SE518590C2 - System för effektinkoppling och återinkoppling - Google Patents

Description

518 590 2 LVBD fi . l När flera batterier är anslutna till de effektmatande samlingsskenorna bestäms syste- mets maximistorlek av storleken på bortkopplings/återinkopplingsanordningen, ef- tersom den sista bortkopplingsanordningen normalt måste koppla bort hela last- strömmen. Vidare är någon prioriterad/oprioriterad lastbortkoppling inte möjlig.

LVLD (fig. 2) Transienter i systemspänningen (spänningsvariationer alstrade av stora rusströmmar till kondensatorer i lasten) vid återinkoppling av individuella oprioriterade laster till strömförande samlingsskenor kan störa operationen av de prioriterade lastema. Min- dre tillgänglig lasteffektmatning jämfört med LVBD-principen (fel hos bortkopp- lings/återinkopplingsanordningen orsakar avbrott i effektmatningen till lasten). På- känningar på bortkopplings/återinkopplingsanordningen efiersom anordningen mås- te hantera den totala strömmen för oprioriterad last.

Brittisk patentansökan GB-A-2 281 458 beskriver en anordning för hantering av ef- fektmatningen till en basstation för telekommunikation. Denna beskrivning är repre- sentativ för känd teknik.

Ett ytterligare dokument US-A-5 260 605 beskriver en polaritetsomkopplare, som ändrar likspänningens riktning för olika laster som svar på en avkänd växelspän- ningsförlust och ovikti ga laster är förlorade som svar på en avkänd ändring i lik- spärmingspolariteten vid de olika lastema.

Slutligen beskriver ett japanskt dokument JP-O4/O71338 en lösning för att öka re- servtiden medelst ett batteri utan att höja batteriets kapacitet genom reducering av en lastström som svar på en ökning av utspänningen även om ett avbrott i en strömkälla för en kommunikation fortsätter.

Typiskt för de beskrivna kända matningssystemen är att laster bortkopplas selektivt vid matningsfel under det att en reducerad likspärmingsoperation upprätthålles me- 518 590 3 delst reservbatterier och hela lasten återinkopplas sedan omedelbart i full operation när växelspänningsmatningen har återupprättats. Vidare föreligger även lösningar som utnyttjar en gemensam likriktare i likhet med fi g. 2, men distribuering av lik- spänning sker från batteriet till laster av olika prioritetsgrad medelst en diodkrets.

När man arbetar med större strömlaster kan emellertid spänningsfallet över sådana dioder ofta vara av storleksordningen 1 - 1,5 V, vilket resulterar i en icke önskvärd stor effektförlust förutom oönskad besvärande uppvärmning av dioderna i kretsen.

Dessutom kan dylika system inte utvidgas på ett enkelt sätt, eftersom den eller de prioriterade lastens/lastemas ström kommer att passera en fördelningsdiod, vilket därmed kommer att begränsa prioritetssystemets storlek.

Det föreligger därför alltjämt ett behov av ett likspänt effektmatningssystem som kan inkoppla och bortkoppla laster, speciellt vid stor likströmskonsumtion, enligt en förutbestämd prioritet i anslutning till växelspänningsförlust i huvudmatningen, utan att omkopplingsorganets kontakter påverkas på grund av transienter vid återinkopp- ling eller starka rusströmmar vid inkopplíngen under en sådan omkoppling under det att man försöker upprätthålla en viss nivå hos reservbatteriets laddning.

UPPFINNINGEN I KORTHET Den föreliggande uppfinningen beskriver ett direktdrifisystem med transientfri bort- koppling/återinkoppling av flera laster (Transient Free Multiple Load Disconnection Reconnection, TFMLDR), som är baserad på ett koncept att alltid hopkoppla laster och därtill hörande likriktare och sedan koppla sådana grupper via effektomkopplar- element till en respektive samlingsskena i ett samlingsskenpar. Batteriema kommer att vara kopplade direkt till denna samlingsskena, företrädesvis via säkringar. Bort- kopplingen/återinkopplingen av individuella grupper till en samlingsskena kan sedan styras så, att nâgra transienter inte alstras i systemspänningen. Ett sådant system är fördelaktigt för återinkoppling av en last efter en bortkoppling på grund av ett fel i huvudmatningen. Lasterna bildar en väsentlig ingångskapacitans, vilket hjälper till att stabilisera likspänningsmatningen till lasten och denna last är direkt kopplad till 518 590 4 en likriktare som avger spänningsstyrd effekt under normal huvudledningsdrift. Ef- ter effektomkopplingselementets bortkoppling av en last från samlingsskenan och batteriet, kommer återinkopplingen att ske i följande ordning. Likriktaren avger strömstyrd effekt, som laddar lastens ingångskapacitans upp till en spärmingsnivå nära spänningen för batteriet. Sedan kommer återinkoppling med begränsad rus- ström att uppnås, varvid en praktiskt taget transientfri återinkoppling till batteriet erhålles.

Ett system enligt den föreliggande uppfinningen framgår av det självständiga patent- kravet l och ytterligare utföringsformer av systemet fiamgår av de osjälvständiga patentkraven 2 - 7. Vidare anges ett förfarande enligt den föreliggande uppfinningen av det självständiga patentkravet 8 och en ytterligare utföringsform framgår av det osjälvständiga patentkravet 9.

KORT REDOGÖRELSE FÖR RITNINGARNA Uppfinningen tillsammans med ytterligare ändamål och fördelar med denna kan bäst förstås genom hänvisning till den följande beskrivningen, som ges i samband med de bifogade ritningarna, där fig. 1 demonstrerar ett annat typiskt arrangemang enligt den kända tekniken när man har flera spridda batterier och likriktare, fig. 2 demonstrerar i likhet med fig. l ett arrangemang med en uppdelning av laster i grupper av olika prioritet vid bortkoppling av laster och fig. 3 visar ett nytt sätt att arrangera ett system i enlighet med den föreliggande upp- fmningen. 518 590 DETALJERAD BESKRIVNING F ig. 3 visar en illustrativ utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen. I normal drift är bortkopplings/återinkopplingsanordningarna Cl - Cn slutna och samtliga en- heter (likriktare, laster och batterier) är alltså parallellkopplade. En direktdriftopera- tion är lätt att uppnå genom användning av ett par samlingsskenor, till vilka batteri- erna Bl - Bn är kopplade. I fig. 3 är bara samlingsskenan med negativa polaritet i samlingsskenparet indikerad. Under ett fel på huvudmatningen kommer lasterna att matas fiån batterierna Bl - Bn eftersom likriktarenhetema i Likriktar- & Lastgrup- pema 1 - n inte längre levererar någon ström. När definierade bortkopplingstörhål- landen har bestämts för en last som har den lägsta prioritets graden (dessa förhållan- den kan vara olika för olika laster), kommer dess respektive bortkopplings/inkopp- lingselement Cx i TFMLDR-systemet att stoppa batterimatningen till denna speciel- la lågprioriterade krets genom bortkoppling denna lågprioriterade last från samlings- skenan. I en föredragen utföringsforrn för ytterligare batteriskydd är batterierna Bl - By via en respektive individuell säkring Fl - Fy kopplad till det elektriska samlings- skenparet för matning av lastema l - n med ström i fiånvaro av likspärmingsmat- ning från likriktarna. Dessutom matas lastema l - n, som normalt omfattar flera spridda lastenheter, via respektive säkringar FLl - FLn medelst antalet likriktar- enheter för uppnående ett redundant huvudmatningssystem, såsom lätt inses av fack- malmen på området, för att garantera en kontinuerlig drift av lastenhetema i fall av fel på en enda likriktarenhet.

Om huvudmatningen återkommer innan någon annan last har bortkopplats kommer de likriktarenheter som hör till den bortkopplade gruppen att mata styrd (begränsad) ström till den bortkopplade gruppens last och därmed ladda varje ingångskapacitans hos lasten till i det närmaste samlingsskenans spärmingsnivå, varefter en transientfri återinkoppling till samlingsskenan sker. När huvudmatningen återkommer begränsas rusströmmen till den last som bortkopplats från samlingsskenan (och därmed från reservbatteriema) genom begränsningsfiinktionen för likriktarströmmen. Dessutom kan detta inte påverka andra laster som alltjämt är kopplade till samlingsskenan. Ti- den för återinkoppling av den bortkopplade lastgmppen till TFMLDR-systemets 518 590 6 samlingsskena styrs typiskt av en krets som jämför spänningsnivån vid lastens in- gång och batterispänningens på samlingsskenan. Dylika kretsar är välkända av fack- marmen på området och behöver inte diskuteras ytterligare i detta sammanhang.

Vid längre huvudmatningsfel kommer laster med olika prioritet att bortkopplas i prioritetsordning: Den med lägst prioritet först, därefter den med näst lägst prioritet och så vidare. När samtliga laster har bortkopplats från samlingsskenan av TFMLDR-systemet skyddas batteriema från långtgående urladdning eftersom någon ström inte längre uttas från batterierna.

Varje lastgrupp 1 - n matas med tillräcklig likriktarkapacitet för att höja dess in- gångsspärming, dvs på ingångskapacitansen, till spärmingsnivån för samlingsskenan.

Denna styrda höjning är en förutsättning för en transientfri återinkoppling till sam- lingsskenan. Vid återkomsten av huvudmatningen kommer respektive gnipplikrikta- re att, oberoende av antalet bortkopplade grupper, höja inspänningsnivån för grup- pen såsom redan beskrivits, för att säkerställa en transientfri återinkoppling av re- spektive lastgrupp till samlingsskenan.

Fördelar med det förbättrade systemet är att i varje fall med gruppåterinkoppling kommer detta inte att påverka kontaktema i bortkopplings/återinkopplingsanord- ningama. Dessutom orsakar återinkopplingen av vilken last som helst inte några transienter i systemspärmingen och stör inte driften av andra anslutna laster.

Under normal drift för bortkopplings/återinkopplingsanordningarna en mycket liten ström (dvs bara laddningsströmmen till batteriema). Därför kan laster bortkopplas/ återinkopplas av underhållsskäl utan att äventyra systemdriften. Anordningarna kan även användas i en miljö med förhöjd temperatur.

Bättre tillgänglighet uppnås jämfört med LVLD-systemen. I fall av ett fel på bort- kopplings/återinkopplingsanordningen kommer systemet enligt fig. 3 att alltjämt ef- fektmata lasten via likriktama. Ett fel i huvudmatningen behövs för att orsaka en för- 518 590 7 lust av effektmatningen till lasten i fråga. Efiersom både batterierna och likriktama/ lasterna är jämnt spridda, kan systemet teoretiskt utvidgas med ett obegränsat antal spridda batterier och spridda grupper med likriktare/laster.

Det bör inses av fackmannen på området att olika modifikationer och ändringar kan utföras av den föreliggande uppfinningen utan att man frångår idén med densamma, som definieras av de efterföljande patentkraven.

Claims (12)

20 25 30 5118 590 8 Reviderade Patentkrav

1. System for återinkoppling av en last efter en bortkoppling på grund av ett fel i hu- vudmatnin gen, vilket system omfattar minst en likriktare, minst ett batteri och minst en last, kännetecknat av att nämnda minst ena last är direkt kopplad till nämnda minst ena likriktare som matar strömstyrd likspärmingseffekt under normal huvudmatningsdrift, nämnda minst ena batteri är via ett effektomkopplande element (Cl - Cn) direkt kopplat till en grupp (1 - n) omfattande minst en last och minst en likriktare, varvid efter effektomkopplingselementets bortkoppling av nämnda minst ena batteri (Bl - By) kommer en återinkoppling inte att ske förrän nämnda minst ena likriktare har matat strömstyrd likströmseffekt som har drivit en ingång på nämnda minst ena last i gruppen upp till en spänningsnivå i närheten spänningen på nämnda minst ena batteri, för att därmed begränsa rusströmmen och erhålla en nästan transientfri åter- inkoppling av lasten i gruppen till nämnda minst ena batteri.

2. System enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda minst ena likriktare om- fattar flera likriktarenheter, som via sin respektive säkring är parallellkopplad till närrmda minst ena last i gruppen.

3. System enligt patentkrav 2, kännetecknat av att nämnda minst ena batteri (Bl - By) via en individuell säkring (Fl - Fy) är kopplat till ett par elektriska samlingsske- nor fiñr matning av nämnda minst ena last inom en grupp ( - n) med ström via om- kopplingselementet (CI - Cn) i frånvaro av likströmseffekt från nämnda minst ena likriktare.

4. System enligt patentkrav 3, kännetecknat av att nämnda minst ena last inom en grupp (l - n) omfattar flera spridda lastenheter, varvid varje lastgrupp matas via en respektive säkring (FLl - FLn) av ett antal likriktarenheter for erhållande av ett re- dundant huvudmatningssystem för att garantera en kontinuerlig drifi av lastenheter- na i fall av ett fel på en enda likriktare. 20 25 30 518 590 9

5. System enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda minst ena likriktare har en strömbegränsande funktion.

6. System enligt patentkrav 1, kännetecknat av att systemet är försett med en krets (TFMLDR) för jämförande av inspänningen till en bortkopplad grupp med spän- ningen på dess bortkopplade samlingsskena innan en transientfri inkoppling skall ut- föras.

7. System enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att nämnda minst ena last inom en grupp (1 - n) vidare utgör en kapacitiv last som innebär en avse- värd ingångskapacitans som bistår med att stabilisera likströmseffekten som matas till nämnda minst ena last av nämnda minst ena likriktare, vilket ytterligare säker- f, ställer en transientfii återinkoppling.

8. Förfarande för att, efier en effektbortkoppling av en last, uppnå en transientfri återinkoppling i ett system omfattande minst en likriktare, minst ett batteri samt minst en last, kännetecknat av stegen: inkoppling av nämnda minst ena likriktare direkt till nämnda minst ena last som bil- dar en grupp, som via ett inkopplings/bortkopplingselement är ansluten till nämnda minst ena batteri; utförande av nämnda minst ena likriktare som en strömbegränsande likströmsmat- ning tör nämnda minst ena last i gruppen, och när den är ansluten till nämnda minst ena batteri fungerar nämnda minst ena likriktare även som en batteriladdare; efier en bortkoppling av nämnda minst ena last med nämnda minst ena likriktare in- om gmppen fi-ån nämnda minst ena batteri samt följt av en återkomst av huvudmat- ningseffekten till nämnda minst ena likriktare för den bortkopplade gruppen, sker en jämförelse av den spänningsnivå som alstras av nämnda minst ena likriktare med en föreliggande spänningsnivå för nämnda minst ena batteri innan återinkoppling sker av gruppen till nämnda minst ena batteri; och återinkoppling av nämnda minst ena batteri via inkopplings/bortkopplingselementet till nämnda minst ena last i den bortkopplade gruppen sker när spänningsnivån som 20 25 30 518 590 10 alstras av nämnda minst ena likriktare är av samma storleksordning som spännings- nivån hos nämnda minst ena batteri for att därigenom uppnå en transientfn' åter- inkoppling.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat av det ytterligare steget att anordna nämnda minst ena last i gruppen till att ge en väsentlig ingångskapacitans som hjäl- per till att stabilisera likströmseffekten som matas till nämnda minst ena last for att därmed ytterligare reducera alla återinkopplingstransienter.

10. Anordning som är lämplig fór anslutning till minst en likriktare, minst ett batteri och minst en last samt i drift är specialiserad for uppnående av en âterinkoppling av en last efter en bortkoppling på grund av ett fel i huvudmatningen från ett effekt- system, kännetecknad av att nämnda minst ena last är direkt kopplad till nämnda minst ena likriktare som matar strömstyrd likspänningseffekt under normal huvudmatningsdrift, nämnda minst ena batteri är via ett effektomkopplande element (Cl - Cn) direkt kopplat till en grupp (1 - n) omfattande minst en last och minst en likriktare, varvid efter effektomkopplingselementets bortkoppling av nämnda minst ena batteri (Bl - By) kommer en återinkoppling inte att ske förrän nämnda minst ena likriktare har matat strömstyrd likströmseffekt som har drivit en ingång på nämnda minst ena last i gruppen upp till en spänningsnivå i närheten av spänningen på nämnda minst ena batteri, for att dänned begränsa rusströmmen och erhålla en nästan transientfri åter- inkoppling av lasten i gruppen till nämnda minst ena batteri.

11. Anordning enligt patentkrav 10, kännetecknad av att nämnda minst ena likriktare omfattar flera likriktarenheter, som via sin respektive säkring är parallellkopplad till nämnda minst ena last i gruppen.

12. Anordning enligt patentkrav l 1, kännetecknat av att nämnda minst ena batteri (Bl - By) via en individuell säkring (Fl - Fy) är kopplat till ett par elektriska samlingsskenor för matning av nämnda minst ena last inom en grupp (1 - n) med 518 590 11 ström via omkopplingselernentet (Cl - Cn) i frånvaro av likströmseffekt från nämnda minst ena likriktare.