FI114884B - Varavirtajärjestelmä - Google Patents

Description

114884

Varavirtajär j es telinä - Reservef fektssystem

Esillä olevan keksinnön kohteena on varavirtajärjestelmä, 5 joka on patenttivaatimuksen 1 johdannossa esitettyä tyyp piä .

Tämäntyyppiset varavirtajärjestelmät yhdistetään sähkö-10 laitteen ja vaihtojännitesyötön (AC-jännite) väliin. Tänä päivänä on käytössä useita sähköisiä laitteita, joissa sähkön syötön poisjääminen on vahingollista laitteen toiminnalle. Laitteet ovat erityisesti sellaisia, joihin sisältyy sisään rakennettu ohjelmien suoritus, kuten tieto-15 koneet, koska nämä ovat herkkiä sähkön poisjäämiseen, joka voi aiheuttaa tietojen karkean poistumisen tai ohjelmien viallisen suorituksen. Varavirtajärjestelmät varmistavat vakaan jännitesyötön, mikäli sähkö häviää usean tunnin ajaksi.

20 : : : On ennestään tunnettua patenttijulkaisusta US-4.366.390 ·;**· käyttää patteria, jota ladataan normaalin toiminnan aika- .na, ja joka puretaan varavirtatoiminnan aikana, ja joka :V, syöttää jatkuvasti jännitettä siihen kytkettyyn sähkölait- : .( 25 teeseen tai laitteisiin, kunnes sähkön syöttö on palannut.

? · »

Patteri on kytketty sähkön syöttöön tehomuuttajan kautta, 1 ♦ » * joka toimii lataavana tasasuuntaimena (lataaja) normaalin toiminnan aikana ja joka toimii inverterina (käännetty ta- •*L sasuuntain) (AC/DC-jännitemuuttaja) varavirtatilassa. Te- *...’ 3 0 homuuttaja stabilisoi edelleen varavirtajärjestelmän annon jännitettä, ja eliminoi täten sähkön syötössä esiintyviä vaihteluja. Tämän periaatteen mukainen varavirtajär j es tel- • mä on varustettu suurella kuristuskelalla ottopuolellaan, .joka absorboi vaihtelevan oton ja stabilisoidun annon 35 välisiä eroja häviöittä. Vaikkakin jännitteen stabilointi tapahtuu ilman häviöitä, kuristuskela aikaansaa 114884 2 tehotekijän, joka vaihtelee kuormituksen mukaan ja jänni-tesyötön mukaan, koska kuristuskela on reaktiivinen. Mainitussa US-patenttijulkaisussa esitettyä rakennetta voidaan kutsua rinnakkaiseksi tehomuuttajaksi, koska 5 passiivinen sarjaelementti kuristuskelan muodossa toimii yhdessä aktiivisen rinnakkaisen elementin kanssa, joka on säätävän inverterin muodossa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada 10 parannettu varavirtajärjestelmän versio verrattuna patent tijulkaisuun US-4.366.390, jossa järjestelmän kokonaistehokkuus on parannettu, ja jossa vaihtelevan häviö/kytken-täkertoimen haitat on eliminoitu.

15 Tämä tarkoitus aikaansaadaan esillä olevan keksinnön mukaisesti varavirtajärjestelmällä, jonka tunnusomaiset piirteet esitetään patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosas-sa. Tunnetun tekniikan mukainen kuristuskela korvataan tällöin AC-säätimellä, joka toimii yhdessä patterijännit-. 20 teen kanssa ja jota ohjataan tällä. AC-säätimen läpi : : i : kulkevaa virtaa ohjataan annossa tarvittavan tehon mukai- :··: s esti.

:\v Tavanomaisissa UPS-järjestelmissä (uninterruptible power : ,·. 25 supply, katkeamaton tehonsyöttö) lataava tasasuuntain on yleensä kytketty sarjaan inverterin kanssa siten, että näiden välissä sijaitsee patteri, ja tällaisella on tyypillisesti kokonaistehokkuus 85 % viiden kVA:n UPS-järjes-telmässä. Vastaava UPS-järjestelmä patenttijulkaisun US-30 4.366.390 mukaisesti omaa kokonaistehokkuuden 91 %, mutta » * : viiden kVA UPS-järjestelmä esillä olevan keksinnön mukai- ! ...

'· sesti omaa kokonaistehokkuuden noin 96 %.

AC-säädin on kytketty sarjaan AC-jännitteen lähteen kans-35 sa, ja sitä ohjataan siten, että se muodostaa suurin 114884 3 piirtein ihanteellisen virtageneraattorin, joka tarkoittaa sitä, että AC-jännite annossa noudattaa kuorman jännitettä, ja että virta on sinimuotoinen ja että se on muodoltaan sellainen, että se on identtinen syöttöjännitteen 5 muodon kanssa. Tämä aikaansaadaan siten, että AC-säädintä ohjataan siten, että se ainoastaan voi vastaanottaa virran, joka on samassa vaiheessa päävirran kanssa, jolloin säätimeltä tuleva virta on vaiheessa virtasyötön kanssa. AC-säädin ottaa tällöin pätötehoa pääsyötöstä, ja koska se 10 ei sisällä olennaisia passiivisia, reaktiivisia komponent teja, se syöttää pätötehoa inverterille ja kuormaan.

Inverterin toiminta normaalitoiminnossa on sellainen, että se stabilisoi antojännitettä, eli jännitettä kuorman yli, 15 ja syöttää reaktiivista tai harmonista tehoa mikäli kuorma näin vaatii. Tietokonelaitteisto vaatii usein sinimuotoisen virran syötön, johon on sovitettu harmonisia komponentteja, tai joka on vaiheeltaan siirretty jännitteestä .

20 \V Inverteri on siksi kytketty siten, että se muodostaa "·*''· suurin piirtein ideaalisen jännitegeneraattorin siten, ;V’ että se voi ylläpitää toivotun sinijännitteen kuorman yli •’-'j ja myös syöttää virtaosuuden, johon AC-säätimen sinimuo- ί 25 toinen virta on sovitettu. Patteri, yhdessä inverterin » · * · ,V, kanssa, toimii eräänlaisena puskurina AC-säätimen ja kuorman välissä, ja inverteri syöttää tehoerotuksia AC-säätimen syöttämän pätötehon ja kuormaan sovitetun tehon välillä. Inverteri aikaansaa tarvittavan tehon siihen 30 kytketystä ladattavasta patterista. Pätötehon syötön tarve - t » · tehonsyötöstä kuormaan inverterin häviöiden peittämiseksi i · · ’ ja patterin lataamiseksi, todetaan tarkkailemalla patterin • » tilaa. Riittämätön tehonsyöttö havaitaan mittaamalla patterin jännite, koska tällöin patterista poistuu energi- • 35 aa, joka aikaansaa jännitteen putoamisen.

4 1 1 4884

Keksinnön mukaisesti, kuten todetaan patenttivaatimuksessa 1, järjestelmä on tasapainossa tehoon nähden, koska pää-syötöstä saadaan nimenomaan pätötehoa, ja tehon loppuosa, jota käytetään kuormassa, saadaan inverteristä. Tehon 5 kulutuksen loppuosa syötetään reaktiivisena energiana tai korkeampana harmonisena energiana, ja se saadaan patterista, jota pidetään vakiolatauksessa lisäämällä tai vähentämällä pätötehoa, jota syötetään verkosta.

10 Varavirtajärjestelmän toiminto varavirtalähteenä on laa jennettu siten, että sillä myös on tärkeä toiminto toiminnassa, eli varmistaa, että kuorma sähkölaitteen muodossa varavirtajärjestelmän annossa ainoastaan saa pätötehoa verkosta ja omaa täten liitäntäkertoimen, joka on hyvin 15 lähellä arvoa 1.

Alivaatimuksissa esitetään yksityiskohtaisia parannuksia keksinnön varavirtajärjestelmälle, ja patenttivaatimukses-sa 2 esitetään täten suoritusmuoto, jossa AC-säädin on 20 jaettu kahteen rinnakkaiseen virtatiehen, jotka vastaavas- . . ti johtavat pääjännitteen positiivisella ja negatiivisella ; puolijaksolla. Kun virtatien virtaa säädetään, kuten • ;* esitetään patenttivaatimuksessa 3, reaktiivisten kom- m : ponenttien käyttö voidaan sopivasti välttää, ja käytetyt :.· · 25 reaktiiviset komponentit ovat joka tapauksessa kooltaan sellaisia, että käytännöllisesti ne eivät vaikuta varavirtajärjestelmän liitäntäkertoimeen. Patenttivaatimuksessa 4 esitetään, miten pulssigeneraattori generoi pulssisignaa-l Iin, ja siinä esitetään välttämättömät parametrit tämän 30 signaalin aikaansaamiseksi. Ohjaustarkoituksia varten • virta AC-säätimen läpi voidaan mitata patenttivaatimuksen 5 mukaisesti.

....: Patenttivaatimuksessa 6 mainitaan, miten järjestelmän 35 antojännite pidetään vakiotasolla ja vaatimuksissa 7 ja 8 114884 5 esitetään, mitkä komponentit kuuluvat AC-säätimen virta-tiehen .

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin 5 edullisen suoritusmuodon mukaisesti viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa: kuviot 1 ja 2 ovat kaavioita, joissa esitetään tunnetun varavirtajärjestelmän periaatteita, kuvio 3 on vastaava kaavio, jossa esitetään esillä olevan 10 keksinnön mukaisen varavirtajärjestelmän edullisen suori tusmuodon periaatetta, kuvio 4 esittää esillä olevan keksinnön varavirtajärjestelmän ohjausosan edullista suoritusmuotoa, kuvio 5 esittää varavirtajärjestelmän tehomuuttajan edul-15 lista suoritusmuotoa, kuviot 6-8 esittävät kuviossa 5 esitetyn tehomuuttaja-osan vahvistinosaa, ja kuviot 9-10 esittävät esillä olevan keksinnön mukaisen varavirtajärjestelmän ekvivalenssikaaviota ja järjestel-____:: 2 0 mässä kulkevia virtoja.

; Kuvioissa 1 ja 2 esitetään kaksi hyvin tunnettua rakennet- ; ta, joissa UPS-järjestelmät kumpikin syöttävät kuluttajal- ··· i le tai kuormaan Z stabilisoitua jännitettä. Molemmat : 25 järjestelmät on kytketty AC-jännitegeneraattoriin 10, joka esimerkiksi voi olla verkkoliitäntä.

Kuvion 1 järjestelmä toimii sarjatehomuuttajana, ja siihen • kuuluu lataustasasuuntain 11, joka normaalisti tyristori- .·;·. 30 ohjattu, ja joka generoi vahvoja harmonisia aaltoja, jotka palautetaan verkkoon, ellei niitä suodateta sopivasti. Lataava tasasuuntain 11 muuntaa AC-jännitettä, joka on sovitettu tämän ottoon, olennaisesti vakioantojännitteek-si, jolloin se varmistaa, että patteri 12 ladataan täysin.

35 Tämä DC-jännite (tasajännite) viedään inverterille 13, 114884 6 joka muuttaa DC-jännitettä AC-jännitteeksi, joka viedään edelleen kuormaan Z. Rakenteeseen kuuluu kaksi yksitellen säädettävää muuttajaa, jotka toimivat sarjassa. Täten kukin muuttaja muuttaa koko antotehon, joka aikaansaa pienen 5 tehokkuuden.

Kuviossa 2 esitetään toinen UPS-järjestelmä, jota on selostettu yksityiskohtaisesti patenttijulkaisussa US-4.366.390, ja jossa AC-jännitelähde 10 on kytketty kuor-10 maan Z. Varavirtajärjestelmään kuuluu tehomuuttaja 14, joka toimii varaavana tasasuuntaimena normaalitilassa, jolloin se varaa patteria 12, ja joka toimii inverterina hätätilassa, jolloin se muuttaa patterin jännitettä AC-jännitteeksi, jota syötetään kuormaan Z. Varavirtajärjes-15 telmään kuuluu kuristuskela 15, joka absorboi stabilisoi dun antojännitteen, jota syötetään kuormaan Z, ja vaihte-levan syöttöjännitteen, joka saadaan jännitelähteestä 10, välisiä eroja. Kuristuskela absorboi tämän erotuksen ilman häviöitä, mutta aiheuttaa liitäntätehokertoimen, joka on 20 funktio lähtöjännitteen ja virran välisestä kulmasta. Tä- v\: män tehokertoimen tulisi olla niin lähellä kuin mahdollis- ' ta johtuen jännitelähteestä, joka vaatii, että virta ja : ; jännite ovat vaiheessa keskenään. Kuitenkin, koska siihen sisältyy suuri reaktiivinen komponentti, kuten kuristuske- • 25 la 15, tämä ei ole mahdollista. Lisäksi varavirtajärjes- telmään kuuluu kytkin 16, joka normaalisti on suljettu, ja i t » * joka avataan mikäli virran syöttö katkeaa, jotta patteri 12 ei syötä verkkoon tehoa.

’;· 30 Kuviossa 3 esitetään esillä olevan keksinnön mukaisen va- *i‘ : ravirtajärjestelmän pääperiaatteet, ja siitä todetaan, ·:* ; että järjestelmään kuuluu patteri 12, jota ladataan vaih tojännitteellä (AC-jännite), jota tasasuunnataan virta-" muuttajassa 14, joka toimii varaavana tasasuuntaimena nor- 35 maalitilassa. Hätätilassa, eli kun varavirtajärjestelmä 114884 7 on toiminnassa, tehomuuttaja 14 toimii inverterina, ja patterin 12 jännitettä muutetaan AC-jännitteeksi, jota syötetään kuormaan Z. Kun kuristuskela 15 kuvion 2 järjestelmässä korvataan, keksinnön mukaiseen varavirtajärjes-5 telmään kuuluu AC-säädin 20, joka säätää jännitelähteestä 10 tulevaa virtaa pätötehotarpeen mukaan varavirtajärjes-telmän annossa. Tätä selostetaan yksityiskohtaisemmin seuraavien yksityiskohtaisten kuvioiden yhteydessä.

10 Kuviossa 6 esitetään transistoripiiri, joka on hyvin tunnettu alan ammattimiehelle, ja joka on sisällytetty osana AC-säädintä esillä olevan keksinnön mukaisen vara-virta järjestelmän suositussa suoritusmuodossa. Positiivinen ottojännite V6iIN, joka syötetään transistorin T6 kol-15 lektoriottoon, tuodaan piiriin. Transistorin T6 kantaottoa ohjataan jaksottaisella signaalilla, jolla on muuttuva jakso D, eli signaalin jakson osa, jossa esiintyy signaa-litaso, joka poikkeaa nollasta, ja jota voidaan muuttaa.

.·.·. Diodi D6, joka johtaa suunnassa nollasta transistorin ____; 20 emitteriin, sijaitsee transistorin emitterioton ja nollan välissä. Induktanssi L6 on kytketty transistorin emitterin ! ja transistoripiirin yhden antoliittimen väliin. Signaali, * · » joka käyttää ottosignaalia kuorena, ja jonka taajuus ··! i vastaa jaksottaisen signaalin taajuutta, joka on sovitettu ‘ 25 transistorin kantaan, esiintyy transistorin emitterissä.

Edelleen, transistoripiirin antoliittimet omaavat välilleen sovitetun suuren tasoituskondensaattorin C6, jonka yli vallitsee jännite V6i0UT/ jonka koon määrää V6 IN kerrottuna jaksolla D. Koska jakso on välillä 0 ja 1, tämä transisto- 30 ripiiri aikaansaa pulssiohjatun vahvistuksen, jonka vah- // vistus on välillä 0 ja 1. Antojännite Vbi0UT voidaan myös '1'· lausua seuraavasti: i ·; V6i0UT = v6, IN D.

35 114884 8

Kuviossa 7 esitetään samalla tavalla toinen transistori-kytkentä, jossa ottoon on kytketty positiivinen ottojänni-te V7iIN, jota syötetään transistorin T7 kollektorille induktanssin L7 kautta. Transistoria T7 ohjataan jaksottai-5 sella signaalilla, jolla on muutettava jakso D, joka kohdistetaan kantaelektrodiin, ja sen emitterielektrodi on kytketty nollaan. Diodi D7 on kytketty transistorin T7 kollektorin ja transistoripiirin antoliittimen väliin, ja johtaa suunnassa kohti tätä liitintä. Iso tasoituskonden-10 saattori C7 on sovitettu annon yli siten, että antojännite V7,out voidaan lausua ottojännitteen V7;IN avulla jaettuna arvolla, joka on 1 vähemmän kuin jakso D. Koska jakso on välillä 0 - 1 on mahdollista aikaansaada vahvistus, joka on suurempi kuin 1 vahvistimen osalta, jolloin antojännite 15 voidaan lausua seuraavasti: V7,out = V7(IN / (1-D) .

• 20 Kuviossa 8 kuvioiden 6 ja 7 transistorikytkennät on kyt- : ketty siten, että ne muodostavat yhtenäisen piirin. Otto- ! jännite V8iIN vastaa ottojännitettä Vb/IN. Mikäli jaksottai- set signaalit, jotka ohjaavat transistoreita T6 ja T7 ovat * t 9 ' identtisiä ja vaiheessa keskenään, ei ole välttämätöntä : 25 tasoittaa signaaleja piirin annon mukaisesti, koska tran sistorit T6 j T7 johtavat samanaikaisesti. Täten kondensaattori Cb voidaan jättää pois, ja induktanssit L6 ja L7 voidaan käämiä yhteen yhdeksi induktanssiksi L8. Jännite : V6;0UT vastaa jännitettä V7(IN siten, että kuvion 8 esittämä i i i i 30 piiri pystyy syöttämään antojännitteen V8 0UT, joka voidaan _·_· lausua ottojännitteen V8iIN ja jakson D avulla. Täten V8(0UT = V8,1N D/ (1-D) .

• »

Iti»* « · .... 35 Usein on kuitenkin edullista ohjata kahta transistorikyt- 114884 9 kentää yksitellen siten, että toinen aste lähinnä siirtää ottojännitteen antoon, jolloin ohjaussignaali on joko korkea (kuvio 6) tai matala (kuvio 7), ja jolloin toinen aste on pulssiohjattu. Mikäli ottojännite V8;IN halutaan 5 vahvistaa, transistorin T6 ohjausjännite on korkea, ja transistori T7 pulssi moduloidaan siten, että se aikaansaa toivotun jännitteen. Käänteisesti, mikäli ottojännite V8jIN halutaan vaimentaa, transistorin T7 ohjausjännite on matala, ja transistori T6 pulssimoduloidaan siten, että se 10 vaimentaa jännitettä. Kahden transistoriasteen välinen kondensaattori voidaan edelleen jättää pois, koska toinen transistori ainoastaan siirtää ottojännitteen antoonsa. Toimiessaan eri ohjaussignaaleilla kuhunkin transistoriin, anto jännite Vs>OUT voidaan lausua jaksojen DTb ja DT7 ohjaus-15 signaalien mukaisesti: ^8, OUT = 7g( in DTb/ (1—Dt7) , . jossa jakso DTb on 1 ja DT7 on 0 normaalitilassa, koska 20 toinen kyseisistä ohjaussignaaleista on joko korkea tai '· matala.

• V Kuviossa 4 esitetään ohjausperiaate AC-jännitesäädintä \ varten, joka on esitetty yksityiskohtaisesti kuviossa 5.

25 On huomattava, että tehomuuttajaosan 14 (kuvio 3) ohjaus on esitetty ainoastaan kaaviomaisesti, koska se sisältyy pääasiassa patenttijulkaisuun US-4.366.390.

. ^ Kuviossa 4 esitetään tahdistusyksikkö 25, joka on kytketty 30 AC-jännitesyöttöön, ja joka ohjaa kahta sinigeneraattoria , 26, 31, jotka on tahdistettu ja jotka ovat vaiheessa AC- : : . jännitesyötön kanssa, ja joiden amplitudeja voidaan ohjata sopivilla DC-jännitteillä. Sinigeneraattorilta 26 tuleva ! jännite sovitetaan virhevahvistimen 24 positiiviseen 35 ottoon, jonka negatiivinen otto on kytketty tehomuuntajaan 114884 10 21, joka on sovitettu sarjaan varavirtajärjestelmän otto-liittimen kanssa. Tehomuuntaja 21 on kuormitettu vastuksen 22 kautta tuottamaan jännitteen virhevahvistimen 24 negatiiviseen ottoon, joka jännite on verrannollinen varavir-5 tajärjestelmän ottoliittimen virtaan. Virhevahvistimen 24 signaali sovitetaan modulaattoriin 23, joka generoi modu-lointisignaalit transistoreille 62, 65, 72, 75, kuten on esitetty kuviossa 5. Nämä transistorit moduloidaan siten, että ne kunakin hetkenä ylläpitävät pienimmän mahdollisen 10 poikkeavuuden kahden sovitetun signaalin välillä, jotka signaalit on sovitettu virhevahvistimen 24 ottoon. Mikäli mitatun ottovirran hetkellinen arvo omaa matalamman amplitudin kuin sinigeneraattorin 26 toivottu arvo, ohjaussignaalien jakso muutetaan suunnaltaan, joka lisää AC-te-15 hosäätimen 20 vahvistusta, joka lisää järjestelmän otto- virtaa. Mikäli vastaavasti mitatulla ottovirralla on suurempi amplitudi kuin sinigeneraattorin 26 vaatima, ohjaussignaalien jaksoa muutetaan suunnaltaan, joka vähen-. , tää AC-tehosäätimen 20 vahvistusta, jolloin saadaan pie- ‘ \ 20 nennetty ottovirta. Tämä säätö varmistaa, että ottovirrat aina ovat suhteessa sinigeneraattorista saatuihin signaa-leihin, koskien amplitudia ja myös käyrän muotoa siten, : että järjestelmän ottovirta aina on sinimuotoinen ja | vaiheessa otto jännitteen kanssa. Tämä varmistaa, että : 25 varavirtaj är jest elmä omaa kytkentäkertoimen, joka on 1, riippumatta, mitä tapahtuu kuormapuolella, koska tehomuut-taja 14 kompensoi mahdollisia vaihevaihteluja virran ja jännitteen välillä varavirtajärjestelmän annossa, mikäli . '·' kuorma on reaktiivinen.

30 . Sinigeneraattorin 26 amplitudin ohjaamiseksi ja täten ·/,’ varavirtajärjestelmän tehon ohjaamiseksi jännitelähteestä ; : (verkosta), tarkkaillaan patterin varaustasoa. Tämä tark- * kailu suoritetaan virhevahvi st imellä 28, joka vastaanottaa 35 mittausarvon, joka on verrannollinen patterin jännittee- 114884 11 seen tämän negatiivisella otolla, ja vastaanottaa vakiore-ferenssiarvon VREF, jonka avulla patterin 12 toivottu varaus jännite määritetään, positiivisella annollaan. Virhe-vahvistin 28 ohjaa sinigeneraattorin 26 amplitudia siten, 5 että esiintyy mahdollisimman pientä poikkeavuutta kahden signaalin välillä, jotka on sovitettu virhevahvistimen 28 ottoon. Mikäli patterin jännite on alempi kuin toivottu referenssiarvo, sinigeneraattorin 26 jännitettä lisätään, joka tarkoittaa sitä, että jännite ja täten syötöstä saatu 10 teho lisääntyy.

Varavirtajärjestelmän annon jännite V0UT, ja täten kuorman käyttämä teho, pidetään vakiona, jolloin lisääntynyt teho, jota otetaan verkosta AC-säätimen 20 kautta, siirtyy 15 ainoastaan patteriin 20 virtamuuttajan 14 kautta, joka varaa patteria 12, joka aikaansaa lisääntyneen patterijännitteen. Täten kokonaisvaravirtajärjestelmä on jatkuvasti tasapainossa tehoon nähden, jolloin vakio varausjännite , , ylläpidetään patterissa 12, riippumatta siitä, muuttuuko : 20 ottojännite tai kuorma.

• · · · · • · « 114884 12 torin 31 amplitudia säädetään ylöspäin tai alaspäin virhe-vahvistimen 33 avulla, jolloin jatkuvasti järjestelmän antojännitteen VOUT keskimääräinen arvo pysyy arvossa, jonka referenssi VREF määrittää, ja joka on sovitettu vir-5 hevahvistimen 33 positiiviseen ottoon. Modulointisignaa- leilla, jotka tulevat DC-säätimeltä 20, kuten myös AC/DC-muuttajalla 14 on taajuus, joka on tyypillisesti alueella 100 - 1000 kertaa suurempi kuin AC-jännitteen taajuus, joka on sovitettu varavirtajärjestelmän ottoon.

10

Kuviossa 5 esitetään kaaviomaisesti keksinnön mukaisen varavirtajärjestelmän rakenne, ja ohjausyksiköt on jätetty pois selvyyden vuoksi, jolloin kuviossa on esitetty ainoastaan järjestelmän tehon siirto-osat. AC-jännitesäädin 20 15 on tässä esitetty yksityiskohtaisesti, ja kuviosta näh dään, että se on tehty jännitteensäädin-muuttajan tavoin.

AC-jännitesäädin 20 omaa kaksi virtahaaraa, jotka johtavat positiivisessa ja negatiivisessa puolijaksossa vastaavas-ti, ottoon sovitetulla vaihtojännitteellä.

20 . . Ensimmäiseen virtahaaraan kuuluu diodi 60, joka johtaa AC- .! ! jännitteen positiivisella puolijaksolla. Diodin 60 perään ; on kytketty jänniteohjattu transistori 62, joka on IGBT- : tyyppiä (insulated gate bipolar transistor), joka on 25 kytketty rinnakkain takaisinkytkentäpaluutiediodin 63 kanssa. Transistoria 62 ohjataan jaksottaisella signaalilla, joka kohdistetaan tämän hilaelektrodiin, joka signaali on generoitu modulaattorissa 23, kuten on esitetty kuvios-• sa 4. Tämän signaalin jaksoa voidaan säätää, kuten on 30 esitetty kuvion 4 yhteydessä. Transistorin 62 emitterianto / on kytketty patterin 12 negatiiviseen elektrodiin diodin *'· 63 kautta. Induktanssi 64 on samalla tavalla kytketty transistorin 62 ja diodin 63 väliseen pisteeseen (napaan) .

·;··! Kuviosta nähdään, että transistori 62, diodi 63 ja induk- 35 tanssi 64 muodostaa transistorimuodostelman, joka olennai- 114884 13 sesti vastaa kuvion 6 yhteydessä selostettua.

Lisäksi induktanssi 64 on kytketty toiseen napaan, jonka navan ja nollan välissä sijaitsee diodi 67 sarjassa tran-5 sistorin 65 kanssa, joka vastaa transistoria 62, ja jota ohjataan samalla tavalla. Diodi 67 ja transistori 65 on sovitettu siten, että virta voi virrata navasta induktanssin 64 ja diodin 67 kautta kohti nollanapaa. Diodin 67 ja induktanssin 64 välinen napa on edelleen kytketty 10 varavirtajärjestelmän yhteen antoliittimeen diodin 66 kautta, joka on polarisoitu siten, että virta voi virrata kohti antoa. Diodi 67 suojaa transistoria 65 vastakkain suunnattuja virtoja vastaan ja aikaansaa johtavassa tilassaan jänniteputoamisen transistorin 65 ja diodin 67 ja 15 induktanssin 64 välisen navan välissä.

Induktanssi 64, yhdessä transistorin 65, diodin 66 ja ta-soituskondensaattorin 80, joka sijaitsee varavirtajärjestelmän antoliittimien välissä, kanssa, muodostaa transisto-20 rikytkennän, joka vastaa kuviossa 7 esitettyä. Nämä kompo- ·.·’ ·’ nentit, yhdessä transistorin 62 ja diodin 63 kanssa, muo- "* : dostavat transistorimuodostelman, joka vastaa kuvion 8 muo- : : : dostelmaa. Vastaavasti AC-säätimen 20 toinen haara on ra- • .

kennettu täysin samanlaiseksi kuin ensimmäinen haara, jol-: 25 loin kaikki yksisuuntaiset komponentit on käännetty siten, I * i ) että tämä haara johtaa siihen sovitetun AC-jännitteen negatiivisella puolijaksolla. Täten tähän haaraan kuuluu diodi 70, joka on kytketty transistoriin 72, joka vastaa transistoria 62, ja joka on kytketty rinnakkain takai-30 sinkytkentädiodin 78 kanssa. Toinen napa diodin 78 ja tran- sistorin 72 välillä on kytketty patteriin 12 positiiviseen ·;·· elektrodiin diodin 73 kautta ja induktanssiin 74, jonka toinen liitin on kytketty varavirtajärjestelmän antoliit-' timeen diodin 76 kautta ja nollaan transistorin 75 ja ' 35 diodin 77 kautta. Transistori 75 vastaa yleensä transisto- 114884 14 ria 65, 62 ja 72, ja kaikkia näitä ohjataan yksittäisillä ohjaussignaaleilla, joko neliön muotoisilla signaaleilla tai korkea/matalajännitteellä (päällä/pois).

5 Kun tutkitaan ottosignaalin positiivista puolijaksoa, virtatiet 60 - 68 johtavat. Mikäli ottojännite on korkeampi kuin antojännite, jännite vahvistetaan, ja esim. kuvion 2 yhteydessä transistori 65 vastaanottaa ohjaussignaalin, joka on matala tai pois, jolloin se on käänteisessä tilas-10 sa. Transistori 62 vastaanottaa pulssileveysmoduloidun signaalin ja pienentää jännitettä tämän mukaisesti.

Kun verrataan kuviota 5 kuvioon 8 todetaan, että kuvion 5 diodit 63 ja 73 on kytketty negatiiviseen liittimeen ja 15 positiiviseen liittimeen vastaavasti patterissa 12 eikä nollaan, kuten ne kuvion 8 yhteydessä on kytketty. Mikäli diodit 63 ja 73 olisi kytketty nollaan, tämä aikaansaisi ei-toivotun virtatien, joka oikosulkisi järjestelmän anto jännitteen nollaan diodien 63 ja 66 kautta ja induk-·;··' 20 tanssin 64 kautta negatiivisella puoli jaksolla. Vastaavas- ti positiivisilla puoli jaksoilla järjestelmä tulisi oi-;·,· kosulkuun diodien 73 ja 76 ja induktanssin 74 kautta.

Tämän estämiseksi huomioidaan, että virtamuuttajan 14 ’I'..· kaksi transistoria 91 ja 94 ohjataan aina yksinkertaisessa 25 vaiheessa, joka on vastakkainen tehojärjestelmän antotaa- juuteen nähden, jolloin transistori 94 aina johtaa ja transistori 91 aina keskeytetään jännitteen positiivisella puolijaksolla, ja vastaavasti negatiivisella puolijaksol-[ la. Tämä varmistaa, että diodilla 63 on tehovirta nollaan : : : 30 transistorin 94 kautta positiivisen puolijakson aikana, ,.y jossa diodia käytetään. Negatiivisella puolijaksolla virtatie diodin 63 kautta ei voi olla johtava, koska potentiaali patterin negatiivisessa liittimessä on alempi (enemmän negatiivinen) kuin jännitteen hetkelliset arvot, ·:··.· 35 jotka esiintyvät järjestelmän annossa. Vastaavasti diodin 114884 15 73 osalta voidaan todeta, että sillä on virtatie nollaan transistorin 91 kautta negatiivisen puolijakson aikana, jolloin se pidetään käänteisessä tilassa patterin jännitteen avulla positiivisen puolijakson aikana.

5

Transistoreja 92 ja 93 ohjataan pulssileveysmoduloiduilla neliöjännitteillä, joilla on suuri taajuus siten, että navan jännite kahden transistorin 92 ja 93 välillä muodostaa toivotun sinimuotoisen jännitteen järjestelmän antoon, 10 ja kondensaattori 80 yhdessä induktanssin 95 kautta muodostaa alipäästösuodattimen. Diodit 80, 84 varmistavat, riippumatta siitä, mikä neljästä transistorista 91 - 94 johtavat tai on johtamattomassa tilassa, että aina on olemassa virtatie induktanssista 95 patterin 12 kautta 15 kondensaattorille 80. Virta, joka kulkee induktanssissa ei täten aikaansaa transistoreiden 91 - 94 vahingollisia virheellisiä polarisointeja. Diodien 81 - 84 toiminto ja transistorien 91 - 94 toiminto voidaan pitää tunnettuna tekniikkana, jota tunnetaan virtamuuttaj ista, jotka on 20 esitetty kuvioissa 1 ja 2. Transistorien 91 - 94 ohjaus on sama riippumatta siitä, onko järjestelmä normaalitoimin-’ nassa tai varavirtatoiminnassa, jossa koko AC-säädin 20 on ; ; kytketty pois.

'·' 25 Tehomuuttajan ohjausperiaatteet on pääasiassa esitetty saman hakijan patenttihakemuksessa US-4.366.390 .

Kuviossa 5 esitetään pääperiaatteiltaan, koska alan ammat- : timies tietää tämän, että diodit on varustettu rinnakkain :’:'i 30 sijaitsevalla kytkentäkondensaattorilla. Samalla tavalla alan ammattimies tietää, miten ohjaussignaalit kytketään ; transistorien kantaottoihin.

. » - i * » »

Kuviosta 9 nähdään, miten inverteri 14 on kytketty patte-·;··· 35 riin 12, jonka yli vallitsee patteri jännite VB. Inverteri 114884 16 14 vastaanottaa patterivirran IB patterista 12 ja syöttää virtaosuuden IVR kuormaan Z. Inverteri 14 ylläpitää ennalta määrätyn AC-jännitteen VL kuorman Z yli. Virtasäädin on esitetty ohjattavana virtageneraattorina 20 kuviossa 9, 5 joka sarjassa AC-jännitelähteen 10 kanssa on kytketty rinnakkain inverteriin 14 nähden. Muuttuva virtageneraat-tori syöttää virran IR/ joka on sinimuotoinen, kuten on esitetty kuviossa 10. Jännite VL kuorman Z yli on samoin esitetty sinimuotoisena kuviossa 10. Kuviossa 10 esite-10 tään, että kuormavirta IL on olennaisesti sinimuotoinen, mutta siinä esiintyy myös korkeammat harmoniset värähtelyt. Korkeampien harmonisten värähtelyjen teho saadaan inverteristä 14, ja tämä voi syöttää virran IVB, joka vastaa kuvion 10 virtaa. Kuviosta nähdään, että virta IL 15 kuorman Z yli on olennaisesti samassa vaiheessa kuorman jännitteen VL kanssa siten, että kuorma Z on tässä tapauksessa olennaisesti resistiivinen. Mikäli kuitenkin kuorma Z on osittain reaktiivinen, kuorman virta IL siirtyy vai-; '· heeltaan kuorman jännitteeseen VL nähden. Tämä ei muuttaisi 20 virtageneraattorin virran IB muotoa, mutta aiheuttaisi sen, että inverterin virta IR saa sinimuodon, joka vaiheeltaan siirtyisi virtaan IR nähden siten, että virtojen IVB ja IB ; ; summa muodostaa virran IL, joka on tarpeen kuormaan.

Claims (8)

114884 17

1. Varavirtajärjestelmä kytkettäväksi AC-jännitelähteen (10) oton osalta ja kuorman (Z) välille annon osalta, joka varavirtajärjestelmä varmistaa, että stabiili jännite 5 esiintyy annossa vaikkakin AC-jännite, joka vastaanotetaan AC-jännitelähteestä (10) on epäsäännöllinen tai hetkellisesti katkeaa, johon varavirtajärjestelmään kuuluu AC/DC-muuttaja (14), joka on kytketty antoliittimiensä väliin, ja AC-säädin (20), joka sijaitsee oton ja annon välissä, 10 joka AC/DC-muuttaja (14) on kytketty ladattavaan patteriin (12) ja toimii lataavana tasasuuntaimena patteria (12) varten normaalissa tilassa ja invertterinä varavirtatoi-minnassa, joka patterijännite muunnetaan AC-jännitteeksi varavirtajärjestelmän annossa, tunnettu siitä, että AC-15 säädin (20) on muodostettu ohjattavana virtageneraattori- na, joka annossaan syöttää AC-virtaa, joka on vaiheessa jännitteen kanssa, joka on vastaanotettu AC-jännitelähteeltä (10) , että AC-jännite/DC-jännite-muuttaja (14) ylläpitää ennalta määrätyn AC-jännitteen (V0UT) vara-20 virtajärjestelmän antoliittimien yli, joka energia, joka : ,·' tarvitaan tätä varten syötetään patterista (12), johon ' i järjestelmään edelleen kuuluu vertailuelimet (28), jotka ; ilmaisevat ja vertailevat patterin tilaa ennalta määrät- :* tyyn referenssi jännitteeseen (VREF) ja syöttää signaalin : 25 tämän perusteella, ja että säätimen (20) syöttämän virran intensiteettiä ohjataan vertailuelinten (28) generoiman signaalin mukaisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varavirtajärjestelmä, 30 tunnettu siitä, että AC-säätimeen (20) kuuluu kaksi ;··· rinnakkaista virtatietä (60 - 68, 70 - 78), jotka ovat johtavassa ja vastaavasti käänteisessä tilassa, AC-jännit-teen positiivisen ja vastaavasti negatiivisen puolijakson ·· aikana, joka kohdistetaan järjestelmän ottoon. 35

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen varavirtajärjestelmä, tunnettu siitä, että virtateiden (60 - 68, 70 - 78) 114884 18 virtaa pulssiohjataan jaksoittaisella neliösignaalilla, ja että järjestelmään edelleen kuuluu pulssigeneraattori (23 - 26), joka generoi neliösignaalin, jonka jaksoa (D) säädetään signaalin perusteella, joka on generoitu vertai-5 luelimissä (28).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen varavirtajärjestelmä, tunnettu siitä, että pulssigeneraattoriin (23 - 26) kuuluu sinigeneraattori (26), joka on tahdistettu AC-jänniteläh- 10 teen (10) kanssa tahdistusyksikön (25) avulla, ja jota ohjataan signaalilla, jota on generoitu vertailuelimissä (28), ja että virhevahvistin (24), jota seuraa modulaattori (23), generoi jaksoittaisen neliösignaalin vertailun perusteella signaalin, joka on generoitu sinigeneraattori 15 (26) ja referenssi AC-jännitesignaalin välillä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen varavirtajärjestelmä, tunnettu siitä, että referenssi AC-jännitesignaali, jota käytetään virhevahvistimessa (24) on virran mitta, joka on 20 vastaanotettu AC-jännitelähteestä (10), joka mitta tuodaan ·, · virtamuuntajan (21) kautta, jossa on kuormitusresistanssi * (22), joka on kytketty järjestelmän ottoliittimeen.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 3-5 mukainen varavirta- • · j .·. 25 järjestelmä, tunnettu siitä, että siihen kuuluu ilmaisin- elimet (32 - 33), jotka ilmaisevat järjestelmän antojän- ♦ · » nitteen poikkeamia referenssi jännitteeseen (VREF) nähden, , ja että kompensointielimet (30, 31, 34) kompensoivat näitä • poikkeamia muuttamalla jaksoittaisia neliösignaaleja - to- 30 dellisen antojännitteen perusteella - jotka ohjaavat 1 ·· AC/DC-muuttajaa (14) siten, että se ylläpitää vakioanto- jännitteen. '··· 7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen varavirtajär j estelmä, 35 tunnettu siitä, että yhteen virtatiehen (60 - 68) kuuluu transistori (62), jonka emitteri on kytketty patterin (12) negatiiviseen elektrodiin diodin (63) kautta, joka johtaa 114884 19 suunnassa kohti emitteriä, induktanssi (64), jonka yksi liitin on kytketty transistorin (62) emitteriin, ja jonka toinen liitin on kytketty varavirtajärjestelmän antoliit-timeen diodin (66) kautta, joka johtaa suunnassa kohti 5 antoa, ja transistori (65), joka on kytketty nollaan.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen varavirtajärjestelmä, tunnettu siitä, että toiseen virtatiehen (70 - 78) kuuluu transistori (72) , jonka kollektori on kytketty patterin 10 (12) positiiviseen elektrodiin diodin (73) kautta, joka johtaa suunnassa kohti patterin elektrodia, induktanssi (74) , jonka toinen liitin on kytketty transistorin (72) kollektoriin, ja jonka toinen liitin on kytketty varavirtajär jestelmän antoliittimeen diodin (76) kautta, joka 15 johtaa suunnassa kohti induktanssia (74) , ja transistoriin (75) , joka on kytketty nollaan.