DK174494B1 - Kombineret AC-DC til DC konverter - Google Patents

Description

1 DK 174494 B1

KOMBINERET AC-DC TIL DC KONVERTER

Opfindelsen omhandler en kombineret' AC-DC til DC konverter, i det følgende benævnt en konverter. Konverteren har 5 mulighed for tilslutning til en AC forsyningskilde med mindst en fase og endvidere mulighed for tilslutning til mindst en DC forsyningskilde. Konverteren forsynes fra mindst en forsyningskilde ad gangen, og konverteren indeholder kontrollerbare kontaktmidler, der ved skift af 10 forsyningskilde er i stand til at forbinde og afbryde de individuelle forsyningskilder til konverteren, hvorved der formes et pulssignal. Konverteren indeholder mindst en spole, der har forbindelse til mindst en DC udgang.

15 Fra patentansøgning WO 0033451 kendes en konverteringsenhed for konvertering af to eller flere DC spændingsniveauer fra konverteringsenhedens indgang til en DC spænding på konverteringsenhedens udgang, hvor konverteringsenheden omfatter kontrollerbare kontaktmidler, der kan 20 tilkoble og frakoble det enkelte DC-indgangsspændings-niveau for dannelse af et svingningssignal, og hvor konverteringsenheden omfatter filtreringsmidler for lavpas-filtrering af svingningssignalet for dannelse af DC spændingen på konverteringsenhedens udgang.

25

Konverteringsenheden frembyder imidlertid den uhensigtsmæssighed, at den ikke kan forsynes fra en AC forsyningskilde. Desuden er konverteringsenheden ikke i stand til at foretage et gradvist skift af forsyningskilde uden 30 forsyningsudfald, jfr. den nedenfor beskrevne metode. Ej heller er konverteringsenheden i stand til at foretage et adaptivt skift i overlast situationer.

2 DK 174494 B1

Fra US patent nr. 5,751,564 kendes et switch power forsyningssystem, der er i stand til at forbinde to eller flere forskellige power kilder roed forskellig spændingsniveau, og soro kan understøtte power uden udfald, selv når 5 den primære power kilde er lav eller roangler helt. Udgangsspændingen er mere konstant, end den er i en konventionel switch power forsyning, og det interne tab er også mindre. Soro resultat heraf er backup

forsyningstiden længere end for et konventionelt UPS 10 system. Endelig, når den bruges i f.eks. en notebook computer, er der ikke behov for at bruge en AC til DC adapter, når der forbindes til AC elforsyning, da switch power forsyningen kan forbindes direkte til AC

elforsyningen.

15 Kredsløbet er imidlertid ikke i stand til at foretage en glidende overgang mellem en AC forsyningskilde og en DC forsyningskilde.

Det er opfindelsens formål at angive en konverter, der 20 kan forsynes fra en eller flere forsyningskilder, som kan være en AC kilde med en eller flere faser i kombination med en eller flere DC kilder, hvor et skift fra en første forsyningskilde til en anden forsyningskilde sker gradvist uden forsyningsudfald, og hvor der i overlast situa-25 tioner kan trækkes på to eller flere forsyningskilder.

Dette kan opnås ved, at skift af forsyningskilde sker med kontaktmidlerne over et tidsrum, hvor pulssignalet opdeles i perioder, og hvor perioderne skiftevis stammer fra 30 mindst en første forsyningskilde og fra mindst en anden forsyningskilde, og hvor strømpulsene fra den første forsyningskilde reguleres i afhængighed af strømpulsene fra 3 DK 174494 B1 den anden forsyningskilde, og hvor konverteren indeholder midler til spændingsregulering af mindst en DC udgang.

Herved opnås en fleksibel konverter, der kan forsynes fra 5 en AC forsyningskilde og en eller flere DC forsyningskilder, og hvor et skift fra en første forsyningskilde til en anden forsyningskilde kan ske uden forsyningsudfald, og hvor der i overlastsituationer kan trækkes på to eller flere forsyningskilder. I en typisk overlastsituation med 10 en AC kilde i form af et net fra en dieselgenerator og en DC kilde i form af et batteri er fordelen ved konverteren, at strømmen fra AC kilden kan holdes på en konstant største værdi, ved at der suppleres med energi fra DC kilden. Herved kan man bruge mindre kabler og sikringer i 15 AC kilden, uden at disse sikringer springer ved overlast.

Ved en forsyningskilde forstås enten en AC kilde med en eller flere faser forbundet via et fælles referencepunkt eller en DC kilde eller to DC kilder, der er forbundet i 20 serie via et fælles referencepunkt, så der opnås en positiv og en negativ forsyningsspænding.

Konverteren er karakteriseret ved, at AC forsyningskilden er en enfaset AC kilde, og at der er mindst en DC forsy-25 ningskilde.

Herved opnås en konverter til enfase systemer, der beskytter mod forsyningsudfald ved abrupt skift mellem den enfasede AC forsyningskilde og en, eventuelt flere, DC 30 kilder.

4 DK 174494 B1

Konverteren er karakteriseret ved, at AC forsyningskilden er en flerefaset AC kilde, og at der er mindst en DC forsyningskilde .

5 Herved opnås en konverter til flerefase systemer, der beskytter mod forsyningsudfald ved abrupt skift mellem den flerefasede AC forsyningskilde og en, eventuelt flere, DC kilder.

10 Konverteren er karakteriseret ved, at et kontrolkredsløb på baggrund af et signal fra en strømdetektor, der måler strømmen gennem en spole, har midler til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens ene terminal til en DC forsyningskilde, og midler til at forbinde, henholdsvis af-15 bryde, spolens anden terminal til et fælles referencepunkt. Strømmen gennem spolen flyder til konverterens DC udgang i perioder, hvor spolens anden terminal ikke er forbundet til det fælles referencepunkt. Konverteren har midler til at forbinde, henholdsvis afbryde, en AC forsy-20 ningskilde til spolens ene terminal, dvs. den terminal på spolen, som desuden kan forbindes til DC kilden.

Herved opnås en konverter med det mindst mulige antal komponenter, som samtidig er i stand til at foretage et 25 gradvis skift mellem forsyningskilder, hvor den ene forsyningskilde er en AC forsyningskilde, og den anden forsyningskilde er en DC forsyningskilde. Konverteren beskytter mod forsyningsudfald ved abrupt skift mellem forsyningskilder.

Konverteren er karakteriseret ved, at mindst en konverter benyttes til at danne en i forhold til et fælles referencepunkt positiv DC udgang, og mindst en konverter benyt- 30 5 DK 174494 B1 tes til at danne en i forhold til et fælles referencepunkt negativ DC udgang.

Herved opnås en konverter, der kan levere en positiv, 5 eventuelt flere positive DC udgangsspændinger, og en negativ, eventuelt flere negative DC udgangsspændinger, som er beskyttet mod forsyningsudfald under abrupt skift af forsyningskilde.

10 Konverteren er karakteriseret ved, at AC forsyningskilden er fælles for de konvertere, der benyttes til at danne en positiv udgangsspænding og de konvertere, der benyttes til at danne en negativ udgangsspænding i forhold til et fælles referencepunkt.

15

Herved opnås en konverter, der stiller krav til det mindst mulige antal AC forsyningskilder. Dette er en stor fordel, da konverteren således også kan bruges, hvor tilgængeligheden af AC forsyningskilder er knap.

20

Konverteren er karakteriseret ved, at midlet til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens ene terminal til en DC forsyningskilde er en styrbar kontakt. Den styrbare kontakt kan reguleres til at være sluttet i mindst en del 25 af hver anden halvperiode.

Herved opnås mulighed for at regulere på det tidsrum, hvor forsyning sker fra DC forsyningskilden. Dette har den fordel, at det giver mulighed for at parallelkoble 30 flere konvertere til samme batteri. Hver konverter får så tildelt et tidsrum forskelligt fra de andre konvertere, hvor konverteren alene henter energi fra DC forsyningskilden. Muligheden for at parallelkoble konvertere til 6 DK 174494 B1

samme DC forsyningskilde betyder tillige, at forsyning kan ske under anvendelse af det færrest mulige antal DC

kilder.

5 Konverteren er karakteriseret ved, at midlet til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens anden terminal til et fælles referencepunkt er en styrbar kontakt. Den styrbare kontakt kan reguleres til at være sluttet i mindst en del af hver anden halvperiode, og den styrbare kontakt slut-10 tes typisk i burst serier.

Herved opnås mulighed for at regulere strømstyrken gennem spolen. Dette giver dels mulighed for at foretage et gradvis skift i forbrug af energi fra DC kilden og dels 15 mulighed for at justere den nominelle udgangsspænding på konverteren indenfor et område. Muligheden for at justere konverterens nominelle udgangsspænding indenfor et område betyder, at samme konverterdesign kan benyttes, hvor der er krav til flere forskellige udgangsspændinger. Herved 20 kan antallet af forskellige konvertere nedbringes.

Konverteren er karakteriseret ved, at der anvendes halvledere som styrbare kontakter omfattende mindst en af typerne felteffekttransistor, bipolartransistor, Insulated 25 Gate Bipolar Transistor (IGBT), Gate Turn-Off tyristor (GTO) og Injection Enhanced Gate Transistor (IEGT).

Herved opnås mulighed for valg af halvlederteknologi under hensyntagen til forsyningskrav, konstruktionshensyn, 30 samt plads.

Konverteren er karakteriseret ved, at i en overlastsituation begrænses strømmen fra AC forsyningskilden til en 7 DK 174494 B1 konstant største værdi, ved at der suppleres med energi fra DC forsyningskilden.

Herved opnås en skånsom belastning af AC forsyningskil-5 den, hvor konverteren ikke udsætter AC forsyningskilden for overbelastning.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere med henvisning til de medfølgende figurer, hvor 10 fig. 1 viser en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding, og fig. 2 viser kurver over et ramp-in forløb for en enfaset 15 kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding, og fig. 3 viser en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter med positiv udgangsspænding, og 20 fig. 4 viser kurver over et ramp-in forløb for en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding, og 25 fig. 5 viser kurver over et overbelastningsforløb for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding, og fig. 6 viser kurver over et overbelastningsforløb for en 30 trefaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding, og 8 DK 174494 B1 fig. 7 viser en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding opbygget af tre konvertere med fælles DC forsyning, og 5 fig. 8 viser en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter med positiv udgangsspænding opbygget af tre konvertere med fælles DC forsyning.

På figur 1 ses en enfaset kombineret AC-DC til DC konver-10 ter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding.

Den positive terminal på et batteri 101 er forbundet til anoden på en tyristor 106. Den negative terminal på batteriet 101 er forbundet til et fælles referencepunkt 104. Katoden på tyristoren 106 er forbundet til katoden på en 15 diode 119. Gaten på tyristoren 106 er forbundet til en udgang på et kontrolkredsløb 108. Katoden på tyristoren 106 er forbundet til en spole 112. En strømføler 114 omslutter forbindelsen mellem tyristoren 106 og spolen 112. Strømføleren 114 er forbundet til en indgang på kontrol-20 kredsløbet 108. Spolen 112 er videre forbundet til kol-lektor på en transistor 110. Kollektor på transistoren 110 er forbundet til anoden på en diode 121. Emitter på transistoren 110 er forbundet til det fælles referencepunkt 104. En udgang på kontrolkredsløbet 108 er forbun-25 det til basis på transistoren 110. Katoden på dioden 121 er forbundet til en kondensator 123 og til en DC udgang 125. Kondensatoren 123 er videre forbundet til det fælles referencepunkt 104. DC udgangen 125 er forbundet til kontrolkredsløbet 108. Den negative terminal på et batteri 30 102 er forbundet til katoden på en tyristor 107. Den po sitive terminal på batteriet 102 er forbundet til det fælles referencepunkt 104. Anoden på tyristoren 107 er forbundet til anoden på en diode 120. Gaten på tyristoren 9 DK 174494 B1 107 er forbundet til en udgang på et kontrolkredsløb 109. Anoden på tyristoren 107 er forbundet til en spole 113.

En strømføler 115 omslutter forbindelsen mellem tyristoren 107 og spolen 113. Strømføleren 115 er forbundet til 5 en indgang på kontrolkredsløbet 109. Spolen 113 er videre forbundet til emitter på en transistor 111. Emitter på transistoren 111 er forbundet til katoden på en diode 122. Kollektor på transistoren 111 er forbundet til det fælles referencepunkt 104. En udgang på kontrolkredsløbet 10 109 er forbundet til basis på transistoren 111. Anoden på dioden 122 er forbundet til en kondensator 124 og til en DC udgang 126. Kondensatoren 124 er videre forbundet til det fælles referencepunkt 104. DC udgangen 126 er forbundet til kontrolkredsløbet 109. Anoden på dioden 119 er 15 forbundet til et knudepunkt 118. Katoden på dioden 120 er forbundet til knudepunktet 118. Knudepunktet 118 er forbundet til en kontakt 127. Kontakten 127 er videre forbundet til en enfaset AC kilde 103 og til indgangen på et synkroniserings kredsløb 105. Den enfasede AC kilde 103 20 er videre forbundet til det fælles referencepunkt 104, Synkroniseringskredsløbets 105 ene udgang er forbundet til en indgang på kontrolkredsløbet 108, og synkroniseringskredsløbets 105 anden udgang er forbundet til en indgang på kontrolkredsløbet 109, og synkroniserings-25 kredsløbets 105 tredje udgang er forbundet til en styreindgang på kontakten 127.

Synkroniseringskredsløbet 105 har til opgave at registrere, hvornår AC kilden 103 er til stede med en valid spæn-30 ding, med henblik på at tilkoble AC kilden 103 til konverteren 100 via kontakten 127. Desuden har synkroniseringskredsløbet 105 til opgave at synkronisere til AC forsyningen ved at generere synkrone styresignaler til 10 DK 174494 B1 kontrolkredsløbene 108, 109 med en kendt fase i forhold til AC forsyningen. I den enfasede AC kildes 103 positive halvperiode flyder strømmen fra den enfasede AC kilde 103 gennem kontakten 127, videre gennem dioden 119, og videre 5 gennem spolen 112. Hvis transistoren 110 er afbrudt, flyder strømmen fra spolen 112 videre gennem dioden 121 til DC udgangen 125, og hvis transistoren 110 er sluttet, flyder strømmen fra spolen 112 til det fælles referencepunkt 104. Tyristoren 106 er i dette tidsrum afbrudt. I 10 den enfasede AC kildes 103 negative halvperiode tænder kontrolkredsløbet 108 tyristoren 106, hvorved strømmen fra batteriet 101 flyder gennem tyristoren 106 og videre gennem spolen 112. Hvis transistoren 110 er afbrudt, flyder strømmen fra spolen 112 videre gennem dioden 121 til 15 DC udgangen 125, og hvis transistoren 110 er sluttet, flyder strømmen fra spolen 112 til det fælles referencepunkt 104. Transistoren 110 styres af kontrolkredsløbet 108 med pulser af varierende duty-cycle, og med en frekvens, der normalt er væsentligt højere end frekvensen af 20 den enfasede AC kilde 103. Delkredsløbet bestående af spolen 112, transistoren 110 og dioden 121 udgør en boost konverter. I tidsrum, hvor transistoren 110 er sluttet, stiger strømmen i spolen 112. I tidsrum, hvor transistoren 110 er afbrudt, flyder strømmen videre gennem dioden 25 121 til DC udgangen 125 og vil samtidig begynde at afta ge, da spændingen over spolen 112 nu har modsat fortegn.

Ved at regulere på duty-cyclen for transistoren 110 kan strømmen i spolen 112 og dermed også spændingen på DC udgangen 125 reguleres. Den gyldige duty-cycle for transi-30 storen 110 bestemmes af kontrolkredsløbet 108 på baggrund af udgangsspændingen, som måles via en tilbagekobling fra DC udgangen 125. Kondensatoren 123 udglatter spændingen på DC udgangen 125 til en DC spænding. I den enfasede AC

1! DK 174494 B1 kildes 103 negative halvperiode flyder strømmen til den enfasede AC kilde 103 fra kontakten 127, videre fra dioden 120, og videre fra spolen 113. Hvis transistoren 111 er afbrudt, flyder strømmen til spolen 113 videre fra di-5 oden 122 fra DC udgangen 126, og hvis transistoren 111 er sluttet, flyder strømmen til spolen 113 fra det fælles referencepunkt 104. Tyristoren 107 er i dette tidsrum afbrudt. I den enfasede AC kildes 103 positive halvperiode, tænder kontrolkredsløbet 109 tyristoren 107, hvorved 10 strømmen til batteriet 102 flyder fra tyristoren 107, og videre fra spolen 113. Hvis transistoren 111 er afbrudt, flyder strømmen til spolen 113 videre fra dioden 122 fra DC udgangen 126, og hvis transistoren 111 er sluttet, flyder strømmen til spolen 113 fra det fælles reference-15 punkt 104. Transistoren 111 styres af kontrolkredsløbet 109 med pulser af varierende duty-cycle, og med en frekvens der normalt er væsentligt højere end frekvensen af den enfasede AC kilde 103. Delkredsløbet bestående af spolen 113, transistoren 111 og dioden 122 udgør en boost 20 konverter. I tidsrum, hvor transistoren 111 er sluttet, stiger strømmen i spolen 113. I tidsrum, hvor transistoren 111 er afbrudt, flyder strømmen videre fra dioden 122 fra DC udgangen 126 og vil samtidig begynde at aftage, da spændingen over spolen 113 nu har modsat fortegn. Ved at 25 regulere på duty-cyclen for transistoren 111 kan strømmen i spolen 113 og dermed også spændingen på DC udgangen 126 reguleres. Den gyldige duty-cycle for transistoren 111 bestemmes af kontrolkredsløbet 109 på baggrund af udgangsspændingen, som måles via en tilbagekobling fra DC 30 udgangen 126, Kondensatoren 124 udglatter spændingen på DC udgangen 126 til en DC spænding. Reguleringen består af to uafhængige reguleringssystemer, en for den positive udgangsspænding i kontrolkredsløbet 108 og en anden for 12 DK 174494 B1 den negative udgangsspænding i kontrolkredsløbet 109.

Hver af disse reguleringssystemer har til formål at fastholde en konstant udgangsspænding og samtidig optage en strøm med en forudbestemt veldefineret kurveform, hvad 5 enten strømmen kommer fra AC kilden eller DC kilden. Dette gøres i praksis ved i hver af de to kontrolkredsløb 108 og 109 at bruge to reguleringssløjfer, en som fastholder kurveformen på strømmen, og en anden hvis opgave er at fastholde den konstante udgangsspænding. Regule-10 ringssløjfen som bestemmer strømkurveformen vil normalt være den hurtigste af disse to reguleringssløjfer. Den afgiver på udgangen et pulsbredde moduleret signal til en af de to transistorer 110 eller 111. Hver gang transistoren 110, 111 tændes, vil strømmen i spolen 112, 113 sti-15 ge. Hver gang den slukkes, vil strømmen falde, da spændingen over spolen 112, 113 her vil have modsat fortegn.

Denne strømstyring kan i praksis udføres efter forskellige principper, som enten holder en konstant eller variabel frekvens, eller som styrer efter strømmens øjebliks-20 eller middelværdi, midlet over flere pulser. Disse forskellige principper må anses som værende kendt teknik og kan alle styre strømmen i en konverters 100 spole 112, 113, så den bedst muligt følger amplituden og kurveformen på et tilført signal. Dette gøres ved at sammenligne den 25 målte værdi af strømmen med et signal, som svarer til den ønskede strøm og løbende tilpasse puls/pause forholdet. Strømmen i spolen 112, 113 vil hele tiden enten stige eller falde, men reguleres med puls/pause forholdet løbende, så den i middel over flere pulser svarer til den øn-30 skede kurveform. Med pulser tænkes her på styrepulser til transistoren 110, 111, som normalt vil være en høj fre kvens i forhold til netfrekvensen. Denne reguleringssløjfe får tilført et signal med en kurveform og amplitude, 13 DK 174494 B1 som svarer til den strøm, som der ønskes, at den pågældende konverter 100 skal trække på et givet tidspunkt.

Denne kurveform kaldes efterfølgende strømreferencen. Strømreferencens kurveform er afhængig af konverterens 5 100 driftsform. Når der kun ønskes at trække strøm fra AC-kilden 103 vil kurveformen være henholdsvis positive eller negative halvperioder af et sinusformet signal, således at den samlede strøm som trækkes fra nettet vil blive sinusformet. Dette er den kurveform, som ses som 10 kurve 231 på figur 2 i tidsrummet 236. Når der kun ønskes at trække strøm fra batteriet 101, 102, vil referencen til begge halvdele af konverteren 100 være rene DC-signaler, da der her ønskes at trække en konstant DC-strøm fra batteriet 101, 102. Når det ønskes at trække 1$ strøm fra begge kilder, vil strømreferencen have et udseende, som svarer til kurven 231 på figur 2 i tidsrummet 235. Denne kurveform består dels af sinusformede halvbølger og dels af firkantede eller trapez-formede pulser.

Den beskrevne strømreference kan enten være genereret som 20 en spændings- eller strømkurveform af et elektroniske kredsløb, eller den kan være en digitalt beregnet kurveform genereret af f.eks. en mikroprocessor eller en Digital Signal Processor (DSP) . For at vide i hvilken af de beskrevne driftsformer, der skal køres, findes et 25 detektorkredsløb 105, som afgør, om AC-kilden 103 er tilstede og har en acceptabel spændingskvalitet. Når dette er opfyldt, vælges der AC-drift. Hvis AC-kilden 103 forsvinder eller på anden måde detekteres uacceptabel i enten spænding eller frekvens, skiftes der til batteri-30 drift. Når AC spændingen igen er til stede og acceptabel, laves et ramp-in forløb, som på figur 2. Detektorkredsløbet 105 kan være fælles for begge konvertere. For at generere de ønskede kurveformer bruges desuden en synkroniseringsenhed 105. Denne tilføres også 14 DK 174494 B1 hed 105. Denne tilføres også AC signalet og synkroniserer sig til dette AC signal. Den er derved i stand til at afgive en fase-information til de to sty-rings/reguleringsenheder 108 og 109, som fortæller, hvor 5 man tidsmæssigt befinder sig i forhold til nulgennemgangen på AC signalet, f.eks. som et gradtal mellem nul og 360 grader. Denne faseinformation bruges herefter til at fastlægge det tidsmæssige forløb af de beskrevne kurveformer. Foruden de nævnte signaler vedrørende driftsform 10 og synkronisering skal også amplituden på de beskrevne strømreferencer løbende kunne tilpasses. Ved at ændre på amplituden på signalerne ændres hvor meget strøm der skal trækkes fra AC kilden 103 eller DC kilden 101, 102 og dermed hvor meget effekt der tilføres konverteren 100.

15 Denne tilførte effekt skal løbende tilpasses til netop at dække behovet for effekt, som trækkes fra konverterens 100 udgang (e), plus hvad der medgår til tab. Hvis der tilføres mere effekt end der er behov for, vil det medføre, at spændingen på kondensatorerne 123 eller 124 vil 20 begynde at stige, og tilsvarende vil spændingerne falde, hvis der tilføres for lidt effekt. For således at fastholde den korrekte udgangsspænding findes derfor i hver af styre/reguleringskredsløbene 108 og 109 en reguleringssløjfe, som måler spændingerne på 125 og 126 og sam-25 menligner disse med passende referenceværdier. Hvis udgangsspændingen afviger fra det ønskede, reguleres der op eller ned for amplituderne på de beskrevne strømreferen-cesignaler. Der tillades altid kun en bestemt maksimal værdi for strømmen, som trækkes fra AC-kilden 103. Under 30 et ramp-in forløb øges denne maksimalværdi lineært fra nul til en forudbestemt maksimalværdi inden for et fastsat tidsrum, f.eks. 10 sekunder. Hvis der ønskes mere strøm eller effekt tilført end denne maksimalværdi tilla- 15 DK 174494 B1 der, dannes der dels halvbølgeformede sinussignaler med den maksimalt tilladelige værdi, mens resten af effektbehovet dækkes af strømpulser fra batteriet. Fordelingen mellem de to pulser beregnes løbende, så de tilsammen 5 dækker kravet til tilført effekt. Tilsvarende bruges denne begrænsning af AC strømpulser til at begrænse strømmen fra net eller dieselgenerator under overlast. Også her beregnes, hvor meget der skal suppleres med fra batteriet for at tilføre den samlede nødvendige effekt. Opsplittes 10 knudepunktet 118, og tilkobles AC kilden 103 og kontakten 127 i stedet en ensretter bros vekselstrømsindgange, hvor ensretterbroens positive udgang forbindes til anoden på dioden 119, og ensretterbroens negative udgang forbindes til katoden på dioden 120, er det er muligt at opnå for-15 syning fra AC kilden 103 i begge halvperioder til såvel den positive halvdel som den negative halvdel af konverteren 100. Herved kan strømforbruget fra batterierne 101, 102 nedbringes.

20 På figur 2 ses kurver over et ramp-in forløb for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding. En første kurve 231 viser strømmen gennem spolen 112. En anden kurve 232 viser strømmen gennem spolen 113. En tredje kurve 233 viser den 25 enfasede AC kildes 103 samlede strøm. For den første kurve 231, og den anden kurve 232, og den tredje kurve 233 gælder, at et første tidsrum 234 viser ren forsyning fra batterierne 101, 102, og et andet tidsrum 235 viser et ramp-in forløb med forsyning fra batterierne 101, 102 og 30 den enfasede AC kilde 103, hvor strømmen fra batterierne 101, 102 reduceres i takt med strømmen fra den enfasede AC kilde 103 øges og endvidere et tredje tidsrum 236, der viser ren forsyning fra den enfasede AC kilde 103.

16 DK 174494 B1 I tidsrummet 234 forsyner batterierne 101, 102 alene den kombinerede AC-DC til DC konverter 100. I tidsrummet 235 finder et ramp-in forløb sted, hvor forsyning finder sted 5 fra såvel batterierne 101, 102 som den enfasede AC kilde 103. Pulsstrømmen fra batterierne 101, 102 reduceres i styrke i takt med pulsstrømmen fra den enfasede AC kilde 103 øges. I tidsrummet 236 forsyner den enfasede AC kilde 103 alene den kombinerede AC-DC til DC konverter 100.

10 På figur 3 ses en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 300 med positiv udgangsspænding. Den positive terminal på et batteri 301 er forbundet til anoden på en tyristor 306. Den negative terminal på batteriet 301 er for-15 bundet til et fælles referencepunkt 304. Katoden på tyristoren 306 er forbundet til katoden på en diode 319. Gaten på tyristoren 306 er forbundet til en udgang på et kontrolkredsløb 308. Katoden på tyristoren 306 er forbundet til en spole 312. En strømføler 314 omslutter forbin-20 delsen mellem tyristoren 306 og spolen 312. Strømføleren 314 er forbundet til en indgang på kontrolkredsløbet 308. Spolen 312 er videre forbundet til en kollektor på en transistor 310. Kollektor på transistoren 310 er forbundet til anoden på en diode 321. Emitter på transistoren 25 310 er forbundet til det fælles referencepunkt 304. En udgang på kontrolkredsløbet 308 er forbundet til basis på transistoren 310. Katoden på dioden 321 er forbundet til en kondensator 323 og til en DC udgang 325. Kondensatoren 323 er videre forbundet til det fælles referencepunkt 30 304. DC udgangen 325 er forbundet til kontrolkredsløbet 308. Anoden på dioden 319 er forbundet til en kontakt 327. Kontakten 327 er videre forbundet til en enfaset AC kilde 303 og til indgangen på et synkroniseringskredsløb 17 DK 174494 B1 305. Den enfasede AC kilde 303 er videre forbundet til det fælles referencepunkt 304. Synkroniseringskredsløbets 305 ene udgang er forbundet til en indgang på kontrolkredsløbet 308, og synkroniseringskredsløbets 305 anden 5 udgang er forbundet til en styreindgang på kontakten 327.

Virkningsangivelsen for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 300 med positiv udgangsspænding, efter figur 3, følger virkningsangivelsen for den positive halvdel af 10 en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 1. I lighed med den enfasede kombinerede AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding kan AC kilden 303 og kontakten 327 i stedet kobles til en 15 ensretterbros vekselstrømsindgange, hvor ensretterbroens positive udgang forbindes til anoden på dioden 319, og ensretterbroens negative udgang forbindes til referencepunktet 304. Herved er det muligt at opnå forsyning fra AC kilden 303 i begge halvperioder til konverteren 300.

20 Herved kan strømforbruget fra batteriet 301 nedbringes.

På figur 4 ses kurver over et ramp-in forløb for en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter 700, 740, 780 med såvel positiv som negativ udgangsspænding. En første kur-25 ve 431 viser strømmen gennem spolen i konverterens positive halvdel for en fase (fase 1). En anden kurve 432 viser strømmen gennem spolen i konverterens negative halvdel for samme fase (fase 1). En tredje kurve 433 viser AC kildens 703 samlede strøm for samme fase (fase 1) . En 30 fjerde kurve 437 viser den samlede strøm fra batteriet 701 til konverterens positive halvdel for alle tre faser (fase 1, fase 2, og fase 3). En femte kurve 438 viser den samlede strøm til batteriet 702 fra konverterens negative DK 174494 B1 halvdel for alle tre faser (fase l, fase 2, og fase 3) .

For den første kurve 431, og den anden kurve 432, og den tredje kurve 433, og den fjerde kurve 437, og den femte kurve 438 gælder, at et første tidsrum 434 viser ren for-5 syning fra batterierne 701, 702, og et andet tidsrum 435 viser et ramp-in forløb med forsyning fra batterierne 701, 702 og AC kilden 703, hvor strømmen fra batterierne 701, 702 reduceres i takt med strømmen fra AC kilden 703 øges og endvidere et tredje tidsrum 436, der viser ren 10 forsyning fra AC kilden 703.

Virkningsangivelsen for ramp-in forløbet for en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter 700, 740, 780 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 4, føl-15 ger virkningsangivelsen for ramp-in forløbet for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 2. Det bemærkes at batterierne 701, 702 er fælles (og identiske) for konverterne 700, 740, 780 til alle tre faser (fase 1, 20 fase 2 og fase 3). Batterierne 701, 702 forsyner tre ellers uafhængige kredsløb 700, 740, 780, som hver svarer til en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 1.

Det betyder, at batteriet 701 er forbundet til tre tyri-25 storer i hvert sit kredsløb 700, 740, 780, og batteriet 702 er forbundet til tre tyristorer i hvert af de samme tre kredsløb. De tre kredsløb 700, 740, 780 anvender hver sin fase, hvor det fælles referencepunkt 704 er fælles for de tre faser.

På figur 5 ses kurver over et overbelastningsforløb for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding. En første kurve 30 19 DK 174494 B1 539 viser den procentuelle strømbelastning i forhold til en tilladelig øvre strømgrænse. En anden kurve 531 viser strømmen gennem spolen 112. En tredje kurve 532 viser strømmen gennem spolen 113. En fjerde kurve 533 viser den 5 enfasede AC kildes 103 samlede strøm. For den første kurve 539, og den anden kurve 531, og den tredje kurve 532, og den fjerde kurve 533 gælder, at et første- og tredje tidsrum 536 viser normal drift med ren forsyning fra den enfasede AC kilde 103, og et andet tidsrum 540 viser et 10 overbelastnings forløb med forsyning fra såvel batterierne 101, 102, som den enfasede AC kilde 103, hvor strømmen fra batterierne 101, 102 er af en sådan størrelse, at strømmen fra den enfasede AC kilde 103 holdes konstant og endvidere inden for visse tilladelige strømgrænser.

15 I de to tidsrum 536 finder normal drift sted, hvor den enfasede AC kilde 103 alene forsyner den kombinerede AC-DC til DC konverter 100. I tidsrummet 540 finder et overbelastningsforløb sted, hvor forsyning finder sted fra 20 såvel batterierne 101, 102 som den enfasede AC kilde 103. Pulsstrømmen fra batterierne 101, 102 indstilles til en sådan størrelse, at der fuldt ud kompenseres for overbelastningen, hvorved strømmen fra den enfasede AC kilde 103 holdes konstant og inden for visse tilladelige græn-25 ser.

På figur 6 ses kurver over et overbelastningsforløb for en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter 700, 740, 780 med såvel positiv som negativ udgangsspænding. En 30 første kurve 639 viser den procentuelle strømbelastning på alle tre faser i forhold til en tilladelig øvre strømgrænse. En anden kurve 631 viser strømmen gennem spolen i konverterens positive halvdel for en fase (fase 1) . En 20 DK 174494 B1 tredje kurve 632 viser strømmen gennem spolen i konverterens negative halvdel for samme fase (fase 1) . En fjerde kurve 633 viser AC kildens 703 samlede strøm for samme fase (fase 1). En femte kurve 637 viser den samlede strøm 5 fra batteriet 701 til konverterens positive halvdel til alle tre faser (fase 1, fase 2, og fase 3) . En sjette kurve 638 viser den samlede strøm til batteriet 702 fra konverterens negative halvdel fra alle tre faser (fase 1, fase 2, og fase 3) . For den første kurve 639, og den an-10 den kurve 631, og den tredje kurve 632, og den fjerde kurve 633, og den femte kurve 637, og den sjette kurve 638 gælder, at et første- og tredje tidsrum 636 viser normal drift med ren forsyning fra AC kilden 703, og et andet tidsrum 640 viser et overbelastningsforløb med for-15 syning fra såvel batterierne 701, 702, som AC kilden 703, hvor strømmen fra batterierne 701, 702 er af en sådan størrelse, at strømmen fra AC kilden 703 holdes konstant og endvidere indenfor visse tilladelige strømgrænser.

20 Virkningsangivelsen for overbelastningsforløbet for en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter 700, 740, 780 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 6, følger virkningsangivelsen for overbelastningsforløbet for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 25 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 5. Det bemærkes, at batterierne 701, 702 er fælles (og identiske) for konverterne 700, 740, 780 til alle tre faser (fase 1, fase 2 og fase 3) . Batterierne 701, 702 forsyner tre ellers uafhængige kredsløb 700, 740, 780, 30 som hver svarer til en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 1. Det betyder, at batteriet 701 er forbundet til tre tyristorer i hvert sit kredsløb 700, 21 DK 174494 B1 740, 780, og batteriet 702 er forbundet til tre tyristorer i hvert af de samme tre kredsløb. De tre kredsløb 700, 740, 780 anvender hver sin fase, hvor det fælles referencepunkt 704 er fælles for de tre faser.

5 På figur 7 ses en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspænding opbygget af tre konvertere 700, 740, 780 med fælles DC forsyning 701, 702. Den positive terminal på et batteri 701 10 er forbundet til anoden på en tyristor i hver af de tre konvertere 700, 740, 780, svarende til tyristoren 106 på figur 1. Den negative terminal på batteriet 701 er forbundet til et fælles referencepunkt 704. Den negative terminal på et batteri 702 er forbundet til katoden på en 15 tyristor i hver af de tre konvertere 700, 740, 780, svarende til tyristoren 107 på figur 1. Den positive terminal på batteriet 702 er forbundet til det fælles referencepunkt 704, En kontakt i hver af de tre konvertere 700, 740, 780, svarende til kontakten 127 på figur 1, er for-20 bundet til hver sin fase på en AC kilde 703. AC kilden 703 er videre forbundet til et fælles referencepunkt 704.

De tre konverteres 700, 740, 780 positive udgang er alle forbundet til en udgang 725. De tre konverteres 700, 740, 780 negative udgang er alle forbundet til en udgang 726.

25 De tre konverteres 700, 740, 780 referencer er alle forbundet til referencepunktet 704.

Virkningsangivelsen for en trefaset kombineret AC-DC til DC konverter med såvel positiv som negativ udgangsspæn-30 ding opbygget af tre konvertere 700, 740, 780 med fælles DC forsyning 701, 702, efter figur 7, følger virkningsangivelsen for en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 22 DK 174494 B1 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter figur 1.

På figur 8 ses en trefaset kombineret AC-DC til DC kon-5 verter med positiv udgangsspænding opbygget af tre konvertere 800, 840, 880 med fælles DC forsyning 801. Den positive terminal på et batteri 801 er forbundet på anoden på en tyristor i hver af de tre konvertere 800, 840, 880, svarende til tyristoren 306 på figur 3. Den negative 10 terminal på batteriet 801 er forbundet til et fælles referencepunkt 804. En kontakt i hver af de tre konvertere 800, 840, 880, svarende til kontakten 327 på figur 3, er forbundet til hver sin fase på en AC kilde 803. AC kilden 803 er videre forbundet til et fælles referencepunkt 804.

15 De tre konverteres 800, 840, 880 udgang er alle forbundet til en udgang 825. De tre konverteres 800, 840, 880 referencer er alle forbundet til referencepunktet 804.

Virkningsangivelsen for en trefaset kombineret AC-DC til 20 DC konverter med positiv udgangsspænding opbygget af tre konvertere 800, 840, 880 med fælles DC forsyning 801, efter figur 8 følger virkningsangivelsen for den positive halvdel af en enfaset kombineret AC-DC til DC konverter 100 med såvel positiv som negativ udgangsspænding, efter 25 figur 1.

Konverteren (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) kan f.eks. være karakteriseret ved, at ved en given last, typisk fuld last, på mindst en DC udgang (125, 126, 325, 30 725, 726, 825) sker skift fra en DC forsyningskilde (101, 102, 301, 701, 702, 801) til en AC forsyningskilde (103,

303, 703, 803), typisk en dieselgenerator, adaptivt under hensyntagen til stabilitet af frekvens og spænding på AC

23 DK 174494 B1 forsyningskilden (103, 303, 703, 803). Ved det adaptive kildeskift sker et gradvist skift fra DC forsyningskilden til AC forsyningskilden, hvor forsyning fra begge forsyningskilder finder sted over skiftetidsrummet. Det adap-5 tive kildeskift indbefatter eventuelt, at der er flere på hinanden følgende tidsrum med forsyning fra begge forsyningskilder. Endelig indbefatter det adaptive kildeskift, at der er mulighed for hel eller delvis skift tilbage til DC forsyningskilden. Herved opnås en skånsom indkobling 10 på AC forsyningskilden, hvor konverteren ikke udsætter AC forsyningskilden for abrupte og voldsomme belastningsindkoblinger. Herved beskyttes AC kilden mod overbelastning med fluktuation af f.eks. frekvens og spænding til følge.

Hvis AC kilden eksempelvis er en dieselgenerator, er det 15 vigtigt at undgå abrupte og voldsomme belastningsindkoblinger, da disse slår igennem på rotorstrømmen, hvorved dieselgeneratoren bliver ustabil med hensyn til både frekvens og spænding. I værste fald kan ustabiliteten resultere i selvsving med forsyningsudfald til følge.

20

Konverteren (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) kan f.eks. være karakteriseret ved, at ved forsyning fra en AC forsyningskilde (103, 303, 703, 803), typisk en dieselgenerator, kompenseres dynamiske belastningsændringer, 25 hvor strømmen fra mindst en DC udgang (125, 126, 325, 725, 726, 825) forøges adaptivt. Den adaptive kompensation af dynamiske belastningsændringer sker under hensyntagen til stabilitet af frekvens og spænding på AC forsyningskilden (103, 303, 703, 803) ved at supplere med 30 energi fra en DC forsyningskilde (101, 102, 301, 701, 702, 801). Ved den adaptive kompensation af dynamiske belastningsændringer sker en supplerende forsyning fra DC forsyningskilden, ved at forsyning over et tidsrum finder 24 DK 174494 B1 sted fra begge forsyningskilder. Eventuelt kan der være flere på hinanden følgende tidsrum med forsyning fra begge forsyningskilder. Herved opnås en skånsom belastning af AC forsyningskilden, hvor konverteren ikke udsætter AC 5 forsyningskilden for abrupte og voldsomme belastningsændringer. Herved beskyttes AC kilden mod overbelastning med fluktuation af f.eks. frekvens og spænding til følge.

Er AC kilden eksempelvis er en dieselgenerator, er det vigtigt at undgå abrupte og voldsomme belastningsændrin-10 ger, da disse slår igennem på rotorstrømmen. Herved bliver dieselgeneratoren ustabil med hensyn til frekvens og spænding, og i værste fald kan ustabiliteten resultere i selvsving og forsyningsudfald til følge.

Claims (10)

1. Konverter (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880), med mulighed for tilslutning til en AC forsyningskilde 5 (103, 303, 703, 803) med mindst en fase og mulighed for tilslutning til mindst en DC forsyningskilde (101, 102, 301, 701, 702, 801), hvor konverteren (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) forsynes fra mindst en forsy ningskilde ad gangen, og hvor konverteren (100, 300, 700, 10 740, 780, 800, 840, 880) indeholder kontrollerbare kon taktmidler, der ved skift af forsyningskilde er i stand til at forbinde og afbryde de individuelle forsyningskilder til konverteren (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880), hvorved der formes et pulssignal, og hvor konverte-15 ren (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) indeholder mindst en spole (112, 113, 312), der har forbindelse til mindst en DC udgang (125, 126, 325, 725, 726, 825), ken detegnet ved, at skift af forsyningskilde sker med kontaktmidlerne over et tidsrum, hvor pulssignalet opdeles i 20 perioder, og hvor perioderne skiftevis stammer fra mindst en første forsyningskilde og fra mindst en anden forsyningskilde, og hvor strømpulsene fra den første forsyningskilde reguleres afhængighed af strømpulsene fra den anden forsyningskilde, og hvor konverteren indeholder 25 midler til spændingsregulering af mindst en DC udgang (125, 126, 325, 725, 726, 825) .

2. Konverter (100, 300) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at AC forsyningskilden (103, 303) er en enfaset AC kilde, 30 og at der er mindst en DC forsyningskilde (101, 102, 301) . 26 DK 174494 B1

3. Konverter (700, 740, 780, 800, 840, 880) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at AC forsyningskilden (703, 803) er en flerefaset AC kilde, og at der er mindst en DC forsyningskilde (701, 702, 801). 5

4. Konverter (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) ifølge mindst et af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at et kontrolkredsløb (108, 109, 308) på baggrund af et signal fra en strømdetektor (114, 115, 314), der måler 10 strømmen gennem en spole (112, 113, 312), har midler til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens (112, 113, 312) ene terminal til en DC forsyningskilde (101, 102, 301, 701, 702, 801), og midler til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens (112, 113, 312) anden terminal til et 15 fælles referencepunkt (104, 304, 704, 804), og at strømmen gennem spolen (112, 113, 312) flyder til konverterens (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) DC udgang (125, 126, 325, 725, 726, 825) i perioder, hvor spolens (112, 113, 312) anden terminal ikke er forbundet til det fælles 20 referencepunkt (104, 304, 704, 804), og at konverteren (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) har midler til at forbinde, henholdsvis afbryde, en AC forsyningskilde (103, 303, 703, 803) til spolens (112, 113, 312) ene terminal. 25

5. Konverter (100, 700, 740, 780) ifølge mindst et af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at mindst en konverter (300) benyttes til at danne en i forhold til et fælles referencepunkt (104, 704) positiv DC udgang (125, 725), 30 og mindst en konverter benyttes til at danne en i forhold til et fælles referencepunkt (104, 704) negativ DC udgang (126, 726).

27 DK 174494 B1

6. Konverter (100, 700, 740, 780) ifølge krav 5, kendetegnet ved, at AC forsyningskilden (103, 703) er fælles for konvertere (300), der benyttes til at danne en positiv udgangsspænding henholdsvis konvertere, der benyttes 5 til at danne en negativ udgangsspænding i forhold til et fælles referencepunkt (104, 704).

7. Konverter (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) ifølge mindst et af kravene 4 til 6, kendetegnet ved, at 10 midlet til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens (112, 113, 312) ene terminal til en DC forsyningskilde (101, 102, 301, 701, 702, 801) er en styrbar kontakt (106, 107, 306), og at den styrbare kontakt (106, 107, 306. kan reguleres til at være sluttet i mindst en del af 15 hver anden halvperiode.

8. Konverter (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) ifølge mindst et af kravene 4 til 7, kendetegnet ved, at midlet til at forbinde, henholdsvis afbryde, spolens 20 (112, 113, 312) anden terminal til et fælles referencepunkt (104, 304, 704, 804) er en styrbar kontakt (110, 111, 310), og at den styrbare kontakt (110, 111, 310) kan reguleres til at være sluttet i mindst en del af hver anden halvperiode, og at den styrbare kontakt (110, 111, 25 310) typisk sluttes i burst serier.

9. Konverter (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) ifølge mindst et af kravene 4 til 8, kendetegnet ved, at der anvendes halvledere som styrbare kontakter (106, 107, 30 110, 111, 306, 310) omfattende mindst en af typerne felt- effekttransistor, bipolartransistor, Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), Gate Turn-Off tyristor (GTO) og Injection Enhanced Gate Transistor (IEGT). 28 DK 174494 B1

10. Konverter (100, 300, 700, 740, 780, 800, 840, 880) ifølge mindst et af kravene 1 til 9, kendetegnet ved, at i en overlastsituation begrænses strømmen fra AC forsy-5 ningskilden (103, 303, 703, 803) til en konstant største værdi, ved at der suppleres med energi fra DC forsyningskilden (101, 102, 301, 701, 702, 801).