NO772641L

NO772641L - PACE NETWORK.

Info

Publication number: NO772641L
Application number: NO772641A
Authority: NO
Inventors: Gautam Tendulkar
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1977-07-25
Publication date: 1978-01-31
Also published as: DE2634193A1; NL7705951A; FR2360208A1; BR7704952A; JPS5316824A; SE7707182L; BE857252A; ES461152A1

Abstract

"Taktet nettapparat""Tached network device"

Description

Oppfinnelsen angår et taktet nettapparat med en transformator hvis primærvikling er forbundet med en li.kespenningskilde over minst én periodisk påstyrbar transistor/og hvis sekundærvikling er forbundet med utgangsklemmer over en strømretter- The invention relates to a switched mains device with a transformer whose primary winding is connected to a direct voltage source via at least one periodically controllable transistor/and whose secondary winding is connected to output terminals via a rectifier

ventil og et glattefilter, samtidig som eventuelt hver. transistor sammen med primærviklingen såvel som glattefilteret sanjmen med utgangsklemmene er shuntet med en og en friløps-diode, valve and a smoothing filter, at the same time as possibly each. transistor together with the primary winding as well as the smoothing filter together with the output terminals are shunted with a freewheeling diode each,

Slike taktede nettapparåter >er kjent fra IBM- TechnicaT Disclosure Bulletin, bind 17, Nr. 9, side 1996 og 1997, og fra Valvo-Bericht, bind XIIX, hefte 1/2, side 143 -154. Slike nettapparåter, som arbeider efter gjennomflytnings-transformator^prinsippet, har like overfor konvensjonelle nettapparåter opp-bygget av nett-transformator, likeretterkobling og et regulert innstillingsledd, den fordel at den store og tunge nett-transformator og det anseelige kjølebehov for innstillingsleddet, Such clocked network devices > are known from IBM-TechnicaT Disclosure Bulletin, Volume 17, No. 9, pages 1996 and 1997, and from Valvo-Bericht, volume XIIX, booklet 1/2, pages 143 -154. Such mains devices, which work according to the flow-through transformer principle, have the advantage over conventional mains devices made up of a mains transformer, rectifier connection and a regulated setting link that the large and heavy mains transformer and the considerable cooling requirement for the setting link,

i almindelighet en langsregulator, faller bort, og at virknings-graden forbedres. Fra de ovennevnte publikasjoner er der også kjent taktede nettapparåter som arbeider efter sperretransformator-prinsippet, og som likeledes har de påpekte fordeler frem-for konvensjonelle nettapparåter. Det nettapparat som arbeider som sperretransformator, har bedre dynamiske egenskaper når det gjelder reguleringen, men er til gjengjeld tilordnet et relativt lavt effektområde, mens det ved gjennomflytningstransformator-nettapparatet ikke er nødvendig å stille særlige krav til transformatorens spredning og til impedansen av kondensatorer i glattefilteret, og dette nettapparat også egner seg for større utgangs- in general, a longitudinal regulator, falls away, and that the degree of effectiveness is improved. From the above-mentioned publications there are also known clocked mains devices which work according to the blocking transformer principle, and which likewise have the pointed out advantages over conventional mains devices. The mains device that works as a blocking transformer has better dynamic characteristics when it comes to regulation, but in return is assigned a relatively low power range, while with the flow-through transformer mains device it is not necessary to make special demands on the transformer's dispersion and on the impedance of capacitors in the smoothing filter, and this network device is also suitable for larger output

effektverdier. Både ved gjennomflytningstransformator- og også ved sperretransformator-nettapparatet erspenningsstabiliseringen imidlertid ved sammenlignbar påkostningdårligere enn ved konvensjonelle nettapparåter, noe som særlig ytrer seg i tilfellet av.kontinuerlig innstillbar utgangsspenning, eventuelt i forbindelse med konstant utgangseffekt. power values. Both with flow-through transformers and also with blocking transformers, the voltage stabilization is, however, at a comparable cost worse than with conventional network devices, which is particularly evident in the case of continuously adjustable output voltage, possibly in connection with constant output power.

Der foreligger den oppgave, med enkle midler å utforme et nettapparat av den innledningsvis angitte art slik at en utgangsspenning med stor stabilitet lar seg innstille kontinuerlig. There is the task, with simple means, of designing a mains device of the kind indicated at the outset so that an output voltage with great stability can be set continuously.

Ifølge oppfinnelsen blir denne oppgave løst ved at den bak sekundærviklingen innkoblede strømretterventil er en styrbar strømretterventil som kan påstyres i avhengighet av utgangsspenningen og eventuelt av utgangsstrømmen. According to the invention, this task is solved by the fact that the rectifier valve connected behind the secondary winding is a controllable rectifier valve which can be actuated depending on the output voltage and possibly the output current.

Ved apparatet ifølge oppfinnelsen skjer et faseinnhugg i transformatorens sekundærspenning i avhengighet av en sammen-ligning av utgangsspenningen, og eventuelt utgangsstrømmen, med gitte ønskeverdier. Som styrbar strømretterventil til dette formål egner seg godt en tyristor, da denne ved utkobling av transistorene i transformatorens primærkrets straks sperrer på.grunn av avmagnetiseringen av primærviklingen via friløpsdiodene. Ved denne faseinnhuggs-styring lar utgangseffekten seg innstille kontinuerlig med stor stabilitet og også ved konstant utgangseffekt, samtidig som det er mulig å realisere såvel positive som negative utgangsspenninger og også å regulere utgangsspenningen til verdier ned til null. De ovennevnte fordeler ved gjennomflytningstransformator-nettapparatet forblir opprettholdt ved nettappartet ifølge oppfinnelsen. På grunn av den enkle, raske og stabile regulering er dermed gjennomflytningstransformator- og sperretransformator-nettapparatenes fordeler kombinert. Foruten disse fordeler skal også fremheves den lave påkostning når det gjelder effektkomponenter, såvel som den høye virkningsgrad av nettapparatet ifølge oppfinnelsen - ifølge forsøk kan virknings-graden utgjøre 60 - 70 %. With the device according to the invention, a phase shift occurs in the transformer's secondary voltage depending on a comparison of the output voltage, and possibly the output current, with given desired values. As a controllable current rectifier valve for this purpose, a thyristor is well suited, as when the transistors in the transformer's primary circuit are switched off, this immediately blocks due to the demagnetization of the primary winding via the freewheeling diodes. With this phase notch control, the output power can be adjusted continuously with great stability and also at a constant output power, while it is possible to realize both positive and negative output voltages and also to regulate the output voltage to values down to zero. The above-mentioned advantages of the flow-through transformer mains apparatus remain maintained by the mains apparatus according to the invention. Due to the simple, fast and stable regulation, the advantages of flow-through transformer and blocking transformer mains devices are thus combined. In addition to these advantages, the low cost in terms of power components must also be emphasized, as well as the high efficiency of the mains device according to the invention - according to experiments, the efficiency can amount to 60 - 70%.

Det er gunstig å shunte utgangsklemmene med en tyristor. It is advantageous to shunt the output terminals with a thyristor.

Denne tyristor kan tennes ved overspenning, hvorved man på enkel måte får en effektiv overspenningsbeskyttelse for den last som mates av nettapparatet. This thyristor can be ignited in the event of an overvoltage, whereby one easily obtains effective overvoltage protection for the load fed by the mains device.

I det følgende vil oppfinnelsen bli belyst ved et eksempel under henvisning til tegningen. In the following, the invention will be illustrated by an example with reference to the drawing.

Fig. 1 viser skjematisk koblingen for et nettapparatFig. 1 schematically shows the connection for a network device

ifølge oppfinnelsen. En likeretter 1, som i utførelses-according to the invention. A rectifier 1, as in embodiment

eksempelet skjematisk er vist som.diode, er forbundet med klem-mer 2 i et en-, eller::tre-f aset . vekselstrømnett. Likeretteren 1 efterfølges av en glattekondensator 3. Likeretteren 1 er som likespenningskilde via inngangsklemmene 4 forbundet med trans-istorer 5 og 6, som efterfølges av primærviklingen 7a på en transformator 7 som tjener til galvanisk adskillelse. Til ut-styring av transistorene 5 og 6 er der anordnet en taktgenerator 8, hvis høyfrekvente utgangssignal via de antydede ledninger 9 tilføres basis hos hver av transistorene 5 og 6. Frekvensen av taktgeneratorens utgangssignal kan utgjøre omtrent 20 kHz. Til avmagnetisering av transformatoren 7 tjener friløpsdioder 10 og 11, som shunter primærviklingen 7a på transformatoren 7 og hver sin av transistorene 5 og 6. the example is schematically shown as a diode, is connected to terminal 2 in a single- or three-phase. AC mains. The rectifier 1 is followed by a smoothing capacitor 3. The rectifier 1 is connected as a direct voltage source via the input terminals 4 to transistors 5 and 6, which are followed by the primary winding 7a of a transformer 7 which serves for galvanic separation. A clock generator 8 is arranged to control the output of the transistors 5 and 6, whose high-frequency output signal via the indicated lines 9 is supplied to the base of each of the transistors 5 and 6. The frequency of the clock generator's output signal can be approximately 20 kHz. Freewheeling diodes 10 and 11 serve to demagnetize the transformer 7, which shunt the primary winding 7a of the transformer 7 and each of the transistors 5 and 6.

Sekundærviklingen 7b på transformatoren 7 er forbundet med en styrbar strømretterventil 12, i utførelseseksempelet en tyristor. Bak ventilen 12 sitter et glattefilter 13, som i utførelses-eksempelet er realisert som et laypassfilter i form av et LC-filter med drosselspole 14 og kondensator 15. Glattefilteret 13 er shuntet med en friløpsventil 16. Mellom glattefilteret 13 og nettapparatets utgangsklemmer 17 som lasten tilsluttes, er der innføyet en strømtransformator 18 og, som måleføler for utgangsspenningen, en motstand 19. Strømtransformatoren 18 og måle-føleren 19 tjener som måleverdigivere for henholdsvis utgangs-strøm og utgangsspenning. I utførelseseksempelet blir den glattede utgangsstrøm benyttet som måleverdi. I en modifikasjon er det også mulig å anvende den uglattede utgangsstrøm som måleverdi. Strømtransformatoren 18 blir da å innføye i LC-leddet like bak drosselspolen 14. Måleverdigiverne er via ledninger 20 og 21 forbundet med inngangen til en regulator 22, som får en foreskreven ønskeverdi tilført via en klemme 23. En utgangsklemme 24 fra regulatoren 22 er forbundet med styreelektroden hos den styrbare strømretterventil 12. The secondary winding 7b of the transformer 7 is connected to a controllable rectifier valve 12, in the embodiment a thyristor. Behind the valve 12 is a smoothing filter 13, which in the design example is realized as a laypass filter in the form of an LC filter with choke coil 14 and capacitor 15. The smoothing filter 13 is shunted with a freewheel valve 16. Between the smoothing filter 13 and the output terminals 17 of the mains device as the load connected, a current transformer 18 and, as a measuring sensor for the output voltage, a resistor 19 are inserted. The current transformer 18 and the measuring sensor 19 serve as measuring values for output current and output voltage respectively. In the design example, the smoothed output current is used as the measured value. In a modification, it is also possible to use the unsmoothed output current as a measurement value. The current transformer 18 then has to be inserted into the LC link just behind the throttle coil 14. The measuring devices are connected via wires 20 and 21 to the input of a regulator 22, which receives a prescribed desired value supplied via a terminal 23. An output terminal 24 from the regulator 22 is connected to the control electrode of the controllable rectifier valve 12.

I utførelseseksempelet er ennvidere utgangsklemmene 17 shuntet med en tyristor 25, hvis styreelektrode likeledes ved en ledning 26 er forbundet med en utgang fra regulatoren 22. In the design example, the output terminals 17 are also shunted with a thyristor 25, whose control electrode is likewise connected by a line 26 to an output from the regulator 22.

Virkemåten av nettapparatet ifølge oppfinnelsen vil i det følgende som eksempel bli forklart nærmere under henvisning til diagrammene på fig. 2, hvor spenningen U, på sekundærviklingen 7b hos transformatoren 7, spenningen ved inngangen til glattefilteret 13 samt utgangsspenningen UAved klemmene 17 er oppført som funksjon av tiden t. The operation of the mains device according to the invention will be explained in more detail below as an example with reference to the diagrams in fig. 2, where the voltage U, on the secondary winding 7b of the transformer 7, the voltage at the input to the smoothing filter 13 and the output voltage UA at the terminals 17 are listed as a function of the time t.

Ved nettappratet ifølge oppfinnelsen blir nettspenningen likerettet med likeretteren 1 og hakket opp av transistorene 5 In the mains device according to the invention, the mains voltage is rectified with the rectifier 1 and chopped up by the transistors 5

og 6. Under innkoblingstiden for transistorene 5 og 6 foreligger den likerettede inngangsspenning på primærviklingen 7a hos transformatoren 7. Efter utkobling av transistorene 5 og 6 slår polariteten av spenningen på primærviklingen 7a om, og transformatoren 7 avmagnetiserer seg over friløpsdiodene IQ og 11. Avmagnetiseringsenergien blir derved matet tilbake i glatte-kondensatoren 3. Friløpsdiodene 10 og 11 hindrer sperrespenningen på transistorene 5 og 6 i å stige utover den likerettede nett-spenning. and 6. During the switch-on time for the transistors 5 and 6, the rectified input voltage is present on the primary winding 7a of the transformer 7. After switching off the transistors 5 and 6, the polarity of the voltage on the primary winding 7a reverses, and the transformer 7 is demagnetized via the freewheeling diodes IQ and 11. The demagnetization energy becomes thereby fed back into the smoothing capacitor 3. The freewheeling diodes 10 and 11 prevent the blocking voltage on the transistors 5 and 6 from rising beyond the rectified mains voltage.

Transistorene 5 og 6 påstyres av taktgeneratoren 8, og denne kan efterfølges av et koblingstrinn til strømbegrensni.ng, hvormed inngangsstrømmens effektive verdi og pulsstrømmen topp-verdi begrenses. Dermed er nettappa,ratet kortslutningsfa,st, The transistors 5 and 6 are controlled by the clock generator 8, and this can be followed by a switching stage for current limiting, with which the effective value of the input current and the peak value of the pulse current are limited. Thus, the net app is rated short-circuit fast,

For taktgeneratoren velges et fast taktforhold, fordelaktig et taktforhold på ca. 1 : 1. For the clock generator, a fixed clock ratio is selected, advantageously a clock ratio of approx. 1:1.

Ved nettapparatet ifølge oppfinnelsen blir utgangsspenningen U A regulert med den styrbare strømretterventil 12. Under innkoblingstiden for transistorene 5 og 6 opptrer den positive spenning U^som foreligger på sekundærvillingen 7b, ved anoden hos den styrbare strømretterventil 12. Ved tenning av strøm-retterventilen 12 fås et faseinnhugg i denne spenning, og bare under innkoblingstiden / S. t ligger spenningen ^ ved inngangen til glattefilteret 13. Ved utkobling av transistorene 5 og 6 slår spenningen U^straks om på grunn av avmagnetiseringen av transformatoren 1 . £ noe som fører til øyeblikkelig sperring av den styrbare strømretterventil 12 selv om den har form av en tyristor. Særskilte slukkeinnretninger for tyristorer benyttet som styrbare strømretterventiler 12, behøves derfor ikke. Over drosselen 14, som f.eks. kan være en ikke-lineær lagringsdrossel, kondensatoren 15 og friløpsdioden 16 kan utgangsstrømmen fortsatt flyte under utkoblingstiden for strømretterventilen 12. Tenne-tidspunktet for strømretterventilen 12 i hver poitiv halvbølge av spenningen U^bestemmes av regulatoren 22 i avhengighet a,v utgangsspenningen og eventuelt utgangsstrømmen. Derved blir for-holdet mellom innkoblings- og utkoblingstid for spenningen U2gitt, og den med glattefilteret 13 middelverdiglattede utgangsspenning UAnøyaktig regulert. For utgangsspenningen UAfår man uttrykket: In the mains device according to the invention, the output voltage U A is regulated with the controllable rectifier valve 12. During the switch-on time for the transistors 5 and 6, the positive voltage U^ present on the secondary voltage 7b appears at the anode of the controllable rectifier valve 12. When the rectifier valve 12 is switched on, a phase notch in this voltage, and only during the switch-on time / S. t is the voltage ^ at the input to the smoothing filter 13. When transistors 5 and 6 are switched off, the voltage U ^ immediately reverses due to the demagnetization of the transformer 1 . £ which leads to immediate blocking of the controllable rectifier valve 12 even though it has the form of a thyristor. Separate extinguishing devices for thyristors used as controllable rectifier valves 12 are therefore not needed. Above the throttle 14, which e.g. can be a non-linear storage choke, the capacitor 15 and the freewheeling diode 16, the output current can still flow during the switch-off time for the rectifier valve 12. The switch-on time for the rectifier valve 12 in each positive half-wave of the voltage U^ is determined by the regulator 22 in dependence on the output voltage and possibly the output current . Thereby, the ratio between switch-on and switch-off time for the voltage U2 is given, and the output voltage U, average value smoothed with the smoothing filter 13, is accurately regulated. For the output voltage UA, the expression is obtained:

hvor UAer den regulerte utgangsspenning, where UA is the regulated output voltage,

Ug den likerettede inngangsnettspenning,Ug the rectified input mains voltage,

N vindingstallforholdet for transformatoren 7,N the turns ratio for the transformer 7,

A. t strømretterventilens innkoblingstid, ogA. t the switch-on time of the rectifier valve, and

f taktfrekvensen for taktgeneratoren 8.f the clock frequency for the clock generator 8.

Dermed får man ut fra rektangelspenningen U2via den styrbare strømretterventil 12 og middelverdiglattingen ved glattefilteret 13 en regulert utgangs-likespenning UAsom er trinnløst innstillbar. I tillegg kan laststrømmen begrenses slik at der ved hver innstilt utgangsspenning ikke overskrides en konstant maksimal utgangseffekt. Til dette formål blir den måleverdi som fås ved strømtransformatoren 18, levert som ekstra måleverdi til regulatoren 22, som med en underlagret regulerings-kobling foretar en spenningsavhengig strømbegrensning. I ut-førelseseksemplet er det dessuten også sørget for å besørge en overspenningsovervåkning i regulatoren 22. Når overspennings-vakten reagerer, blir tyristoren 25 tent som kortslutter, så der fås et enkelt overspenningsvern for den efterkoblede last. Samtidig kan regulatoren 22 låses med en ikke vist sperreledning. Thus, from the rectangular voltage U2 via the controllable rectifier valve 12 and the mean value smoothing by the smoothing filter 13, a regulated output DC voltage UA is obtained which is steplessly adjustable. In addition, the load current can be limited so that a constant maximum output power is not exceeded at each set output voltage. For this purpose, the measured value obtained at the current transformer 18 is delivered as an additional measured value to the regulator 22, which, with a subordinate regulation coupling, makes a voltage-dependent current limitation. In the design example, provision is also made to provide overvoltage monitoring in the regulator 22. When the overvoltage guard reacts, the thyristor 25 is ignited as a short-circuit, so a simple overvoltage protection is obtained for the downstream load. At the same time, the regulator 22 can be locked with a locking cable, not shown.

Det skal videre nevnes at det i nettapparatet ifølge oppfinnelsen er mulig å anvende entakts- og mottakts-transformatorer, dog må der for hvert av disse tilfeller sørges for et fast for-hold mellom innkoblings- og utkoblings-tid, fortrinnsvis et taktforhold på ca. 1 : 1. Dessuten kan flere enheter som den der er innkoblet foran primærviklingen 7a på transformatoren 7, være koblet parallelt og synkronisert med hverandre. It should also be mentioned that in the mains device according to the invention it is possible to use single-phase and reverse-phase transformers, however, for each of these cases a fixed ratio between switch-on and switch-off time must be ensured, preferably a cycle ratio of approx. 1 : 1. Furthermore, several units such as the one connected in front of the primary winding 7a of the transformer 7, can be connected in parallel and synchronized with each other.

I utførelseseksempelet på fig. 1 ses det ennvidere at der via en annen sekundærvikling 7b' på transformatoren 7 kan tilsluttes en annen utgangsenhet som allerede ovenfor omtalt. Dermed er det mulig å realisere innbyrdes uavhengige positive og negative utgangsspenninger. Videre kan der tilsluttes en utgangsenhet hvor en ytterligere sekundærvikling 7b'' efterfølges av en ikke styrt strømretterventil 27, et glattefiler 13'' og en fri-løpsdiode 16<11>. En slik utgangsdel er også kjent fra de ovennevnte publikasjoner. Ved dens utgangsklemmer 17<1>' kan der tas ut en ustabilisert utgangsspenning. In the design example in fig. 1, it can also be seen that via another secondary winding 7b' on the transformer 7, another output unit can be connected as already mentioned above. Thus, it is possible to realize mutually independent positive and negative output voltages. Furthermore, an output unit can be connected where a further secondary winding 7b'' is followed by an uncontrolled rectifier valve 27, a smoothing filter 13'' and a free-running diode 16<11>. Such an output part is also known from the above-mentioned publications. An unstabilized output voltage can be taken out at its output terminals 17<1>'.

Som resymé kan det fastslås at der med nettapparatet ifølge oppfinnelsen fås galvanisk adskilte inn- og ut-ganger, samtidig som utgangsspenningen er vilkårlig innstillbar. selv ved konstant utgangseffekt, og man kan få flere stabiliserte, innbyrdes uavhengige positive og negative utgangsspenninger. As a summary, it can be stated that with the mains device according to the invention, galvanically separated inputs and outputs are obtained, while the output voltage is arbitrarily adjustable. even at constant output power, and one can obtain several stabilized, mutually independent positive and negative output voltages.

Nettapparatet har en enkel, hurtigarbeidende og meget stabil regulatorkrets og en meget høy virkningsgrad og lar seg realisere med litet ytstyr av effektførende komponenter. I den forbindelse skal det fremheves at både en hjelpestrømforsyning for nettapparatet og nett-transformatoren faller bort. Sluttelig skal nevnes at der foruten de stabiliserte, innbyrdes uavhengige utgangsspenninger også kan fås ustabiliserte, likeledes innbyrdes uavhengige utgangsspenninger. The mains device has a simple, fast-working and very stable regulator circuit and a very high degree of efficiency and can be realized with a small amount of power-carrying components. In this connection, it must be emphasized that both an auxiliary power supply for the mains device and the mains transformer are omitted. Finally, it should be mentioned that in addition to the stabilized, mutually independent output voltages, unstabilized, likewise mutually independent output voltages can also be obtained.

Claims

1-. Clocked mains device with a transformer whose primary winding is connected via at least one periodically controllable transistor to a direct current source, and whose secondary winding via a current rectifier valve and a smoothing filter is connected to output terminals, at the same time that possibly each transistor together with the primary winding as well as the smoothing filter together with the output terminals are shunted with one and one freewheeling diode, characterized in that the rectifier valve that follows the secondary winding (7b) is a controllable rectifier valve (12) which can be actuated depending on the output current and the output voltage (UA).

2. Switched mains device as stated in claim 1, characterized in that the controllable rectifier valve (12) is a thyristor.

3. Clocked mains device as stated in claim 1 or 2, characterized in that the output terminals (17) are shunted with a thyristor (25).