches versorgungssystem

Info

Publication number
DE2500275A1
DE2500275A1 DE19752500275 DE2500275A DE2500275A1 DE 2500275 A1 DE2500275 A1 DE 2500275A1 DE 19752500275 DE19752500275 DE 19752500275 DE 2500275 A DE2500275 A DE 2500275A DE 2500275 A1 DE2500275 A1 DE 2500275A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stage
voltage
connection
voltage source
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19752500275
Other languages
English (en)
Inventor
Richard H Baker
Lawrence H Bannister
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Massachusetts Institute of Technology
Original Assignee
Massachusetts Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Massachusetts Institute of Technology filed Critical Massachusetts Institute of Technology
Publication of DE2500275A1 publication Critical patent/DE2500275A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

Ο« in· . OtmC-IH». M. SC. OI*L.-*WY·. DW. OI^C.-PMV».
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN 5TUTTOART Ii
A 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974
Massachusetts Institute of Technology
77 Massachusetts Avenue
Room E 19-702
Cambridge, Mass., 02 139/ USA
Elektrisches Versorgungssystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Versorgungssystem, insbesondere auf elektrische Energiewandler.
Seit kurzem liegt ein beträchtliches Interesse an der Entwicklung und der Anwendung von Brennstoffzellen, Solarzellen,
609830/0277
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 2 -
thermoelektrisch arbeitender Anordnungen und dergleichen vor, die chemische und thermische Energie oder Strahlenenergie in elektrische Energie umwandeln. In Verbindung mit der Verwendung solcher elektrischer energieerzeugender Einrichtungen haben öich eine Anzahl von Problemen ergeben,' beispielsweise liefern individuelle, enerqieerzeugende Einrichtungen in üblicher Weise elektrische Leistungen von nur einigen Watt oder weniger, wohingegen sehr häufig Leistungen im Bereich von kW oder MW in grossem Umfange benötigt werden. Darüber hinaus stellen die meisten dieser Anordnungen und Systeme ein Gleichstromausgangssignal zur Verfügung, wohingegen bei den meisten, hier in Betracht kommenden Benutzungszwecken ein Wechselstrom und hier insbesondere quasi-sinusförmige Spannungen und Ströme mit nur geringen Verzerrungen durch Oberwellen gefordert werden. Darüber hinaus weisen solche bekannten Einrichtungen geringerer Leistung nur sehr wenig Möglichkeiten hinsichtlich einer Regelung auf, was sich in der Weise zum Ausdruck bringt, dass die Ausgangssnannung beträchtlich als Funktion des gezogenen Ausgangsstroms Veränderungen unterworfen ist. Es ist offensichtlich, dass jedes, Solche Einrichtungen verwendende Versorgungssystem in der Lage sein muss, in wirksamer Weise die individuellen elektrische Energie erzeugenden Einrichtungen zu kombinieren; es muss in der Lage sein, Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln und es muss darüber hinaus in der Lage sein, eine Ausgangnspannung mit niedrigem Innenwiderstand, mit praktisch sinusförmiger Wellenform und mit nur geringen harmonischen Verzerrungen oder Oberwellen zu liefern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zu
509830/0277
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 3 - 2500275
schaffen, welches in der Lage ist f diesen Anforderungen zu genügen und eine Anzahl von elektrischer energieerzeugender oder speichernder Einheiten so zu verbinden, dass im grösseren Massstabe Versorgungsleistungen, insbesondere in Form von Wechselspannungsausgangssignalen, zur Verfügung gestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht daher die Erfindung aus von dem eingangs genannten elektrischen Versorgungssystem und besteht erfindungsgemHss darin, dass eine Vielzahl von in Kaskade geschalteter Stufen vorgesehen sind, die jeweils aus einer Spannungsquelle, aus ersten, in beiden Richtungen leitfMhigen und zwischen die Spannungsauelle und einem Stufenanschluss geschalteten und aus zweiten, in beiden Richtungen leitfähigen und zwischen die Spannungsquelle und dem anderen Stufenanschluss geschalteten Halbleiterschaltelementen bestehen, wobei in einem Betriebszustand der Stufe der eine Stufen.anschlue als Eingang und der andere als Ausgang und bei einem anderen Betriebszustand der andere Stufenanschluss als Eingang und der eine als Ausgang geschaltet ist, wobei die ersten und die zweitenHalbleiterschal telenente in Kombination in der Weise schaltbar sind, dass der eine oder der andere Anschluss der Spannungsquelle mit jedem der Stufenanschlüsse verbindbar oder die Spannungsquelle durch eine Bypass-Schaltung umgangen ist.
Entsprechend der Erfindung werden daher eine Anzahl von elektrischer Energiequellen oder elektrischer Energiespeicherelemente in programmierter Weise derart verbunden, dass sich
609830/0^77
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 4
ein Wechselstromausgang oder ein sonstiger veränderbarer Ausgangsstrom ergibt, der einer Belastung zugeführt werden kann. Hierzu sind programmierte Schaltvorgänge erforderlich, um den Gleichstrom in den Wechselstrom oder in einen sonstigen, sich verändernden Strom umzuwandeln oder um einen Wechselstrom einer gegebenen Frequenz in einen Wechselstrom einer anderen Frequenz zu konvertieren. Zu diesem Zweck werden eine Anzahl von Stufen verwendet und in Kaskade, d.h. in Reihe geschaltet; jede Stufe umfasst dabei eine elektrische Energie- oder Energiespeicherquelle sowie Schaltungsanordnungen, die so ausgebildet sind, dass sie ent\-;eder unter Umgehung der jeweils zugeordneten Energiequelle die Anschlüsse der Stufe miteinander verbinden oder dass die Spannungsquelle der Stufe in der einen oder der anderen Richtung, zusammen mit den Spannungsnuellen anderer Stufen auf die Belastung geschaltet wird, jedoch, wie schon gesagt derart in programmierter Abfolge, dass der Last beispielsweise eine praktisch sinusförmige Spannung zugeführt werden kann.
Ein Vorteil vorliegender Erfindung ist daher darin zu sehen, dass Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird, wobei eine Anzahl elektrischer Speicherelemente oder elektrische Energie erzeugender Einrichtungen, die jeweils eine praktisch konstante Spannung liefern, so kombiniert werden, dass sich eine mit der Zeit verändernde Ausgangssnannung ergibt. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass sich durch entsprechend kontrollier te Abfolge der Schaltvorgänge der einzelnen Stufen ein quasi sinusförmiges Ausgangssignal erzeugen lässt, dessen Anteil an armonischen oder Oberwellen einstellbar und regelbar ist und wobei auch die Frequenz der erzeugten Ausgangsspannung verän-
509830/0277
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 5 -
dert v/erden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die erfindungsgem^sse Schaltung ein elektrisches Wechselspannungsausgangssignal zur Verfügung stellen kann, welches nur einen geringen Innenwiderstand aufweist und aufgrund der Zusammenfassung einer grösseren Anzahl von eine elektrische Leistung nur geringerer Grosse liefernder Einzeleinheiten in der Lage ist, ein Ausgangssignal entsprechend hoher Leistung abzugeben.
Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass das erfindungsgemässe System auch in der Lage ist, einen Wechselstrom gegebener Frequenz in einen Wechselstrom anderer Frequenz umzuwandeln, auch ist es möglich, ein solches Spannungswandlersystem aus einer Vielzahl von untereinander gleichen Bausteinen oder Modulen aufzubauen.
Die Erfindung stellt einen elektrischen Leistungskonverter zur Verfügung, der über eine grosse Anpassungsfähigkeit «ufweist, und zwar durch geeignete individuelle und programmierte Kombination einzelner Untereinheiten, die als energieerzeugende Systeme arbeiten.
Diese Vorteile werden, wie schon erläutert dadurch erreicht, dass ein elektrisches Versorgungssystem zur Verfügung gestellt wird, welches aus einer Vielzahl miteinander in Kaskade geschal toter Einzelstufen besteht. Jede Einzelstufe umfasst in Kombination eine Spannungsquelle, erste bilaterale, d.h. in zv/ei Richtungen leitfShige Festkörper schalte lernen te sowie zweite bilaterale Festkörperschaltelemente, wobei diese Schalt-
809830/0277
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 -6- 2500275
elemente jeweils immer zwischen den einen hz\i. dem anderen Anschuss der zugeordneten Spannungsquelle und einem der Aussenanschlilsse der Stufe geschaltet sind. Der eine Aussenanschluss oder Stufenanschluss stellt dabei bei beispielsweise einem ersten Betriebszustand der Stufe den Eingangsanschluss und der andere dann den Ausganqsanschluss dar, diese Rollen sind jedoch bei einem anderen Betriebszustand der Stufen umkehrbar. Dabei arbeiten die ersten und zweiten Schalteranordnungen in Kombination in der Weise, dass in programmierter Abfolge die Spannungsquelle jeweils mit dem einen oder dem anderen Ausgangsspannungsanschluss verbunden oder dass die Spannungsquelle insgesamt umgangen wird und die Stufe daher für sich gesehen lediglich einen Strompfad bildet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt. Im folgenden v/erden Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Schaltungsdiagramm, bestehend aus sieben Stufen, wobei sieben Batterien, nämlich jeweils für jede Stufe eine über eine Belastungnquelle geschaltet sind, der ein Wechselstrom z-igeführt wird; die Darstellung der Fig. 1 ist im wesentlichen als Blockschaltbild gehalten, die
Fig. 2Λ
und 2B zeigen kombiniert eine einphasige Wechselstrom
809830/0277
Λ 40 997 in
a - 163
19.DeZember 1974 - 7 - 2500275
spannung, die der Belastung der Fig, 1 zugeführt werden kann; dabei zeigt die Fig. 2A die in positiver Richtung gehende Spannung als eine Reihe von Spannungsstufen, die zunächst ansteigen und anschliessend wieder abfallen, während die Fig. 2B eine in negative Richtung verlaufende Spannung als eine Reihe von Spannungsstufen darstellt, die in positiver Spannungsrichtung gesehen zunächst abnehmen und dann wieder ansteigen, die
Fig. 3Λ
und 3B zeigen eine Folge logischer Schaltschritte Ober der Zeit gesehen, entsprechend welchen die Schaltelemente der Fig. 1 zur Erzeugung der in den Fig. 2Λ und 2B dargestellten Wellenformen betätigt werden können,
Fig. 4 zeigt in schematischer und teilweise in Blockdarstellung ein weiteres Ausführungsheispiel vorliegender Erfindung, bestehend .aus einem zweistufigen System, das jedoch in Aufbau und Zweck ähnlich dem der Fig. 1 ist, dabei zeigt.
Fig. 5 eine von dem System der Fig. 4 orzeugbare Spannungsverlauf r.kurve, während die
Fig. 6 die hierzu erforderliche logische Schalterstellungsfolge der Schalter der Darstellung der Fig. 4 über der Zeit angibt,
— 8 —
509830/0277
Λ 40 997 m a - 163 19.Dezember 1974 - 8 -
Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung und zeigt teilweise in Blockdarstellung ein dreistufiges System, welches seinem Zweck und seinem Aufbau nach dem System der Fig. 1 ähnelt,
Fig. 8 zeigt in schematischer Blockdarstellung ein sechsstufiges System, welches in der Lage ist, sechs Batterien, und zwar jeweils eine nro Stufe in derartiger Weine zu kombinieren, dass sich drei parallele Reihenschaltungen aus jeweils zwei Stufen ergeben, die zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung auf eine gemeinsame Belastung arbeiten, schliesslich zeigt
Fig. 9 ein Ausführungsbeisniel einer beliebigen Stufe für die vorherigen Systeme in detaillierter Darstellung.
Es wird angenommen, dass es am einfachsten ist, sich bei der folgenden Erläuterung der Erfindung auf ein System zu beziehen, welches eine Anzahl von Batterien als individuelle elektrische Energiespeicherelemente verwendet, obwohl, wie weiter unten noch eingehend erläutert wird, auch andere elektrische Energiespeichermittel oder eine elektrische Energie erzeugende Mittel von grossem Interesse sind und, wie es sich versteht, innerhalb des erfindungsgemässen Rahmens liegen.
Im folgenden wird nun eine Erläuterung mit Bezug auf die Fig. 1, 2Λ, 2B, 3A und 3B angegeben, in welchem Ausfiihrungsbeispiel ein Wandler dargestellt ist, der einen elektrischen Gleichstrom
— 9 —
509830/0277
Λ 40 997 m a - 163
19.Dezember 1974 - 9 -
in einen elektrischen Wechselstrom umwandelt und dabei erfindungsgemässe Grundsätze verwendet.
Der Gleichstrom-Wechselstromwandler der Fig. 1 ist dort mit dem Bezugszeichen 101A gekennzeichnet und besteht aus einem Satz von sieben Stufen 110, die unter der Kontrolle oder Regelung einer logischen Regelschaltung 1O3 in der Weise arbeiten, dass der Fluss eines Wechselstroms in einer Belastung oder einem Lastwiderstand 102 veranlasst wird. Gleich hier soll darauf hingewiesen werden, dass die Wahl von sieben Stufen bei diesem Ausführungsbeispiel und in der Beschreibung im Grunde willkürlich ist, es können bei sneziellen Anwendungsfällen und Apparaturen auch eine grössere oder kleinere Anzahl von Stufen verv/endet v/erden.
Der in der Fig. 1 dargestellte Gleichstrom-Wechselstromwandler umfasst daher, wie schon gesagt, sieben Stufen 1 bis 7, wobei jede Stufe eine Batterie und erste und zweite Schalter umfasst, wobei sich eine solche Schalteranordnung an dem einen Ende der Stufe und die andere Schalteranordnung am anderen Fnde der Stufe befindet. Jede Stufe verfügt fiber zwei Anschlüsse, diese können jedoch, wie der nachfolgenden Beschreibung noch entnommen werden kann, nicht spezifisch als Eingangsanschluss oder als Ausgangsanschluss bezeichnet werden, da diese Rollen im Verlauf jedes Zyklus beim Betrieb des Wandlers wechseln (oder wechseln können). Für die vorliegenden Zwecke sollen daher die. ersten Schalteranordnungen als linke Schalter in jeder Stufe und die zweiten Schalteranordnungen als rechte Schalter in jeder Stufe bezeichnet v/erden, daher bestehen, wenn man von der Darstellung der Fig. 1 ausgeht, die rechten Schalter in jeder Stufe aus den Schaltern P« *» Sj*..·· ^is ....S- ^,
- 10 -
609830/0277
A 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 10 --
S2-7' Ehrend die zweiten oder rechten Schalteranordnungen in jeder Stufe die Schalter S, .., S...... bis . ..S- 7 S4-7 um~ fassen.
So besteht die erste Stufe dos Wandlers 101Λ aus ersten Schalteranordnungen, bestehend aus einem Satz von zwei Ilalbleiterschaltern, nämlich den Schaltern S1 1 und S_ i und
I ~ I i~I
zweiten Schalteranordnungen, bestehend aus einem weiteren Satz von zwei Halbleiterschaltern, nämlich den Halbleiternchaltern S3-1 und S._1. Ein Schalter in jedem Schaltersatz ist so geschaltet, dass er vom positiven Anschluss einer Batterie B-dem einen oder dem anderen der im folgenden als Stufenanschlüsse bezeichneten Anschlussverbindungen T_ i und Tn , elektrischen Strom zuführt; der andere Schalter in jedem Satz ist dann so angeschlossen, dass er vom negativen Anschluss der Batterie B1 dem einen oder anderen der Stufenanschlüsse T. 1 und T1 elektrischen Strom zuführt; diese Erläuterung ist für die Stufe 1 gegeben, gilt jedoch in entsprechender Weise auch für sämtliche andere Stufen. Daher lässt sich der positive Anschluss der Batterie B1 mit jedem der Stufenanschlüsse T1 oder T .. verbinden, wobei zur gleichen Zeit der negative Anschluss der Batterie B1 dann jeweils mit dem anderen Stufenanschluss Τβ-1 oder T1 verbunden v/erden kann. Auch lässt sich eine Bypass-Schaltung zur Batterie B1 aufbauen insofern, als man gleichzeitig die beiden Schalter S11 und S31 leitend und gleichzeitig die Schalter S3-1 und S4-1 nichtleitend macht oder indem man umgekehrt die Schalter S3-1 und S41 leitend und gleichzeitig die Schalter S1-1 und S3-1 nichtleitend macht.
- 11 -
609830/0277
Λ 40 997 m'
a - 163
19.Dezember 1974 - 11 -
Es ist schon erwähnt worden, dass auch die anderen Stufen des Wandlersystems 1Ο1Λ ähnlich der Stufe 1 aufgebaut sind und in gleicher Weise bezeichnete Teile aufweisen und auch in einer zur soeben gegebenen Erläuterung hinsichtlich der Stufe 1 analogen Weise betrieben werden können.
Als spezifisches Arbeitsbeispiel des Wandlers 1Ο1Λ sei angenommen, dass lediglich die folgenden Schalter leitend sind:
S2-1' S3-1' S2-2' S3-2' S2-3' S3-3' S1-4' S4-4' S2-5' S3-5f S1-6' S4-6' S2-7' S3-7' ^ann er<Jibt sich zv;isehen den Stufenanschlüssen T. ,und T__- die folgende Potentialdifferenz:
V1 + v2 + V3 - V4 + V5 - V6 + v7,
wobei V1, V2... V7 die von den Batterien B1, B2.... B7 jeweils zur Verfügung gestellten Spannungen sind. Andere Kombinationen leitender Schalter ergeben andere Potentiale zwischen den Stufenanschlüssen Tft , und T„_7 bis und darin eingeschlossen den Spitzenwerten
V1 + V_ + V, +V. + Vc +V- +V_. 1 2 J 4 5 6 /
-V1 - V2 - V3 -V4 V5 - V6 .j.-Betrieb als Gleichstrom-Wechselstromwandler unter der Kontrolle der logischen Regelschaltung 103 betrieben liefert das System 1Ο1Λ eine quasi-sinusförmige Spannungswelle, die die in den Fig. 2A und 2B dargestellten beiden Halbzyklen umfasst. Die logische Regelschaltung, die zu den mit 104 und bezeichneten Spannungswellen führt, kann dargestellt werden
- 12 -
609830/0277
A 40 997 m
:£L 1574 - 12 -
durch die in den Fig. 3A und 3B gezeigten Schaltfolgen.
Die in den Fig. 3Λ und 3B dargestellten speziellen Schaltfolgen sind primär ausgewählt worden, um die Erläuterung der
Arbeitsweise des Systems 101A zu vereinfachen. Eine genaue
Untersuchung der Tabellen der Fig. 3.^ und 3B zeigt, dass es
in vielen Fällen besser ist, eine unterschiedliche Folge zu
verwenden, um das gleiche Endresultat zu erreichen. Beispielsweise ergibt sich aus der dargestellten logischen Folge, dass
die Batterie B1 die grösste Last bei der Versorgung der Belastung 102 zu tragen hat, da sie sich für den weitaus grössten Zeitraum in Reihe mit der Belastung geschaltet findet, während die Batterie B7 am geringsten belastet ist, da sie lediglich
für zwei Zeiteinheiten in Reihe mit der Belastung liegt und
bei den restlichen 26 Zeiteinheiten im 28 Zeiteinheiten-Zyklus der Flg. 2Λ und 2B umgangen ist. Daher würde üblicherweise der in den Fig. 3A und 3B dargestellten logischen Schaltfolge nicht unbedingt gefolgt werden, da es üblicherweise vorteilhaft ist, die Last gleichmässiger unter den verschiedenen Energiequellen zu verteilen. Zusätzlich kann nämlich den logischen Schaltfolgen der Fig. 3A und 3B entnommen werden, dass die Schalter
S___ und S._ die meiste Zeit eingeschaltet und die Schalter
S1-- und S-__ die meiste Zeit ausgeschaltet sind. Da es sich
bei diesen Schaltern jedoch tatsächlich um Halbleiterschalter
handelt, die stets einige En ergie in Form von Verlustleistung freisetzen, ist es auch hier üblicherv/eise vorteilhaft, eine
Schaltfolge zu wählen, die den Leistungszyklus für sämtliche
Schalter annähernd gleich macl^t und so die Belastung durch die Abfuhr der Verlustleistung gleichmässiger über die verschiedenen Schalter verteilt.
- 13 -
509830/0277
A 4O 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 13 -
Eine genauere Untersuchung der in den Fig. 2Λ und 2B dargestellten Wellenformen und der in den Fig. 37 und 3B gezeigten Schaltfolgen ergibt, dass die Schalter S? - und S4-7 Strom während eines Teils des Arbeitszyklus in der einen Richtung und während des anderen Teils des Arbeitszyklus in der anderen Richtung durchlassen. Diese Schalter müssen daher Strom in beiden Richtungen führen können und daher "bilateral" ausgebildet sein. Darüber hinaus ist es jedoch, um eine gleichmassigere Belastung sowohl der Energiespeicher oder Erzeugungselemente als auch der Schaltungselemente zu ermöglichen, erforderlich, dass hei dem praktischen Ausführungsbeispiel sämtliche der in Fig. 1 gezeigten Schalter in der Lage sind, Strom in beiden Richtungen zu führen, daher bilateral ausgebildet sind. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dass der soeben eingeführte Begriff "bilateral" in grösserem Detail in der US-PS 3,748,492 erläutert ist, in diesem Patent sind auch verschiedene Entwürfe und Möglichkeiten angegeben, um Halbleiterschalter "bilateral" auszubilden. Weitere Angaben in dieser Richtung lassen sich der US-PS^-Anmeldung 360,501 vom 16.Mai 1973 und der US-PS-Anmeldung 426,269 vom 19.Dezember 1973 entnehmen.
In Fig. 1 und in der sich daraus beziehenden Beschreibung ist die elektrische Versorgungsquelle oder Spannungsquelle jeder Stufe des Systems 1O1A als Batterie dargestellt. Dieses Element kann jedoch tatsächlich jede bekannte Art von primären oder sekundären elektrischen Elementen sein. Bei vielen für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogenen Anwendungsgebiete ist es von Vorteil, eine andere Art einer elektrischen Energie- oder Versorgungsquelle zu verwenden.
- 14 -
509830/0277
A 40 997 m
a - 163
19, Dezember 1974 - 14 -
Irisbesondere kommen hierbei in vielen Systemen für die mit dem Bezugszeichen B1, B-.... B_ in Fig. 1 bezeichneten Elemente Brennstoffzellen, Solarzellen oder thermoelektrische Zellen und Anordnungen in Betracht, die chemische oder thermische Energie oder Strahlung in elektrische Energie umwandeln; dabei wird dann das Wandlersystem 101Λ in der Weise verwendet, dass viele dieser energieliefernden Elemente kombiniert und in einer Anordnung verwendet v/erden, die einer Belastung einen starken elektrischen Wechselstrom zuführen können, selbst dann, wenn die einzelnen elektrischen Spannungsquellen nur einen niedrigen Gleichstrom zu liefern in der Lage sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist nun mit Bezug auf die Fig. 4 im folgenden beschrieben; dabei besteht ein System 101B aus zwei Stufen, einer Stufe 1 und einer Stufe 2, die unter der Steuerung einer logischen Regelschaltung 103 in der Weise arbeiten, dass sie einer Belastung 102 einen Wechselstrom zuführen. Wird beispielsweise das System 101B dazu verwendet, einer Belastung eine beträchtliche Leistung zuzuführen, beispielsweise also zum Antrieb eines elektrischen Motors, wobei eine veränderliche Geschwindigkeit desselben durch Veränderung der Freauenz des der Belastung zugeführten Wechselstromes erzielt wird,
/Jann entladen sich die Batterien und müssen wieder aufgeladen werden. Dies kann bei der Anordnung der Fig. 4 dadurch geschehen, dass die Batterie B1' über Dioden 112 und 113 von einem Transformator 110 und die Batterie B_' von einem Transformator 111 über Dioden 114 und 115 aufgeladen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird elektrische Lei stung einer Wechselstromquelle entnommen, die an die Primärwicklungen der Transformatoren 1110 und 111 angeschlossen sind; hierbei kann
- 15 -
609830/0277
Λ 40 997 m
19.De"mber 1974 - 15 -
es sich um jede beliebige geeignete Wechselrtromquelle handeln, beispielsweise um die übliche 60 Hz-Netzversorgung. Die Frequenz des der Belastung zugeführten Wechselstroms ist jedoch unabhängig davon gesteuert von der logischen Regelschaltung 103; bei der Anordnung des Systems 1O1B handelt es sich daher um einen Frequenzwandler, der einen Wechselstrom einer gegebenen Frequenz in einen Wechselstrom einer anderen Frequenz umwandelt.
Bei einer Anordnung, die wie die der Fig. 4 eine AufladefHhigkeit aufweist, kann es bei einigen Systemen vorteilhaft sein, die mit dem Bezugszeichen B..' -und B-1 bezeichneten Elemente durch Kondensatoren zu ersetzen. Ist beispielsweise die der Belastung zuzuführende Leistung nur gering, dann können als elektrische Energiespeicherelemente relativ kleine Kondensatoren verwendet werden, was zu einer gleichzeitigen Reduzierung der körperlichen Abmessungen des Systems 101B führt.
Die jeweilige individuelle Steuerung oder Kontrolle der Schalter si_i' si_2 UGV/· kann mit Hilfe von jeweils zugeordneten Gedächtnis- oder Speicherschaltungen M·., ,., M« « usw· erfolgen, die unter einer geeigneten Programmierung der logischen Regelschaltung 103 stehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann es sich bei den Speicherschaltungen N*«» Mi-2 usw* etwa um bistabile Kippschaltungen handeln, wie sie in dem Patent 3,748,492 dargestellt sind, es kann sich jedoch auch um monostabile oder tristabile Kippschaltungen handeln. Die von der logischen Regelschaltung 103 stammenden Signale können Lichtsignale sein, es können aber auch Signale sein, die beispiels-
- 16 -
809830/0277
A 40 997 m
weise und wie in der US-PS 426,265 gezeigt, über geeignete Dioden oder über eine sonstige geeignete Koppelverbindung zugeführt werden.
Die bei diesem als auch bei den anderen Ausführungsbeisnielen erwähnte logische Regelschaltung 103 kann als Register oder als digitale Kontrollschaltung ausgebildet sein. Po zeigt beispielsweise die Fig. 1 des erwähnten US-PS 3,705,391 u.a. ein System zur Umwandlung analoger Signale in Digitalsignale und umgekehrt; das den vorgehend beschriebenenen Systemen 101A und 101B zugeführte Eingangssignal kann dabei das binäre, in diesem Patent dargestellte Signal sein. Fs versteht sich, dass die Freouenz der in Fig. 5 dargestellten Wellenform 108, auf die weiter unten noch eingegangen wird, durch Veränderung der Folgerate modifiziert werden kann; dies kann bei einem digital kontrollierten System durch Veränderung der Frequenz eines Taktgenerators erfolgen.
Ein zweistufiges System wie das, welches bei 101 in Fig. 4 gezeigt ist, kann dazu verwendet werden, einer Belastung eine siebenstufige, quasi-sinusförmige Wellenform zuzuführen, entsprechend der mit 108 in Fig. 5 bezeichneten. Die Schaltabfolge zur Erzeugung der Wellenform 108 ist dabei in der Tabelle der Fig. 6 angegeben. Um bei der durch das Bezugszeichen 109 gekennzeichneten simulierten Sinuswelle die harmonische Verzerrung klein zu halten, sollte die von dem elektrischen Speicherelement oder der Versorgungsquelle R-1 stammende Konstantspannung einen Wert von etwa 2Vr> und die von dem Element B '
stammende Konstantsnannung einen Wert von Vp aufweisen, wobei
- 17 -
509830/0277
A 40 997 m
a - 163
19.nezen*er 1,74 - 17 - 2500275
es sich bei der Spannung V um die Spitzenspannung der in Fig. 5 dargestellten Sinuswellenform 1O9 handelt. Es versteht sich und ist für jeden Fachmann einsichtig, dass auch dann eine identische Wellenform geliefert v/erden kann, wenn die Spannung des Elements B ' bei Vr> und die Spannung des Elementes· B«1 bei _2Vp_ liegt, wobei dann aie Schaltfolge entsprechend modifiziert werden muss. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass der Zeitunterschied zv/ischen den Augenblicken, an welchen die verschiedenen Schalter betätigt werden, d.h. zu den Zeitpunkten t.., t2....t12 in Fig. 5 in optimaler Weise gestaltet werden kann, wiederum um -Sie gesamth^rmonische Verzerrrung klein zu halten oder um die auf besondere Harmonische in der quasisinusförmigen Ausgangswellenform zurückzuführende Verzerrung zu verringern. Tatsächlich wurde unter Verwendung der bisher beschriebenen Techniken in einem solchen System eine Ausgangswellenform 108 erzeugt, die lediglich einen gesamtharmonischen Anteil von weniger als 10% aufwies und bei der die dritte Harmonische weniger als 2% betrug.
Das in Fig. 7 gezeigte elektrische Versorgungssystem 1O1C arbeitet in ähnlicher Weise wie die Systeme 101A und 101B und ähnelt insbesondere dem System 101B dahingehend, dass es sich bei den Spannungen, die die elektrischen F.nergiequellen oder Speicherelemente B'1, B," und B-" in Fig. 7 aufweisen, um Spannungen mit der Verteilung Vp, Vp und Vp_ handelt. Das in Fig. 7 dargestellte dreistufige System 101C kann in Fällen verwendet werden, v/o ,die Anforderungen hinsichtlich des Auftretens von harmonischen Verzerrungen schärfer sind als bei Verwendung des Systems 101B.
- 18 -
809830/0277
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 18 -
Es versteht sich, dass auf der Grundlage der bisher gegebenen Erläuterungen solche Schaltstufen, wie sie bisher als Teile der Systeme 1Ο1Λ, 1O1B, 1O1C angegeben worden sind, Teile eines Systems sein können, welches eine Vielzahl narnlleler Stufen umfasst, ein solches System ist als Ausführungsbeisniel 101B in Fig. 8 dargestellt. Fs versteht sich, dass diese vielfachen parallelen Stufen in einer Weise abfolgem^ssig geschaltet werden können, dass es den Energiequellen und Speicherelementen in den einzelnen Stufen ermöglicht wird, sich zu erholen oder in den Zeiträumen zwischen einer Verwendung wieder aufgeladen zu werden. Darüber hinaus ist klar, dass dies die Kombination vieler individueller Quellen oder Speicherelemente ermöglicht, so dass einer Belastung eine beträchtliche Leistung zugeführt werden kann, selbst dann, wenn die individuelle Puelle nur eine niedrige Leistung aufzubringen imstande ist. Fs versteht sich weiterhin, dass die in Fig. 8 angegebenen Stufen beispielsweise folgemässig in einer dreiphasigen Schaltfolge betrieben werden können; um so einer Belastung bei der es sich beispielsweise um einen Dreiphasenmotor handeln kann, eine dreiphasige Leistungsversorgung zuzuführen.
In Fig. 9 ist nunmehr noch in grösserem Detail ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Einzelstufe dargestellt. Solche Stufen, wie sie in Fig. 9 gezeigt sind, nind zum Aufbau der weiter vorne schon erläuterten Svsteme 101A, 101B und 1O1C verwendet worden. Wiederum ist hier die elektrische Energiequelle oder die Speicheranordnung eine Batterie, wobei bei den tatsächlich hergestellten Systemen effektiv Batterien eingebaut, untersucht und analysiert worden sind, da die Verwendung von
- 19 -
509830/0277
Λ 4Ο 997 m
Vl 1974 - 19 -
Batterien u.a. den Aufbau von experimentellen Apparaturen erleichtert. Die in Fig. 9 gezeigte einzelne Stufe X zeigt im Detail eine Stufe eines tatsächlichen Systems wie das siebenstufige System 1Ο1Λ, welches zum Aufbau und zur Herstellung der in den Fig. 2Λ und 2B gezeigten Spannungswellenform verwendet worden ist. Bei der Darstellung der Fig. 9 stellt der Punkt der Stufe links der Punkte S und S1 ein spiegelbildliches Abbild des Teils der Stufe dar, welcher sich rechts von den Punkten S und S1 befindet. Daher entspricht auch die Bezugszeichengebung diesem Umstand insofern, als die rechterhand angeordneten Bestandteile der Stufe X lediglich noch zusStzlich mit einem oberen Beistrich zur Kennzeichnung und Unterscheidung gegenüber den Elementen des linken Stufenteils gekennzeichnet sind.
Die zwischen den Stufenanschlüssen T. _, und T_ v angeordneten bilateralen Halbleiterschalter, die mit S1 v, S, v, S, v und S. bezeichnet sind, erfüllen jeweils die Funktion der weiter vorne schon genannten Schalter S11, S2, S3_i un<* S4_i · D*e Fähigkeit des Schalters S1 beispielsweise, einen Strom in beiden Richtungen zu führen, d.h. bilateral zu arbeiten, ist die Folge der Kombination eines Transistors 0« und einer Diode D3, deren Wirkungsweise genauer in dem schon erwähnten Patent 3,748,492 beschrieben sind. Die weiteren Schaltungselemente wirken in der Weise, dass sie die Schalter Ri_v»S2-X *** *n ihrer Wirkungsweise steuern.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Stufe X handelt es sich bei den Transistoren 0.,» O2» O3 und ξ), sowie mit einem Beistrich
- 20 -
509830/0277
Λ 4Ο 997 m
a - 1fi3
19.Dezember 1974 - 20 - 2500275
versehenen Gegenstücke um Transistoren niedriger Leistung, hei den Transistoren ο , ο ο und 0« und ihre entsprechenden Gegenstücke um Hochleistungstransistoren, die Dioden D0 und D- und ihre jeweiligen Gegenstücke mit einem Beistrich sind Hochleistungsdioden, v/ährend die Diode D. eine Hochstromdiode ist. Bei den Dioden D. und D1' handelt es sich um Dioden niedriger Leistung. Die mit D und D · bezeichneten Dioden sind lichtempfindliche Dioden und wirken in der Weise, dass sie die Stufe X als Antwort auf einen Befohl der logischen Regelschaltung von einem Zustand in den anderen ihrer verschiedenen Schaltzust^'nde umsteuern oder schalten. Bei einem tatsächlich aufgebauten System handelt es sich bei dem Eingangssignal der Dioden D und D ' um Licht, dessen Lichtquelle lichtemittierende Dioden sind, die unter der Steuerung einer externen Regelung stehen. Es folgt nun eine kurze Beschreibung der Wirkungsweise der Stufe X.
Bei der Darstellung der Fig. 9 bildet die B bezeichnete Batterie die Versorgungsspannung der Stufe; eine Batterie B f
wirkt als Vorspannung für die verschiedenen Transistoren dieser Stufe. Die Batterie B verfügt über Anschlüsse Y und Z, der Anschluss Z ist mit Masse G verbunden, die im vorliegenden Fall lediglich die gemeinsame Verbindunn darstellt. Beim Betrieb dieses Systems lässt sich dann ein Schaltkreis herstellen ausgehend vom Anschluss T5. v, über den Transistor CV zum Anschluss Z und von dort über den Anschluss Y über den Transistor O0 1
zum Stufenanschluss Tn v. Ein Stromrückfluss durch die Stufe
13—Λ
X kann dabei erfolgen vom Anschluss T über den Transistor Qc1 zum Anschluss Z, von dort zum Anschluss Y, über den Transistor O0 bis zum Stufenanschluss T. „. Eine Parallel- oder
ο Α—Λ
- 21 -
509830/0277
Λ 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 21 - 2500275
Bypass-Leitung zur Batterie B kann in der VTeise erzielt werden, dass man beide Schalter S1 und S- ein und die beiden Schalter S2_x und S43. ausschaltet oder umgekehrt. Wichtig ist darauf hinzuv/eisen, dass die Schalter S1 und S__„ als Paar arbeiten, d.h. der Schalter S1_„ ist immer eingeschaltet, wenn der Schalter S2_„ ausgeschaltet ist und umgekehrt; in ähnlicher Weise arbeiten auch die Schalter S, „
J—Λ
und S. v als Paar. Allerdings ist das Schalterpaar S1 v - S0 v unabhängig vom Schalterpaar S3x und S4 „, dabei wird ein Ein-Ausschaltmg des ersteren Paars durchgeführt über die Diode D und des letzteren über die Diode D *. Als Verein-
Λ Λ
barung soll gelten, dass ein Schalter dann eingeschaltet ist, wenn der zugehörige Transistor leitend ist; der Schalter ist ausgeschaltet, wenn der Transistor nicht leitet. Es ist offensichtlich, dass jedoch beim praktischen Aufbau durch die Diode der Schalter auch dann Strom f Hessen kann, wenn der Transistor, wie oben erläutert, sich im nichtleitenden Zustand befindet.
Der Regelteil oder Steuerteil für die Schalter S1 v und S- v besteht aus der Batterie B ' (um die Regelschaltkreise mit Strom zu versorgen) und den elektronischen Komponenten R^,D„, R2, O1, O2, R3, D1, R4, O6, R5, R6, O4, R7, *8, O7 und D4. Die Schaltung arbeitet in folgender Weise. Unter der Annahme, dass auf die lichtempfindliche Diode Dv kein Licht auftrifft, bildet sie einen hohen Impedanzwert (offener Stromkreis) und es fliesst durch den Widerstand R1 vom positiven Anschluss der Batterie B * (Spannung = +12V) in die Basis des npn-Transistors Q1 und macht diesen leitend. Leitet der Transistor O1, dann leitet auch der Transistor O3; daher befindet sich der Kollek-
- 22 -
509830/0277
Λ 40 997 m
a - 163 *r ηη~>η Γ
19.Dezember 1974 - 22 - 25002 /θ
tor des Transistors O (unterer Anschluss des Widerstandes R_) auf Massenotential, wodurch der Transistor Q. nichtleitend geschaltet wird. Bei Sperren des Transistors O4 (nichtleitend) sind auch die Transistoren Q7 und ο abgeschaltet und der Schalter S.. ist insgesamt abgeschaltet, d.h. er befindet sich als Schalter in seiner offenen Position bzw. er stellt einen sehr hohen Widerstand dar. Ist der Transistor 0 eingeschaltet, dann ist der Transistor Q, ausgeschaltet und kann an seinem Kollektoranschluss keinen Strom aufnehmen; daher fliesst der durch den Widerstand R4 fliessende Strom in die Basis des Transistors Q- und veranlasst beide Transistoren Q, und 0
6 ob
zur Schaltung in den leitenden Zustand. Leitet der Transistor Qc, dann ist der Schalter S~„ eingeschaltet.
Fällt auf die lichtempfindliche Diode Dx Licht auf, dann wirkt sie als niederer Widerstand (tatsächlich handelt es sich hierbei um ein kleines Gebiet einer Solarzelle) und ihre Kathode nimmt im wesentlichen negatives Potential an. Dadurch ergibt sich auch ein negatives Potential an der Rasis des Transistors Q, und beide Transistoren Q, und O0 sind ausgeschaltet oder in den nichtleitenden Zustand gebracht. Daher nimmt der Transistor 0 auch keinen Strom auf und der durch den Widerstand R2 fliessende Strom fliesst in die Basis des Transistors Q4 und veranlasst diesen, leitend zu werden. Leitet der Transistor Q4, dann leitet der pnp-Transistor Q7, wodurch auch der Transistor Qo zum Leitendsein veranisst wird; dies bedeutet, dass
"H
der Schalter S, v eingeschaltet oder geschlossen ist.Im nichtleitenden Zustand des Transistors Q1 veranlasst der durch den Widerstand R3 fliessende Strom den Transistor Q3 leitend zu
- 23 -
509830/0277
A 40 997 m
a - 163
19.Dezember 1974 - 23 - 2500275
werden, wobei der durch den Widerstand R. fliessende Strom über den Widerstand Q3 und die Diode O. gegen Masse abgeleitet wird, was die Transistoren Og und O5 in einen nichtleitenden Zustand bringt; daher ist dann der Schalter S0- offen oder ausgeschaltet.
Die Anwesenheit oder Abwesenheit von auf die Diode D* einwirkendem Licht veranlasst auch die Regelschaltkreise der rechten Seite der Stufe Xf d.h. die Schaltelemente O ', O3 1 usw. die Schalter S3 und S-_„ in der gleichen Weise wie dies für den linken Teil beschrieben worden ist, zu steuern. Dabei wird die Batterie B ' gemeinsam sowohl von dön rechten als auch den linken Steuerbereichen benutzt. Die Dioden D4 und D4 1 v/erden als Vorsnannungselemente für die Transistoren Og und Og1 verwendet. Ist beispielsweise der Transistor Oc leitend, dann muss sein Kollektorstrom durch die Diode D. fHessen, was dazu führt, dass der npn-Transistor Og in Sperrichtung vorgespannt wird, d.h. er wird automatisch in seinem Sperrzustand gehalten.
509830/0277

Claims (1)

  1. A 40 997 η
    Patentansprüche :
    Elektrisches Versorgungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von in Kaskade geschalteter Stufen (1 - 7) vorgesehen sind, die jeweils aus einer Spannungsquelle (B ), aus ersten, in beiden Richtungen leitfähigen und zwischen die Spannungsquelle und einem Stufenanschluss (T. ) geschalteten und aus zweiten, in beiden Richtungen leitfMhigen und zwischen die Spannungsquelle (Bl und dem anderen Stufenanschluss (T_ _,) geschalteten
    X H~ Λ
    Halbleiterschaltelementen (S-i v# s?-y* S3-x' R4-x' ^e~ stehen, wobei in einem Betriebszustand der Stufe (X) der eine Stufenanschluss (T. v) als Eingang und der andere als Ausgang und bei einem anderen Betriebszustand der andere Stufenanschluss (Tn v) als Eingang und der eine (T. „) als Ausgang geschaltet ist, wobei die ersten und
    die zweiten Halbleiterschalt-0 ^^Ί^ι S 2-X' S3-Xf S4-X} in Kombination in der Weise schaltbar sind, dass der eine oder der andere Anschluss der Spannungsquelle (B ) mit jedem der Stufenanschlüsse verbindbar oder die Spannungsquelle (B ) durch eine Bypass-Schaltung umgangen ist.
    System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (Bv) jeder Stufe eine Gleichspannungsquelle ist, deren positiver Anschluss von den Schaltelementen jeweils mit dem einen oder anderen Stufenanschluss (T. , T ) verbindbar ist, wobei gleichzeitig ihr
    509830/0277
    Λ 40 997 in
    a - 163
    19.Dezember 1974 -Z-
    negativer Anschluss (Z) mit jev/eils dem anderen Stufenanschluss (T , T ) verbunden ist.
    B-A Α—λ
    3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine logische Regelschaltung (103) vorgenhen ist zur Ausgabe einor logischen Schaltfolge der ersten und zweiten Schaltanordnungen (S._„, δ2-χ?'ς3-Χ' S4-X* derart» dass durch entsprechende Kombination der jeweiligen Gleichspannungsauellen (B ) jeder Stufe ( 1 - 7) in vorgegebener Reihenabfolge ein Wechselspannungsausgangssignal insgesamt erzielbar ist.
    4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Schalteranordnungen jeder Stufe (S1 v, S, „; S- v, S. v) jeweils einen Satz von zwei Halbleiter schaltern (P5, P8; O5 *■,' Og1) umfassen, die derart schaltbar sind, dass positiver und negativer Anschluss der Spannungsquelle (Βχ) jeweils mit einem der Stufnnanschlüsse (T. v, Tn „) und gleichzeitig der jeweils andere Spannungsquellenanschluss mit dem jeweils anderen Stufenanschluss verbindbar ist.
    5. System nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbleiterschalter (P5, Og'yQ-g1 # · P31) in der Weise als Paar arbeiten, dass durch eine geeignete Verriegelung jeweils der eine leitend und der andere gesperrt oder umgekehrt ist. ■
    6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet., dass jeder der vier Schalter (S. x»s 2-x'S3-x'
    509830/027T
    Λ 40 997 m
    a - 163
    19. Dezember 1974 - 3 - 25UG275
    SA v)jeder Stufe (X) von der logischen Regelschaltung
    (103) individuell steuerbar ist.
    7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstromausgang in enger Annäherung ein Sinus-Signal ist.
    8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Regelschaltung (103) in der
    Weise ausgebildet ist, dass die Schaltfolgerate der
    einzelnen Schalter (S, v, S_ .,,'S-, v, S. _,) jeder Stufe
    I —X /.— Λ J—Λ 4—Λ
    (X) zur Veränderung der Grundfreguenz der Ausgangswechselspannung veränderbar ist.
    9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Reihe geschaltete Stufen (1,2)
    vorgesehen sind, wobei die Gleichspannung der Spannungsguelle (B1 1) der einen Stufe dem Wert 2Vp und die
    Gleichspannung der Gleichspannungscruelle (B_') der
    anderen Stufe dem Wert Vp entspricht mit V als Spitzenspannungswert der sinusförmigen Ausgangswechselspannung.
    10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Regelschaltung (103) die Schaltvorgänge in
    beiden Systemstufen (1 und 2) zu vorgegebenen Zeitintervallen (T1- T12) steuert, wobei diese Zeitintervalle
    ,ihrerseits bestimmt sind durch einen noch akzeptierbaren Oberschwingungsanteil im angenäherten Sinuswellenausgangssignal.
    509830/0277
    A 40 997 in
    a - 163
    19.Dezember 1974 - t - ■' 2500275
    11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass folgendes Schaltfolgemuster vorgegeben ist:
    S1-1 O O O O O O O C C C C C O S2-1 C C C C C C C O O O O 0 C S3-1 O O C C C 0 O C 0 O O C O S4-1 C C O O O C C O C C C O C S1-2 O O O 0 0 , O 0 C C C C C O S2-2 C C C C C C C O 0 0 O 0 C S3-2 O C O C 0 C O 0 C O O O O S4-2 C O C O C O C C O C C C C
    wobei tQ, t1 usw. die Zeitpunkte darstellen, zu welchen sich die Stufen in jeweils besonderen Schaltzuständen befinden, S« ..- S2 , und S, .. - S. «. die ersten und zweiten Schaltanordnungen der ersten Stufe (1) und S1-2 S2_2 und S, , - S4«2 die ersten und ^weiten Schaltanordnungen der zweiten Stufe (2) sind und wobei C einen geschlossenen Schalterzustand und 0 einen offenen Schal terzustand darstellt.
    12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass drei in Reihe geschaltete Stufen (1,2,3) vorgesehen sind, wobei sich die Spannungshöhen
    509830/0277
    A 40 997 m
    a - 163
    19.Dezember 1974 - 9 -
    der Gleichspannungsquellen der einzelnen Stufen wie Vp_ : Vp : Vp verhalten und der Wert Vn die Spitzenspannung der Ausgangssinuswelle darstellt.
    13. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als drei Stufen (1 bis 7) in Reihe geschaltet sind.
    14. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten, in beiden Richtungen leitfähigen Schalteranordnungen (S1 ,
    S2-X; S3-X' lC?4-x' derart schaltbar sind, dass Eingangsund Ausgangsanschlüsse (T. v, T0 v) der Stufe (X) mitein-
    A—Λ η —Λ
    ander auf gleichem Potential verbindbar oder dass zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss (Τ.χ, Tn v) die Spannungsquelle (B ) in der einen oder anderen
    ο—Χ λ
    Richtung einschaltbar ist, jeweils in Abhängigkeit zu den erforderlichen Bedingungen des Gesamtsystems.
    15. System nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquellen (Bv) jeder Stufe
    (X) Batterien sind und Anordnungen (110, 111, 112,113, 114, 115) zum Laden der Batterien vorgesehen sind.
    16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungen zum Laden der Batterien mit einer Wechselspannungsquelle, beispielsweise der Netzversorgung, verbunden sind.
    17. System nach einem der Ansprüche 1 16, dadurch gekenn-
    509830/0277
    A 40 997 m ^L ,974
    zeichnet, dass die die Ladeanordnungen speisende Wechselspannungsquelle veränderbare Frequenz aufweist und dass die jeweils die ersten und zweiten Schalteranordnungen jeder Stufe steuernde logische Regelschaltung derart ausgebildet ist, dass das System ein Wechselspannungsausgangssignal einer anderen Frequenz aufweist.
    18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Ausgangswechselspannungssignals durch die logische Regelschaltung (103) veränderbar ist.
    19. System nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Ausgangssignals veränderbare: Frequenz eine Vielzahl von, ihrerseits aus einzelnen Stufe bestehende Systeme miteinander verbunden sind.
    20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Systeme zur Erzeugung eines Ausgangssignals veränderbarer Frequenz parallelgeschaltet sind.
    21. System nach Anspruch 19 oder 2O, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Systeme derart geschaltet sind, dass ein mehrphasiges Ausgangssignal veränderbarer Frequenz erzeugbar ist.
    22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ausgang des ein mehrphasiges Ausgangssignal erzeugenden Schaltung ein mehrphasiger Motor verbunden ist.
    SO9830/O277
    A 40 997 m
    a - 163
    19.Dezember 1974 - f
    23. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von in Kaskade geschalteter und jeweils für sich wieder eine Vielzahl von in Kaskade geschalteter Stufen enthaltende Systeme vorgesehen sind, wobei die Stufen mit ihren jeweiligen Stufenanschlüssen untereinander verbunden sind.
    609830/0277
    Leerseite
DE19752500275 1974-01-14 1975-01-04 Elektrisches versorgungssystem Pending DE2500275A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US432939A US3867643A (en) 1974-01-14 1974-01-14 Electric power converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2500275A1 true DE2500275A1 (de) 1975-07-24

Family

ID=23718180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19752500275 Pending DE2500275A1 (de) 1974-01-14 1975-01-04 Elektrisches versorgungssystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US3867643A (de)
JP (1) JPS50107422A (de)
DE (1) DE2500275A1 (de)
FR (1) FR2258041B3 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2646877A1 (de) * 1975-10-31 1977-05-12 Philips Nv Vorrichtung zur umwandlung von sonnenenergie
DE102012211953A1 (de) * 2012-07-09 2014-01-09 Helmut Mack Pufferspeicher einer Gleichstromenergieerzeugungsanlage
DE102014215849A1 (de) * 2014-08-11 2016-02-11 Robert Bosch Gmbh Steuerung und/oder Regelung für eine wenigstens zwei elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen aufweisende Sekundärbatterie
WO2020212572A1 (de) * 2019-04-17 2020-10-22 instagrid GmbH Energiesparbetrieb für ein energieversorgungssystem mit batteriespeicher

Families Citing this family (85)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3909685A (en) * 1974-01-14 1975-09-30 Massachusetts Inst Technology Electrical apparatus
US4117364A (en) * 1976-05-14 1978-09-26 Massachusetts Institute Of Technology Voltage waveform synthesizer and a system that includes the same
US4131938A (en) * 1977-04-15 1978-12-26 Westinghouse Electric Corp. Digital chopper regulator
US4137570A (en) * 1977-10-31 1979-01-30 Exxon Research & Engineering Co. Waveform synthesizer
FR2418977A1 (fr) * 1978-03-02 1979-09-28 Labo Electronique Physique Onduleur universel
CA1143787A (en) * 1978-09-21 1983-03-29 Richard H. Baker Bridge converter circuit
GB2064901B (en) * 1979-11-30 1984-11-07 Harris Corp Digital high power amplifier
JPS57500959A (de) * 1980-06-13 1982-05-27
US4580111A (en) * 1981-12-24 1986-04-01 Harris Corporation Amplitude modulation using digitally selected carrier amplifiers
DE3203478A1 (de) * 1982-02-03 1983-08-11 Fraunhofer Ges Forschung Wechselrichter zur gleichspannungs-wechselspannungs-umformung
JPS59185174A (ja) * 1983-04-01 1984-10-20 Masanobu Fukuzumi 交流電源用インバ−タ出力回路
US4737901A (en) * 1984-02-24 1988-04-12 Pacific Power Source Corp. High efficiency power source for reactive loads
US4680690A (en) * 1984-10-19 1987-07-14 Dickerson Arthur F Inverter for use with solar arrays
US4591965A (en) * 1984-10-19 1986-05-27 Dickerson Arthur F Inverter for use with solar arrays
US4956762A (en) * 1989-01-13 1990-09-11 S-V Technology, Inc Controlled switched bridge-based power reconfiguring apparatus
US5276603A (en) * 1990-05-03 1994-01-04 Crown International, Inc. Sixteen level power supply with asynchronous controller
US5438503A (en) * 1992-08-03 1995-08-01 Crown International, Inc. Slew rate control in a multi-level switch
CN2164144Y (zh) * 1992-10-19 1994-05-04 杨泰和 低热损及无火花电池组阶梯式复电压操控装置
FR2704954B1 (fr) * 1993-05-06 1995-07-28 Matra Transport Dispositif et procédé de commande de sécurité à sortie analogique de puissance.
GB2294821A (en) * 1994-11-04 1996-05-08 Gec Alsthom Ltd Multilevel converter
JP3424398B2 (ja) * 1995-07-26 2003-07-07 松下電工株式会社 電力変換装置
US5642275A (en) 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
JP3262495B2 (ja) * 1996-06-03 2002-03-04 株式会社東芝 マルチレベルインバータ
CN1209737A (zh) * 1996-11-23 1999-03-03 藤冈一路 电动辅助轮椅车及其驱动机构
DE19651825A1 (de) * 1996-12-13 1998-06-18 Abb Patent Gmbh Pulsweitenmodulationsverfahren für in Serie geschaltete 2-Punkt-Umrichter
DE19709767C1 (de) * 1997-03-10 1998-04-23 Siemens Ag Verfahren zum Ansteuern mehrerer Schaltendstufen, Ansteuereinrichtung und Leistungsverstärker
US6111770A (en) * 1997-10-28 2000-08-29 Lockheed Martin Energy Research Corporation Auxiliary resonant DC tank converter
US6075350A (en) * 1998-04-24 2000-06-13 Lockheed Martin Energy Research Corporation Power line conditioner using cascade multilevel inverters for voltage regulation, reactive power correction, and harmonic filtering
US7126833B2 (en) * 2004-11-24 2006-10-24 Ut-Battelle, Llc Auxiliary quasi-resonant dc tank electrical power converter
CN100574090C (zh) * 2005-12-26 2009-12-23 日产自动车株式会社 电功率转换设备
DE102007009217A1 (de) 2007-02-26 2008-08-28 Universität Bremen Verfahren zum programmgesteuerten Betrieb eines Frequenzumrichters
EP2043243A1 (de) * 2007-09-27 2009-04-01 ABB Schweiz AG Umrichterschaltung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Umrichterschaltung
US7847436B2 (en) * 2007-10-17 2010-12-07 Edwin Arthur Blackmond Modular power supply
US8279640B2 (en) 2008-09-24 2012-10-02 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in symmetric multi-level power converter
US7830681B2 (en) 2008-09-24 2010-11-09 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in asymmetric multi-level power converter
US7940537B2 (en) * 2008-12-31 2011-05-10 Teco-Westinghouse Motor Company Partial regeneration in a multi-level power inverter
US8223515B2 (en) * 2009-02-26 2012-07-17 TECO—Westinghouse Motor Company Pre-charging an inverter using an auxiliary winding
EP2244368A1 (de) * 2009-04-23 2010-10-27 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsspannung eines Boostwandlers, der sich aus mehreren Bridge-Geräten zusammensetzt
EP2244364A1 (de) * 2009-04-23 2010-10-27 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Ladungspumpen-Aufwärtswandlers mit mehreren in Serie geschalteten Brückenschaltungen
EP2244363A1 (de) * 2009-04-23 2010-10-27 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsspannung eines Hochsetzstellers/Aufwärtswandlers
US8227939B2 (en) * 2009-06-11 2012-07-24 Raytheon Company Reconfigurable multi-cell power converter
CN102804571B (zh) 2009-06-15 2015-05-13 阿尔斯通技术有限公司 转换器
WO2010149200A1 (en) 2009-06-22 2010-12-29 Areva T&D Uk Limited Converter
US8130501B2 (en) 2009-06-30 2012-03-06 Teco-Westinghouse Motor Company Pluggable power cell for an inverter
US8976526B2 (en) 2009-06-30 2015-03-10 Teco-Westinghouse Motor Company Providing a cooling system for a medium voltage drive system
US8575479B2 (en) 2009-06-30 2013-11-05 TECO—Westinghouse Motor Company Providing a transformer for an inverter
US8711530B2 (en) 2009-06-30 2014-04-29 Teco-Westinghouse Motor Company Pluggable power cell for an inverter
US8254076B2 (en) 2009-06-30 2012-08-28 Teco-Westinghouse Motor Company Providing modular power conversion
KR101507560B1 (ko) 2009-07-31 2015-04-07 알스톰 그리드 유케이 리미티드 구성 가능한 하이브리드 컨버터 회로
WO2011073466A1 (es) 2009-12-18 2011-06-23 Ingeteam Technology, S.A. Convertidor modular basado en circuitos distribuidos multinivel de punto medio capacitivo
WO2011098117A1 (en) * 2010-02-09 2011-08-18 Areva T&D Uk Limited Converter for high voltage dc dc transmission
WO2011113471A1 (en) 2010-03-15 2011-09-22 Areva T&D Uk Ltd Static var compensator with multilevel converter
DK2556585T3 (da) 2010-04-08 2014-05-05 Alstom Technology Ltd Hybrid højspændingsjævnstrømskonverter
KR101719393B1 (ko) 2010-04-15 2017-03-23 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 하이브리드 2-레벨 및 멀티레벨 hvdc 컨버터
DE102010022043A1 (de) 2010-05-26 2011-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeicher im Bereich der Elektroenergieübertragung und -verteilung
CA2802933C (en) 2010-06-18 2018-01-02 Alstom Technology Ltd Converter for hvdc transmission and reactive power compensation
KR101797796B1 (ko) 2010-07-30 2017-11-15 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 Dc측 단락을 핸들링하기 위해 풀브리지 셀을 포함하는 hvdc 컨버터
FR2972304A1 (fr) 2011-03-02 2012-09-07 Commissariat Energie Atomique Batterie avec gestion individuelle des cellules
US9350250B2 (en) 2011-06-08 2016-05-24 Alstom Technology Ltd. High voltage DC/DC converter with cascaded resonant tanks
US8601190B2 (en) 2011-06-24 2013-12-03 Teco-Westinghouse Motor Company Providing multiple communication protocols for a control system having a master controller and a slave controller
US9509218B2 (en) 2011-08-01 2016-11-29 Alstom Technology Ltd. DC to DC converter assembly
EP2777127B1 (de) 2011-11-07 2016-03-09 Alstom Technology Ltd Steuerungsschaltung
EP2781015B1 (de) 2011-11-17 2016-11-02 General Electric Technology GmbH Hybrider ac/dc umrichter für hgü anwendungen
ITMI20120093A1 (it) 2012-01-26 2013-07-27 Cifa Spa Autobetoniera con dispositivo per portare in rotazione il tamburo della betoniera
CA2865447C (en) 2012-03-01 2019-03-12 Alstom Technology Ltd Control circuit
DE102012216158A1 (de) * 2012-09-12 2014-03-13 Robert Bosch Gmbh Batteriemanagementsystem, Batteriesystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Erzeugung einer periodischen Wechselspannung
US9363930B2 (en) 2013-03-11 2016-06-07 Teco-Westinghouse Motor Company Passive two phase cooling solution for low, medium and high voltage drive systems
US9941813B2 (en) 2013-03-14 2018-04-10 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
US9153374B2 (en) 2013-06-28 2015-10-06 Teco-Westinghouse Motor Company Cooling arrangements for drive systems
US9318974B2 (en) 2014-03-26 2016-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter with flying capacitor topology
KR101666712B1 (ko) 2014-05-13 2016-10-14 엘에스산전 주식회사 모듈형 멀티레벨 컨버터
US9943016B2 (en) 2014-11-04 2018-04-10 Ge Aviation Systems Llc Cooling structure
US9420724B2 (en) 2014-11-04 2016-08-16 Ge Aviation Systems Llc Power converter assembly
US9680385B2 (en) 2014-11-04 2017-06-13 Ge Aviation Systems Llc Power converter
JP6286801B2 (ja) * 2014-11-12 2018-03-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 電力変換装置
WO2017062381A1 (en) 2015-10-05 2017-04-13 Resilient Power Systems, LLC Power management utilizing synchronous common coupling
US10608545B2 (en) 2015-10-05 2020-03-31 Resilient Power Systems, LLC Power management utilizing synchronous common coupling
US10270356B2 (en) 2016-08-09 2019-04-23 Raytheon Company High voltage high frequency power converter
FR3059855B1 (fr) 2016-12-02 2019-09-27 Supergrid Institute Convertisseur dc/dc pour reseaux electriques
GB2571721B (en) * 2018-03-05 2021-01-20 Ge Aviat Systems Ltd AC power source
DE102021101261A1 (de) 2021-01-21 2022-07-21 Technische Universität Kaiserslautern Kaskadierter modifizierter Halbbrücken-Konverter
US11990849B2 (en) 2021-01-29 2024-05-21 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Hybrid multi-level inverter
DE102021111864A1 (de) 2021-05-06 2022-11-10 instagrid GmbH Energieversorgungssystem und Verfahren zum Laden eines Energieversorgungssystems
DE102021111861A1 (de) 2021-05-06 2022-11-10 instagrid GmbH Energieversorgungssystem
EP4135185A1 (de) 2021-08-11 2023-02-15 Technische Universität Kaiserslautern Gitterförmiger mehrpegelumrichter

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3748492A (en) * 1972-05-25 1973-07-24 Massachusetts Inst Technology Light-triggered electric power source

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2646877A1 (de) * 1975-10-31 1977-05-12 Philips Nv Vorrichtung zur umwandlung von sonnenenergie
DE102012211953A1 (de) * 2012-07-09 2014-01-09 Helmut Mack Pufferspeicher einer Gleichstromenergieerzeugungsanlage
EP2685590A2 (de) 2012-07-09 2014-01-15 Helmut Mack Pufferspeicher einer Gleichstromenergieerzeugungsanlage
DE102014215849A1 (de) * 2014-08-11 2016-02-11 Robert Bosch Gmbh Steuerung und/oder Regelung für eine wenigstens zwei elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen aufweisende Sekundärbatterie
US10232730B2 (en) 2014-08-11 2019-03-19 Robert Bosch Gmbh Control of a secondary battery with battery cells which can be connected in series with one another
WO2020212572A1 (de) * 2019-04-17 2020-10-22 instagrid GmbH Energiesparbetrieb für ein energieversorgungssystem mit batteriespeicher

Also Published As

Publication number Publication date
JPS50107422A (de) 1975-08-23
FR2258041B3 (de) 1977-09-30
US3867643A (en) 1975-02-18
FR2258041A1 (de) 1975-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2500275A1 (de) Elektrisches versorgungssystem
EP2027647B1 (de) Vorrichtung zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz und gleichspannungswandler für eine solche vorrichtung
EP3014725B1 (de) Energiespeichereinrichtung mit gleichspannungsversorgungsschaltung und verfahren zum bereitstellen einer gleichspannung aus einer energiespeichereinrichtung
DE60301054T2 (de) Mehrzelliger gleichspannungswandler mit schutzschaltern
DE102016225795A1 (de) Hybrid-dcdc-leistungswandler mit höherer effizienz
DE69505938T2 (de) Solar-Wechselstrom-Adapter
EP2026457A1 (de) Wechselrichter mit zwei Zwischenkreisen
DE102014106162A1 (de) Hochleistungsspannungskompensation
EP2067230A1 (de) Vorrichtung zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz und gleichspannungswandler für eine solche vorrichtung
DE2937950A1 (de) Hochspannungsumformerschaltkreis
DE102019214155A1 (de) Leistungswandler
EP2026456A1 (de) Wechselrichter
EP2451065B1 (de) Wechselrichterschaltung mit einem tiefsetzsteller
DE69312051T2 (de) Gestaffelte und gekoppelte Batterienspannungsregelung kombiniert mit einer gleichstrommotorregelung mit Feldregelung
EP0455960A1 (de) Zweiquadrantenstromrichter und dessen Verwendung als Steuerelement eines Energiespeichers
DE2652275A1 (de) Einrichtung ohne prinzipbedingte verluste zur entnahme von praktisch rein sinusfoermigem, netzfrequentem strom aus wechsel- oder drehspannungsnetzen und zur ueberfuehrung der entnommenen elektrischen energie in galvanisch verbundene gleichspannungssysteme oder gleichspannungszwischensysteme
DE19635606A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung einer höheren Wechselspannung aus mehreren niedrigeren Gleichspannungen und dafür geeigneter Bausatz
DE102018127132B4 (de) Wechselrichter mit mindestens zwei Gleichspannungswandlern und Verwendung eines solchen Wechselrichters in einer Photovoltaikanlage
DE1961195A1 (de) Wechselrichterschaltung
DE102015222280A1 (de) Modularer Mehrstufenumrichter und Verfahren zum Betreiben eines modularen Mehrstufenumrichters
EP3257145B1 (de) Dc/dc-wandler mit fliegendem kondensator
EP2774255B1 (de) Spannungswandler mit einer ersten parallelschaltung
DE4303147C1 (de) GTO-Stromrichter mit quasi-resonantem Gleichspannungszwischenkreis
DE102020123899B3 (de) Schaltungsvorrichtung
WO2018233882A1 (de) Photovoltaikmodul, steuerschaltung für ein photovoltaikmodul und verfahren zur steuerung eines photovoltaikmoduls