DE2838698A1 - Stromversorgungsgeraet fuer wechselstrom - Google Patents

Description

FUJI ELECTRIC CO., Ltd. Mein Zeichen

Kawasaki / Japan VPA 77 P 8576 BRD

Stromversorgungsgerät für Wechselstrom (Es wird die Priorität aus der japanischen Anmeldung Nr. 10 70 71/77 vom 6.9.1977 beansprucht)

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät für Wechselstrom mit einer Gleichspannungsquelle, einem Gleichstromzwischenkreis mit einer Glättungsdrossel und einem Glättungskondensator zur Verbindung der Gleichspannungsquelle mit einem Wechselrichterteil, sowie einem Spannungsregler zur Regelung der Ausgangs-Wechselspannung des Wechselrichter-Teils, wobei der Spannungsregler die

Ausgangs-Wechselspannung des Wechselrichterteils mit , einem Sollwert vergleicht.

Derartige Stromversorgungsgeräte sind im Handel erhältlieh.

Stromversorgungsgeräte für Wechselstrom mit einem selbstgeführten Wechselrichter enthalten im allgemeinen einen Gleichstromzwischenkreis mit einer Drossel und einem Kondensator. Drossel und Kondensator liefern eine Blind-

1.9.78 / Sid 2 Nit

909811/0961

VPA 77 P 8576 BRD leistung zur Glättung der Versorgungsspannung und sind zwischen die Gleichstromquelle mit den Gleichrichtern und den Wechselrichterteil geschaltet. Um die Änderung der Ausgangsspannung bei Änderung der Eingangsspannung des Stromversorgungsgeräts niedrig zu halten, ist es bekannt, die Ausgangsspannung zu überwachen, die Abweichung zu bestimmen und in Abhängigkeit davon einen Spannungsregler anzusteuern, so daß die Ausgangsspannung zu ihrem Sollwert zurückkehrt.

Der Spannungsregler enthält jedoch ein Verzögerungselement, z.B. ein Filter, zur Unterdrückung harmonischer Schwingungen bzw. ist selbst mit einer Totzeit für die Regelung behaftet, so daß die Ausgangsspannung des Stromversorgungsgeräts schwankt. Wenn das Stromversorgungsgerät ein elektronisches System wie z.B. einen Computer versorgt, wo eine zu große Änderung der Versorgungsspannung eine fehlerhafte Arbeitsweise oder einen Schaden im System verursachen kann, ist es erforderlich, die Änderung der Versorgungsspannung in zulässigen Grenzen zu halten. Zu diesem Zweck ist es gebräuchlich, im Gleichstromzwischenkreis ein Filter zu verwenden, das eine Drossel und einen Kondensator mit relativ großer Induktivität bzw. Kapazität enthält, um im Falle von Änderungen der Versorgungsspannung nur kleine Änderungen der Eingangsspannung des Wechselrichterteils zu erhalten. Der Gleichstromzwischenkreis bedingt jedoch eine Erhöhung der Kosten und ein großes Filter, wodurch das Stromversorgungsgerät für Wechselspannung sehr groß wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stromversorgungsgerät für Wechselspannung mit selbstgeführtem Wechselrichter so auszubilden, daß man ein gutes Regelverhalten zur Unterdrückung von Ausgangsspannungsschwankungen erhält, ohne die Filterreaktanzen im Gleichstromzwischenkreis zu vergrößern,

909811/0961

VPA 77 P 8576 BRD Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Spannungsregler eine dem Strom in den Glättungskondensator proportionale Größe als Hilfssollwert zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Schaltung macht von der Tatsache Gebrauch, daß der Strom in den Glättungskondensator des Gleichstromzwischenkreises der Ableitung der daran anstehenden Spannung proportional ist. Die obengenannte Aufgabe wird daher gelöst, indem man den Kondensatorstrom erfaßt und das Ausgangssignal der Überwachungsschaltung dem Spannungsregler für den Wechselrichterteil als Hilfsregelgröße zuführt.

Das erfindungsgemäße Stromversorgungsgerät wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben. Eine Wechselspannungsquelle 1, die z.B. Netzfrequenz hat, ist mit einem Gleichrichter 2 verbunden, der seinerseits über einen Gleichstromzwischenkreis mit einem Wechselrichterteil 5 verbunden ist. Der Gleichstromzwischenkreis enthält eine Glättungsdrossel 3 und einen Glättungskondensator 4. Der Ausgang des Wechselrichterteils 5 ist über einen Transformator 6 und ein Filter mit einer Drossel 7 und einem Kondensator 8 mit einer Ausgangsklemme 9 des Stromversorgungsgeräts A verbunden. Der Wechselrichterteil 5 ist mit Thyristoren bestückt. Zur Spannungsregelung erfaßt ein Spannungsdetektor 10 die Ausgangs-Wechselspannung und überträgt diese auf einen Spannungsregler 11, der ein Regelsignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der mit dem Detektor 10 erfaßten Ausgangsspannung und einer von einer Sollspannungsquelle 12 vorgegebenen Sollspannung erzeugt. Eine Zündwinkel-Steuereinheit 13, die auf das vom Regler 11 erzeugte Signal anspricht, steuert den Zündwinkel der Thyristoren des Wechselrichterteils 5 in der Weise, daß die Ausgangs-

909811/0961

-iC- VPA 77 P 8576 BRD

wechselspannung des Wechselrichterteils 5 auf einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Die Batterien 15, die als Hilfsspannungsquelle vorgesehen sind, sind mit dem Eingang der Glättungsdrossel 3 über einen elektronischen Schalter 17 verbunden, der in Abhängigkeit von einem Signal eines Spannungsausfall-Relais 16 eingeschaltet wird. Das Spannungsausfallrelais 16 spricht bei Unterbrechung der Versorgungsspannung der Wechselspannungsquelle 1 an.
10

Die Gleichspannungsversorgungs-Einheit 18 besteht aus der Wechselspannungsquelle 1, dem Gleichrichter 2, den Batterien 15, dem Spannungsausfallrelais 16 und dem elektronischen Schalter 17.

Das Stromversorgungsgerät enthält einen Stromwandler 19, der den Strom über den Glättungskondensator 4 erfaßt. Ein damit verbundener Lastwiderstand 20 wandelt den Ausgangsstrom des Stromwandlers 19 in eine verringerte Ausgangsspannung um, die dem Spannungsregler 11 zugeführt wird. Wenn der Kondensatorstrom i in der ent-

sprechend der Figur mit einem Pfeil dargestellten Richtung fließt, wird die Ausgangsspannung des Lastwiderstands 20 dem Spannungsregler 11 mit einem solchen Vorzeichen zugeführt, daß die Sollspannung für die Ausgangs-Wechselspannung des Wechselrichterteils 5 über ihren sonst anstehenden Wert erhöht wird.

Eine Unterbrechung der Stromversorgung von der Wechsel-Spannungsquelle 1 kann mit dem Spannungsausfall-Relais 16 erfaßt werden, so daß der elektronische Schalter 17 einschaltet und damit die Stromversorgung über die Batterien 15. aufrecht erhält. Die von der Wechselspannungsquelle durch Gleichrichtung erhaltene Gleichspannung ist jedoch nicht immer gleich der Spannung der Batterien. Ein Wechsel dieser Versorgungsquellen ver-

909811/0961

' 2838696

-/!- VPA 77 P 8576 BRD

ursacht daher eine Änderung der Versorgungs-Gleichspannung und damit auch eine Spannungsänderung an der Ausgangsklemme 9. Ein Spannungsregelkreis mit der Spannungsmeßeinrichtung 10 und dem Spannungsregler 11 dient dazu, diese Spannungsänderung zu erfassen und die Ausgangs-Wechselspannung auf einem konstanten Wert zu halten. Für unterbrechungsfreie Strom-Versorgung ist eine möglichst geringe Änderung dieser Ausgangsspannung erforderlich.

Als Verfahren zur Verringerung dieser Spannungsänderung ist es als Stand der Technik bekannt, die Batterien mit Abgriffen zu versehen oder im Filter des Gleichstromzwischenkreises große Reaktanzen einzusetzen. Das erstgenannte Verfahren ist jedoch zur Vermeidung von Spannungsänderungen nicht sehr wirkungsvoll, während das zweitgenannte Verfahren als Nachteil eine Vergrößerung der Einrichtung mit sich bringt.

Die Erfindung macht Gebrauch von der Tatsache, daß eine differentielle Regelung eine wesentlich schnellere Regelgeschwindigkeit ermöglicht als eine proportionale Regelung. Der Strom über den Glättungskondensator im Gleichstromzwischenkreis des Stromversorgungsgeräts entsprechend der Figur ist der Abj_vitung der angelegten Spannung proportional (i = C ä^)·

Die Forderung nach einer möglichst geringen Spannungsänderung wird mit geringem Aufwand dadurch erfüllt, daß man einen Stromwandler 19 als Meßglied für den Kondensatorstrom vorsieht und die Spannung an seinem Lastwiderstand 20 dem Spannungsregler 11 des Stromversorgungsgeräts als Hilfs-Sollspannung zugeführt. Dabei wird während des Anstiegs der Versorgungsspannung des Wechselrichterteils und damit der Spannung am Kondensator 4 der Sollwert für die Ausgangsspannung des Stromversorgungsgeräts verringert bzw. während des Abfalls der Ver-

909311/0961

VPA 77 P 8576 BRD sorgungsspannung erhöht. Zur Bildung der Ableitung der sich ändernden Spannung könnte man auch die Ableitung einer Spannung an einem anderen Punkt vor dem Gleichstromfilter bilden oder einen Differentialverstärker verwenden. Bei der ersten Möglichkeit wird Jedoch die Genauigkeit der Regelung geringer, da externe Störungen nicht direkt erfaßt werden, die zweite Möglichkeit ist ungeeignet, das optimale Verhalten cer differentiellen Regelung zu erreichen, da es wegen des Frequenzgangs des Differentialverstärkers kaum möglich ist, den Anforderungen zu genügen. Das in der vorliegenden Schaltung angewandte Verfahren ist beiden genannten Möglichkeiten überlegen.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Schaltung kann dem Eingang des Spannungsreglers 11 ein geeignetes Filter vorgeschaltet sein, das die Welligkeit des Gleichspannungssignals des Stromwandlers 19 unterdrückt.

Als Ergebnis der erfindungsgemäßen Schaltung kann man erreichen, daß die Änderung der Ausgangsspannung im Vergleich zu bekannten Schaltungen ein Drittel oder weniger beträgt.

Wie bereits erwähnt, erreicht man mit dem beschriebenen Stromversorgungsgerät ein schnelles Ansprechen auf Änderungen sowie ein hervorragendes Regelverhalten zur Verhinderung von Ausgangsspannungs-Schwankungen, wobei keine Vergrößerung der Filter-Reaktanzen notwendig ist.

909811/0961

Claims (1)

1. VPA 77 P 8576 BRD

   Patentanspruch

   Stromversorgungsgerät für Wechselstrom mit einer Gleichspannungsquelle, einem Gleichstromzwischenkreis mit einer Glättungsdrossel und einem Glättungskondensator zur Verbindung der Gleichspannungsquelle mit einem Wechselrichter-Teil sowie einem Spannungsregler zur Regelung der Ausgangs-Wechselspannung des Wechselrichter-Teils, wobei der Spannungsregler die Ausgangs-Wechselspannung des Wechselrichter-Teils mit einem Sollwert vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsregler (11) eine dem Strom (i ) in den Glättungskondensator (4) proportionale Größe als Hilfssollwert zugeführt wird.

   909811/0961