NO309119B1 - Nødkraftsystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et nødkraftsystem av den art som er angitt i innledningen til krav 1.

Nødkraftsystemer av denne typen (for strømforsyning i nødsituasjon) er forbundet mellom en elektrisk anordning og en AC-spenningstilførsel. Mange elektriske anordninger er nå i bruk hvor avbrudd i strømforsyningen vil være ødeleggende på anordningens funksjon. Slike anordninger er især de som har innebygd kjøring av programmer, slik som datamaskiner, siden disse er følsomme for avbrudd i strømforsyningen ved at dette kan medføre sletting av data eller feil utførelse av programmene. Nødkraftsystemene sikrer en stabil spennings-tilførsel i løpet av strømstans i opp til flere timer.

Det er kjent for eksempel fra US-patent nr. 4366390 å anvende et batteri som lades ved normal drift og utlades ved nøddrift og som tilveiebringer kontinuerlig spenningsforsyning til tilknyttede elektriske anordninger inntil nettspenningen er blitt gjenopprettet. Batteriet er forbundet med nettet via en strømforsynings0mformer, som tjener som en ladelikeretter (lader) ved normal drift og tjener som en vekselretter (inverter = invertert likeretter) (AC/DC spenningsomformer) ved nøddrift. Kraftomformeren stabiliserer dessuten spenningen på utgangen til nødkraftsystemet og eliminerer således variasjoner på nettet. Nødkraftsystemet ifølge dette prinsippet er forbundet med en stor drossel spole på inngangssiden, som absorberer forskjeller mellom variasjoner i innmatningen og stabiliserer utmatningen uten tap. Selv om spenningsstabilisering finner sted uten tap, gir drosselspolen opphav til en effektfaktor som varierer med lasten og nettspenningen på grunn av at drosselspolen er reaktiv.

Konstruksjonen som er beskrevet i denne US-publikasjonen kan bli kalt en parallell kraftomformer siden et passivt serie-element i form av drosselspolen samvirker med et aktivt parallelt element i form av den regulerende inverter. Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret versjon av nødkraftsystemet kjent fra US-patent nr. 4366390 hvor den totale virkningsgraden til systemet er forbedret og ulempene med en varierende taps/forbindelsesfaktor er eliminert.

Dette tilveiebringes ifølge oppfinnelsen ved et nødkraft-system som er angitt i den kjennetegnende del i krav 1. Drosselspolen ved tidligere kjent teknikk er her erstattet av en AC-regulator som samvirker med og er styrt av batterispenningen. Strømmen gjennom AC-regulatoren styres som reaksjon på behov av reell effekt ved utgangen.

Tradisjonelle UPS (ikke-avbrytbar kraftforsyning) systemer har en ladelikeretter koblet til serie med en inverter, med et batteri anbragt mellom disse. Typisk har alle en total virkningsgrad på 85$ for et 5 kVA UPS-system. Et tilsvarende UPS-system ifølge US-patent nr. 4366390 har typisk en total virkningsgrad på 91%, men et 5 kVA UPS-system ifølge foreliggende oppfinnelse kan ha en total virkningsgrad på omkring 9656.

AC-regulatoren er seriekoblet med AC-spenningskilden/nettet og er styrt således at den kan betraktes som en tilnærmet ideell strømgenerator, som betyr at AC-spenningen over utgangen følger spenningen over lasten, mens den avgitte strømmen er sinusformet og har en kurveform som er identisk med kurveformen til nettspenningen. Dette oppnås ved at AC-regulatoren styres slik at den kun kan motta strøm i fase med nettet, hvorved strømmen fra regulatoren er i fase med nettspenningen. AC-regulatoren trekker herved akkurat reell effekt fra nettet, og siden den ikke inneholder vesentlige passive, reaktive komponenter, tilfører den likeledes akkurat reell effekt til inverter og last.

Funksjonen til inverteren ved normal drift er å stabilisere utgangsspenningen, dvs. spenningen over lasten, og å tilføre reaktiv eller harmonisk effekt dersom dette kreves av lasten. Datamaskinutstyr krever ofte tilførsel av sinusformet strøm som har overlagrede harmoniske komponenter eller er fasefor-skjøvet fra spenningen.

Inverteren er derfor koblet for således å utgjøre en tilnærmet ideell spenningsgenerator slik at den kan opprett-holde den ønskede sinusspenningen over lasten og også levere et strømbidrag på hvilket den sinusformede strømmen tilveiebragt av AC-regulatoren er overlagret. Batteriet sammen med inverteren tjener som en slags buffer mellom AC-regulatoren og lasten, idet inverteren tilfører forskjellen i effekt mellom reell effekt tilført av AC-regulatoren og effekt tilført til lasten. Inverteren tilveiebringer den nødvendige effekten fra det tilkoblede ladbare batteriet. Behovet for tilførsel av reell effekt fra nettet for å forsyne lasten, for å dekke tap i inverteren og for å lade batteriet, om nødvendig, registreres ved overvåking av batteriets tilstand. En utilstrekkelig strømtilførsel fra nettet kan bli detektert ved å måle batterispenningen siden dette vil trekke energi fra batteriet som bevirker tap i spenningen.

Det skal bemerkes at ved oppfinnelsen, slik som definert i krav 1, vil systemet være i balanse med hensyn til effekt siden nettet utelukkende tilfører reell effekt, og den øvrige delen av effekten som kreves av lasten tilføres av inverteren. Den øvrige delen av effektforbruket tilføres som reaktiv energi eller høyere harmoniske og tilveiebringes fra batteriet, som holdes konstant ladet ved å øke eller redusere den reelle effekten tilført fra nettet.

Det skal bemerkes at funksjonen til nødenergisystemet som en regulert reserve-kilde har blitt utvidet til også ha en viktig funksjon ved driften, nemlig å sikre at lasten i form av den elektriske anordningen på utgangen til nødkraft-systemet kun trekker reell effekt fra nettet og derved har en forbindelsesfaktor som er lik eller tett opp til en.

De uselvstendige kravene beskriver hensiktsmessige detaljer ved et nødkraftsystem ifølge foreliggende oppfinnelse og krav 2 beskriver således en hensiktsmessig utførelsesform ved hvilken AC-regulatoren er delt i to parallelle strømbaner, som er respektivt ledende i positive og negative halvperioder av nettspenningen. Når strømmen i strømbanen er regulert, som beskrevet i krav 3, kan bruk av reaktive komponenter praktisk talt bli unngått, og de anvendte reaktive komponentene er ikke desto mindre av en størrelse slik at de praktisk talt ikke påvirker forbindelsesfaktoren til nødkraftsystemet. Krav 4 beskriver hvorledes pulsgeneratoren genererer et puls-signal, og parametrene som er nødvendige for å tilveiebringe dette signalet. For styreformål kan strømmen gjennom AC-regulatoren hensiktsmessig bli avfølt som angitt i krav 5.

Krav 6 beskriver hvorledes utgangsspenningen til systemet er holdt ved et stabilt nivå, mens krav 7 og 8 beskriver komponentene som strømbanen til AC-regulatoren hensiktsmessig innbefatter.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere i forbindelse med en foretrukket utførelsesform og med henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 og 2 viser kretsskjema over prinsippene til kjente

nødkraftsystemer,

fig. 3 viser et tilsvarende diagram over prinsippene til en foretrukket utførelsesform av nødkraftsystemet ifølge

foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 viser en foretrukket utførelsesform av styredelen til

et nødkraftsystem ifølge oppfinnelsen,

fig. 5 viser en foretrukket utførelsesform av en kraftom-formerdel for et nødkraftsystem,

fig. 6-8 viser forsterkerutførelser anvendt ved kraft-omformerdelen vist på fig. 5, og

fig. 9-10 viser et ekvivalent diagram for nødkraftsystemet ifølge foreliggende oppfinnelse og strømmen som går gjennom systemet.

Fig. 1 og 2 viser velkjente utførelser av UPS-systemer som begge forsyner en forbruker eller en last Z med en stabili-sert spenning. Begge systemene er forbundet med en AC-spenningsgenerator 10, som for eksempel kan være en nett-forbindelse.

Systemet vist på fig. 1 opererer som en serie kraftomformer, idet systemet omfatter en ladelikeretter 11 som normalt vil være tyristorstyrt for å generere sterke harmoniske som vil bli returnert til nettet, dersom det ikke foregår en egnet filtrering ved nettforbindelsen. Ladelikeretteren 11 omformer en AC-spenning, levert til inngangen, for derved å gi en hovedsakelig konstant utgangsspenning og sikre at et batteri 12 er fullstendig ladet. Denne AC-spenningen blir ført til en inverter 13 som omformer DC-spenningen til en AC-spenning som blir ledet til lasten Z. Konstruksjonen innebærer to individuelt regulerte omformere som opererer i serie. Hver av omformerne må følgelig omforme hele utgangseffekten, hvilket resulterer i en lav virkningsgrad.

Fig. 2 viser et annet kjent UPS-system som er beskrevet nærmere i US-patent nr. 4366390 og som forbinder en AC-spennlngskilde 10 med en last Z. Nødkraf tsystemet har en kraftomformer 14 som opererer som en ladelikeretter ved normal drift, og derved lader batteriet 12, og som opererer som en inverter ved nøddrift for derved å omforme batteri-spennlngen til en AC-spenning som tilføres forbrukeren Z. Nødkraftsystemet har en drosselspole 15 som absorberer forskjellene mellom den stabiliserte utgangsspenningen, tilført lasten Z og variasjoner i nettspenningen mottatt fra spennlngskilden 10. Drosselspolen absorberer denne forskjellen uten tap, men gir opphav til en forbindelseseffekt-faktor som er en funksjon av vinkelen mellom avgitt spenning og strøm. Denne effektfaktoren må være så tett opp mot den som mulig på grunn av spenningskilden, hvilket krever at strøm og spenning er i fase. Med en stor reaktiv komponent slik som en drosselspole 15 er imidlertid dette ikke mulig. Nødkraftsystemet innbefatter dessuten en bryter 16 som er lukket ved normal drift og som er åpen i tilfellet av nettutfall, slik at batteriet 12 ikke bevirkes til å operere nettet.

Fig. 3 viser grunnprinsippet ved utførelsen av et nødkraft-system ifølge oppfinnelsen, og som det fremgår har systemet et batteri 12 som er ladet med en AC-spenning, som er likerettet av en strømomformer 14, som tjener som en ladelikeretter ved normal drift. Ved nøddrift tjener kraftomformeren 14 som en inverter, idet batterispenningen fra batteriet 12 omformes til en AC-spenning som tilføres lasten Z. Drosselspolen 15 ved utførelsen på fig. 2 er ved nødkraftsystemet ifølge foreliggende oppfinnelse erstattet med en AC-regulator 20, som regulerer strømmen fra spenningskilden 10 som reaksjon på behov for reell effekt til utgangen for nødkraftsystemet. Dette skal bli beskrevet nærmere i forbindelse med de påfølgende figurer. Fig. 6 viser en transistorkrets som vil være velkjent for fagmannen på området og som utgjør en del av AC-regulatoren ved en foretrukket utførelsesform av nødkraftsystemet ifølge foreliggende oppfinnelse. En positiv inngangsspenning V^jjjjj^ som tilføres kollektorinngangen til en transistor TD, tilføres kretsen. Basisinngangen til transistoren TD styres av et periodisk signal med en variabel arbeidssyklus D, dvs. den delen av perioden til signalet ved hvilket et signalnivå er forskjellig fra null, kan varieres. En diode D^, som er ledende i en retning fra null til emitteren av transistoren, er anbragt mellom emitterinngangen til transistoren og null. En induktans Lf, er forbundet mellom emitteren til transistoren og en utgangsterminal til transistorkretsen. Et signal som har inngangssignal som omhyll ingen og som har en frekvens som tilsvarer frekvensen til det periodiske signalet som er tilført transistorens basis, vil fremkomme på transistorens emitter. Utgangsterminalene til transistorkretsen har dessuten anbragt seg i mellom en stor glattekondensator C^,, over hvilken det vil være en spenning V^.ut» som nar en størrelse bestemt av V^jjjjj multiplisert med arbeidssyklusen D. Siden arbeidssyklusen vil være mellom 0 og 1, vil en slik transistorkrets tilveiebringe en pulsstyrt forsterkning som har en forsterkning mellom 0 og 1. Utgangs spenn i ngen V^uT kan også bli uttrykt som følgende: Fig. 7 viser likeledes en andre transistorkobling ved hvilken inngangen får tilført en positiv inngangsspenning V7)INN, som tilføres kollektoren på en transistor T7 gjennom en induktans L7. Transistoren T7 styres av et periodisk signal som har en variabel arbeidssyklus D tilført basiselektroden, og dens emitterelektrode er forbundet med null. En diode D7 er forbundet mellom kollektoren til transistoren T7 og en utgangsterminal til transistorkretsen og er ledende i en retning mot denne terminalen. En stor glattekondensator C7 er anordnet over utgangen slik at utgangsspenningen V7fuT kan bli uttrykt ved inngangsspenningen V7 jjjjj delt med 1 mindre enn arbeidssyklusen D. Siden arbeidssyklusen vil være mellom 0 og 1, vil det være mulig å tilveiebringe en forsterkning større enn 1 for forsterkeren slik at utgangsspenningen V7fjjT kan bli uttrykt som følgende:

På fig. 8 er transistorkoblingen vist på fig. 6 og 7 koblet for å danne en integralkrets. Inngangsspenningen Vg korresponderer med inngangsspenningen V6.INN* Dersom de periodiske signalene som styrer transistoren T5 og T7 er identiske og i fase, er det ikke nødvendig å glatte signalene før utgangen av kretsen siden transistoren T^, og T7 vil være ledende samtidig. Kondensatoren C^, kan derved bli utelatt og induktansene L^ og L7 kan bli viklet sammen til en integrert induktans Lg. Spenningen V^^T korresponderer med spenningen <V>7,INN slik at kretsen vist på fig. 8 vil være i stand til å tilføre en utgangsspenning Vg.uT» som kan bli uttrykt ved inngangsspenningen Vg jjjjj og arbeidssyklusen D som følgende:

Det er imidertid ofte foretrukket å styre de to transis-torkoblingene individuelt slik at et trinn kun overfører inngangsspenningen til utgangen ved at styresignalet er enten høyt (fig. 6) eller lavt (fig. 7), og at det andre trinnet er pulsstyrt. Dersom inngangsspenningen Vg jjjN skal forsterkes, blir styrespenningen til transistoren T^ gjort høy og transistoren T7 blir pulsmodulasjonsstyrt for å tilveiebringe ønsket spenning. Dersom inngangsspenningen Vg^jjjjj derimot skal bli dempet, blir styrespenningen til transistoren T7 gjort lav og transistoren T^ blir pulsmodulasjonsstyrt for å dempe den tilførte spenningen. Kondensatoren mellom de to transistortrinnene kan fremdeles bli utelatt på grunn av at en transistor kun overfører inngangsspenningen til dens utgang. Når det arbeides med forskjellige styresignaler på de to transistorene, kan utgangsspenningen Vg^-r °li uttrykt av arbeidssyklusene D-pD og T^ y til styresignalene, og man får følgende ligning:

hvor arbeidssyklusen D-p^ er 1 eller D^ er 0 i normal drift på grunn av at en av de angjeldende styresignalene er enten høye eller lave.

Fig. 4 viser styreprinsippet for en AC-spenningsregulator som er vist i detalj i forbindelse med fig. 5. Det skal bemerkes at styringen av kraf tomf ormerdelen 14 (fig. 3) kun er vist skjematisk på grunn av at den i sin vesentlige del er beskrevet i US-patentpublikasjon nr. 4366390.

Fig. 4 viser en synkroniseringsenhet 25 som er forbundet med AC-spenningstilførselen og styrer to sinusgeneratorer 26, 31, som holdes synkront og i fase med AC-spenningstilførselen og hvis amplituder kan bli styrt ved tilførte DC-spenninger. Spenningen fra sinusgeneratoren 26 tilføres den positive inngangen på en feilforsterker 24, hvis negative inngang er forbundet med en effekttransformator 21 anordnet i serie med inngangsterminalen til nødkraftsystemet. Effekttransfor-matoren 21 er belastet av en motstand 22 for å frembringe en spenning på den negative inngangen til feilforsterkeren 24, idet spenningen er proporsjonal med strømmen i inngangsterminalen til nødkraftsystemet. Signalet fra feilforsterkeren 24 tilføres en modulator 23 som genererer modulasjonssignalene til transistoren 62, 65, 72, 75 vist på fig. 5. Disse transistorene moduleres for således å opprett-holde til enhver tid det minste mulige avvik eller ikke noe avvik mellom de to signalene som tilføres inngangen til feilforsterkeren 24. Dersom den øyeblikkelige verdien til den målte inngangsstrømmen har en lavere amplitude enn den ønskede verdien fra sinusgeneratoren 26, blir arbeidssyklusen til styresignalene endret i en retning som øker forsterkningen i AC-regulatoren 20, som øker inngangsstrømmen til systemet. Dersom den målte inngangsstrømmen har tilsvarende en høyere amplitude enn ønsket fra sinusgeneratoren 26, blir arbeidssyklusen til styresignalene endret i en retning som reduserer forsterkningen i AC-regulatoren 20 som resulterer i en redusert inngangsstrøm. Denne reguleringen sikrer at inngangsstrømmene er alltid proporsjonale med signalet fra sinusgeneratoren med hensyn til amplitude så vel som kurveform, slik at inngangsstrømmen til systemet alltid vil vaere sinusformet og i fase med inngangsspenningen. Dette sikrer at nødkraf tsystemet kan holde en "forbindelsesfaktor lik 1 uansett hva som hender på lastsiden siden kraftomformeren 14 kompenserer for faseforskyvning, dersom overhodet noen faseforskyvning, mellom strøm og spenning på utgangen til nødkraftsystemet dersom lasten er reaktiv.

For å styre amplituden til sinusgeneratoren 26 og derved effekten som trekkes ut av nødkraftsystemet fra spennings-forsyningen (nettet), overvåkes den ladede tilstanden på batteriet. Denne overvåkning utføres av en feilforsterker 28, som mottar en måleverdi proporsjonal med batteri spenningen på sin negative inngang og mottar en konstant referanseverdi VREF» ved hjelp av hvilken den ønskede ladede spenningen på batteriet 12 bestemmes ved dens positive inngang. Feilforsterkeren 28 styrer amplituden til sinusgeneratoren 26 slik at det lavest mulige avviket eller overhodet ikke noe avvik mellom de to signalene som tilføres til inngangen på feilforsterkeren 28 tilveiebringes. Dersom batteri spenningen er lavere enn ønsket referanseverdi, blir spenningen til sinusgeneratoren 26 øket, som betyr at strømmen og derved effekten mottatt fra nettet økes.

Spenningen Vut Pa utgangen til nødkraftsystemet og derved effekten forbrukt av lasten holdes konstant, slik at øket effekt tatt fra nettet gjennom AC-regulatoren 20 kun kan bli overført til batteriet 12 gjennom strømomformeren 14, som lader batteriet 12, hvilket resulterer i øket batterispenning. Hele nødkraftsystemet vil således konstant være i balanse med hensyn til effekt, slik at en konstant ladespen-ning opprettholdes til batteriet 12 uansett om inngangsspenningen eller lasten endres.

Resten av kretsen vist på fig. 4 tjener til å holde AC-spenningen fra kraftomformeren 14 konstant uansett endringer i batterispenningen og last. Dette må betraktes som tidligere kjent, som er anvendt for eksempel i nødkraftsysternene vist på fig. 1 og 2. Styringen vil derfor kun bli kort berørt i beskrivelsen. Signalet fra sinusgeneratoren 31 sammenlignes med den aktuelle utgangsspenningen V-qt til systemet i en feilforsterker 30. Signalet fra feilforsterkeren 30 styrer transistorene i kraftomformer 14 gjennom en modulator 34 for å tilveiebringe den minst mulige forskjellen eller ingen forskjell mellom de to signalene på inngangen til feilforsterkeren 30. For å tilveiebringe øket spenningsstabilitet blir gjennomsnittsspenningen av systemets utgangsspenning Vut målt med en gjennomsnittsspennings-målekrets 32 og amplituden hos sinusgeneratoren 31 reguleres opp eller ned ved hjelp av en feilforsterker 33, hvorved den gjennom-snittlige verdien av systemets utgangsspenning V^t holdes konstant ved en verdi bestemt av en referanse Vjj^p tilført den positive inngangen på feilforsterkeren 33. Modulasjonssignalene fra DC-regulatoren 20 så vel som AC/DC omformer 14 har en frekvens som er typisk mellom 100-1000 ganger større enn frekvensen til vekselspenningen tilført inngangen til nødkraftsystemet.

Fig. 5 viser skjematisk utførelsen av nødkraftsystemet ifølge oppfinnelsen, idet styreenheten er blitt utelatt for tydelighetens skyld, slik at kun de kraftoverførende deler av systemet er vist. AC-spenningsregulatoren 20 er her vist nærmere, og det fremgår her at den er bygget som en Boost/ Buck-omformer. AC-spenningsregulatoren 20 har to strømgrener som er ledende henholdsvis i den positive og i den negative halvperlode av AC-spenningen tilført over inngangen.

Den første av strømgrenene har en diode 60 som er ledende i den positive halvperioden av den tilførte AC-spenningen. Etter dioden 60 er koblet en spenningsstyrt transistor 62 av IGBT-typen (isolert port, bipolar transistor) parallelt med en tilbakekoblingsreturbane-diode 68. Transistoren 62 styres av et periodisk signal tilført dens portelektrode, idet signalet genereres av modulatoren 23 vist på fig. 4. Arbeidssyklusen til dette signalet kan bli regulert, som er beskrevet i forbindelse med fig. 4. Emitterutgangen på transistoren 62 er forbundet med den negative elektroden på batteriet 12 via en diode 63. En induktans 64 er likeledes forbundet med knutepunktet mellom transistoren 62 og dioden 63. Det skal bemerkes at transistoren 62, dioden 63 og induktansen 64 danner en transistorutførelse som i det vesentlige tilsvarer den som er beskrevet i forbindelse med fig. 6.

Induktansen 64 er dessuten forbundet med et andre knutepunkt, mellom hvilke knutepunkt og null er anordnet en diode 67 i serie med en transistor 65 som tilsvarer transistoren 62 og som styres på samme måte. Dioden 67 og transistoren 65 er anordnet slik at en strøm kan flyte fra knutepunktet med induktansen 64 og dioden 67 mot null. Knutepunktet mellom dioden 67 og induktansen 64 er dessuten forbundet med en utgangsterminal til nødkraftsystemet gjennom en diode 66, som er polarisert slik at en strøm kan flyte mot utgangen. Dioden 67 beskytter transistoren 65 mot motsatt rettede strømmer og sørger i sin ledende tilstand for et spenningsfall mellom knutepunktet mellom transistoren 65 og knutepunktet mellom dioden 67 og induktansen 64.

Induktansen 64 i kombinasjon med transistoren 65, dioden 66 og en glattekondensator 80 anbragt mellom utgangsterminalen til nødkraftsystemet, utgjør en transistorkobling som tilsvarer den vist på fig. 7. Disse komponentene i kombinasjon med transistoren 62 og dioden 63 danner en transistor-utførelse som tilsvarer den vist på fig. 8. Tilsvarende er den andre grenen til AC-regulatoren 20 bygget på en fullstendig ekvivalent måte med den første grenen, idet alle enveis-komponentene inverteres slik at denne grenen er ledende i den negative halvperioden av den tilførte AC-spenningen. Denne grenen innbefatter således en diode 70 forbundet med en transistor 72, som tilsvarer transistoren 62, og som er koblet parallelt med en tilbakekoblingsdiode 78. Det andre knutepunktet mellom dioden 78 og transistoren

72 er forbundet med den positive elektroden på batteriet 12 gjennom en diode 73 og med en induktans 74, hvis andre terminal er forbundet med utgangsterminalen på nødkraft-systemet gjennom en diode 76 og med null gjennom en transistor 75 og en diode 77. Transistoren 75 tilsvarer generelt transistoren 65, 62 og 72, og alle disse er styrt av individuelle styresignaler, enten firkantpulssignaler eller høy/lav spenning (på/av).

Dersom en positiv halvperiode av inngangssignalet betraktes, vil strømbanene 60-68 være ledende. Dersom inngangsspenningen er høyere enn utgangsspenningen, må spenningen bli dempet, og jevnfør her beskrivelsen i forbindelse med fig. 8, og transistoren 65 vil motta et styresignal som er lavt eller av, slik at den vil være i revers modus. Transistoren 62 mottar pulsbreddemodulasjonssignalet og reduserer spenningen som reaksjon på dette.

Ved sammenligning av fig. 5 med fig. 8 fremgår det at diodene 63 og 73 på fig. 5 er forbundet med henholdsvis den negative terminalen og den positive terminalet på batteriet 12 i stedet for med null, som var tilfellet i forbindelse med fig.

8. Dersom diodene 63 og 73 er blitt forbundet med null, vil dette etablere en uønsket strømbane som ville kortslutte utgangsspenningen til systemet mot null gjennom diodene 63 og 66 og induktansen 64 i den negative halvperioden. Tilsvarende ved den positive halvperioden ville systemet bli kortsluttet mot null gjennom diodene 73 og 76 og induktansen 74. For å forhindre dette, blir de to transistorene 91 og 94 i strømomformeren 14 alltid styrt i enkelt fasemotsetnings-forhold til kraftsystemets utgangsfrekvens hvorved transistoren 94 alltid er ledende og transistoren 91 alltid er avbrutt i den positive halvperioden til spenningen, og motsatt i den negative halvperioden. Dette sikrer at dioden 63 har en kraftforsyningsstrøni mot null gjennom transistoren 94 i løpet av den positive halvperioden, i hvilken dioden skal anvendes. I den negative halvperioden kan strømbanen gjennom dioden 63 ikke være ledende siden potentialet på den negative terminalen av batteriet er lavere (mer negativ) enn den øyeblikkelige verdien av spenningen som fremkommer ved utgangen av systemet. Lignende gjelder for dioden 73 at den har en strømbane mot null gjennom transistoren 91 i løpet av den negative halvperioden, mens den holdes i omvendt modus ved hjelp av spenningen til batteriet i løpet av den positive halvperioden.

Transistorene 92 og 93 styres av pulsbredde-modulerte firkantpulsspenninger som har en høy frekvens, slik at spenningen i knutepunktet mellom de to transistorene 92 og 93 danner den ønskede sinusformede spenningen på utgangen til systemet, idet kondensatoren 80 sammen med en induktans 95 danner en lavpassfilter. Diodene 80, 84 sikrer at uansett hvilke av de fire transistorene 91-94 som er ledende eller avbrutt, er det alltid en strømbane fra induktansen 95 gjennom batteriet 12 til kondensatoren 80. En strøm som går inn i induktansen 95 kan således ikke utsette transistorene 91-94 for ødeleggende feilpolarisasjoner. Funksjonen til diodene 81-84 og transistorene 91-94 kan bli ansett som generell tidligere kjent teknikk fra strømomformere som er vist i forbindelse med fig. 1 og 2. Styringen av transistorene 91-94 er den samme uansett om systemet er i normal drift eller i nøddrift hvor hele AC-regulatoren 20 er død.

Styreprinsippene til kraftomformeren er generelt beskrevet i US-patent nr. 4366390.

Fig. 5 er blitt beskrevet skjematisk på grunn av at det for fagmannen på området for eksempel vil være klart at de viste diodene vil være forsynt med en parallell avkoblingskonden-sator. Det vil likeledes være klart for fagmannen hvorledes de styrte signalene er koblet til basisinngangen til transistorene.

Det fremgår av fig. 9 hvorledes inverteren 14 er koblet til batteriet 12, over hvilket det er en batterispenning Vg. Inverteren 14 mottar batteristrøm lg fra batteriet 12 og tilfører et strømbidrag Iyjj til lasten Z. Inverteren 14 opprettholder en forutbestemt AC-spenning Vl over lasten Z. Strømregulatoren er vist som en styrbar strømgenerator 20 på fig. 9, som i serie med AC-spenningskilden 10 er forbundet parallelt med inverteren 14. Den variable strømgeneratoren 14 tilfører en strøm lg som er sinusformet, som vist på fig. 10. Spenningen Vl over lasten Z er likeledes vist som sinusformet på fig. 10. Fig. 10 viser at laststrømmen II er i det vesentlige sinusformet, men har overlagret høyere harmoniske svingninger. Effekten for de høyere harmoniske svingninger er tilveiebragt i inverteren 14, og denne kan således tilføre en strøm lyg som tilsvarer den som er vist på fig. 10. Det skal bemerkes at strømmen II over lasten Z er vesentlig i fase med lastspenningen Vl slik at i dette tilfellet er lasten Z i det vesentlige resistiv. Dersom imidlertid lasten Z er delvis reaktiv, vil laststrømmen 1^ være faseforskjøvet i forhold til lastspenningen Vl- Dette ville ikke endre kurveformen til strømgeneratorstrømmen lg, men ville bevirke at inverterstrømmen lg antar en sinusform som vil være fase-forskjøvet i forhold til strømmen lg slik at summen av strømmene lyg og lg ville tilveiebringe strømmen II nødvendig for lasten.

Claims (8)

1. Nødkraftsystem for forbindelse mellom en AC-spenningskilde (10) på inngangssiden og en last (Z) på utgangssiden, hvor nødkraftsystemet sikrer en stabil spenning på utgangssiden selv om AC-spenningen som mottas fra AC-spenningskilden (10) er uregelmessig eller for kortere tid avbrutt, hvor nødkraft-systemet innbefatter en AC/DC omformer (14) koblet mellom dens utgangsterminaler og en AC-regulator (20) anbragt mellom inngangen og utgangen, idet AC/DC omformeren (14) er koblet til et ladbart batteri (12) og tjener som en ladelikeretter for batteriet (12) ved normal drift og som en inverter ved nøddrift, idet batteri spenningen omformes til AC-spenning på utgangssiden av nødkraftsystemmet, karakterisert ved at AC-regulatoren (20) er bygget som en styrbar strømgenerator som leverer på sin utgang en AC-strøm som er i fase med spenningen mottatt fra AC-spenningskilden (10), at AC-spenning/DC-spenningomformeren (14) opprettholder en forutbestemt AC-spenning (V^t) over utgangsterminalene på nødkraftsystemet, idet energien nødvendig for dette tilføres fra batteriet (12 ), at systemet videre innbefatter en sammenlignlngsinnretning (28) som avføler og sammenligner batteritilstanden med en på forhånd innstilt referansespenning (Vggp) og leverer et signal som reaksjon på dette, og at intensiteten til strømmen som tilføres regulatoren (20) styres som reaksjon på signalet som genereres av sammenligningsinnretningen (28).

2. System ifølge krav 1,karakterisert ved at AC-regulatoren (20) innbefatter to parallelle strømbaner (60-68, 70-78), som er henholdsvis i ledende og i omvendt modus i løpet av de positive og negative halvperiodene av AC-spenningen tilført til systemets inngang.

3. System ifølge krav 1-2, karakterisert ved at strømmen i strømbanene -(60-68, 70-78) pulsstyres av et periodisk firkantpulssignal, og at systemet dessuten innbefatter en pulsgenerator (23-26) som genererer et firkantpulssignal hvis arbeidssyklus (D) reguleres som reaksjon på signalet generert på sammenligningsinnretningen (28).

4 . System ifølge krav 3,karakterisert ved at pulsgeneratoren (23-26) omfatter en sinusgenerator (26) som synkoniseres med AC-spenningskilden (10) ved hjelp av en synkroniseringsenhet (25) og styres av signalet generert av samemnligningsinnretningen (28), og at en feilforsterker (24) fulgt av en modulator (23) genererer det periodiske firkant-pulssignalet som reaksjon på en sammenligning mellom signalet generert av sinusgeneratoren (26) og et referanse AC-spen-ningssignal.

5. System ifølge krav 4,karakterisert ved at referanse AC-spenningssignalet anvendt i feilforsterkeren (24) er et mål på strømmen mottatt fra AC-spenningskilden (10), idet målet tilveiebringes via en strømtransformator (21) som har en lastmotstand (22) koblet til systemets inngangsterminal.

6. System ifølge krav 3-5, karakterisert ved detekteringsinnretninger (32-33) for å detektere avvik i utgangsspenningen fra systemet i forhold til en referansespenning (Vggp), og ved kompenseringsinnretninger (30, 31, 34) som kompenserer for avvik ved endring av de periodiske firkantpulssignalene, som reaksjon på aktuell utgangs spenning, hvilke styrer AC/DC omformeren (14) slik at den opprettholder en konstant utgangsspenning.

7. System ifølge krav 2,karakterisert ved at en strømbane (60-68) innbefatter en transistor (62) hvis emitter er forbundet med den negative elektroden til batteriet (12) gjennom en diode (63), som er ledende i en retning mot emitteren, en induktans (64) hvis ene terminal er forbundet med transistorens (62) emitter og hvis andre terminal er forbundet med utgangsterminalen hos nødkraft-systemet via en diode (66), som er ledende i en retning mot utgangen, og en transistor (65) som er forbundet med null.

8. System ifølge krav 2,karakterisert ved at den andre strømbanen (70-78) innbefatter en transistor (72) hvis kollektor er forbundet med den positive elektroden på batteriet (12) via en diode (73), som er ledende i en retning mot batterielektroden, en induktans (74) hvis ene terminal er forbundet med transistorens (72) kollektor og hvis andre terminal er forbundet med utgangsterminalen hos nødkraftsystemet via en diode (76), som er ledende i en retning mot induktans (74) og med en transistor (75) som er koblet til et null-potensial.