DE3012747C2

DE3012747C2 - Power supply unit with AC voltage input and rectifiers

Info

Publication number: DE3012747C2
Application number: DE3012747A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 1000 Berlin Kleische
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Sendertechnik GmbH
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3012747A1

Description

Die Erfindung bezieht sich aK^f ein Netzteil wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben.The invention relates to a K ^f a power supply as indicated in the preamble of claim 1.

Durch nichtlineare Verbraucher entstehen in Stromversorgungsnetzen Oberschwingungen. Diese Oberschwingungen sind sehr unerwünscht, da sie zusätzliche Verluste und unangenehme Einflüsse auf weitere Verbraucher am gleichen Netz zur Folge haben.Non-linear consumers arise in power supply networks Harmonics. These harmonics are very undesirable as they are additional Losses and unpleasant effects on other consumers on the same network result.

Bei sinusförmiger Kurvenform wird das Verhältnis von Wirkleistung Pw zur Scheinleistung Ps als Lei- " stungsfaktor (Verschiebungsfaktor) cos φ = Pw/Ps bezeichnet, wobei φ der Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung ist. Bei nicht sinusförmiger Kurvenform bezieht sich der cos φ-Wert auf die Grundschwingung. Das Verhältnis der Wirkleistung Pn zur Scheinleistung Ps wird bei verzerrter Kurvenform als totaler LeistungsfaktorIn the case of a sinusoidal curve, the ratio of active power Pw to apparent power Ps is referred to as the power factor (displacement factor) cos φ = Pw / Ps , where φ is the phase shift angle between current and voltage The ratio of the active power Pn to the apparent power Ps is given as the total power factor in the case of a distorted curve shape

= Pw/Ps= K-cosf/)= Pw / Ps = K-cosf /)

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bezeichnet. Dabei ist V der Verzerrungsfaktor, er kennzeichnet den Oberschwingungsgehalt der Kurvenform. designated. V is the distortion factor, it characterizes the harmonic content of the waveform.

Netzteile zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung, die Gleichrichter, insbesondere eine Gleichrichterbrücke, mit nachgeschaltetem Energiespeicher zur Glättung von Brummspannungen (z. B. einen Siebkondensator) aufweisen, haben einen totalen Leistungsfaktor, der merklich unterhalb eins liegt, Eine so praktizierte Maßnahme zur Verringerung der den totalen Leistungsfaktor beeinträchtigenden Oberschwingungen bei Stromrichtern besteht in der Verwendung von Filtern an den Anschlußklemmen des Stromrichters, die in Form von Saugkreisen oder Wj Hochpässen die störenden Oberschwingungsströme kurzschließen. Derartige Filter sind recht aufwendig.Power supply units for converting AC voltage into DC voltage, which have rectifiers, in particular a rectifier bridge, with a downstream energy storage device for smoothing ripple voltages (e.g. a filter capacitor), have a total power factor that is noticeably below one The total power factor impairing harmonics in converters consists in the use of filters on the connection terminals of the converter, which short-circuit the disruptive harmonic currents in the form of suction circuits or Wj high-passes. Such filters are quite expensive.

Aus der US-PS 4130861 ist ein System zur Eliminierung von Storsignalen auf Energieübertragungsleitungen, die gleichzeitig zur Übertragung von trägerfrequenten Signalen dienen, bekannt.From US-PS 4130861 is a system for Elimination of interfering signals on energy transmission lines that are simultaneously used for the transmission of serve carrier-frequency signals, known.

Zur Unterdrückung von Rauschsignalen, die im Frequenzbereich von 50 bis 400 kHz oder 0,5 bis 1.6 MHz liegen und die die trägerfrequenten Signale stören, werden Serienwiderstände und kapazitive Impedanzen in die Energieübertragungsleitungen zur Störunterdrückung eingefügt. Die in den Übertragungsleitungen in Serie liegenden Widerstände verbrauchen nutzlos elektrische Energie; dies führt zu einer Verschlechterung des totalen Leistungsfaktors.For the suppression of noise signals in the frequency range from 50 to 400 kHz or 0.5 to 1.6 MHz and which interfere with the carrier-frequency signals become series resistances and capacitive ones Impedances inserted into the power transmission lines for interference suppression. Consume the resistors in series in the transmission lines useless electrical energy; this leads to a deterioration in the total power factor.

Weiterhin ist aus der GB-PS 14 50 931 ein Wechselstromnetz bekannt, das zur Kompensation einer Induktivität einen Kondensator aufweist. Hierdurch können parasitäre Schwingungen hervorgerufen werden. Die Unterdrückung dieser Schwingungen geschieht durch einen frequenzselektiven Dämpfungskreis mit zwei Parallelzweigen, von denen einer einen Dämpfungswiderstand enthält und der andere ungedämpft ist. Die Netzfrequenz wird von dem Zweig mit dem Dämpfungswiderstand R durch einen dem Dämpfungswiderstand R vorgeschalteten und auf die Netzfrequenz abgestimmten Parallelschwingkreis ferngehalten oder durch einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Reihenschwingkreis, der den Parallelschwingkreis überbrückt. Nachteilig ist, daß weder die vierte noch eine höhere Harmonische der Neizfrequenz in dieser Ausbildungsform unterdrückt werden sowie eine zusätzliche Verschlechterung des totalen Leistungsfaktors durch den Dämpfungswiderstand R auftritt.Furthermore, from GB-PS 14 50 931 an alternating current network is known which has a capacitor to compensate for an inductance. This can cause parasitic vibrations. These oscillations are suppressed by a frequency-selective damping circuit with two parallel branches, one of which contains a damping resistor and the other is undamped. The network frequency is kept away from the branch with the damping resistor R by a parallel resonant circuit connected upstream of the damping resistor R and tuned to the network frequency, or by a series resonant circuit tuned to the network frequency, which bridges the parallel resonant circuit. It is disadvantageous that neither the fourth nor a higher harmonic of the stimulus frequency is suppressed in this embodiment and an additional deterioration in the total power factor due to the damping resistor R occurs.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung des totalen Leistungsfaktors, insbesondere bei Gleichrichtern mit Netztransformator und Ladekondensator.The object of the invention is to improve the total power factor, particularly in the case of rectifiers with mains transformer and charging capacitor.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. This object is achieved by the features that are specified in claim 1. Beneficial Further developments can be found in the subclaims.

In einem Netzteil, das au-sgeheitd von Wechselspannung Gleichspannung liefert und das hinter Gleichrichtern, bevorzugt einer Gleichrichierbrücke. einen Energiespeicher zur Glättung von Brummspannungen aufweist, ist den Gleichrichtern ein Sperrkreis aus einer Spule und einem Kondensator vorgeschaltet, der im wesentlichen auf die fünfte, neunte oder dreizehnte Harmonische der Grundwelle der Eingangswechselspannung abgestimmt ist. Dadurch werden Ladestronv spitzen für den Energiespeicher, insbesondere Siebkondensator, die in den Netzzuleitungen 'rotz sinusförmiger Netzspannung auftreten, abgeflacht und dafür verbreitert, wodurch wiederum durch Oberwellen verursachte Verluste reduziert und der totale Leistungsfaktor verbessert wird.In a power supply unit that is independent of alternating voltage DC voltage supplies and that behind rectifiers, preferably a rectifying bridge. an energy store for smoothing ripple voltages, the rectifiers are a blocking circuit from a Upstream of a coil and a capacitor, which is essentially on the fifth, ninth or thirteenth Harmonics of the fundamental wave of the AC input voltage is tuned. This means that Ladestronv tips for the energy storage, in particular filter capacitor, which in the power supply lines' rotz sinusoidal Mains voltage occur, flattened and therefore widened, which in turn is caused by harmonics Losses are reduced and the total power factor is improved.

Es hat sich als am zweckmäßigsten erwiesen, den Sperrkreis in den Primärkreis eines zumeist der Gleichrichterbrücke vorgeschalteten Transformators zu legen, da man dort mit einem kleineren Kondensator im Sperrkreis auskommt, wenn der Primärkreis hochohmiger als der Sekundärkreis ist.It has proven to be most expedient to put the trap circuit in the primary circuit of a mostly Rectifier bridge to put upstream transformer, because you there with a smaller capacitor in the Trickle circuit gets by when the primary circuit is more highly resistive than the secondary circuit.

Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausfiihrimgsbeispiel der Erfindung für einphasigen Netzanschluß beschrieben. Die Erfindung kann aber sinngemäß auch bei dreiphasigen Systemen angewendet werden. Es zeigtA preferred exemplary embodiment is shown on the basis of the drawing of the invention for single-phase network connection described. The invention can, however, analogously can also be used in three-phase systems. It shows

F i g. I ein Prinzipschaltbild eines üblichen Netzteils, F i g. 2 einen zugehörigen Stromvcrlauf.F i g. I a block diagram of a conventional power supply unit, FIG. 2 shows an associated current flow.

F i g. 3 ein Prin/.ipschaltbild nach der Erfindung undF i g. 3 a schematic diagram according to the invention and

Fig. 4 den Verlauf des totalen Leistungsfaktors λ in4 shows the course of the total power factor λ in

Abhängigkeit von der gewählten Resonanzfrequenz des Sperrkreises.Depending on the selected resonance frequency of the Blocking circle.

In Fig. 1 ist von den Weehselspannungs-Netzeingangsklemmen I und 2 ausgehend ein Primärkreis eines Netztransformators T vorgesehen. Auf der Sekundärseite des Netztransformators Tfolgt eine Gleichrichterbrücke G. der als Energiespeicher zur Aussiebung von Brummspannu"'gen ein Siebkondensator Cc nachgeschaitet ist.In Fig. 1, a primary circuit of a network transformer T is provided starting from the AC voltage mains input terminals I and 2. A rectifier bridge G follows on the secondary side of the network transformer T, which is followed by a filter capacitor Cc as an energy store for filtering out ripple voltages.

Bei einer Gleichrichterbrücke nach Fig. 1 ergibt sich bei sinusförmiger Netzspannung ein Verlauf des Stromes / nach Fig.2. Der Kondensator wirkt als Energiespeicher, die Aufladung erfolgt nur jeweils in den Spitzen der Ladespannung, daher ergibt sich ein impulsförmiger Ladestrom, also eine stark verzerrte Siromkurve: der totale Leistungsfaktor liegt typisch in der Größenordnung von 0.7.In the case of a rectifier bridge according to FIG. 1, the result with sinusoidal mains voltage a course of the current / according to Fig. 2. The capacitor acts as a Energy storage, the charging takes place only in the peaks of the charging voltage, therefore there is a pulsed charging current, i.e. a strongly distorted Sirom curve: the total power factor is typically in of the order of 0.7.

Im Gegensatz zu den bekannten, aufwendigen Filtern erfolgt bei der vorliegenden Erfindung die Verbesserung des totalen Leistungsfaktors durch einen Parallelkreis L C. der in Serie zum Netztransfvrmator T geschaltet ist (Fig. 3). Dies kann sowohl auf der primären Seite des Transformators als auch auf der sekundären Seite erfolgen. Die Resonanzfrequenz 4, des Parallelkreises L Cist so gewählt, daß sich für den Ladestrom-Impuls ein möglichst großer Stromflußwinkel und eine möglichst niedrige Stromspitze ergeben. Untersuchungen zeigten, daß dies insbesondere für die fünfte und in etwas geringerem Maße auch für die neunte und dreizehnte Harmonische der Netzfrequenz der FaI! ist.In contrast to the known, complex filters, the present invention improves the total power factor by means of a parallel circuit L C. which is connected in series with the mains transformer T (FIG. 3). This can be done on the primary side of the transformer as well as on the secondary side. The resonance frequency 4 of the parallel circuit LC is selected so that the largest possible current flow angle and the lowest possible current peak result for the charging current pulse. Investigations have shown that this is particularly true for the fifth and, to a somewhat lesser extent, the ninth and thirteenth harmonics of the mains frequency of the FaI! is.

In Fig.4 sind diese Untersuchungsergebnisse dargestellt. Der beste Wert für den totalen Leistungsfaktor λ wird bei der Abstimmung des Parallelkreises /,Caufdie fünfte Harmonische der Netzfrequenz Γ\_ίΊ, erreicht. Wenn die Mindestforderung für den totalen Leistungsfaktor 0.8 beträgt, so sind aber auch Jie Abstimmungen des Parallelkreises auf die neunte und dreizehnte Harmonische von Interesse. Der Aufwand und Raumbedarf für den Parallekreis wird dann r.ringer als bei der Absiüiiniün⁰ iiüf die fünf¹⁰ M^rmonis***^"These test results are shown in FIG. The best value for the total power factor λ is achieved when tuning the parallel circuit /, C to the fifth harmonic of the mains frequency Γ \ _ίΊ . If the minimum requirement for the total power factor is 0.8, then the adjustments of the parallel circuit to the ninth and thirteenth harmonics are also of interest. The effort and space required for the parallel circle is then r.ringer than with the Absiüiiniün ⁰ iiüf the five ¹⁰ m ^ rmonis *** ^ "

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Power supply with AC voltage input and rectifiers and downstream energy storage for smoothing ripple voltages and with the rectifier upstream choke and capacitor connected in parallel, characterized in that the series choke and the capacitor are dimensioned such that they form a parallel circuit (LC) , which essentially is matched to the fourth or a higher harmonic of the fundamental wave of the input AC voltage (terminals 1,2).

2. Power supply unit according to claim 1. characterized. that the parallel circuit (LC) is tuned to the fifth, ninth or thirteenth harmonic.

3. Power supply according to claim 1 or 2, characterized in that the parallel circuit (LC) is in the primary circuit of a transformer (T) which is the rectifier ('G / vorgcsciuihei isi.

4. Power supply unit according to one of the preceding claims, characterized by its use in a power supply unit with a filter capacitor (Co) as an energy store.

5. Power supply according to claim 4, characterized by the use in a power supply with a switching regulator which is connected downstream of the filter capacitor (Co).

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