SE419015B - Forfarande for drift av en avbrottsfri stromforsorjningsanleggning samt avbrottsfri stromforsorjningsanleggning for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

vsosoeu-z 2 En komplett strömförsörjningsanläggning av en hittills känd typ är i huvudsak uppbyggd på följande sätt. En inkommande växelspänning likriktas och glättas samt hackas i fyrkantform i exempelvis en transistor. Därefter tranformeras den hackade spänningen till lämplig spänning för laddning och drift, likriktas åter för bort- tagande av fyrkantformen, filtreras och går till laddning av batte- riet och drift av lasten. Reglering av utgângsspänningen erhålles genom att pulsbredd, amplitud eller frekvens ändras genom en kontrollenhet, som avkänner utgångssignalen och reglerar hackaren.

Vid eventuellt avbrott i den inkommande växelspänningen matas lasten direkt med spänningen från batteriet.

Här föreliggande uppfinning avser en strömförsörjningsanläggning med ett annat verkningssätt, varigenom batteriets energi bättre ut- nyttjas. Härvid kan man välja att genom bibehållande av samma batte- rikapacitet som vid tidigare anläggningar få tillräcklig drifts- spänning till lasten under längre tid, eller att med bibehållen tid för lägsta tillåtna lastspänning använda ett batteri med lägre kapacitet som alltså är billigare.

Uppfinningen avser således ett förfarande för drift av en avbrotts- fri strömförsörjningsanläggning, som via en laddare i form av en primärswitchad likriktare med transformator laddar ett batteri och driver en last, då drivspänning finns i tillräcklig omfattning, men som vid spänningsfall eller -avbrott automatiskt frånskiljer batte- riet frán laddaren och istället försörjer lasten med spänning från batteriet. Batterispänningen hackas härvid i fyrkantform samt trans- former-as genom transformatorns'sekundärsida till den för lasten er- forderliga spänningen.

Man kan med fördel mellan batteriet och lasten anbringa en diod, som vid avbrott i drivspänningen tillåter batterispänningen att direkt verka på lasten, så länge batterispänningen är högre eller lika som den för lasten erforderliga spänningen. Man slipper på så sätt en del av de små, men oundvikliga kapacitetsförluster, som uppstår vid hackning och transformering av batterispänningen. 3 790906h-3 Uppfinningen avser även en avbrottsfri strömförsörjningsanläggning enligt patuntkraven.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med hjälp av följande rit- ningar.: Fig i visar spännings- kapacitetskurvor för urladdning av batteriet i avbrottsfria strömförsörjningsanlägg- ningar.

Fig 2 visar ett biockschema över principen för en ström- försörjningsanläggning enligt uppfinningen.

Fig 3 är ett koppiingsschema för ett utförande av ström- försörjningsanläggningen enligt uppfinningen.

Fig Ü är ett kopplingsschema för ett annant utförande av strömförsörjningsanläggningun enligt uppfinningen.

Kurvorna i Fig I hänför sig till nickel-kadmiumbatterier, men lik- nande förhållanden råder även för andra batterityper. Dessa kurvor är endast valda som ett godtyckligt exempel och innebär ingen be- gränsning av uppfinningsidën. Kurvan A visar hur batterispänningen iallur med knpnuitctsultagct ur ull batteri, som är belastat med 2C A och utan regleringsanordning enligt uppfinningen. Härvid be- tecknar storheten C batteriets nominella kapacitet uttryckt i ampêre-timnar vid 5-timmarsurladdningn Av kurvan framgår, att man med belastningen 2C A kan ta ut endast hå av batteriets totala kapacitet till spänningen i.ih V/ceii eller lI% till spänningen l.l0 V/cell, medan man kan utnyttja 69% kapacitet, om spänningen tillåtes sjunka till 0.8 V/cell, Kurva B visar utspänningen vid användning av en kopplíngsmetod enligt uppfinningen. Kurvan är uppgjord för en last, som skall drivas med sanma belastning som ovan och en lägsta spänning av i.iü V. istället för, som ovan visats, endast 4% av batterikapaciteten kunde uttagas till denna spänning, kan nu 52% av batteriets kapacitet utnyttjas tili samma spänning. 7909064-3 nu l Kurva C visar spänningen över batteriet vid upptagningen av kurva B. Spänningen sjunker nu något fortare, men man kan undvika förlus- ter på den del av kurvan, som i detta exempel ligger över l.lå V genom att lasten är kopplad direkt till batteriet över en diod, som dock blir oledande när batteríspänningen understiger detta värde. Att batterispänningen vid användning av kopplingen enligt uppfinningen enligt kurva C blir lägre än enligt kurva A, beror -dels på att batteriet blir hårdare belastat, eftersom utgångs- spänningen är högre, dels på att kopplingen orsakar en del för- luster. Trots detta kan avsevärda vinster i utnyttjandegraden av batteriet uppnås. l figurerna 2 till 4 betecknar l0 en likriktare, som likriktar den inkommande drivspänningen från ett växelströmsnät eller en genera- tor. i2 betecknar ett glättningsfilter innehållande en kondensator samt lä en hackare, exempelvis en eller flera transistorer, i vilken den likriktade spänningen hackas till fyrkantform. Den hackade spän- ningen går vidare till transformatorn l6, som har en primärlindning l8 och minst en sekundärlindning 20. Transformatorn är företrädes- vis en ferritkärnetransformator. Här transformeras spänningen till för laddning av batteriet och drivning av lasten lämplig spänning.

I likriktaren 22 likriktas åter spänningen och filtreras i ett fil- ter ZÅ, som kan bestå av en drossel och en kondensator, detta för att ta bort fyrkantformen på spänningen. En omkopplare 26 består lämpligen av en tyristor, som står i tillslaget läge då tillräcklig drivspänning finns på ingången till likriktaren ID. Därvid får batte- riet 28 laddningsström, så att det alltid hålles fulladdat under normal drift. Samtidigt får lasten 30 drivspänning. Reglering av laddnings- och drívspänningen sker genom att pulsbredd, amplitud eller frekvens ändras med hjälp av en kontrollenhet 32, vilken av- känner utsignalen vid punkten 311 och reglerar hacka-ren l/i. Vidare innehåller anordningen en omkopplare 36, som då tillräcklig växel- spänning finns på ingången till likriktaren lD står i frânkopplat läge.

Då tillräcklig växelspänning finnes står alltså omkopplare 26 i läge 7909064-3 Un "till" och omkopplare 36 i läge "från" och anordningen fungerar som en vanlig primärswitchad likriktare, vilken laddar batteriet 28 och försörjer lasten 30. Vid spänningsfall eller avbrott i växelspän- ningen på ingången slår dock omkopplare 26 om till frånläge liksom hackare lå, vilken härvid tjänstgör som omkopplare. Batteriet blir härigenom frikopplat från laddarens utgång. Omkopplaren 36 tjänst- gör nu som hackare. Denna kan bestå av exempelvis två transistorer Tl och T2, som visas i Fig 3, varvid Tl resp. T2 i sin tur kan be- stå av flera parallellkopplade transistorer. Genom denna hackare 36 förses nu transofrmatorns sekundärlindning 20 med spänning från batteriet. Omsättningen i transformatorn mellan batteriingången och utgången är så vald att upptransformering till lastens driv- spänning erhålles. Energin går sedan via likríktaren 22 och filtret 20 till drivning av lasten 30. l kopplingen enligt Fig 3 består hackaren lä av två transistorer T3 och TÅ, vars utgångar är kopplade till ytterändarna på primärlind- ningen l8 i transformatorn 16. Den likriktade spänningen är härvid kopplad till primärlíndningens mittuttag. Man undviker härigenom mättning av transformatorn och får även mindre belastning på tran- sistorerna. På samma sätt är även hackaren 36 uppdelad på tvâ tran- sistorer, Tl och T2, som är kopplade till transformatorns sekundär- lindning 20.

Fig Å visar en enklare koppling, där såväl hackaren lb som hackaren 36 består av vardera en transístor.

I figurerna finns även markerad en diod 38. Denna är ej nödvändig för anordningens funktion, men kan i många tillämpningar spara en del energi. Dioden tillåter nämligen batterispänningen, att vid avbrott av spänningen från líkriktaren l0 direkt verka på lasten, så länge batterispänningen är högre än den spänning, som fås genom âterkopplingen till transformatorns sekundärsida.

En anordning enligt uppfinningen fungerar alltså på följande sätt.

Då tillräcklig ingående växelspänning finns, är omkopplaren 36 '7_9Û9Û6li-3 f, oledande och omkopplaren 26 ledande, Om hackaren lä består av tvâ transistorer, arbetar dessa nu i så kallad push-pull koppling.

Anordningen arbetar nu som ett primärswitchat laddningsaggregat.

Då líkspänníngen över kondensatorn i filtret 12 faller under en viss förutbestämd nivå, spärras hackaren lü och omkopplaren 26 blir oledande genom att dels styrspänningen nollställes och dels ladd- ningsströmmen upphör på grund av den sänkta drivspänningen. Batte- riet övertar nu matningen av lasten, eventuellt via en diod 38.

Då batterispänningen sjunkit till en viss nedre gräns startas hackaren 36 med batterispänningen som drivspänning. Den hackade spänningen upptransformeras i transformatorns sekundärlindning till för lasten erforderlig spänning. Batterispänningen fortsätter att sjunka, medan styrenheten 32 reglerar utgångsspänningen till ett konstant värde genom hackaren 36. Dioden 38 kommer därvid att spärras och lasten matas direkt från den upptransformerade och filtrerade spänningen vid punkt Sb i figurerna 2 till 4. Då växelspänningen åter är normal återgår anordningen till normaldrift enligt ovan.

Uppfinningen går alltså ut på att genom en likspänningsomvandlare höja batterispänningen under urladdning, så att en större del av batteriets lagrade energi görs tillgänglig. Vid avbrott i den ordi- narie växelspänningen till laddaren användes en del av laddarens transformator som spänningshöjare och regulator med matning från batte- riet. Man får härígenom en enkel och billig regleringsanordning.

Claims (3)

1. 7 7909064-z Patentkrav l. Förfarande för drift av en avbrottsfri strömförsörjningsanlägg- ning som via en laddare i fonn av en primärswitchad likriktare med transformator laddar ett batteri och driver en last, då driv- spänning finnes i tillräcklig omfattning, k ä n n e t e c k n a t a v, att den vid spänningsfall eller -avbrott automatiskt från- skiljer batteriet från laddaren och i stället försörjer lasten med spänning från batteriet, varvid batterispänningen hackas i fyrkantform samt genom transformatorns sekundärsida transfor- meras till den för lasten erforderliga spänningen.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v, att man mellan batteriet och lasten anbringar en diod, som vid avbrott i drivspänningen tillåter batterispänningen att direkt verka på lasten så länge batterispänningen är högre eller lika som den för lasten erforderliga spänningen.

3. Avbrottsfri strömförsörjningsanläggning för genomförande av för- farandet enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v, att den innefattar en likriktare (l0) för en inmatad drivspänning, ett glättningsfilter (l2), en hackare (l4) för hackning till fyrkant- form av den likriktade och glättade drivspänningen, en tranformator (l6) för omtransformering av denna spänning till en för laddning av ett batteri (28) och drivning av en last (30) lämplig spänning, en andra likriktare (22) för borttagande av fyrkantformen på spän- ningen från transformatorn, ett filter (24) för filtrering av samma spänning,en omkopplare (26) för in- och urkoppling av ladd- ningsspänningen till batteriet (28), och en utgång för drivning av lasten (30), samt dessutom en styrenhet (32), som avkänner drivspänningen och spänningen över lasten och reglerar hackaren (14) jämte en andra omkopplare och hackare (36) för återkoppling av batterispänningen till transformatorns sekundärlindning (20) och transformering till den för lasten erforderliga spänningen vid spänningsfall eller avbrott i drivspänningen. 79090644: Avbrottsfri strömförsörjningsanläggning enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a d a v, att två hackare (36) är kopplade mellan batteriet och transformatorns sekundärlindning. . a Avbrottsfri strömförsörjningsanläggning enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a d a v, att en diod (38) är kopplad mellan batte- riet och utgången till lasten.