DE4012307A1

DE4012307A1 - Mains power=pack supplying DC loads - has central converter stepping up mains frequency and supplying separate rectifiers for each module of system

Info

Publication number: DE4012307A1
Application number: DE19904012307
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Bliesner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2010-04-18
Also published as: DE4012307C2

Abstract

From a central converter (SE) a frequency is generated which is above mains frequency, and this is fed to each rectifier feeding the appliances. Pref., the frequency generated is of a rectangular wave signal. The d.c. voltages of the loads may be chosen to be the same. In this case the outputs of the rectifiers may be parallelled via matching lines. The voltage on this line may be monitored for attaining a preset value. This may be fed back to control a voltage regulator. ADVANTAGE - Good matching of power capability of d.c. supply to installation requiring various d.c. supplies, and which can be extended.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleich spannungsversorgung mehrerer elektrischer Verbraucher aus einem Wechselspannungsnetz, vorzugsweise einer Frequenz von 50 bis 60 Hz, wobei jedem Verbraucher ein die jeweils zuge führte Wechselspannung in die erforderliche Gleichspannung wandelndes Gleichrichtergerät zugeordnet ist.The invention relates to a device for the same voltage supply of several electrical consumers an AC voltage network, preferably a frequency of 50 to 60 Hz, with each consumer one each led AC voltage into the required DC voltage converting rectifier device is assigned.

In elektronischen Systemen mit unterschiedlichem Ausbaugrad ergibt sich das Problem, ein einfaches und kostengünstiges Stromversorgungssystem zu realisieren. Vor allem stellt sich dieses Problem, wenn das System über einen relativ großen Be reich erweiterbar sein soll. Handelsübliche Einrichtung zur Gleichspannungsversorgung sind nämlich so konzipiert, daß eine zentrale Stromversorgung für den maximalen Ausbaugrad bemessen ist (ggf. Leistungsüberschuß!), oder daß jedem Verbraucher eine eigene Stromversorgung zugeordnet wird. Die Speisung die ser jedem Verbraucher jeweils zugeordneten Stromversorgungen erfolgt mit der vorhandenen Netzspannung. Diese Lösung hat ge genüber der erstgenannten zwar den Vorteil, daß die Leistungs fähigkeit der Stromversorgung an den tatsächlichen Leistungs bedarf ideal angepaßt ist, jedoch ist der technische Aufwand nicht unerheblich. Dies liegt unter anderem darin, daß bei den üblichen Wechselspannungsnetzen mit 50 und 60 Hz der Aufwand für den Transformator und die Glättungsmittel relativ groß ist.In electronic systems with different levels of expansion the problem arises, a simple and inexpensive Realize power supply system. Above all, it turns out this problem when the system has a relatively large loading should be richly expandable. Commercial facility for DC voltage supply are designed so that a Central power supply dimensioned for the maximum degree of expansion is (possibly excess performance!), or that every consumer a separate power supply is assigned. The feeding the each power supply assigned to each consumer takes place with the existing mains voltage. This solution worked compared to the former, although the advantage that the performance ability of the power supply to the actual power is ideally adapted, but is the technical effort not insignificant. One of the reasons for this is that the usual AC networks with 50 and 60 Hz the effort for the transformer and the smoothing agent is relatively large.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung der eingangs ge nannten Art so auszubilden, daß mit einem möglichst geringen technischen Aufwand eine möglichst gute Anpassung der Leistungs fähigkeit der Gleichspannungsversorgung an Anlagen mit einer erweiterbaren Anzahl von Verbrauchern möglich ist. The object of the invention is a device of the beginning ge mentioned type so that with the lowest possible technical effort the best possible adjustment of the performance ability of DC voltage supply to systems with a expandable number of consumers is possible.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von einem zentralen Umsetzer eine gegenüber der Netzfrequenz höher frequente Wechselspannung generiert wird und daß diese an die Gleichrichtergeräte geleitet wird. Der zentrale Umsetzer ist zwar dabei an die maximale Leistung des Systems anzupassen, jedoch können die eigentlichen Gleichrichtergeräte auf den jeweiligen Verbraucher zugeschnitten werden und sind aufgrund der relativ hochfrequenten Speisung technisch einfach reali sierbar. Nicht unerwähnt sollte es bleiben, daß dabei auch der Platzbedarf für die einzelnen Gleichrichtergeräte relativ gering ist.According to the invention, this object is achieved in that a central converter one higher than the network frequency Frequency alternating voltage is generated and that this to the Rectifier devices is directed. The central translator is while adapting to the maximum performance of the system, however, the actual rectifier devices can on the respective consumers are tailored and are due the relatively high-frequency supply technically simply reali sizable. It should not go unmentioned that this too the space requirement for the individual rectifier devices relative is low.

Für eine optimale Leistungsübertragung hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, daß die höherfrequente Wechselspannung als Rechteckspannung ausgebildet ist.For optimal power transmission, it has proven to be proven advantageous that the higher frequency AC voltage is designed as a square wave voltage.

Für den Fall, daß die Gleichspannung einiger oder aller Ver braucher gleich gewählt ist, ist es günstig, daß die Ausgänge der Gleichrichtergeräte über Ausgleichsleitungen zueinander parallelgeschaltet sind. Damit wird zum einen die Gleichspan nung für alle Geräte vereinheitlicht, zum andern ist es bei entsprechender Dimensionierung der Gleichrichtergeräte auch möglich, daß der Ausfall eines oder mehrerer Gleichrichter geräte durch die anderen Gleichrichtergeräte kompensiert wer den kann.In the event that the DC voltage of some or all of the ver is chosen equal, it is favorable that the outputs of the rectifier devices to each other via equalization lines are connected in parallel. On the one hand, this becomes the DC chip standardization for all devices, on the other hand it is appropriate dimensioning of the rectifier devices too possible that the failure of one or more rectifiers devices compensated by the other rectifier devices that can.

In diesem Fall erweist es sich als vorteilhaft, daß die an den Ausgleichsleitungen anstehende Spannung auf das Einhalten vorgegebener Werte überwacht wird. Damit kann auf eine geson derte Überwachung der einzelnen Gleichrichtergeräte verzichtet werden und diese Überwachung ist beispielsweise am Ort des zen tralen Umsetzers möglich. Dadurch, daß entsprechend den ein zuhaltenden Werten innerhalb eines vorgegebenen Bereiches durch Rückwirken auf den Umsetzer eine Spannungsregelung er folgt, kann ein qualitativ sehr gutes Regelverhalten ermög licht werden. In this case, it proves advantageous that the the voltage applied to the compensating lines on compliance specified values is monitored. It can be used on a separate Monitoring of the individual rectifier devices is dispensed with be and this monitoring is for example at the location of the zen central converter possible. By corresponding to the one values within a specified range by acting on the converter, he regulates the voltage follows, can result in a very good quality control behavior become light.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show:

Fig. 1 eine übliche zentrale Gleichspannungsversorgung, Fig. 1 is a conventional central DC power supply,

Fig. 2 eine übliche dezentrale Gleichspannungsversorgung, Fig. 2 shows a conventional distributed DC power supply,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur erfindungsgemäßen Gleichspannungs versorgung, Fig. 3 is a block diagram for the inventive direct current supply,

Fig. 4 ein Gleichrichtergerät und Fig. 4 is a rectifier and

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Speiseeinheit für das System. Fig. 5 is a block diagram of a supply unit for the system.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist das Prinzip einer zentralen Gleichspannungsversorgung für eine Anlage geschildert. Dabei ist eine zentrale Stromversorgungseinrichtung SV1 eingangssei tig an ein Wechselspannungsnetz, beispielsweise das übliche 50-Hz-Netz geschaltet und von der Stromversorgungseinrichtung SV1 wird ausgangsseitig eine Gleichspannung, z. B. 5 V, gene riert, die über Leitungen die einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 der Anlage A mit Gleichstrom versorgt. Bei dieser Einrichtung ist die Stromversorgungseinrichtung SV1 von ihrem Leistungs vermögen her an den maximalen Ausbaugrad der Anlage A, d. h. an das Vorhandensein von 1 bis n Verbrauchern, anzupassen. Dazu müssen entweder verschieden leistungsstarke Typen von Strom versorgungseinrichtungen für das System zur Verfügung gestellt werden oder aber die Stromversorgungseinrichtung ist an die Maximalleistung der Anlage anzupassen, wenn man vermeiden will, daß mit jedem Wechsel des Ausbaugrades ein Wechsel der Strom versorgungseinrichtung vorzunehmen ist.In the illustration according to Fig. 1 shows the principle of a central DC power supply is described for a plant. A central power supply means SV 1 is eingangssei tig connected to an alternating voltage network, for instance the usual 50-Hz mains and the power supply device SV 1 is a DC voltage on the output side, for example. B. 5 V, gene, which supplies the individual consumers V 1 , V 2 , V 3 of system A with direct current via lines. In this device, the power supply device SV 1 is to be adapted in terms of its performance to the maximum degree of expansion of the system A, ie to the presence of 1 to n consumers. For this purpose, either different types of powerful power supply devices must be made available for the system or the power supply device must be adapted to the maximum output of the system, if you want to avoid having to change the power supply device with each change in the degree of expansion.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein übliches System gezeigt, bei dem jedem einzelnen Verbraucher einer Anlage, in diesem Fall Verbrauchern V4 bis V7 jeweils eine eigene Stromversor gungseinrichtung, in diesem Fall SV2 bis SV5, zuzuordnen ist. Damit wird zwar sichergestellt, daß die Gesamtleistung der Stromversorgungseinrichtungen nicht unnötig groß gewählt wird, jedoch ist der konstruktive Aufwand, wie bereits eingangs ge schildert, relativ groß. In the illustration according to FIG. 2, a conventional system is shown in which each individual consumer of a plant, to V, respectively restriction device in this case, consumers V 4 7 an own Stromversor, in this case SV 2 through SV 5 to assign. This ensures that the overall performance of the power supply devices is not chosen to be unnecessarily large, but the design effort, as already described at the beginning, is relatively large.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist in Form eines Blockschalt bildes die vorliegende Erfindung dargestellt. Dabei wird mit Hilfe einer als Umsetzer wirkender Speiseeinheit SE, auf deren Einzelheiten im folgenden noch eingegangen wird, aus dem üb lichen 50 oder 60-Hz-Netz eine gegenüber dieser Frequenz hoch frequente Wechselspannung erzeugt und auf ein Leitungssystem, bestehend aus Leitungen L1 und L2, gegeben. Die Leitungen L1 und L2 sind dabei busförmig durch die Anlage geführt und führen an die Eingänge von Stromversorgungseinrichtungen SV6, SV7 und SV8 von Verbrauchern V8, V9 und V10. Die Stromversorgungsein richtungen SV6 bis SV8 generieren die jeweils erforderliche Gleichspannung für die zugeorndeten Verbraucher V8 bis V10, wobei der Leistungsfluß durch Pfeile dargestellt ist.In the representation of FIG. 4 is in the form of a block diagram, the present invention the image displayed. Here, with the help of a feeder unit SE acting as a converter, the details of which will be discussed in the following, from the usual 50 or 60 Hz network, a high-frequency alternating voltage is generated and a line system consisting of lines L 1 and L 2 given. The lines L 1 and L 2 are routed through the system in the form of a bus and lead to the inputs of power supply devices SV 6 , SV 7 and SV 8 from consumers V 8 , V 9 and V 10 . The Stromversorgungsein devices SV 6 to SV 8 generate the required DC voltage for the assigned consumers V 8 to V 10 , the power flow being shown by arrows.

Die jeweilige Ausgangsgleichspannung der Versorgungseinrich tungen SV6, SV7 und SV8 und bedarfsweise weiterer Versorgungs einrichtungen weiterer Verbraucher werden an ebenfalls busförmig durch die Anlage geführte Leitungen L3 und L4 geschaltet, so daß ein Spannungsausgleich zwischen den Verbrauchern V8 bis V10 erfolgt. Im Ausführungsbeispiel steht dabei an den Leitun gen L3 und L4 eine Spannung von +5 V bzw. 0 V an. Diese Gleich spannung wird aber nicht nur für die einzelnen Verbraucher V8 bis V10 durch die Schaltung geschleift, sondern diese Gleich spannung wird auch an die Speiseeinheit SE rückgeführt. Auf den Vorteil dieser Maßnahmen wird im weiteren noch eingegangen.The respective DC output voltage of the supply devices SV 6 , SV 7 and SV 8 and, if required, further supply devices for further consumers are connected to lines L 3 and L 4 which are also bus-shaped through the system, so that voltage equalization takes place between the consumers V 8 to V 10 . In the exemplary embodiment, a voltage of +5 V or 0 V is present at the lines L 3 and L 4 . This DC voltage is not only looped through the circuit for the individual consumers V 8 to V 10 , but this DC voltage is also fed back to the supply unit SE. The advantage of these measures will be discussed further below.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist eine Stromversorgungsein richtung, beispielsweise die Stromversorgungseinrichtung SV6, etwas eingehender dargestellt. Dabei ist an die Leitungen L1 und L2 ein Transformator T geschaltet, der aus der hochfrequen ten speisenden Wechselspannung (beispielsweise im kHz-Bereich), die beispielsweise eine Spannung von 110 bzw. 220 V aufweisen möge, damit die Stromführung auf den Leitungen L1 und L2 auf relativ niedrigerem Niveau bleibt, eine der Ausgangsgleichspan nung angepaßte Wechselspannung niedrigerer Spannung bildet. In the representation of FIG. 4 is a Stromversorgungsein is directional, such as the power supply device 6 SV, shown somewhat more detail. In this case, a transformer T is connected to the lines L 1 and L 2 , which from the high-frequency AC voltage (for example in the kHz range), which may have a voltage of 110 or 220 V, for example, so that the current supply on the lines L 1 and L 2 remains at a relatively lower level, an AC voltage of lower voltage adapted to the output DC voltage forms.

Die Gleichrichtung kann dabei als Vollweggleichrichtung erfol gen, indem die Sekundärseite des Transformators T eine Mittel anzapfung aufweist, an der die Gleichspannung 0 V ansteht und indem die beiden anderen Anschlüsse der Sekundärwicklung je weils an die Anode einer Diode D1 bzw. einer Diode D2 führen, deren Kathoden an eine übliche Siebschaltung geleitet sind, die aus einem Kondensator K1, einer Drossel DR und einem Kon densator K2 besteht. Die am Ausgang des Kondensators K2 an stehende Gleichspannung führt dann an die der Übersichtlich keit halber nicht dargestellten Verbraucher sowie an die Lei tungen L3 und L4, die als Busleitungen durch die gesamte Anlage geführt sind. Durch die Wahl der Frequenz der speisenden Wech selspannung, die an den Leitungen L1 und L2 ansteht, ist es zum einen möglich, einen technisch unkomplizierten Transforma tor T zu verwenden, zum andern kann die Kapazität der Konden satoren K1 und K2 und die Induktivität der Drossel DR relativ gering gewählt werden, wobei dennoch ein gutes Glättungsverhal ten des Siebgliedes erreicht wird.The rectification can be carried out as full-wave rectification by the secondary side of the transformer T having a tap at which the DC voltage is 0 V and by the two other connections of the secondary winding each because of the anode of a diode D 1 and a diode D 2 lead, the cathodes of which are passed to a conventional filter circuit which consists of a capacitor K 1 , a choke DR and a capacitor K 2 . The DC voltage at the output of the capacitor K 2 then leads to the consumer, not shown for the sake of clarity, and to the lines L 3 and L 4 , which are led as bus lines through the entire system. By choosing the frequency of the alternating supply voltage, which is present on the lines L 1 and L 2 , it is possible, on the one hand, to use a technically uncomplicated transformer T, on the other hand, the capacitance of the capacitors K 1 and K 2 and the inductance of the inductor DR can be chosen to be relatively low, but nevertheless a good smoothing behavior of the filter element is achieved.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist das Prinzip einer Speise einheit SE dargestellt. Eingangsseitig wird die Speiseeinheit SE mit Netzfrequenz gespeist und über einen Wandler W wird diese Netzfrequenz in eine gegenüber dieser relativ hohe Frequenz um gesetzt. Die Wellenform des Ausgangssignals kann dabei sowohl sinusförmig wie auch rechteckförmig gewählt sein. Die Ausgangs wechselspannung des Wandlers W gelangt an die Leitung L1 und L2.In the illustration according to Fig. 5 the principle of a feed unit SE shown. On the input side, the feed unit SE is fed with the mains frequency and, via a converter W, this mains frequency is converted into a frequency that is relatively high compared to this. The waveform of the output signal can be both sinusoidal and rectangular. The AC output voltage of the converter W reaches the lines L 1 and L 2 .

Die von den einzelnen Stromversorgungseinrichtungen SV6 bis SV8 generierte Gleichspannung wird über die Leitungen L3 und L4 einem Umsetzer U rückgemeldet, der beispielsweise entspre chend vorgegebenen Schwellwerten, die das Verlassen des Be triebsbereiches anzeigen, ein Anzeigegerät AG zum Signalisie ren von Störungen betreibt, der aber auch innerhalb des vor gegebenen Betriebsbereiches eine Regelung für den Wandler W ausübt, indem nämlich dann, wenn die Gleichspannung auf den Leitungen L3 und L4 zu gering wird, die Amplitude der Ausgangs spannung des Wandlers W erhöht wird.The DC voltage generated by the individual power supply devices SV 6 to SV 8 is fed back via lines L 3 and L 4 to a converter U which, for example, operates a display device AG for signaling faults in accordance with predetermined threshold values which indicate that the operating range has been left , but also within the given operating range controls the converter W, namely when the DC voltage on the lines L 3 and L 4 becomes too low, the amplitude of the output voltage of the converter W is increased.

Claims

1. A device for DC voltage supply of several elec tric consumers from an AC voltage network, preferably as a frequency of 50 to 60 Hz, each consumer an assigned AC voltage in the necessary DC voltage converting rectifier device is assigned, characterized in that from a central Converter (SE) generates a higher-frequency AC voltage than the mains frequency and that this is sent to the rectifier devices (SV 6 to SV 8 ).

2. Device according to claim 1, characterized ge indicates that the higher frequency change voltage is formed as a square wave voltage.

3. Device according to one of the preceding claims, wherein the DC voltage of the consumer is chosen to be the same, characterized in that the outputs from the rectifier devices (SV 6 to SV 8 ) via compensation lines (L 3 , L 4 ) are connected in parallel.

4. A device according to claim 3, characterized in that the voltage applied to the compensation lines (L 3 , L 4 ) is monitored for compliance with predetermined values.

5. Device according to claim 4, characterized ge indicates that to comply with accordingly the values within a given range by return act on the converter (SE) a voltage control takes place.