DE3912941A1

DE3912941A1 - Spannungsversorgungsgeraet

Info

Publication number: DE3912941A1
Application number: DE3912941A
Authority: DE
Inventors: Takao Kawabata; Nobuo Sashida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1989-11-09
Also published as: KR910008549B1; JPH07108092B2; JPH01278266A; KR890016743A; CA1317635C

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannungsversorgungsge rät, welches unter die unterbrechungsfreien Strom versorgungen oder durch Brennstoffzellen gestützte Stromversorgungsgeräte einzuordnen ist.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes unterbrechungsfreies Spannungversorgungsgerät. Eine Ladeeinrichtung 3 wandelt die über einen Transformator T 1 von einer Netzspannungsquelle 5 gelieferten Wechselspannung mit der Frequenz f ₂ in eine Gleichspannung um und versorgt einen spannungsgekoppelten Wechselrichter (voltage-type inverter) 1 mit der Gleichspannung, während gleichzeitig eine Batterie 2 geladen wird.

Der Wechselrichter 1 wandelt die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit der Frequenz f ₃ um, wobei nur ein geringer Anteil an Oberwellen unterer Ord nung entsteht. Die Wechselspannung erhält eine Si nusform, indem sie durch einen Filter mit einer In duktivität L _s und einer Kapazität C _p sowie anschlie ßend durch einen Transformator T 2 geleitet wird, so daß aus ihr eine Versorgungsspannung zur Versorgung einer Last 4 gebildet wird.

Im allgemeinen ist die Last einer derartigen unter brechungslosen Stromversorgung, z. B. ein Computer von der Netzspannungsquelle zum Schutz gegen Störun gen isoliert und in den meisten Fällen mit einer ei genen Erdung versehen, und deshalb wird der Trans formator T 1 sowohl für die Isolierung der Spannungs quelle als auch zur Anpassung der Spannung benötigt.

Obwohl in manchen Fällen der Eingangsspannungstrans formator T 1 weggelassen werden kann, richtet sich die Gleichspannung des Wechselrichters 1 nach den wirtschaftlichen Erfordernissen des Wandlers 1 und der Batterie 2, und deshalb wird der Transformator T 1 zur Erzeugung einer geeigneten Spannung für den Wechselrichter und ebenfalls zur Isolierung der Last von der Netzspannungsquelle in den meisten Fäl len benötigt.

Dementsprechend benötigen herkömmliche unterbre chungsfreie Stromversorgungen zwei schwere und gro ße Transformatoren, welche eine Verkleinerung von Größe und Gewicht der unterbrechungsfreien Stromver sorgung verhindern.

Eine neuere Entwicklung benutzt deshalb ein Hochfre quenzverfahren, wie in Fig. 2 gezeigt. Das unterbre chungsfreie Spannungsversorgungsgerät gemäß Fig. 2 hat dieselbe Funktion wie das von Fig. 1, arbeitet jedoch mit einem Hochfrequenz-Wechselrichter, wie er in dem Artikel "Classification of Inverters and Their Characteristics" der Zeitschrift "Electric Re view" vom November 1981 auf den Seiten 987 bis 992 und Fig. 14 beschrieben ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, erzeugt ein spannungsgekop pelter Wechselrichter 1 eine einphasige Rechtecks pannung mit einer Frequenz von z. B. f ₁=10 kHz und versorgt damit über einen zur Isolierung dienen den Transformator T ₂ den Eingang eines weiteren Stromrichters (cycloconverter) 6. Dieser Stromrich ter 6 wandelt die Frequenz der Wechselspannung von f ₁ in z.B. f ₃=60 Hz um, und die Spannung wird an schließend durch einen aus einer Induktivität L _s und Kapazität C _p bestehenden Filter geleitet, so daß sie sinusförmig wird, und versorgt eine Last 4. Der Transformator T ₂ dieses Gerätes ist für 10 kHz aus gelegt und kann deshalb kompakt und leichtgewichtig sein. Dennoch benötigt dieses bekannte Gerät einen Transformator T ₁ für die Netzspannung mit der Fre quenz f ₂ zur Versorgung einer Ladeeinrichtung 3 wie im Fall von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein weiterentwickeltes Gerät, bei wel chem dasselbe Hochfrequenzverfahren auch bei der La deeinrichtung 3 unter der Berücksichtigung verwen det wird, daß der Wechselrichter von Fig. 2 reversi bel ist. Obwohl dieses Gerät auch kompakte Transfor matoren zuläßt, muß die Spannung durch zwei Strom richter 6 und 8 (cycloconverters) sowie einem Wech selrichter 1 und einen Gleichrichter 7 zwischen dem Netzspannungseingang und dem Spannungsausgang über tragen werden, was in einer herabgesetzten Leistung und hohen Kosten für die Stromrichter resultiert. Deshalb kommt das Gerät von Fig. 3 unter dem Ge sichtspunkt der Ökonomie und Effizienz für die Pra xis wenig in Frage.

Eine neuere Entwicklung hat jedoch diese Probleme gelöst und ist in einem Artikel "Small UPS Using Phase Control" der Schrift "INTERLEC ′87 Conference Proceedings, Session 12" auf den Seiten 516 bis 520 und in Fig. 16(b) beschrieben. Dieses Gerät, das keine Ladeeinrichtung benötigt, ist in der den Fig. 1 bis 3 entsprechenden Fig. 4 dargestellt.

Wenn bei diesem Gerät die Netzspannungsquelle 5 nor mal arbeitet, versorgt diese direkt über einen Schalter SW die Last 4 mit einer Wechselspannung mit der Frequenz f ₂, die ebenfalls an einen Strom richter (cycloconverter) 6 über einen aus einer In duktivität L _s und Kapazität C _p gebildeten Filter an gelegt wird. Der Stromrichter 6 wandelt die Span nung auf eine Frequenz f ₁ um, welche anschließend durch einen Transformator T ₂ an einen Stromrichter 1 geleitet wird, der daraus eine Gleichspannung zum Laden der Batterie 2 erzeugt.

Beim Ausfall der Netzspannungsquelle 5 wird der Schalter SW geöffnet, so daß die Spannung der Bat terie 2 durch den Wechselrichter 1, den Transforma tor T ₂, den Stromrichter 6 und den Filter geleitet wird und die Last 4 weiter versorgt.

Dieses Gerät ist zwar für den praktischen Einsatz geeignet und benötigt auch nur zwei Stromrichter. Dennoch kann die Last 4 nur mit einer Spannung ent sprechend der Netzspannung versorgt werden, und des halb ist dieses bekannte Gerät nicht für Anwendun gen geeignet, welche eine besonders konstante Fre quenz benötigen.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Spannungs versorgungsgerät zu schaffen, das kompakt, leichtge wichtig, leistungsstark und ökonomisch arbeitet und nur eine geringe Anzahl von Stromrichtern bzw. Wand lern benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekenn zeichneten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich durch eine hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit aus und benö tigt nur eine geringe Anzahl von Stromrichtern bzw. Wandlern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Spannungsversorgungsgerätes;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten Span nungsversorgungsgerätes, das das Hochfre quenzverfahren benutzt;

Fig. 3 und 4 Blockdiagramme weiterer bekannter Spannungs versorgungsgeräte;

Fig. 5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsgerätes;

Fig. 6 den Schaltplan des Spannungsversorgungsge rätes von Fig. 5;

Fig. 7 im Stromrichter (cycloconverter) verwendete Schaltkreise;

Fig. 8 Diagramme zur Erklärung der Arbeitsweise des Stromrichters (cycloconverter);

Fig. 9 und 10 Blockschaltbilder anderer erfindungsgemäßer Ausführungsformen;

Fig. 11 die Schaltung einer anderen Ausführung, die Netzspannung in hochfrequente Spannung um wandelt; und

Fig. 12 ein Blockschaltbild der Regelung für das Spannungsversorgungsgerät.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform des erfindungsge mäßen Spannungsversorgungsgerätes dargestellt. Die ses weist einen ersten Stromrichter 11, einen zwei ten Stromrichter 10 und einen dritten Stromrichter (cycloconverter) 12 auf. Die übrigen Schaltungsblöc ke sind mit denen aus Fig. 1 bis 4 identisch und so mit mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei die Erklärung dieser Bauteile nicht wiederholt werden soll.

Fig. 6 zeigt den Schaltplan des Spannungsversor gungsgerätes aus Fig. 5. Der zweite Stromrichter 10 ist ein Rechteckwandler, bestehend aus den Transi storen Q ₁ bis Q ₄ und den Dioden D ₁ bis D ₄, und wan delt die Spannung der Batterie 2 in eine Rechteck spannung um und gibt diese auf einen Bus B ₁. Der zweite Stromrichter 10 benötigt keine Spannungsrege lung und erzeugt eine Spannung mit fester Frequenz auf dem Bus B ₁ als Referenzspannung für das gesamte Gerät.

Der erste Stromrichter 11 besteht aus einem Dioden gleichrichter 11-B, einem Transistorwandler 11-A und einem Kondensator C _D und wandelt die Netzspan nung von einer Netzspannungsquelle 5 in eine Wech selspannung mit derselben Frequenz wie die des zwei ten Stromrichters 10 um. Der Transistorwandler 11-A besitzt eine PWM-Regelung (Impulsbreitenmodulations- Regelung) und eine Phasenregelung für seine Aus gangsspannung in Bezug auf die auf den Bus B ₁ herr schende Spannung, wodurch die auf den Bus B ₁ gegebe ne Ausgangsspannung und ebenfalls sowohl die Span nung zum Laden der Batterie 2 über den zweiten Stromrichter 10 und die durch den dritten Stromrich ter 12 an die Last gelieferte Spannung geregelt wer den.

Die Induktivität L _A hat eine Impedanz von einigen % bis 30% P.U. (Power Unit bzw. Leistungseinheit), und ihre Aufgabe ist die Unterdrückung von Oberwel lenströmen, die durch die Differenz zwischen der un geregelten Rechteckwelle auf dem Bus B ₁ und der vom Transistorwandler 11-A erzeugten PWM-Welle verur sacht wird, sowie die Regelung der vom Transistor wandler 11-A auf den Bus B ₁ gegebenen Spannung.

Da die Spannung auf dem Bus B ₁ eine feste, schein bar vollständige Rechteckform aufgrund der Batterie 2 und eines parallel dazu liegenden Glättungskonden sators C _B besitzt, arbeitet der dritte Stromrichter 12 unabhängig vom Transistorwandler 11-A ohne gegen seitige Beeinflussung. Wenn f ₁ auf einige kHz oder mehr und f ₃ auf 60 Hz gesetzt sind, kann der dritte Stromrichter 12 ein Leitungskommutierungs- oder Selbstkommutierungs-Typ (line commutation type or self commutation type) sein. Die Schalter S ₁ bis S ₆ können vom Selbstkommutierungs-Typ sein, wie in den Fig. 7(a, b) gezeigt.

Im folgenden soll die Funktionsweise der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform und insbesondere die Funk tion des dritten Stromrichters 12 näher erklärt wer den. Dadurch, daß der Transformator T ₂ so ausgelegt ist, daß er nur eine geringe Streuinduktivität auf weist, erzeugt er an seiner Sekundärwicklung diesel be Rechteckspannung wie die auf dem Bus B ₁ (s. Fig. 8(a)). Ein Impulsspannungen absorbierender Kondensa tor C _A ist vorgesehen, um das Schalten des dritten Stromrichters 12 zu ermöglichen.

Während der positiven Halbwelle von V _RS gemäß Fig. 8 erzeugt das Schließen des Schalters S ₁ eine posi tive Spannung oder das Schließen des Schalters S ₂ eine negative Spannung am Punkt X. Während einer negativen Halbwelle von V _RS erscheinen dieselben Spannungen am Punkt X durch Schalten von S ₁ und S ₂ und umgekehrt. Gleichzeitiges Schließen der Schal ter S ₁ und S ₂ führt zu einem Kurzschluß in der Sek undärwicklung des Transformators und muß verhindert werden, während Offenlassen beider Schalter S ₁ und S ₂ zu einer Unterbrechung des Stromflusses durch die Induktivität L _SU führt und ebenfalls vermieden werden muß.

Während einer Halbwelle der Sekundärspannung V _RS des Transformators T ₂, wie in Fig. 8(a) darge stellt, wird eine Sägezahnspannung gemäß Fig. 8(b) erzeugt, so daß die Schaltzeit von S ₁ und S ₂ am Schnittpunkt der Sägezahnspannung und eines in Fig. 8(b) gestrichelt dargestellten Steuersignales er folgt. Wie aus Fig. 8(c) ersichtlich, steigt mit dem Anstieg des Steuersignales die Spannung V _X des Punktes X relativ zu einem virtuellen Nullpunkt an, der die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung von T ₂ sein kann. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Schaltzeit bestimmt wird von der Beziehung der Verläufe der Sägezahnspannung und des Steuersigna les sowie von der Polarität der Spannung V _RS.

Während einer positiven Halbwelle von T bei R rela tiv zu S, wo T=1/(2f ₁) ist, wenn der Schalter S ₁ während der vorigen Halbwelle T _A dieser Periode und der Schalter S ₂ in der folgenden Halbwelle TB=T T _A geschlossen wird, ergibt sich die Durchschnitts spannung am Punkt X relativ zu einem virtuellen Nullpunkt N während der Periode T wie folgt:

V _X=V _S(2T _A/T-1),

wobei V _S die Spannung zwischen R und S ist. Dement sprechend kann durch Steuerung von T _A die Durch schnittsspannung am Punkt X im Bereich von -V _S bis V _S variiert werden.

Dies ist die Arbeitsweise der U-Phase des dritten Stromrichters (cycloconverter) 12 von Fig. 6. Die V- und W-Phasen sind ebenfalls mit Komparatoren zum Vergleich mit der Sägezahnspannung vorgesehen, um ein Schalterpaar S ₃ und S ₄ und ein weiteres Schal terpaar S ₅ und S ₆ zu steuern. Dadurch, daß Steuersi gnale entsprechend der beabsichtigten drei-phasigen Ausgangsspannung an die drei Komparatoren angelegt werden, variieren die Mittelwerte der Spannungen an den Punkten X, Y und Z in drei-phasiger Sinusform, und nach Durchleitung durch die Filter liegen die drei-phasigen Sinusspannungen an den Ausgangskontak ten U, V und W an.

Die in der Ausführung gemäß Fig. 6 verwendeten bei den Transformatoren T ₁ und T ₂ können zu einem einzi gen Transformator T ₄ zusammengefaßt werden, wie in Fig. 9 gezeigt ist, in der die übrigen Abschnitte, die mit denen von Fig. 6 identisch sind, als Blöcke gezeichnet sind. Der Transformator T ₄ besitzt drei Wicklungen, und die Ausgangsspannung des ersten Stromrichters 11 wird durch erste und zweite Wick lungen W ₁ und W ₂ zum dritten Stromrichter (cyclocon verter) 12 geleitet. Die Ausgangsspannung wird wei terhin durch eine dritte Wicklung W ₃ geleitet und vom ersten Stromrichter gleichgerichtet, um die Bat terie 2 zu laden.

Bei Netzspannungsausfall arbeitet dagegen der zweite Stromrichter 10 als Wechselrichter, und die wechsel gerichtete Spannung von der Batterie 2 wird über die Wicklungen W ₃ und W ₂ an den dritten Stromrich ter 12 gegeben. Dementsprechend überträgt das Gerät gemäß Fig. 9 immer die Spannung durch nur einen ein zigen Transformator T ₄, was eine Steigerung in der Leistung und Wirtschaftlichkeit ergibt. Ebenso ist es bei der Schaltung von Fig. 9 möglich, den Aus gang des zweiten Stromrichters direkt an die ersten und zweiten Wicklungen W ₁ oder W ₂ anzuschließen und die dritte Wicklung W ₃ wegzulassen.

Bei der oben erklärten Schaltung arbeitet der zwei te Stromrichter unterbrechungslos, während auch ein alternatives Gerät denkbar ist, in dem der zweite Stromrichter 10 nur während des Netzspannungsaus falls arbeitet. In einem solchen Fall wird ein größerer Kondensator C _A von 40-100% PU verwen det, um die Spannung auf dem Bus B ₁ so zu stabili sieren, daß sie während des Betriebes des zweiten Stromrichters 10 sinusförmig ist. Um die Spannungs differenz zwischen der Sinusspannnung auf dem Bus B ₁ und der Rechteckspannung des zweiten Stromrich ters 10 auszugleichen, wird empfohlen, eine Indukti vität von 20 bis 30% PU in Reihe zum Ausgang des zweiten Stromrichters 10 zu schalten. Der dritte Stromrichter (cycloconverter) 12 erzeugt eine Pha senregelung auf der Basis der variierenden einpha sigen Sinusspannung auf dem Bus B ₁, wodurch dreipha sige Sinuswellen erzeugt werden.

Ebenso ist bei dieser Ausführung ein Laden der Bat terie 2 wie folgt möglich. Der Transistorwandler 11 A besitzt eine PWM-Regelung, um die Spannung auf dem Bus B ₁ zu verändern, welche von den Dioden D ₁ bis D ₄ des zweiten Stromrichters 10 gleichgerichtet wird, um die Batterie 2 zu laden. Während dieses Betriebes werden die Transistoren Q ₁ bis Q ₄ abge schaltet. Bei einem Netzspannungsausfall wird der zweite Stromrichter 10 sofort aktiviert, so daß die Busspannung erhalten bleibt. Obwohl in diesem Fall sogar die Batteriespannung durch die PWM-Regelung des zweiten Stromrichters variiert, bleibt die Span nung auf dem Bus B ₁ konstant.

Obwohl der zweite Stromrichter 10 in der vorigen Ausführung aus einem einphasigen Wandler besteht, ist es bekannt, daß der dritte Stromrichter (cyclo converter) 12 an einem Drehstromnetz arbeitet. Dementsprechend kann der zweite Stromrichter 10 von Fig. 9 gegen einen Drehstrom-Stromrichter gemäß Fig. 10 ausgewechselt werden. Bei der in Fig. 10 gezeigten Schaltung besteht der Drehstrom-Stromrich ter aus drei einphasigen Brücken-Stromrichtern 10-A, 10-B und 10-C, die unter einer Impulsbrei ten-Regelung eines 1-Impuls-PWM-Signals arbeiten, um die Spannung am Kondensator C _A unabhängig von der Spannungsänderung an der Batterie 2 aufrechtzuerhalten.

Der erste Stromrichter 11 regelt die Phase seiner Ausgangsspannung in Bezug auf die Spannung der Kon densatoren C _A, wodurch die durch die Induktivitäten L _A zur ersten Wicklung W ₁ geleitete Spannung gere gelt wird. Der dritte Stromrichter (cycloconverter) 12 erzeugt eine stabilisierte, dreiphasige Spannung mit einer Frequenz von 60 Hz an den Ausgangskontak ten U, V, W aufgrund der stabilisierten, hochfre quenten drei-phasigen Spannung an den Kondensatoren C _A. Dieses Gerät erzeugt am Ausgang eine befriedi gende Wellenform mit einer relativ niedrigen Zwi schenfrequenz, so daß es für unterbrechungsfreie Stromversorgungen großer Kapazität geeignet ist.

Obwohl die Ausführung von Fig. 6 einen Stromrichter 11 aufweist, der aus dem Diodengleichrichter 11-B und dem Transistorwandler 11-A besteht, kann er ge gen einen Stromrichter (cycloconverter) ausgetauscht werden, der von drei auf zwei Phasen wandelt, wie in Fig. 11 gezeigt. Die Schalter S ₁ bis S ₆ in die ser Fig. können von derselben Bauart sein, wie in Fig. 7 gezeigt wurde.

Als nächstes wird der Regelschaltkreis des erfin dungsgemäßen Spannungsversorgungsgerätes anhand von Fig. 12 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform liegt am Bus B ₁ eine einphasige Sinusspannung mit hoher Frequenz f ₁ und konstanter Amplitude an, wo bei die Regelung der konstanten Frequenz durch den zweiten Stromrichter 10 erfolgt, und der dritte Stromrichter (cycloconverter) 12 und der erste Stromrichter 11 werden bezüglich der Busspannung geregelt. Zur Vereinfachung sind die Transformato ren weggelassen.

Der zweite Stromrichter 10 ist ein einphasiger Brüc kentyp und regelt die Spannung auf dem Bus B ₁ mit Hilfe eines 1-Impuls-PWM-Signals. Der zweite Strom richter 10 arbeitet bei einer Frequenz, die von einem Oszillator OSC fest vorgegeben ist. Eine Span nungsregelung V C ₂ regelt die Breite der Ausgangsim pulse von PWM ₂ in Übereinstimmung mit einem rückge koppelten Signal, das von einem Spannungssensor V S ₂ erzeugt wird, wodurch die Busspannung V _B konstant bleibt.

Der dritte Stromrichter 12 führt eine Phasenrege lung für die einphasige Sinusspannung auf dem Bus B ₁ durch, um eine einphasige Sinusspannung von 60 Hz zu erzeugen. Da die Spannung auf dem Bus B ₁ ge genüber der 60 Hz-Ausgangsspannung eine hohe Fre quenz von etwa 600 Hz besitzt, kann ein aus einer relativ kleinen Induktivität L _s und Kapazität C _p ge bildeter Filter die Oberwellen genug beseitigen, um eine Sinusspannung mit einem Oberwellengehalt von 8 bis 5% oder weniger zu erzeugen.

Die Regelungsschaltung enthält eine kleinere Schlei fe zur Regelung des Augenblickswertes des Ausgangs stroms. Durch Erzeugung eines Referenzstroms von I _c*=I _cm cos ω t=C _pV_cm cos ω t für den Ausgangs strom durch die Kapazität C _P des Filters wird eine Leerlaufspannung erzeugt.

Der Laststrom I _L wird so durchgeleitet, daß das Ge rät auf Lastveränderungen reagiert und als Span nungsquelle mit geringer Impedanz arbeitet. Schließ lich erzeugt ein Referenzgenerator REF eine sinus förmige Referenzspannung V _c*=V _cm sin ω t, und der Spannungsregler V C ₃ gleicht die Spannungsdifferen zen der momentanen Spannung und der Referenzspan nung aus.

Die Summe dieser drei Signale wird durch einen Be grenzer LIM unterhalb des für den dritten Stromrich ter (cycloconverter) 12 zulässigen Stromes begrenzt und als Referenzwert in der kleinen Stromschleife verwendet. Dementsprechend erzeugt der dritte Strom richter 12 eine einphasige Sinusspannung von 60 Hz aufgrund der auf dem Bus B ₁ anliegenden einphasigen Spannung von hoher Frequenz.

Als nächstes wird die Regelung des ersten Stromrich ters (inverter) 11 beschrieben, der die Sollspan nung für das System erzeugt. Die Frequenz und Phase des ersten Stromrichters 11 wird von einem span nungsgeregelten Oszillator VCO bestimmt. Der VCO hat eine Mittenfreguenz, die auf f ₀=mf ₁ gesetzt ist, und, nachdem die Frequenz von einem m-Bitzäh ler CNT ₁ auf f ₁ geteilt ist, wird die Spannung zu einer Modulationsschaltung PWM ₁ geleitet. Der PWM- Schaltkreis erzeugt ein 1-Impuls-PWM-Signal für den ersten Stromrichter 11, wodurch die Ausgangsspan nung dieses Stromrichters 11 geregelt wird. Durch diese Spannungsregelung wird die Spannung V ₁ mit ihrem Mittelwert am vorderen Ende der Induktivität L _A auf den Referenzwert V ₁* gebracht, d. h. der Spannungsregler V C ₁ hebt das Signal V ₁*-V ₁ auf, welches auf dem Mittelwert von V ₁, erzeugt durch den Spannungssensor V S ₁, basiert.

Die Mittenphase der erzeugten Spannung V ₁ des er sten Stromrichters 11 wird vom CNT ₁ ausgewertet, und der voreilende Winkel Δ Φ bezüglich der Spannung V _B auf dem Bus B ₁ wird von einem Phasendetektor PD gemessen. Ein PLL-Verstärker A ₁ regelt Δ Φ in Über einstimmung mit der Sollspannung. Da die Sollspan nung des Systems größtenteils die Eingangsspannung für den dritten Stromrichter (cycloconverter) 12 ist, wird die Spannung P ₁ von einem Multiplizierer MLT ausgewertet und nach Glättung durch einen Fil ter FIL zum PLL-Verstärker A ₁ als Phasendifferenz- Führungsgröße Δ Φ ₁* zugeführt.

Zum Laden der Batterie 2 wird ein Verstärker A ₂ so betrieben, daß die Differenz zwischen dem Augen blickswert V _D und der Spannungsführungsgröße V _D* Null wird, und ein der Ladespannung entsprechendes Phasensignal Δ Φ ₂* wird an den PLL-Verstärker A ₁ an gelegt. Schließlich wird ein Phasendifferenzwinkel signal Δ Φ ₃* zur Kompensierung der Leerlaufverluste des ersten Stromrichters 10 als Vorspannung für den PLL-Verstärker A ₁ verwendet. Auf diese Weise regelt der PLL-Verstärker A ₁ schließlich die Frequenz des Oszillators VCO, und der INV ₁ erzeugt die System- Sollspannung für den Bus B.

Claims

1. Spannungsversorgungsgerät, gekennzeichnet durch

- einen ersten Stromrichter (11), an dessen Ein gang eine Wechselspannung mit einer zweiten Fre quenz (f ₂) anliegt und der diese Wechselspannung in die Wechselspannung mit einer ersten Frequenz (f ₁) umwandelt, welche größer als die zweite Frequenz (f ₂) ist, und einen Bus B ₁ mit dieser gewandelten Wechselspannung versorgt;
- einen zweiten Stromrichter (10), an dessen Ein gang eine Gleichspannung anliegt und der die Gleichspannung in die Wechselspannung mit der ersten Frequenz (f ₁) umwandelt und den Bus (B ₁) mit dieser Wechselspannung versorgt; und
- einen dritten Stromrichter (12), der über den Bus (B ₁) von mindestens einem der beiden anderen Stromrichter (10, 11) gespeist wird, die Ein gangswechselspannung in eine Wechselspannung mit einer dritten Frequenz (f ₃) umwandelt und mit dieser gewandelten Wechselspannung eine Last (4) versorgt.

2. Spannungsversorgungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transformator (T 4) mit einer ersten, zweiten und dritten Wicklung (W ₁, W ₂, W ₃), wobei die erste Wicklung (W ₁) an den Ausgang des ersten Stromrichters (11), die zweite Wicklung (W ₂) an den Eingang des dritten Stromrichters (12) und die dritte Wicklung (W ₃) an den Ausgang des zweiten Stromrichters (10) angeschlossen ist.

3. Spannungsversorgungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung von einer Batterie (2) erzeugt wird, der zweite Strom richter (10) einen spannungsgekoppelten Inverter aufweist und die Ausgangsspannung des ersten Strom richters (11) von rückgekoppelten Dioden (D _1-4) des spannungsgekoppelten Inverters gleichgerichtet wird, so daß durch die gleichgerichtete Ausgangs spannung die Batterie (2) geladen wird.

4. Spannungsversorgungsgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromrichter (11) einen Diodengleichrichter (11-B), einen Inver ter (11-A) und einen Kondensator (C _D) enthält.

5. Spannungsversorgungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Inver ters (11-A) eine Impedanz (L _A) angeschlossen ist.

6. Spannungsversorgungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Impedanz im Bereich von einigen % bis 30% P.U. liegt.

7. Spannungsversorgungsgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromrichter (10) einen einphasigen Inverter aufweist.

8. Spannungsversorgungsgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromrichter (10) einen Inverter für eine dreiphasige Sinusspan nung aufweist.

9. Spannungsversorgungsgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Stromrichter (12) einen Zyklokonverter mit linearer Kommutierung oder Selbstkommutierung aufweist.