HU185578B

HU185578B - No-break d.c. current supply apparatus

Info

Publication number: HU185578B
Application number: HU823176A
Authority: HU
Inventors: Endre Fuezesi; Karoly Ganszky; Laszlo Tihanyi
Original assignee: Villamos Ipari Kutato Intezet
Priority date: 1982-10-04
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE3362804D1; EP0107803A1; DD216145A5; EP0107803B1; SU1321380A3; ATE18965T1

Description

A szünetmentes egyenfeszültségű energiaellátást igénylő fogyasztók táplálását egyenirányítóra kapcsolt akkumulátorral oldják meg. Az egyenirányítót tápláló váltakozófeszültségű hálózat rendelkezésre állásakor, az egyenirányító csepptölti az akkumulátort és táplálja a fogyasztót, a tápláló váltakozófeszültségű hálózat kiesésekor pedig az akkumulátor veszi át a fogyasztó táplálását. A tápláló váltakozófeszültségű hálózat visszatérésekor az egyenirányító a névlegesnél számottevően nagyobb gyorstöltési feszültséggel tölti fel az akkumulátort és ezzel egyidejűleg táplálja a fogyasztót is. A fogyasztók nagy csoportjánál azonban a gyorstöltés ideje alatt fellépő feszültségnövekedés nem engedhető meg, ezért például egyetlen egyenirányító használatánál a gyorstöltés alatt feszültségesést biztosító szerkezeten át kell a fogyasztót az akkumulátorra kapcsolni, amit viszont kisütés alatt rövidre kell zárni. Az említett egyszerű, de energiaveszteséges megoldást használják például vasúti személykocsik izzólámpa világításánál bonyolítva némileg azzal, hogy az izzólámpák előtétszerkezetét a fogyasztói áram nagyságától függően is kell változtatni.

E hátrányt más elrendezésben úgy küszöbölik ki, hogy két független egyenirányítót használnak. Az egyik az akkumulátort csepptölti, illetve gyorstölti, a másik a fogyasztót táplálja. A tápláló hálózat kimaradásakor az erre a célra szolgáló kapcsolókészülék a fogyasztót az akkumulátor sarkára kapcsolja. A rendszer ára a két egyenirányító értékén túlmenően attól függ, hogy az átkapcsolókészüéknek a fogyasztói tranziens feszültségeltérés kiküszöbölése céljából milyen gyorsan kell működnie. A szünetmentes egyenfeszültségű táplálással szemben támasztott fokozott igény esetén az átkapcsolókészüléknek néhány ms idő alatt kell működnie, ezért megoldása viszonylag költséges, rendszerint elektronikus elvű.

A találmányi célunk az utóbbi elv szerinti kétegyenirányítós, elektronikus átkapcsolás, szünetmentes egyenfeszültségű áramforrás kapcsolási elrendezésének olyképpen való kialakítása, amelynél súly- és árcsökkenési okok, továbbá jó hatásfok elérése céljából a két egyenirányító egyrészt egyesítve van, másrészt a fogyasztót tápláló egyenirányító amúgyis szükséges szűrőelemei egyúttal egyszerű kialakítású elektronikus átkapcsoló működési feltételét is biztosítják.

Váltakozófeszültségű hálózatról táplált, primer és szekunder tekercselést tartalmazó transzformátort, a szekunder tekercselésre kötött vezérelt és vezéreletlen félhídból álló hídkapcsolású féligvezérelt egyenirányítót, a vezérelt félhíd kimenő kapcsát simító-fojtótekercsen át fogyasztó és szűrőkondenzátor közösített egyik végéhez, a vezéreletlen félhíd kimenő kapcsát a fogyasztó és a szűrőkondenzátor közösített másik végéhez és az akkumulátor egyik pólusához csatlakoztató kapcsolású, a fogyasztó feszültségét állító és az egyenirányítót beavatkozó szervként működtető feszültségszabályozót tartalmazó szünetmentes egyenfeszültségű áramforrásnál a célt olyan kapcsolási elrendezéssel érjük el, amelynél a találmány értelmében a transzformátor szekunder tekercselése primer tekercselésén váltakozófeszültséggel táplált segédtranszformátor szekunder tekercselésén és sorosan kapcsolt vezérelt egyutas töltőegyenirányítón át töitőkapocsba is csatlakozik, a töltőkapocs megcsapolással ellátott fojtótekercsen át az akkumulátor másik pólusához van kötve, a megcsapolás és a közösített egyik vége közé segédtirisztor van kötve, a segédtirisztor vezérlőelektródája feszültségfigyelőhöz csatlakozik, a feszültségfigyelő pedig a váltakozófeszültségű hálózat feszültségének megszűnésekor a vezérlőelektródának gyújtóparancsot adó egységként van kiképezve.

A találmányt a rajz alapján ismertetjük, amelynek

1. ábrája a találmány szerinti kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakját mutatja,

2. ábrája a találmány szerinti kapcsolási elrendezés kifejtését mutatja egy- és háromfázisú esetben,

3. ábrája magyarázó ábra az akkumulátort a fogyasztóval összekötő segédtirisztor működésének megvilágításához,

4. ábrája a kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakja a töltésszabályozás megoldására,

5. ábrája a találmány szerinti kapcsolási elrendezés kivitelének egyszerűsítésére mutat példát,

6. ábrája további példakénti kiviteli alak töltésszabályozó működésének kialakítására.

A rajzon azonos számok, azonos kapcsolási részleteket jelölnek.

Szünetmentes egyenfeszültségű áramforrás találmány szerinti kapcsolási elrendezését mutatja az 1. ábra. A váltakozófeszültségű 1 hálózat 4 transzformátor 2 primer tekercselését táplálja. A 4 transzformátor 3 szekunder tekercselésére vezérelt 6 félhidat és vezéreletlen 12 félhidat tartalmazó, hídkapcsolású féíigvezérelt 5 egyenirányító van kötve. A vezérelt 6 félhíd 7 kimenő kapcsa a 8 sinntó-fojtótekercsen át 9 fogyasztó és 10 szűrőkondenzátor közösített, egyik 11 végéhez csatlakozik. A vezéreletlen 12 félhíd 13 kimenő kapcsa a 9 fogyasztó és a 10 szűrőkondenzátor közösített másik 14 végéhez és 15 akkumulátor egyik 16 pólusához van kötve. A 9 fogyasztó feszültségét 50 feszültségszabályozó az 5 egyenirányítót beavatkozó szervként működtetve tartja állandó értéken. A találmány célkitűzésének megfelelően a 15 akkumulátort töltő egyenirányító az 5 egyenirányítóval egyesítve van, mégpedig 18 segédtranszformátor és vezérelt 23 töJtőegyenirányító révén. E célból a 4 transzformátor 3 szekunder tekercselése 17 primer tekercselésén váltakozófeszültséggel táplált 18 segédtranszformátor 19 szekunder tekercselésén és a sorosan kapcsok vezérelt, egyutas 23 töltőegyenirányítón át 25 töltőkapocshoz is van kötve. A 25 töltőkapocs a töltőáram hullámosságát csökkentő, 26 megcsapolással ellátott 27 fojtótekercsen át van a 15 akkumulátor másik 28 pólusához kötve. A 27 fojtótekercs 26 megcsapolása és a közösített, egyik 11 vég közé 29 segédtirisztor van kötve, amelynek 30 vezérlőelektródája 3Í fesztiltségfigyelőhöz csatlakozik.

A váltakozófeszültségű 1 hálózat rendelkezésre állásakor a 4 transzformátor és az 5 egyenirányító, az 50 feszültségszabályozó hatására állandó feszültséggel táplálja a 9 fogyasztót, a 8 simító-fojtótekercsből és 10 szűrőkondenzátorból álló szűrőkör által biztosított felharmonikus tartalmú egyenfeszültséggel. A 15 akkumulátor töltését a 4 transzformátor 3 szekunder tekercseléséhez hozzákapcsolt 18 segédtranszforrnátor 19 szekunder tekercselése, a sorosan kapcsolt vezérelt egyutas 23 töltőegyenirányító és a vezéreletlen 12 félhídból álló áramkör a 9 fogyasztó táplálásától függetlenül biztosítja. A kapcsolási elrendezésben tehát két egyenirányító külön-külön kapcsolási elrendezése van egyesítve, egyes részek, mint a 4 transzformátor és a vezéreletlen 12 félhíd különböző célból történő egyszerű felhasználásán át. A 18 segédtranszformátor 19 szekunder tekercselése a 4 transzformátor 3 szekunder tekercseléséből, vezérelt egyutas 23 töltőegyenirányítóból és a vezéreletlen 12 félhídból álló egyenirányító feszültségét csak annyival növeli meg, amennyivel nagyobb a 15 akkumulátor gyorstöltési feszültsége a 9 fogyasztó feszültségénél.

A szünetmentes egyenfeszültségű áramforrás 1. ábrán látható találmány szerinti kapcsolási elrendezését részletesebben fejti ki a 2. ábra, amely egyúttal folytonos vonallal rajzolva egyfázisú, folytonos és pontvonallal rajzolva háromfázisú elrendezésre mutat talál> mány szerinti példát. A továbbiakban részletezve csak a háromfázisú elrendezést ismertetjük, mert az az egyfázisú elrendezést is tartalmazza. A váltakozófeszült> ségű 1 hálózat háromfázisú feszültséggel táplálja a 4 transzformátor 2 primer tekercselését, amely 2a, 2b, 2c primer tekercsből áll. A 3 szekunder tekercselés 3a, 3b, 3c fázistekercsére kötött hídkapcsolású, féligvezérelt 5 egyenirányító vezérelt 6 félhídja 6a, 6b, 6c vezérelt elemeket, a vezéreletlen 12 félhídja 12a, 12b, 12c diódákat tartalmazza. A 4 transzformátor 3a, 3b, 3c fázistekercsei 17a, 17b, 17c primer tekercsein váltakozófeszültséggel táplált 18 segédtranszformátor 19a, 19b, 19c szekunder tekercséből képzett 19 szekunder tekercselésén és sorosan kapcsolt vezérelt 23a, 23b, 23c elemekből álló egyutas 23 töltőegyenirányítón át csatlakozik a 25 töltőkapocsba.

A váltakozófeszültségű 1 hálózat kimaradásakor 31 feszültségfigyelő a 29 segédtirisztor 30 vezérlőelektródájára gyújtóparancsot ad, ami által a 29 segédtirisztor pilllanatszerűen kapcsolja a 15 akkumulátort a 27 fojtótekercs 26 megcsapolásán át a 9 fogyasztóra. Mivel a váltakozófeszültségű 1 hálózat jelenléte, illetve kimaradása több ponton is ellenőrizhető, így például a 4 transzformátor 3 szekunder tekercselésén is, a 31 feszültségfigyelő értelemszerűen a feszültség jelenlétét ezen is ellenőrizheti. A váltakozófeszültségű 1 hálózat visszatérésekor a 29 segédíirisztor kioltása, ezáltal a 15 akkumulátor 9 fogyasztóról való leválasztása a 8 simító-fojtótekercsből és 10 szűrőkondenzátorból álló szűrőkör segítségével pillanatszerűen történhet meg még az esetben is, ha a 15 akkumulátor feszültsége a 9 fogyasztó feszültségénél nagyobb. Ennek magyarázatát a 3. ábra mutatja.

Áttekinthetőbb volta miatt egyfázisú megoldás esetére idő függvényében rajzolt magyarázó ábrán a 15 , akkumulátor Uu feszültsége a 9 fogyasztó U« feszültségénél — ami a 10 szürőkondenzátor hatása miatt az időben nagyjából állandó — nagyobb. A vizsgálatot a to időpillanattól kezdve látható, hogy a 27 fojtótekercsre és 15 akkumulátorra a 25 töltőkapocs és az 5 egyenirányító vezéreletlen 12 félhídjának 13 kimenő kapcsa közötti U₄+i8 feszültség jut, ami azonos a 18 segédtranszformátor és a 4 transzformátor szekunder feszültségeinek az összegével. Mivel a 29 segédtirisztor a 27 fojtótekercs 26 megcsapolására van kötve, a 29 segédtirisztorra ennél kisebb Um feszültség jut, ami pedig a t_k időpillanatban a 9 fogyasztó U9 feszültségénél kisebbé válik, tehát a 29 segédtirisztor az áramvezetést megszünteti. A 27 fojtótekercs szerepe így kettős, a 15 akkumulátor töltőáramának felharmonikus csökkenése mellett kombinatíven a 29 segédtirisztor oltási feltételét külön, kényszerkommutációs áramkör nélkül is megteremti.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további példakénti kiviteli alakját a 4. ábra mutatja, amelynél feszültségellenőrző 33 jelbemenettel, áramellenőrző 34 bemenettel és 24 vezérlőkimenettel ellátott 32 töltőszabályozó a 15 akkumulátor szabályozott töltését a vezérelt, egyutas 23 töltőegyenirányítónak, mint beavatkozó szervnek a felhasználásával végzi. E célból a 32 töltőszabályozó feszültségellenőrző 33 jelbemenete a 15 akkumulátor egyik és másik 16,28 pólusához van kötve. Az áramellenőrző 34 bemenet 35 áramváltó 36 szekunder tekercséhez csatlakozik, a 35 áramváltó 37 mérőtekercse pedig a 18 segédtranszformátor 17 primer tekercselésének áramkörébe sorosan van iktatva. A 35 áramváltó a 2. ábra szerinti háromfázisú elrendezésnél háromfázisú, de egyfázisú megoldású is lehet. Utóbbi esetben a 32 töltőszabályozó értelemszerűen csak egy fázisáram ellenőrzőjelét kapja. A töltésszabályozás példakénti elrendezésének előnye abban van, hogy a 15 akkumulátor gyorstöltése, csepptöltése a 9 fogyasztóból függetlenül történik, mert a 18 segédtranszformátor 17 primer tekercselésének árama a 9 fogyasztó áramától függetlenül csak a 15 akkumulátor töltőáramával arányos. Az előny gazdaságilag akkor használható ki különösen, ha a váltakozófeszültségű 1 hálózat feszültsége viszonylag nagy, ami például nagyvasúti alkalmazásoknál szokványos. Ez esetben a 4. ábra pont-vonallal jelzett kötése szerint, ami a találmány szerinti kapcsolási elrendezés további példakénti alakja is, a 18 segédtranszformátor primer tekercselését 4 transzformátor 3 szekunder tekercselése 35 áramváltó 37 mérőtekercsén át táplálja váltakozófeszültséggel. E megoldásnál tehát mind a segédtranszformátor, mind a 35 áramváltó kisfeszültségű, szigetelési szintjük a 4 transzformátor szigetelési szintjénél lényegesen kisebb.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további példakénti kiviteli alakjára, amelynél a 4 transzformátor és 18 segédtranszformátor egyesítve van, az 5. ábra mutat példát. A példakénti kiviteli alaknál a 4 transzformátor a 3 szekunder tekercseléssel sorbakötött és a 18 segédtranszformátor 19 szekunder tekercselését helyettesítő 19’ tercier tekercseléssel is el van látva. A 15 akkumulátor töltőáramának a 9 fogyasztó áramától független mérése és ellenőrzése céljából a 35 áramváltó 37 mérőtekercse egy-egy 37a, 37b féltekercsként van kialakítva, a vezéreit egyutas 23 töltőegyenirányító vezérelt 23a, 23b eleme pedig az egy-egy 37a, 37b féltekerccsel sorbakőtve csatlakozik az 25 töltőkapocsba.

Az 5. ábrán folytonos vonallal rajzolt egyfázisú elrendezésnél a 35 áramváltó 36 szekunder tekercsének árama másolja az egy-egy 37a, 37b féltekercsként kialakított mérőtekercs áramát. A pontvonallal kiegészített háromfázisú elrendezésnél a 36 szekunder tekercsen szaggatott áram folyik, amely csak szakaszonként másolja a töltőáramot. A hiba elkerülésére a 36 szekunder tekercset ez esetben önmagában ismert módon kétutas 40 egyenirányítón és soros 41 induktivitáson át lezárva célszerű az áramellenőrző 34 bemenetre kötni.

A találmány e példakénti kiviteli alakja az egyfázisú, kétegyenirányítós kapcsolás további egyszerűsítését jelenti, megtartva azt az előnyt, hogy a váltakozó3 feszültségű 1 hálózat feszültségének megfelelő szigetelési szintet csak a 4 transzformátor 2 primer tekercselésénél kell biztosítani.

A szünetmentes egyenfeszültségű áramforrás kialakítására, a 15 akkumulátor töltésszabályozásának megoldására a 6. ábra mutat a találmány szerinti további példakénti kiviteli alakot, különösen alkáli (például lúgos) 15 akkumulátor használata esetén, az úgynevezett „lúgforralás” elkerülésére. Ez a jelenség az igen gyakori gyorstöltésnek és kisütésnek kitett, különösen alkáli akkumulátorok üzemekor akkor lép fel, amikor az akkumulátor tárolóképességének gyors helyreállítása céljából a gyorstöltést erőltetett üzemben végzik. A váltakozófeszültségű 1 hálózat nagyobb időintervallumban történő kimaradása esetén ez esetben előfordul, hogy az akkumulátor melegszik, az elektrolit „forr”. Az energiaveszteséget és az akkumulátor élettartamát is csökkentő leírt jelenség elkerülése céljából a példakénti kiviteli alaknál a 32 töltőszabályozó az I töltőáram nagyságától függő két VI, V2 feszültségszintet adó értéktartó szabályozóként van kialakítva.

A 32 töltőszabályozó által előírt erőltetett I₂ gyorstöltő áram hatására a 15 akkumulátor U_!5 feszültsége V₂ feszültségszintet ér el, amelyet a 32 töltőszabályozó az I töltőáram csökkenése mellett állandó értéken tart. Ha az I töltőáram Ij töltőáram értékre csökken, a 32 töltőszabályozó a 15 akkumulátor töltési Vu feszültségét a vezérelt egyutas 23 töltőegyenirányító beavatkozása segítségével olyan Vi feszültségszintre állítja vissza, ami nagyobb, mint a 9 fogyasztó U₉ feszültsége, de amelynél az I töltőáram az idő függvényében már kárt vagy veszteséget nem okozó mérvűre csökken. A járulékos előny biztosítása mellett a találmány szerinti kapcsolási elrendezés ebben az esetben is a leírt módon működik, mert a 29 segédtirisztor az ismertetett módon kapcsol át, illetve szűnik meg az áramvezetése.

Szabadalmi igénypontok

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Szünetmentes egyenfeszültségű áramforrás, amelynek váltakozófeszültségű hálózatról (1) táplált primer tekercselést (2) és szekunder tekercselést (3) tartalmazó transzformátora (4), a szekunder tekercselésre (3) kötött vezérelt félhídból (6) és vezéreletlen félhídból (12) álló hídkapcsolású, féligvezérelt egyenirányítója (5) a vezérelt félhid (6) kimenő kapcsát (7) simító-fojtótekercsen (8) át fogyasztó (9) és szűrőkondenzátor (10) közösített egyik végéhez (11), a vezéreletlen félhid (12) kimenő kapcsát (13) a fogyasztó (9) és a szűrőkondenzátor (10) közösített másik végéhez (14) és akkumulátor (15) egyik pólusához (16) csatlakoztató kapcsolása, a fogyasztó (9) feszültségét állító és az egyenirányítót (5) beavatkozó szervként működtető feszültségszabályozója (50) van, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (4) szekunder tekercselése (3) primer tekercselésén (17) váltakozófeszültséggel táplált segédtranszformátor (18) szekunder tekercselésén (19) és sorosan kapcsolt vezérelt egyutas töltőegyenirányítón (23) át töltőkapocsba (25) is csatlakozik, a töltőkapocs (25) megcsaplással (26) ellátott fojtótekercsen (27) át az akkumulátor (15) másik pólusához (28) van kötve, a megcsapolás (26) és a közösített egyik vég (11) közé segédtirisztor (29) van kötve, a segédtirisztor (29) vezérlőelektródája (30) feszültségfigyelőhöz (31) csatlakozik, a feszültségfigyelő (31) pedig a váltakozófeszültségű hálózat (1) feszültségének megszűnésekor a vezérlőelektródának (30) gyújtóparancsot adó egységként van kiképezve. (1. és 2. ábra.)

2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy feszültségellenőrző jelbemenettel (33), áramellenőrző bemenettel (34) és vezérlő kimenettel (24 ellátott töltőszabályozója (32) van, a tőltőszabályozó (32) beavatkozó szerve a vezérlő kimenettel (24) vezérelt egyutas töltőegyenirányító (23), a töltésszabályozó (32) feszültségellenőrző jelbemenete (33) az akkumulátor (15) egyik és másik pólusához (16, 28), áramellenőrzős bemenete (34) áramváltó (35) szekunder tekercséhez (36) van kötve, az áramváltó (35) mérőtekercse (37) pedig a segédtranszformátor (18) primer tekercselésének (17) áramkörébe sorosan van kötve. (4. ábra.)

3. Az 1—2. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a segédtranszformátor (18) primer tekercselése (17) áramváltó (35) mérőtekercsén (37) át a transzformátor (4) szekunder tekercseléséhez (3) van kötve. (4. ábra.)

4. Az 1—2. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vezérelt egyutas töltőegyenirányítónak (23) legalább két vezérelt eleme (23a, 23b) van, továbbá (4) szekunder tekercselésével (3) sorbakőtött és a segédtranszformátor (18) szekunder tekercselését képező tercier tekercseléssel (19’) is el van látva, az áramváltó (35) mérőtekercse (37) egy-egy féltekercsként (37a, 37b) van kiképezve, a legalább két vezérelt elem (23a, 23 b) pedig az egy-egy féltekerccsel (37a, 37b) sorbakötve csatlakozik a 25 töltőkapocsba. (5. ábra.)

5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a töltőszabályozó (32) a töltőáram (I) nagyságától függő két feszültségszintet (V), V₂) adó értéktartó szabályozóként van kialakítva. (6. ábra.)

6 db ábra

-4185578

NSZOr. Η 02 J 7/00 Η 02 Μ 7/02