DE3587331T2

DE3587331T2 - Energieversorgungsanordnung, bestehend aus einer vielzahl von energiequellen mit negativen widerstandskarakteristiken.

Info

Publication number: DE3587331T2
Application number: DE8585109654T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko C O Nec Cor Harafuji; Tsutomu Ogata; Hideki C O Nec Corpor Yamamoto
Original assignee: NEC Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp; NTT Inc
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1993-08-19
Anticipated expiration: 2005-08-02
Also published as: EP0173104B1; US4728807A; EP0173104A3; EP0173104A2; DE3587331D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem zur Verwendung bei Versorgung einer Last mit elektrischer Energie von mehreren Energiequellen.
Wie weiter unten anhand verschiedener Figuren der beiliegenden Zeichnung beschrieben wird, weist ein solches herkömmliches Energieversorgungssystem mehrere Energiequellen auf, die entweder in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind. Eine Last ist mit dem Energieversorgungssystem über einen Übertragungsweg, z. B. ein Koaxialkabel, eine optische Faser oder dergleichen, verbunden und wird mit einer Lastspannung oder einem Laststrom vom Energieversorgungssystem versorgt. Die Last wird aktiv, wenn die Lastspannung und der Laststrom eine Mindestspannung bzw. einen Mindeststrom überschreiten. Solch eine Mindestspannung oder solch ein Mindeststrom wird Minimalwert genannt.
Bei einer Reihenschaltung der Energiequellen ist die Lastspannung im wesentlichen gleich einer Summe von Quellenspannungen, die von den jeweiligen Energiequellen erzeugt werden, während der Laststrom im wesentlichen gleich einem Quellenstrom ist, der von jeder Energiequelle erzeugt wird. Aufgrund dieser Tatsache ist es verständlich, daß die Energiequellen sich die Last entsprechend der Anteile an der Lastverteilung, die durch die Quellenspannungen der jeweiligen Energiequellen bestimmt werden, teilen.
Bei einer Parallelschaltung der Energiequellen ist der Laststrom im wesentlichen gleich einer Summe von Quellenströmen, die durch die jeweiligen Engeriequellen erzeugt werden, während die Lastspannung im wesentlichen gleich einer Quellenspannung ist, die durch jede Energiequelle erzeugt wird. In diesem Fall dienen die Quellenströme dazu, die Lastanteile zu bestimmen.
Man beachte, daß sowohl bei Reihen- als auch bei Parallelschaltung der Energiequellen die gewählten elektrischen Komponenten zur Bestimmung der Anteile erste elektrische Komponenten genannt werden, während die anderen elektrischen Komponenten zweite elektrische Komponenten genannt werden. Auf jeden Fall werden die zweiten elektrischen Komponenten allmählich verringert, wenn die Anteile im Ergebnis eines Ansteigens der ersten elektrischen Komponenten groß werden. Das heißt, daß jeder Energiestromkreis eine positive Widerstandscharakteristik, auch Widerstandskennlinie genannt, hat.
Es wird angenommen, daß eine der Energiequellen ihre Quellenspannung und ihren Quellenstrom infolge eines Fehlers unterbricht und daß der Anteil der einen Energiequelle auf Null reduziert wird. Die verbleibende Energiequelle sollte mit einem höchsten Anteil betrieben werden und muß entweder den Laststrom oder die Lastspannung so halten, daß er oder sie auch dann größer ist als der Mindeststrom bzw. die Mindestspannung, wenn ein Fehler in der einen Energiequelle auftritt. Das heißt, die zweiten elektrischen Komponenten müssen auf einem Wert gehalten werden, der größer ist als der Mindestwert.
Sofern jede Energiequelle eine positive Widerstandscharakteristik hat, wie oben ausgeführt, werden die zweiten elektrischen Komponenten auf einen Mindestwert reduziert, wenn die verbleibende Energiequelle mit dem höchsten Anteil betrieben wird. Außerdem muß die Last günstigerweise auch dann in Betrieb gesetzt werden, wenn die zweiten elektrischen Komponenten den Mindestwert haben. Das heißt, daß der Mindestwert der zweiten elektrischen Komponenten höher sein sollte als der Mindeststrom oder die Mindestspannung.
Angesichts eines möglichen Fehlers in der oben erwähnten einen Energiequelle sollte deshalb eine zusätzliche oder überflüssige elektrische Energie von der verbleibenden Energiequelle an die Last geliefert werden. Die überflüssige elektrische Energie erwärmt die Last übermäßig und macht es erforderlich, daß die Last mit einem Radiator mit großen Abmessungen versehen wird. Dadurch wird die Last groß und teuer.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Energieversorgungssystem bereitzustellen, daß die Lieferung einer zusätzlichen elektrischen Energie vermeiden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Energieversorgungssystem der beschriebenen Art bereitzustellen, das dazu dient, eine Last klein und billig zu machen.
Die oben beschriebenen Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2 gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Energieversorgungssystems zusammen mit einer Last;
Fig. 2 ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebs des herkömmlichen Energieversorgungssystems gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren herkömmlichen Energieversorgungssystems zusammen mit einer Last;
Fig. 4 ein Diagramm zur Beschreibung der Energiequelle gemäß Fig. 3;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Energieversorgungssystems gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zusammen mit einer Last;
Fig. 6 ein Schaltbild eines Stromdetektors zur Verwendung in einem Energieversorgungssystem gemäß Fig. 5;
Fig. 7 ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebs des Energieversorgungssystems gemäß Fig. 5;
Fig. 8 ein Schaltbild eines weiteren Stromdetektors zur Verwendung in einem Energieversorgungssystem gemäß Fig. 5;
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Energieversorgungssystems gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zusammen mit einer Last;
Fig. 10 ein Schaltbild einer Stromdetektorschaltung zur Verwendung in einem Energieversorgungssystem gemäß Fig. 9;
Fig. 11 ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebs des Energieversorgungssystems gemäß Fig. 9;
Fig. 12 ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebs eines Energieversorgungssystems gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Energiequelle zur Verwendung in dem Energieversorgungssystem gemäß der dritten Ausführungsform;
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Energiequelle zur Verwendung in einem Energieversorgungssystem gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 15 ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebs der Energiequelle gemäß Fig. 14.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Anhand von Fig. 1 und 2 wird zum besseren Verständnis der Erfindung ein herkömmliches Energiequellen- oder -versorgungssystem beschrieben. Das Energieversorgungssystem dient zur Versorgung einer Last 20 mit einer Lastspannung VL und einem Laststrom IL. Es wird angenommen, daß die dargestellte Last 20 aktiv wird, wenn der Laststrom IL einen Mindestlaststrom Im überschreitet.
In Fig. 1 weist das Energieversorgungssystem eine erste Energiequelle 21 und eine zweite Energiequelle 22 auf, die mit der ersten Energiequelle 21 in Reihe geschaltet ist. Die erste Energiequelle 21 weist eine erste Stromquelle 24a, einen ersten Widerstand 26a mit einem Widerstand R&sub1;, der mit der ersten Stromquelle 24a parallelgeschaltet ist, und eine erste Diode 27a, die mit der ersten Stromquelle 24a parallelgeschaltet ist, auf. Der erste Widerstand 26a soll die erste Energiequelle 21 dazu bringen, sich an der Last 20 zu beteiligen, während die erste Diode 27a dazu dient, eine Parallelschaltung zu bilden, wenn die erste Stromquelle 24a infolge eines Ausfalls inaktiv wird, was durch die weitere Beschreibung verdeutlicht wird.
Wenn die erste Stromquelle 24a bei einem normalen Betrieb aktiv wird, wird von der ersten Stromquelle 24a ein Gleichstrom IA abgegeben, um über dem ersten Widerstand 26a eine erste Quellenspannung VA zu entwickeln.
Ebenso weist die zweite Energiequelle 22 eine zweite Stromquelle 24b, einen zweiten Widerstand 26b und eine zweite Diode 27b auf. Der zweite Widerstand 26b hat den gleichen Widerstand R&sub1; wie der erste Widerstand 26a. Ein zweiter Gleichstrom IB wird von der zweiten Stromquelle 24b abgegeben, um eine zweite Quellenspannung VB über dem zweiten Widerstand 26b zu entwickeln, wenn die zweite Stromquelle 24a aktiv wird.
Sofern die erste Energiequelle 21 mit der zweiten Energiequelle 22 in Reihe geschaltet ist, ist die Lastspannung VL im wesentlichen gleich einer Summe der ersten und zweiten Quellenspannung VA und VB. Außerdem erzeugt jede der ersten und der zweiten Energiequelle 21 und 22 einen Quellenstrom, der im wesentlichen gleich dem Laststrom IL ist.
Daraus ist leicht zu ersehen, daß die Last 20 entsprechend den Anteilen an der Lastverteilung, die von der ersten bzw. der zweiten Quellenspannung VA und VB bestimmt werden, von der ersten und der zweiten Energiequelle 21 und 22 gemeinsam bedient wird. Jede der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB werden als eine erste Quellenkomponente zur Bestimmung der Anteile bezeichnet, während jeder der Quellenströme als eine zweite Quellenkomponente bezeichnet wird.
Der Laststrom IL ergibt sich aus:
IL = IA-(VA/R&sub1;), (1)
= IB-((VL-VA)/R&sub1;) (2)
In Fig. 2 stellen die Abszisse und die Ordinate die erste Quellenspannung VA bzw. den Laststrom IL dar. Die erste Quellenspannung VA verläuft zwischen Null und der Lastspannung VL entlang der Abszisse. In diesem Fall kann man erreichen, daß die Gleichung (1) einer ersten Kennlinie 31 entspricht. Wie aus der ersten Kennlinie 31 zu entnehmen ist, wird der Laststrom IL bei einem Anstieg der ersten Quellenspannung VA reduziert. Insbesondere verläuft der Laststrom IL vom ersten Gleichstrom IA zu einem ersten Mindeststrom IL1, der sich ergibt aus:
IL1 = IA-(VL/R&sub1;)
Auf der anderen Seite kann man erreichen, daß die Gleichung (2) einer zweiten Kennlinie 32 entspricht, bei der die Änderung des Laststroms VL zwischen dem zweiten Gleichstrom IB und einem zweiten Mindeststrom IL2 ähnlich wie bei der ersten Charakteristik 31 verläuft.
Jede der ersten und der zweiten Kennlinie 31 und 32 kann als eine positive Widerstandskennlinie bezeichnet werden.
Die erste Kennlinie 31 schneidet die zweite Kennlinie 32 in einem Schnittpunkt 33. Wenn die erste und die zweite Energiequelle 21 und 22 gleichzeitig arbeiten oder in Betrieb sind und den ersten und den zweiten Gleichstrom IA und IB, die einander gleich sind, erzeugen, findet der Betrieb im Schnittpunkt 33 der ersten und der zweiten Kennlinie 31 und 32 statt. In diesem Fall wird der Laststrom IL gleich einem normalen Laststrom IL0 gemäß Fig. 2. Sofern der Widerstand R&sub1; des ersten Widerstands 26a identisch ist mit dem des zweiten Widerstands 26b, wird die erste Quellenspannung VA gleich der zweiten Quellenspannung VB und einer Hälfte der Lastspannung VL.
Unter diesen Umständen bedienen die erste und die zweite Energiequelle 21 und 22 die Last 20 gemeinsam zu gleichen Teilen.
Es wird nun angenommen, daß die zweite Energiequelle 22 ihren Betrieb unterbricht und daß nur die erste Energiequelle 21 die Last 20 bedient, wobei die zweite Diode 27b leitend ist.
In dem dargestellten Energieversorgungssystem sollte die Last 20 auch dann günstigerweise betrieben werden, wenn die zweite Energiequelle 22 inaktiv wird. Dementsprechend muß der erste Mindeststrom IL1 größer sein als der Mindestlaststrom Im der Last 20. Praktisch kann die erste Kennlinie 31 infolge einer Veränderung der ersten Stromquelle 21 auf einen niedrigeren Grenzwert, dargestellt durch eine gestrichelte Linie 31', reduziert werden. Im Ergebnis kann sich der Mindeststrom IL1 auf einen praktischen Mindeststrom IL1' verringern. Der praktische Mindeststrom IL1' sollte deshalb größer gehalten werden als der Mindestlaststrom Im.
Ebenso muß der zweite Mindeststrom IL2 im Hinblick auf eine Veränderung der zweiten Stromquelle 22 größer sein als der Mindestlaststrom Im.
Daher wird jeder des ersten und des zweiten Gleichstroms IA und IB so gewählt, daß die Last 20 auch dann aktiv gehalten wird, wenn entweder eine der ersten und der zweiten Energiequelle 21 und 22 unterbrochen ist. Dies führt zu einem Anstieg des normalen Laststroms IL0, der von jeder der ersten und zweiten Energiequelle 21 und 22 bei normalem Betrieb erzeugt wird. Der normale Laststrom IL0 muß z. B. mindestens um eine Stromsteigerungsstufe, dargestellt durch (IL0-IL1'), größer sein als der Mindestlaststrom Im. Insbesondere ergibt sich die Stromsteigerungsstufe aus:
IL0-IL1'-(VL/2R&sub1;) +ΔIA, (3)
wobei gilt: ΔIA = IL1-IL1'.
Man kann die Stromsteigerungsstufe durch Erhöhung des Widerstands R&sub1; jedes des ersten und des zweiten Widerstands 26a und 26b reduzieren. Eine Erhöhung jedes Widerstands R&sub1; führt jedoch auch dann zu einer breiten Veränderung jeder der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB, wenn jeder des ersten und des zweiten Gleichstroms IA und IB sich geringfügig ändert. Folglich findet bei normalem Betrieb eine ungleiche Verteilung der Lastanteile zwischen der ersten und der zweiten Energiequelle 21 und 22 statt und führt zu einer Ungleichheit der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB. Die Ungleichheit der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB sollte auf einen vorgegebenen Bereich, wie bekannt, beschränkt sein.
Dementsprechend kann eine Verringerung des normalen Laststroms IL0 einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten. Der normale Laststrom IL0 muß überflüssigerweise an die Last 20 geliefert werden. Deshalb hat das dargestellte Energieversorgungssystem einen Nachteil, wie in der Einleitung zur Beschreibung ausgeführt.
Gemäß Fig. 3 und 4 weist ein weiteres herkömmliches Energieversorgungssystem eine erste und eine zweite Energiequelle auf, die mit 41 und 42 bezeichnet und miteinander parallelgeschaltet sind. Das Energieversorgungssystem gemäß Fig. 3 hat eine Dualitätsbeziehung zu dem System gemäß Fig. 1 und dient zur Versorgung einer Last, bezeichnet mit 20, mit einem Laststrom IL und einer Lastspannung VL wie in Fig. 1. Es wird angenommen, daß die Last 20 eine Mindestlastspannung Vm hat, bei der die Last 20 aktiv wird.
Die erste Energiequelle 41 weist eine erste Spannungsquelle 43a, eine erste Reihendiode 44a und einen ersten Reihenwiderstand 45a auf, die alle in Reihe geschaltet sind. Die erste Spannungsquelle 43a erzeugt eine erste Gleichspannung EA. Der erste Reihenwiderstand 45a hat einen Widerstand R&sub2; und dient zur Bestimmung eines Anteils an der Lastverteilung wie jeder des ersten und des zweiten Widerstands 27a und 27b (Fig. 1), während die erste Reihendiode 44a dazu dient, die erste Energiequelle 41 vom Energieversorgungssystem zu trennen, wenn die erste Spannungsquelle 43a inaktiv wird.
Ebenso weist die zweite Energiequelle 42 eine zweite Spannungsquelle 43b zur Erzeugung einer zweiten Gleichspannung EB, eine zweite Reihendiode 44b und einen zweiten Reihenwiderstand 45b mit dem gleichen Widerstand R&sub2; wie der erste Reihenwiderstand 45a auf.
Die erste und die zweite Spannungsquelle 41 und 42 erzeugen jedenfalls einen ersten und zweiten Quellenstrom iA und iB, der von dem ersten bzw. dem zweiten Reihenwiderstand 45a bzw. 45b bestimmt wird. Außerdem erzeugt jede der ersten und der zweiten Energiequelle 41 und 42 eine Quellenspannung, die im wesentlichen gleich der Lastspannung VL ist. Es ist leicht verständlich, daß die erste und die zweite Energiequelle 41 und 42 die Last 20 entsprechend den Anteilen, die von dem ersten und dem zweiten Quellenstrom iA und iB bestimmt werden, gemeinsam bedienen. In diesem Zusammenhang wird jeder des ersten und des zweiten Quellenstroms iA und iB eine erste Quellenkomponente genannt, während jede der Quellenspannungen eine zweite Quellenkomponente genannt wird.
Wie aus Fig. 3 deutlich hervorgeht, ergibt sich die Lastspannung VL aus:
VL = EA-R&sub2;·iA (4)
und = EB-R&sub2;·(IL-iA) (5)
Die erste und zweite Betriebskennlinie 46 und 47 sind grafische Darstellungen der Gleichungen (4) bzw. (5). Wie die erste Betriebskennlinie 46 zeigt, verringert sich die Lastspannung VL allmählich von der ersten Gleichspannung EA mit einem Anstieg des ersten Quellenstroms iA. Ebenso verringert sich die Lastspannung VL, wenn der zweite Quellenstrom iB steigt, wie deutlich aus der zweiten Betriebskennlinie 47 hervorgeht.
Wenn die erste und die zweite Energiequelle 41 und 42 gleichzeitig mit der ersten und der zweiten Gleichspannung EA und EB, die einander gleich sind, betrieben werden, wird der erste Quellenstrom iA gleich dem zweiten Quellenstrom iB. In diesem Fall wird jeder des ersten und des zweiten Quellenstroms iA und iB gleich einer Hälfte (IL/2) des Laststroms. Daraus folgt, daß die Last 20 von der ersten und der zweiten Energiequelle 41 und 42 gemeinsam bedient und mit einer normalen Lastspannung VL0 als Lastspannung VL versorgt wird.
Die zweite Energiequelle 42 sei aus irgendeinem Grund unterbrochen. In diesem Fall wird die zweite Diode 44b unterbrochen, und die erste Energiequelle 41 trägt die Last 20 allein, indem sie den Laststrom IL an die Last 20 liefert. Wie Fig. 4 zeigt, wird die Quellenspannung der ersten Energiequelle 41 auf eine Mindestquellenspannung VL1 reduziert. Die erste Betriebskennlinie 46 kann sich infolge einer Veränderung der ersten Gleichspannung EA auf eine praktische Kennlinie, bezeichnet mit 46', verringern. Die Mindestquellenspannung VL1 könnte sich auf eine praktische Mindestquellenspannung VL1' verringern. Unter diesen Umständen sollte die Mindestlastspannung Vm der Last 20 größer sein als die praktische Mindestquellenspannung VL1'. Dies führt zu einem Anstieg der normalen Lastspannung VL0. Insbesondere ist eine Spannungsdifferenz zwischen der normalen Lastspannung VL0 und der Mindestlastspannung Vm größer oder gleich der Differenz zwischen der normalen Lastspannung VL0 und der praktischen Mindestquellenspannung VL1', die sich ergibt aus:
VL0-VL1' = (R&sub2;·IL/2) +ΔEA, (6)
wobei gilt: ΔEA = VL1-VL1'.
Somit hat das dargestellte Energieversorgungssystem einen Nachteil, der dem in Fig. 1 dargestellten ähnlich ist.
Wenn wir nun Fig. 5 betrachten, so weist ein Energieversorgungssystem gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine erste und eine zweite Energiequelle 51 und 52 auf, die miteinander in Reihe geschaltet sind wie die erste und die zweite Energiequelle 21 und 22 (Fig. 1) und die eine Last 20 mit einer Lastspannung VL und einem Laststrom IL versorgen. Die Last 20 wird aktiv, wenn der Laststrom IL größer oder gleich einem Mindestlaststrom Im wie in Fig. 1 ist.
Die erste Energiequelle 51 erzeugt eine erste Quellenspannung VA und einen ersten Quellenstrom, während die zweite Energiequelle 52 eine zweite Quellenspannung VB und einen zweiten Quellenstrom erzeugt. Jeder der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB dient dazu, den Anteil an der Lastverteilung zu bestimmen, und kann als eine erste Quellenkomponente bezeichnet werden, während jeder des ersten und des zweiten Quellenstroms im wesentlichen gleich dem Laststrom IL ist und als eine zweite Quellenkomponente bezeichnet werden kann.
Insbesondere weist die erste Energiequelle 51 einen ersten Quellenstrom, eine erste Diode und einen ersten Widerstand auf, die mit 54a, 55a bzw. 56a bezeichnet sind und denen in Fig. 1 gleich sind. Der erste Quellenstrom 54a dient zur Erzeugung eines ersten Gleichstroms IA, während der erste Widerstand 56a dazu dient, eine erste anteilige Spannung über dem ersten Widerstand 56a zu erzeugen. Ebenso weist die zweite Energiequelle 52 eine zweite Stromquelle 54b, eine zweite Diode 55b und einen zweiten Widerstand 56b mit dem gleichen Widerstand R&sub1;&sub0; wie der erste Widerstand 56a auf. Die zweite Stromquelle 54b dient zur Erzeugung eines zweiten Gleichstroms IB, während der zweite Widerstand 56b dazu dient, eine zweite anteilige Spannung über dem zweiten Widerstand 56b zu erzeugen.
In dem dargestellten Beispiel sind die erste und die zweite anteilige Spannung im wesentlichen gleich der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB, wie später noch deutlich wird, und können als erste elektrische Komponente bezeichnet werden. Andererseits können jeder des ersten und des zweiten Gleichstroms IA und IB als eine zweite elektrische Komponente bezeichnet werden.
Die erste und die zweite Energiequelle 51 und 52 weisen weiter einen ersten und einen zweiten Stromdetektor 60a und 60b auf, der auf den ersten und den zweiten Gleichstrom IA bzw. IB anspricht.
Wenn man Fig. 6 noch einmal unter Hinzuziehung von Fig. 5 betrachtet, so weist der erste Stromdetektor 60a einen magnetischen Verstärker auf, der aus einer Eisendrossel besteht. Die Eisendrossel weist auf: eine erste Wicklung 61, verbunden mit der ersten Diode 55a, und eine zweite Wicklung 62 mit einem Anschluß, der mit der Primärwicklung 61 verbunden ist, und einem weiteren Anschluß, der mit dem ersten Widerstand 56a verbunden ist. Die erste und die zweite Wicklung 61 und 62 haben eine erste bzw. eine zweite Anzahl N&sub1; bzw. N&sub2; von Wicklungen. Es wird vorausgesetzt, daß die zweite Anzahl N&sub2; von Wicklungen größer ist als die erste Anzahl N&sub1; von Wicklungen.
Der erste Gleichstrom IA wird an den ersten Stromdetektor 60a geliefert und wird in einen ersten und einen zweiten Strom geteilt, der durch die erste bzw. zweite Wicklung 61 bzw. 62 fließt. Der erste Strom wird an die Last 20 als Laststrom IL für die Last 20 geliefert, während der zweite Strom an den ersten Widerstand 56a geliefert wird. Der zweite Strom kann deshalb als Widerstandsstrom IR bezeichnet werden.
Außerdem erzeugt der erste Stromdetektor 60a ein Steuersignal, das durch eine Steuerspannung Vc bestimmt wird, die proportional einer linearen Kombination des ersten Gleichstroms IA, des Laststroms IL und des Widerstandsstroms IR ist. Insbesondere wird die Steuerspannung Vc folgendermaßen dargestellt:
Vc = g&sub1;·IA+g&sub2;·IL+g&sub3;·IR, (7)
wobei g&sub1;, g&sub2; und g&sub3; Proportionalitätskonstante sind, die gewählt werden, wie später beschrieben wird. Es sei hier nur gesagt, daß mindestens eine der Proportionalitätskonstanten g&sub1; und g&sub2; nicht gleich Null ist.
Die Steuerspannung Vc wird vom ersten Stromdetektor 60a an die erste Stromquelle 54a (Fig. 5) geschickt. Die dargestellte erste Stromquelle 54a weist auf: einen Komparator zum Vergleichen der Steuerspannung Vc mit einer vorgegebenen Referenzspannung Vs, um eine Differenz zwischen der Steuerspannung Vc und der vorgegebenen Referenzspannung Vs zu erzeugen, und eine Stromstellschaltung zum Stellen des ersten Gleichstroms IA in Abhängigkeit von der Differenz, so daß die Steuerspannung Vc identisch ist mit der vorgegebenen Referenzspannung Vs. Der oben erwähnte Komparator und die Stromstellschaltung sind beide bekannt und deshalb nicht in Fig. 5 dargestellt.
Die Proportionalitätskonstanten g&sub1; bis g&sub3; seien gemäß Fig. 5 und 6 bestimmt. Es wird angenommen, daß die erste Quellenspannung VA null wird als Ergebnis des Kurzschließens eines Ausgangsklemmenpaares der ersten Stromquelle 54a und daß der resultierende erste Gleichstrom IA gleich IA0 wird. In diesem Fall wird der Widerstandsstrom IR null und der erste Gleichstrom IA wird gleich dem Laststrom IL, vorausgesetzt, daß die Verringerung der Spannung im ersten Stromdetektor 60a vernachlässigbar klein ist. Das bedeutet, daß die erste Quellenspannung VA im wesentlichen gleich einer Spannung ist, die sich über dem ersten Widerstand 56a entwickelt.
Unter Berücksichtigung des oben Gesagten ergibt sich die vorgegebene Referenzspannung Vs anhand der Gleichung (7):
Vs = (g&sub1; + g&sub2;)·IA0 (8)
Wenn die vorgegebene Referenzspannung Vs (Gleichung (8)) gleich der Steuerspannung Vc (Gleichung (7)) ist, ergibt sich der Laststrom IL wie folgt:
IL = IA0-G·IR = IA0-G·(VA/R&sub1;&sub0;), (9)
wobei gilt: G = (g&sub1; + g&sub3;)/(g&sub1; + g&sub2;) (9')
Es sei hier erwähnt, daß ein Prinzip der Erfindung darin besteht, den Faktor G zu einem negativen Wert zu machen. Ein solcher negativer Wert des Faktors G kann erreicht werden, wenn die Proportionalitätskonstante g&sub3; eine Polarität oder ein Vorzeichen hat, das gegenüber den anderen Proportionalitätskonstanten g&sub1; und g&sub2; umgekehrt ist, und ferner einen absoluten Wert hat, der größer ist als die Proportionalitätskonstante g&sub1;.
In Fig. 6 wird angenommen, daß die Steuerspannung Vc proportional einer Differenz der Amperewicklungen zwischen der ersten und der zweiten Wicklung 61 und 62 ist. Unter diesen Umständen ergibt sich die Steuerspannung Vc aus:
Vc = k(N&sub1;·IL-N&sub2;·IR) (10)
In Gleichung (10) kann man für kN&sub1; und -kN&sub2; g&sub2; bzw. g&sub3; einsetzen. Daraus folgt, daß man die Gleichung (10) auch folgendermaßen schreiben kann:
Vc =g&sub1;·IL+g&sub3;·IR (11)
Ein Vergleich der Gleichung (10) mit der Gleichung (7) zeigt, daß die Gleichung (7) mit der Gleichung (11) äquivalent ist, wenn die Proportionalitätskonstante g&sub1; der Gleichung (7) gleich Null ist und die Proportionalitätskonstanten g&sub2; und g&sub3; einander entgegengesetzte Polaritäten oder Vorzeichen haben. Dementsprechend wird der Faktor G gleich g&sub3;/g&sub2; und nimmt einen negativen Wert an.
Die zweite Energiequelle 52 hat den gleichen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie die erste Energiequelle 51 und wird deshalb nicht weiter beschrieben. Für die zweite Energiequelle 52 gilt ein Verhältnis, das der Gleichung (9) entspricht und gegeben ist durch:
IL = IB0-G·(VL-VA)/R&sub1;0, (12)
wobei IB0 gleich IA0 ist, das im Zusammenhang mit der ersten Energiequelle 51 beschrieben worden ist.
Gemäß Fig. 7, wo die Abszisse und die Ordinate die erste Energiequelle VA bzw. den Laststrom IL darstellen, zeigen die erste und die zweite spezifische Kennlinie 66 und 67 die Verhältnisse der Gleichungen (9) bzw. (12). Wenn der Faktor G jeder der Gleichungen (9) und (12) einen negativen Wert annimmt, wie oben erwähnt, sind die Neigungen der ersten und der zweiten Kennlinie 66 und 67 umgekehrt relativ zu denen der ersten und der zweiten Kennlinie 31 und 32 gemäß Fig. 2. Bei der ersten Kennlinie 66 steigt der Laststrom IL bei einem Anstieg der ersten Quellenspannung VA allmählich von IA0 an. Das heißt, der Laststrom IL steigt, wenn der Anteil an der Lastverteilung in der ersten Energiequelle 51 (Fig. 5) steigt.
Bei der zweiten Kennlinie 67 steigt der Laststrom IL ebenfalls bei einem Anstieg des Anteils an der zweiten Energiequelle 52 von IB0 an.
Anhand von Fig. 5 bis 7 wird deutlich, daß eine Kombination jedes Stromdetektors 60 und jedes Widerstands 56 (Zusatzkennzeichen der Bezugszeichen weggelassen) einem negativen Widerstand entspricht und deshalb durch den negativen Widerstand ersetzt werden kann. Die Kombination jedes Stromdetektors 60 und jedes Widerstands 56 kann als Steuerschaltung 70 zum Steuern jedes des ersten und des zweiten Gleichstroms IA und IB bezeichnet werden. In diesem Zusammenhang werden die erste und die zweite Kennlinie 66 und 67 als erste bzw. zweite negative Widerstandskennlinie bezeichnet.
Jede der ersten und der zweiten negativen Widerstandskennlinie ist praktisch innerhalb eines regelbaren Bereichs veränderlich wie jede der ersten und der zweiten Kennlinie 31 und 32 gemäß Fig. 2. In Fig. 7 sind die erste und zweite untere Grenzwertlinie 66' und 67' unter der ersten und zweiten negativen Widerstandskennlinie 66 bzw. 67 im Hinblick auf in der Praxis vorkommende Schwankungen dargestellt.
Jede der ersten und zweiten Quellenspannung VA und VB ist jedenfalls gleich einer Hälfte (VL/2) der Lastspannung VL, wenn die erste und die zweite Energiequelle 51 und 52 mit den gleichen Anteilen arbeiten. In diesem Fall wird der Laststrom IL gleich einem normalen Laststrom IL0, wenn die erste und die zweite negative Widerstandskennlinie 66 und 67 sich nicht ändern. Wenn die erste und die zweite negative Widerstandskennlinie auf die erste bzw. die zweite untere Grenzwertkennlinie 66' und 67' zurückgehen, verringert sich der normale Laststrom IL0 auf einen unteren Grenzwertstrom IL0'.
In dem Energieversorgungssystem gemäß Fig. 5 sei der Mindestlaststrom Im der Last 20 niedriger als der untere Grenzwertstrom IL0. Unter diesen Umständen sei die zweite Stromquelle 54b unterbrochen und die zweite Diode 55b in einem leitenden Zustand. Daraus folgt, daß die erste Energiequelle 51 die Last 20 allein bedient, indem sie die Lastspannung VL erzeugt. Die erste Stromquelle 54a erzeugt den ersten Gleichstrom IA entsprechend der ersten negativen Widerstandskennlinie 66. Daraus folgt, daß der Laststrom IL auf einen Höchstlaststrom IL1 steigt. Der Höchstlaststrom IL1 kann auf einen unteren Grenzwert des Höchstlaststroms IL1 reduziert werden. Auf jeden Fall sind der Höchstlaststrom IL1 und dessen unterer Grenzwert größer als der Mindestlaststrom Im.
Gleicher Arbeitsablauf findet statt, wenn die zweite Energiequelle 52 als Ergebnis einer Unterbrechung der ersten Energiequelle die Last 20 allein bedient.
Man beachte hierbei, daß in der Zwischenzeit der Laststrom IL auch dann nicht geringer wird als der untere Grenzwertstrom IL0', wenn entweder die erste oder die zweite der Stromquellen 54a bzw. 54b unterbrochen wird, wie aus Fig. 7 hervorgeht. Das heißt, daß der untere Grenzwertstrom IL0' des normalen Laststroms IL0 minimal und größer als der Mindestlaststrom Im der Last 20 sein kann. Insbesondere kann eine Differenz (IL0-Im) zwischen dem normalen Laststrom IL0 und dem Mindestlaststrom Im etwas größer sein als eine Differenz zwischen dem normalen Laststrom IL0 und dem unteren Grenzwertstrom IL0'.
Daraus ist zu erkennen, daß die Differenz zwischen dem normalen Laststrom IL0 und dem Mindestlaststrom Im im Vergleich zu der Stromsteigerungsstufe in Gleichung (3) beträchtlich reduziert werden kann. Wenn sowohl die erste als auch die zweite Energiequelle 51 und 52 in den normalen Arbeitszustand versetzt werden, kann sich der normale Laststrom IL0 im Vergleich zu dem des herkömmlichen Energieversorgungssystems gemäß Fig. 1 verringern.
Andererseits steigt der Laststrom IL ausgehend vom normalen Laststrom IL0, wenn eine Unterbrechung infolge eines Fehlers entweder in der ersten oder in der zweiten der Energiequellen 51 bzw. 52 gemäß Fig. 5 stattfindet. Eine Unterbrechungszeit ist jedoch sehr viel kürzer als eine Zeit des normalen Arbeitsablaufs.
Dementsprechend kann die Last 20 einen kleinen Kühler aufweisen, der zwecks Abstrahlung der durch die Last 20 erzeugten Wärme darin enthalten ist. Die Last 20 kann also bezüglich der Größe reduziert werden und wird somit wirtschaftlich.
Gemäß Fig. 8 weist ein weiterer Anschluß des ersten Stromdetektors 60a eine erste Wicklung 61 auf, die mit dem ersten Gleichstrom IA versorgt wird. Der erste Gleichstrom IA strömt durch die erste Wicklung 61 und teilt sich danach in den Laststrom IL und den Widerstandsstrom IR, die an die Last 20 bzw. den ersten Widerstand 56a geliefert werden. Der Widerstandsstrom IR fließt durch die zweite Wicklung 62.
Es wird angenommen, daß die erste und die zweite Wicklung 61 und 62 eine erste bzw. zweite Anzahl N&sub1; bzw. N&sub2; von Wicklungen wie in Fig. 6 haben. In diesem Fall ist die Steuerspannung Vc gegeben durch:
Vc = k(N&sub1;·IA-N&sub2;·IR) (13)
Wenn für kN&sub1; und -kN&sub2; die Proportionalitätskonstanten g&sub1; bzw. g&sub2; eingesetzt werden, kann die Gleichung (13) auch wie folgt geschrieben werden:
Vc = g&sub1;·IA+g&sub3;·IR (13')
Die Gleichung (7) soll mit der Gleichung (13') verglichen werden. Wenn die Proportionalitätskonstante g&sub2; der Gleichung (7) gleich Null ist und wenn die Proportionalitätskonstanten g&sub1; und g&sub3; einander entgegengesetzte Polaritäten oder Vorzeichen haben, wird die Gleichung (7) identisch mit der Gleichung (13'). Deshalb ergibt sich der Faktor G anhand der Gleichung (9') wie folgt:
G = (g&sub1; + g&sub3;)/g&sub1;
Wie bereits allgemein bekannt, kann man den Faktor G zu einen negativen Wert machen, indem man die erste und die zweite Anzahl N&sub1; und N&sub2; von Wicklungen wählt. Insbesondere kann die zweite Anzahl N&sub2; von Wicklungen größer sein als die erste Anzahl N&sub1; von Wicklungen.
Obwohl die erste und die zweite negative Widerstandskennlinie 66 und 67 durch Bestimmung der Proportionalitätskonstanten g&sub1; bis g&sub3; nach der oben beschriebenen Art und Weise ermittelt werden, werden auf folgende Weise gleiche Kennlinien erreicht. In Fig. 6 detektiert der erste Stromdetektor 60a nur den Widerstandsstrom IL, um die Steuerspannung Vc, die proportional dem Widerstandsstrom IL ist, zu erzeugen. Es wird angenommen, daß die erste Stromquelle 54a einen vorgegebenen Strom IA0 (Fig. 7) und einen ersten Quellenstrom IA, der proportional dem Widerstandsstrom IR ist, erzeugt, wenn die Steuerspannung Vc gleich Null ist bzw. ungleich Null ist. Somit ergibt sich der erste Quellenstrom IA aus:
IA = IA0 + k&sub1;·IR,
wobei k&sub1; eine Proportionalitätskonstante ist.
Der Laststrom IL (= IA-IR) wird zu:
IL = IA0 + (k&sub1;-1)·IR
= IA0 + (k&sub1;-1)·(VA/R&sub1;&sub0;) (14)
In Gleichung 14 wird die erste negative Widerstandskennlinie 60 (Fig. 7) erreicht, wenn die Proportionalitätskonstante k&sub1; größer ist als 1.
Dies gilt entsprechend für die zweite Energiequelle 60b. Auf die Beschreibung der zweiten Energiequelle 60b wird deshalb verzichtet.
Betrachtet man nun Fig. 9, so weist ein Energieversorgungssystem gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine erste und zweite Energiequelle auf, die in 71 und 72 dargestellt sind und die parallelgeschaltet sind wie in Fig. 3.
Die erste Energiequelle 71 weist eine erste Spannungsquelle 73a, eine erste Reihendiode 74a und einen ersten Reihenwiderstand 75a auf, die so arbeiten wie die in Fig. 3 dargestellten Bauelemente. Die dargestellte erste Energiequelle 71 weist ferner eine erste Stromdetektorschaltung 76a auf, die später beschrieben wird. Ebenso weist die zweite Energiequelle 72 eine zweite Spannungsquelle 73b, eine zweite Reihendiode 74b, einen zweiten Reihenwiderstand 75b und eine zweite Stromdetektorschaltung 76b auf, die jeweils so arbeiten wie die Bauelemente der ersten Energiequelle 71. Dementsprechend konzentriert sich die Beschreibung in erster Linie auf die erste Energiequelle 71.
Die erste Energiequelle 71 erzeugt einen ersten Quellenstrom iA, der bestimmt wird von dem ersten Reihenwiderstand 75a und einer ersten Quellenspannung, die im wesentlichen gleich der Lastspannung VL wie in Fig. 3 ist. Der erste Quellenstrom iA und die Quellenspannung werden als eine erste bzw. eine zweite Quellenkomponente bezeichnet. Die erste Spannungsquelle 73a dient jedenfalls dazu, eine erste Gleichspannung EA zu erzeugen, während der erste Reihenwiderstand 75a einen ersten Gleichstrom bestimmt. Der erste Gleichstrom und die erste Gleichspannung EA können als erste bzw. zweite elektrische Komponente bezeichnet werden. Wie später noch beschrieben wird, wird der erste Gleichstrom als der erste Quellenstrom iA an die Last 20 geliefert, während die erste Gleichspannung EA sich als die Quellenspannung über der ersten Energiequelle 71 entwickelt.
Außerdem kann für eine Kombination der ersten Stromdetektorschaltung 76a und des ersten Reihenwiderstands 75a wie in Fig. 5 ein negativer Widerstand eingesetzt werden. Die Kombination der ersten Stromdetektorschaltung 76a und des ersten Reihenwiderstands 75a dient dazu, die erste Gleichspannung EA entsprechend einer negativen Widerstandskennlinie zu steuern, um den ersten Quellenstrom iA und die Lastspannung VL zu erzeugen, und wird deshalb als Steuerschaltung 70 bezeichnet.
Betrachtet man Fig. 10 zusammen mit Fig. 9, so besteht die erste Stromdetektorschaltung 76a aus einem magnetischen Verstärker, der eine Eisendrossel aufweist. Die dargestellte Eisendrossel weist eine Gleichstromwicklung 80 mit einer Anzahl N von Wicklungen auf. Die Gleichstromwicklung 80 befindet sich zwischen der ersten Reihendiode 74a und dem ersten Reihenwiderstand 75a und läßt es zu, daß der erste Quellenstrom iA hindurchfließt. Außerdem wird eine Steuerspannung Vc von der Gleichstromwicklung 76a abgeleitet und an die erste Spannungsquelle 73a geliefert. Die dargestellte Steuerspannung Vc ist proportional einer Amperewicklung der Wicklung 80. Dementsprechend ergibt sich die Steuerspannung Vc aus:
Vc = k&sub3;·N·iA, (15)
wobei k&sub3; eine Proportionalitätskonstante ist.
Die erste Spannungsquelle 73a wird entsprechend der Steuerspannung Vc gesteuert, die sich aus der Gleichung (15) ergibt. Die dargestellte erste Spannungsquelle 73a erzeugt eine vorgewählte Spannung EA0, wenn die Steuerspannung Vc gleich Null ist. Wenn die Steuerspannung Vc gleich Null ist, wird die erste Gleichspannung EA gleich der Summe der vorgewählten Spannung EA0 und einer variablen Spannung, die proportional der ersten Quellenschaltung iA ist. Dementsprechend kann die erste Gleichspannung EA wie folgt lauten:
EA = EA0 + k&sub4;·iA, (16)
wobei k&sub4; eine weitere Proportionalitätskonstante ist.
Im Ergebnis der oben erwähnten Spannungssteuerung läßt sich die Lastspannung VL anhand der Gleichung (16) auch folgendermaßen schreiben:
VL = EA-R&sub2;&sub0;·iA,
= EA0 + (k&sub4;-R&sub2;&sub0;)·iA (17)
Wenn die Proportionalitätskonstante k4 größer ist als der Widerstand R&sub2;&sub0;, also (k&sub4;-R&sub2;&sub0;) > 0, hat die erste Energiequelle 71 eine negative Widerstandskennlinie, die als eine erste negative Widerstandskennlinie bezeichnet wird.
Eine gleiche Spannungssteuerung findet in der zweiten Energiequelle 72 statt. In diesem Fall ergibt sich die Lastspannung VL aus:
VL = EB0 + (k&sub4;-R&sub2;&sub0;)·(IL-iA), (18)
wobei EB0 der vorgewählten Spannung EA0 entspricht und eine vorgewählte Spannung der zweiten Spannungsquelle 73b darstellt, die auftritt, wenn die Steuerspannung Vc gleich Null ist. Die zweite Energiequelle 72 hat also eine durch die Gleichung (18) beschriebene, zweite negative Widerstandskennlinie, wenn die Proportionalitätskonstante k&sub4; größer als R&sub2;&sub0; ist.
In Fig. 11 ist die erste negative Widerstandskennlinie mit 81 bezeichnet. Man beachte bei der ersten negativen Widerstandskennlinie, daß die Lastspannung VL, ausgehend von der vorgewählten Spannung EA0, auf eine Höchstlastspannung VL1 ansteigt, wenn der erste Quellenstrom iA steigt. Die erste negative Widerstandskennlinie 81 steigt also nach rechts in Fig.
11. Die Kennlinie 81 kann praktisch innerhalb eines regelbaren Bereiches auf eine erste niedrigere Grenzwertkennlinie 81' reduziert werden, wenn die erste Gleichspannung EA sich ändert.
Die zweite negative Widerstandskennlinie in Fig. 11 ist auch mit 82 bezeichnet und steigt nach links. Das heißt, daß die Lastspannung VL bei einem Anstieg des zweiten Quellenstroms iB, also bei einem Abfall des ersten Quellenstrom iA, steigt. Eine zweite untere Grenzwertkennlinie 82' entsprechend der zweiten negativen Widerstandskennlinie 82 ist ebenfalls in Fig. 11 dargestellt.
Wenn das Energieversorgungssystem im Normalbetrieb arbeitet, bedient jede der ersten und der zweiten Energiequelle 71 und 72 die Last 20, indem sie jeden des ersten und des zweiten Quellenstroms iA und iB, die gleich einer Hälfte (IL/2) des Laststroms IL sind, benutzen. In diesem Fall ist die Lastspanung VL gleich einer normalen Lastspannung VL0, die auf eine untere Grenzspannung VL0' reduziert werden kann.
Es wird angenommen, daß die Last 20 eine Mindestspannung Vm hat, die niedriger ist als die untere Grenzspannung VL0'.
Es sei z. B. die zweite Spannungsquelle 73b im Energieversorgungssystem unterbrochen. Die erste Spannungsquelle 73a bedient die Last 20 allein, indem sie den ersten Quellenstrom iA, der gleich dem Laststrom IL ist, erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt erhöht sich die Quellenspannung der ersten Energiequelle 71 bis zu der Höchstlastspannung VL1 entsprechend der ersten negativen Widerstandskennlinie 81. Wenn die Höchstlastspannung VL1 größer ist als die Mindestspannung Vm der Last 20, wird die Last 20 günstigerweise auch dann betrieben, wenn die zweite Spannungsquelle 73b fehlerhaft wird.
Gleicher Arbeitsablauf findet in dem Fall statt, wo die erste Spannungsquelle 74a unterbrochen ist.
Bei diesem Aufbau wird die normale Lastspannung VL0 so gewählt, daß eine Differenz zwischen der normalen Lastspannung VL0 und der Mindestspannung Vm etwas größer wird als eine Differenz zwischen der normalen Lastspannung VL0 und der unteren Grenzspannung VL0'. Die Differenz zwischen der normalen Lastspannung VL0 und der Mindestspannung Vm kann beträchtlich klein sein im Vergleich zu der Spannungsdifferenz in der Gleichung (6) im Zusammenhang mit dem herkömmlichen Energieversorgungssystem gemäß Fig. 3 und 4.
Wie bereits erwähnt, ist eine Unterbrechungszeit bei der ersten oder der zweiten der Spannungsquellen 73a bzw. 73b sehr viel kürzer als eine Zeit der normalen Arbeitsweise. Dementsprechend ist der Anstieg der Lastspannung VL eine Übergangserscheinung. Man kann verhindern, daß die Last 20 überflüssigerweise erwärmt wird. Im Ergebnis wird die Last 20 klein in ihren Abmessungen und billig wie in Fig. 5.
Betrachtet man Fig. 5 noch einmal sowie Fig. 12 und 13, so weist ein Energieversorgungssystem gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Energiequelle (bezeichnet mit 85 in Fig. 13) auf, die eingesetzt wird für jede der ersten und der zweiten Energiequelle 51 und 52 gemäß Fig. 5. Die Energiequelle 85 hat eine erste und zweite geknickte Kennlinie 86 und 87 (Fig. 12), wenn sie als die erste bzw. die zweite Energiequelle 51 bzw. 52 (Fig. 5) verwendet wird.
Man beachte, daß in Fig. 12 jede der ersten und der zweiten geknickten Kennlinie 86 und 87 teilweise eine negative Widerstandscharakteristik wie in Fig. 7 zeigt und sich bei einem Anstieg jeder der ersten und der zweiten Quellenspannung VA und VB nicht linear verändert. Insbesondere zeigt die erste Kennlinie 86 einen ersten Widerstand zwischen Null und einer Übergangsspannung Vt, die höher ist als die Hälfte (VL/2) der Lastspannung, und einen zweiten Widerstand zwischen der Übergangsspannung Vt und der Lastspannung VL. Die Übergangsspannung Vt stellt einen vorgewählten Anteil an der Lastverteilung dar. Wie aus der ersten Kennlinie 86 ersichtlich ist, ist der erste Widerstand ein negativer Widerstand und hat einen ausreichend kleinen absoluten Wert, während der zweite Widerstand ein positiver Widerstand ist.
Ebenso ist die zweite Kennlinie 87 relativ zu der zweiten Quellenspannung VB wie die erste Kennlinie 86 variabel. Wie in Fig. 7 sind die unteren Grenzwertkennlinien 86' und 87' im Verhältnis zu der ersten bzw. der zweiten Kennlinie 86 und 87 dargestellt.
Wenn jeder des ersten und des zweiten Gleichstroms IA und IB auf die oben beschriebene Weise gesteuert wird, kann sich der normale Laststrom IL0 dem Mindeststrom Im der Last 20 im Vergleich zu dem des herkömmlichen Energieversorgungssystems gemäß Fig. 1 nähern. Dementsprechend kann die Last 20 in ihren Abmessungen klein und billig sein, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.
Außerdem kann ein Anstieg des Laststrom IL im Vergleich zu dem Energieversorgungssystem gemäß Fig. 5 reduziert werden, wenn eine der ersten und der zweiten Energiequelle allein arbeitet, weil nämlich jeder des ersten und des zweiten Gleichstroms IA und IB nicht steigt, wenn jede Quellenspannung VA und VB die Übergangsspannung Vt überschreitet.
Um die erste und die zweite Kennlinie 86 und 87 zu erfüllen, wird angenommen, daß die Energiequelle 85 als die erste Energiequelle 51 verwendet wird und einen Stromdetektor 60' gemäß Fig. 13 aufweist. Alle anderen Elemente und Signale sind die gleichen wie die in Fig. 5 und 6 und werden deshalb mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 13 arbeitet die erste Stromquelle 54a zusammen mit dem Stromdetektor 60' so wie die in Fig. 5 dargestellte, und erzeugt den ersten Gleichstrom IA, der sich in den Laststrom IL und den Widerstandsstrom IR teilt. Der Widerstandsstrom IR wird über den ersten Widerstand 56a zum Stromdetektor 60' geführt.
Der Stromdetektor 60' weist einen magnetischen Verstärker, bezeichnet mit 91, auf. Der dargestellte magnetische Verstärker 91 weist eine Gleichstromwicklung 92 auf und erzeugt ein Detektorsignal mit einer Detektorspannung Vd. Die Detektorspannung Vd ist proportional einer Amperewicklung, also dem Widerstandsstrom IR Die Detektorspannung Vd wird an einen Begrenzer 94 übergeben, um die Detektorspannung Vd zu begrenzen, wenn sie eine vorgeschriebene Referenzspannung V&sub0; überschreitet. Insbesondere erzeugt der Begrenzer 94 die Detektorspannung Vd als eine Steuerspannung Vc, wenn die Detektorspannung Vd nicht größer ist als die vorgeschriebene Referenzspannung V&sub0;. Anderenfalls erzeugt der Begrenzer 94 die Steuerspannung Vc in Abhängigkeit von der vorgeschriebenen Referenzspannung V&sub0;. Dementsprechend wird die Steuerspannung Vc allgemein dargestellt durch:
Vc = Vd, (Vd ≥ V&sub0;) (19)
und Vc = V&sub0; + g&sub4;·(Vd-V&sub0;), (Vd > V&sub0;), (19')
wobei g&sub4; eine Proportionalitätskonstante ist.
Wenn der Begrenzer 94 im Stromdetektor 60' verwendet wird, ist die Proportionalitätskonstante g&sub4; gleich Null. Im Ergebnis wird die Steuerspannung Vc gleich V&sub0; in der Gleichung (19'), wenn die Detektorspannung Vd die vorgeschriebene Referenzspannung V&sub0; überschreitet.
Dabei ist das Verhältnis zwischen der Detektorspannung Vd und dem Widerstandsstrom IR gegeben durch:
Vd = g&sub5;·IR, (20)
wobei g&sub5; eine Proportionalitätskonstante ist.
Die Verringerung einer Spannung im Stromdetektor 60' ist sehr gering und kann vernachlässigt werden. Aus Fig. 13 geht hervor, daß unter diesen Umständen der Widerstandsstrom IR folgendermaßen dargestellt wird:
IR = VA/R&sub1;&sub0; (21)
Es wird angenommen, daß die vorgeschriebene Referenzspannung V&sub0; anhand der Übergangsspannung Vt in Fig. 12 bestimmt wird und gegeben ist durch:
V&sub0; = g&sub5;·Vt/R&sub1;&sub0; (22)
Anhand der Gleichungen (20) und (21) entsteht aus der Gleichung (19) folgende Gleichung:
Vc = Vd = g&sub5;·VA/R&sub1;&sub0; (23)
Gleichung (23) stellt die Steuerspannung Vc dar, die auftritt, wenn die erste Quellenspannung VA nicht größer ist als die Übergangsspannung Vt.
Ebenso kann die Gleichung (49') anhand der Gleichungen (20) bis (22) auch wie folgt geschrieben werden:
Vc = g&sub5;[Vt + g&sub4;(VA-Vt)]/R&sub1;&sub0; (24)
Man beachte hierbei, daß die Gleichung (24) die Steuerspannung Vc darstellt, die auftritt, wenn die erste Quellenspannung VA größer ist als die Übergangsspannung Vt.
Die erste Stromquelle 54a wird versorgt mit der Steuerspannung Vc in Gleichung (23) oder (24) und unterliegt der Stromsteuerung entsprechend der Steuerspannung Vc. Die Beziehung zwischen der Steuerspannung Vc und dem ersten Gleichstrom IA sei gegeben durch:
IA = IA0 + k5·Vc, (25)
wobei k&sub5; eine zusätzliche Proportionalitätskonstante ist. Wie aus Gleichung (25) hervorgeht, ist der erste Gleichstrom IA gleich IA0 und größer als IA0, wenn Vc = 0 bzw. Vc > 0 ist.
Wenn die erste Quellenspannung VA nicht größer ist als die Übergangsspannung Vt, ergibt sich der Laststrom IL aus einer Differenz zwischen dem ersten Gleichstrom IA und dem Widerstandsstrom IR und wird dann anhand der Gleichungen (23) und (25) folgendermaßen geschrieben:
IL = IA0+ (k&sub5;·g&sub5;-1)·VA/R&sub1;&sub0; (26)
Wenn andererseits die erste Quellenspannung VA größer ist als die Übergangsspannung Vt, dann wird der Strom IL wie folgt dargestellt:
IL = IA0 + k&sub5;·g&sub5; (1-g&sub4;)·Vt/R&sub1;&sub0;
+ (k&sub5;·g&sub4;·g&sub5;-1)·VA/R&sub1;&sub0; (27)
Gleichung (26) kann man so handhaben, daß das Glied k&sub5;·g&sub5; größer wird als 1 und daß das Glied R&sub1;&sub0;/(k&sub5;·g&sub5;-1) identisch wird mit einem gewünschten Wert. Deshalb kann die negative Widerstandskennlinie erreicht werden, wenn die erste Gleichspannung VA nicht größer ist als die Übergangsspannung Vt, wie 86 in Fig. 12 zeigt. Der erste Widerstand 56a und der Stromdetektor 60' sind einem negativen Widerstand äquivalent und werden gemeinsam als eine Steuerschaltung 70 bezeichnet, wie bereits erwähnt.
In Gleichung (27) ist die Proportionalitätskonstante g&sub4; gleich Null, wenn der Begrenzer 94 in dem Stromdetektor 60' verwendet wird. Gleichung (27) wird vereinfacht zu:
IL = IA0 + k&sub5;·g&sub5;·Vt/R&sub1;&sub0;-VA/R&sub1;&sub0; (27')
Dies zeigt, daß die positive Widerstandskennlinie zwischen der Übergangsspannung Vt und der Lastspannung VL erreicht wird, wie 86 in Fig. 12 zeigt.
Der oben erwähnte Umstand bezieht sich auf den Fall, wo die Energiequelle 85 gemäß Fig. 12 als die zweite Energiequelle 52 gemäß Fig. 5 verwendet wird. Eine Veränderung des Laststroms IL kann jedenfalls verringert werden durch die Verwendung der Energiequelle 85, wenn entweder die erste oder die zweite der Energiequellen 51 bzw. 52 die Last 20 bedient.
Wenn man Fig. 14 und 15 betrachtet, so ist ein Energieversorgungssystem gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform identisch mit dem im Zusammenhang mit Fig. 9 und 11 dargestellten, außer daß eine Energiequelle 100 (Fig. 14) eine nichtlineare Kennlinie hat, wie in Fig. 15 dargestellt, und wie jede der ersten und der zweiten Energiequelle 71 und 72 (Fig. 9) arbeitet. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird angenommen, daß die Energiequelle 100 gemäß Fig. 14 als die erste Energiequelle 71 (Fig. 9) verwendet wird.
Eine Stromdetektorschaltung 76' in der Energiequelle 100 ist identisch mit dem Stromdetektor 60' gemäß Fig. 13 und weist einen magnetischen Verstärker und einen Begrenzer auf, bezeichnet mit 101 bzw. 102, um eine erste nichtlineare Kennlinie, bezeichnet mit 106 in Fig. 15, bereitzustellen. Es versteht sich von selbst, daß eine zweite nichtlineare Kennlinie 107 durch die zweite Energiequelle 72 (Fig. 9) gegeben ist.
Jede der ersten und der zweiten nichtlinearen Kennlinie 106 und 107 hat einen Übergangsstrom It, der größer ist als eine Hälfte des Laststroms IL, obwohl der Übergangsstrom It nur an der ersten nichtlinearen Kennlinie 106 in Fig. 15 dargestellt ist.
Die erste Gleichspannung EA wird von der ersten Spannungsquelle 73a entwickelt, die regelbar ist, wie später beschrieben wird. Daraus folgt, daß der erste Quellenstrom iA durch die erste Diode 74a, die Stromdetektorschaltung 76' und den ersten Widerstand 75a fließt. Der erste Quellenstrom iA wird kombiniert mit dem zweiten Quellenstrom iB (Fig. 9), um als der Laststrom IL an die Last 20 geliefert zu werden, wie Fig. 9 zeigt.
In Fig. 14 wird der erste Quellenstrom iA durch die Stromdetektorschaltung 76' detektiert. Der magnetische Verstärker 101 erzeugt ein Detektorsignal mit einer Detektorspannung Vd, wie in Verbindung mit Fig. 13 dargestellt. Die Detektorspannung Vd ist deshalb proportional zum ersten Quellenstrom iA und ergibt sich aus:
Vd = g&sub6;·iA, (28)
wobei g&sub6; eine Proportionalitätskonstante ist.
Die Detektorspannung Vd wird an den Begrenzer 102 geschickt, um bei einer vorgewählten Referenzspannung V&sub0; die Detektorspannung Vd zu begrenzen. Die vorgewählte Referenzspannung V&sub0; dient dazu, den Übergangsstrom It bereitzustellen. Der Begrenzer 102 kann als eine Vergleichsschaltung bezeichnet werden. Die Vergleichsschaltung erzeugt ein Steuersignal Vc, indem sie die Detektorspannung Vd mit der vorgewählten Referenzspannung V&sub0; vergleicht. Wenn Vd ≤ V&sub0;, dann erzeugt die Vergleichsschaltung die Steuerspannung Vc, die sich ergibt aus:
Vc = Vd
Wenn Vd > V&sub0;, dann erzeugt die Vergleichsschaltung die Steuerspannung Vc, die sich ergibt aus:
Vc = V&sub0; + g&sub7; (Vd-V&sub0;),
wobei g&sub7; eine Proportionalitätskonstante ist.
Hierbei wird die vorgewählte Referenzspannung V&sub0; anhand des Übergangsstroms It bestimmt und ergibt sich aus:
V&sub0; = g&sub6;·It
Wenn demnach Vd ≤ V&sub0;, also iA ≤ It, dann ergibt sich die Steuerspannung Vc aus:
Vc = Vd = g&sub6;·iA (29)
Wenn Vd > V&sub0;, also iA > It, dann führt die Steuerspannung Vc zu:
Vc = g&sub6;·(It + g&sub7;·(iA-It)) (30)
Andererseits ergibt sich die erste Gleichspannung EA der ersten Spannungsquelle 73a aus:
EA = EA0 + k&sub6;·Vc (31)
Die Lastspannung VL ist gleich einer Differenz zwischen der ersten Gleichspannung EA und einer Spannung über dem ersten Widerstand 75a und ergibt sich anhand der Gleichungen (29) bis (31) wie folgt:
VL= EA0 + (k&sub6;·g&sub6;-R&sub2;&sub0;)·iA, (iA ≤It) (32)
und VL = EA0+k&sub6;·g&sub6;·(1-g&sub7;)·It
+ (k&sub6;·g&sub6;·g&sub7;-R&sub2;&sub0;)·iA, (iA> It) (33)
In Gleichung (32) kann man so verfahren, daß aus (k&sub6;·g&sub6;-R&sub2;&sub0;) ein positiver Wert wird. Das heißt, daß die Lastspannung VL mit einer Steigerungsstufe des ersten Quellenstroms iA steigt, wenn der erste Quellenstrom iA nicht größer ist als
lt. Deshalb hat die erste nichtlineare Kennlinie 106 teilweise eine negative Widerstandscharakteristik.
In Gleichung (33) kann man das dritte Glied (k&sub6;·g&sub6;·g&sub7;-R&sub2;&sub0;) so wählen, daß ein Wert des Gliedes gleich einem gewünschten Wert wird, der kleiner oder gleich Null ist. Die erste nichtlineare Kennlinie 106 kann also eine positiv Widerstandscharakteristik haben, wenn der erste Quellenstrom iA den Übergangsstrom It übersteigt.
Gleiche Arbeitsweise findet in der zweiten Energiequelle 72 (Fig. 9) statt.
Bei diesem Aufbau kann ein Anstieg der Lastspannung VL im Vergleich zu dem Energieversorgungssystem gemäß Fig. 9 vermieden werden. Außerdem kann sich die normale Lastspannung VL0 der Mindestspannung Vm der Last 20 wie in Fig. 9 nähern.
Erfindungsgemäß kann auch statt jedes Stromdetektors gemäß Fig. 5, 9, 13 und 14 ein Spannungsdetektor verwendet werden. In diesem Fall kann der Spannungsdetektor eine Spannung über dem Widerstand, z. B. 56, 75, überwachen.

Claims

1. Energieversorgungssystem zur Versorgung einer Last (20) mit einer Lastspannung (VL) und einem Laststrom (IL), wobei das System mehrere Energiequellen (51, 52) aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind und von denen jede dazu dient, eine Quellenspannung (VA, VB) und einen Quellenstrom (IA, IB) zu erzeugen, wobei jede Energiequelle eine elektrische Quelle (54a, 54b), einen Widerstand (56a, 56b) und eine Diode (55a, 55b) und Kopplungseinrichtungen zum Koppeln der in Reihe geschalteten Energiequellen an die Last (20) aufweist, um die Summe der Quellenspannungen der Energiequellen an die Last (20) als die Lastspannung (VL) zu liefern, wobei jeder Quellenstrom (IA, IB) veränderlich ist, wenn die betreffende Quellenspannung (VA, VB) bei einem Anstieg des Lastverteilungsanteils der betreffenden Energiequelle zwischen einem niedrigen und einem hohen Wert schwankt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Energiequelle (51, 52) aufweist:

eine Steuereinrichtung (70), die an die elektrische Quelle (54a, 54b) gekoppelt ist, um den Quellenstrom (IA, IB) entsprechend einer Kennlinie (66, 67) zu steuern, die so verläuft, daß der Quellenstrom (IA, IB) steigt, wenn die Quellenspannung (VA, VB) von dem niedrigen Wert auf den hohen Wert steigt.

2. Energieversorgungssystem zur Versorgung einer Last (20) mit einer Lastspannung (VL) und einem Laststrom (IL), wobei das System mehrere Energiequellen (71, 72) aufweist, die zueinander parallelgeschaltet sind und von denen jede dazu dient, eine Quellenspannung (EA, EB) und einen Quellenstrom (iA, iB) zu erzeugen, wobei jede Energiequelle eine elektrische Quelle (73a, 73b), einen Widerstand (75a, 75b) und eine Diode (74a, 74b) und eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln der parallelgeschalteten Energiequellen an die Last (20) aufweist, um die Summe der Quellenströme (iA, iB) der Energiequellen als den Laststrom (IL) an die Last (20) zu liefern, wobei jede Quellenspannung (EA, EB) veränderlich ist, wenn der betreffende Quellenstrom (iA, iB) bei einem Anstieg des Lastverteilungsanteiles der betreffenden Energiequelle sich zwischen einem niedrigen und einem hohen Wert ändert, dadurch gekennzeichnet, daß jede Energiequelle (71, 72) aufweist:

eine Steuerungseinrichtung (70), die an die elektrische Quelle (73a, 73b) gekoppelt ist, um die elektrische Spannung (EA, EB) entsprechend einer Kennlinie (81, 82) zu steuern, die so verläuft, daß die Quellenspannung ansteigt, wenn der Quellenstrom (iA, iB) von dem niedrigen Wert auf den hohen Wert ansteigt.

3. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (70) jeder Energiequelle (51, 52) aufweist:

eine Detektoreinrichtung (60a, 60b) zum Detektieren des elektrischen Stroms (IA, IB), um eine erste und eine zweite Stromkomponente entsprechend der Kennlinie (66, 67) zu erzeugen; eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung der ersten Stromkomponente, um den Laststrom (IL) mittels der ersten Stromkomponente zu erzeugen; und

einen Widerstand (56a, 56b), der auf die zweite Stromkomponente zur Erzeugung einer anteiligen Spannung anspricht, um den Anteil jeder Energiequelle (51, 52) zu bestimmen.

4. Energiequellensystem nach Anspruch 3, wobei die Detektoreinrichtung (60a, 60b) aufweist:

eine Stromliefereinrichtung mit der Kennlinie (66, 67) zum Liefern der ersten und der zweiten Stromkomponente an die Erzeugungseinrichtung bzw. den Widerstand (56a, 56b); und eine Steuersignalversorgungseinrichtung, die an die Stromliefereinrichtung und die elektrische Quelle gekoppelt ist zum Versorgen der elektrischen Quelle mit einer Steuerspannung (Vc) in Abhängigkeit von der ersten und der zweiten Stromkomponente.

5. Energieversorgungssystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (70) jeder Energiequelle (71, 72) aufweist:

einen Widerstand (75a, 75b) zum Bestimmen jedes der Anteile dadurch, daß zugelassen wird, daß ein Gleichstrom (iA, iB) durch ihn hindurchfließt; und

eine Detektoreinrichtung (76a, 76b) zum Detektieren des Gleichstroms (iA, iB), um die elektrische Quelle mit einem Steuersignal in Abhängigkeit von dem Gleichstrom (iA, iB) zu versorgen, um die Kennlinie bereitzustellen.

6. Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (70) jeder Energiequelle (51, 52; 71, 72) aufweist:

einen Widerstand, der an die elektrische Quelle gekoppelt ist, um jeden der Anteile zu bestimmen, indem zugelassen wird, daß ein Gleichstrom als der Quellenstrom durch ihn hindurchfließt, um eine Spannungsreduzierung über ihm zu entwickeln; und

eine Detektoreinrichtung, die an die elektrische Quelle und an den Widerstand gekoppelt ist zum Detektieren der Spannungsreduzierung, um die elektrische Quelle mit einem Steuersignal in Abhängigkeit von der Spannungsreduzierung zu versorgen, um die Kennlinie (66, 67; 81, 82) bereitzustellen.

7. Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (70) jeder Energiequelle (51, 52; 71, 72) aufweist:

eine erste Einrichtung zum Überwachen der ersten Quellenkomponente jeder Energiequelle (51, 52; 71, 72), um festzustellen, ob der Anteil des Quellenstroms jeder Energiequelle einen vorgewählten Wert zwischen dem niedrigen und dem hohen Wert überschreitet; und

eine zweite Einrichtung, die an die erste Einrichtung gekoppelt ist, zum Erzeugen des Quellenstroms und der Quellenspannung entsprechend der Kennlinie (66, 67; 81, 82) zwischen dem niedrigen und dem vorgewählten Wert und entsprechend einer Kennlinie, die der Kennlinie (66, 67; 81, 82) zwischen dem vorgewählten und dem hohen Wert entgegengesetzt ist.