DE3016551A1

DE3016551A1 - DC power supply with two rectifiers and two thyristor switches - permitting no-break switching between battery and AC mains supply

Info

Publication number: DE3016551A1
Application number: DE19803016551
Authority: DE
Inventors: Gyoergy Dipl Ing Huszti; Laszlo Dipl Ing Dr Nagy; Geza Nemeth; Gyoergy Dipl Ing Pragai; Laszlo Soos; Miklos Dipl Ing Voeroes
Original assignee: VILLAMOS IPARI KUTATO INTEZET; Villamosipari Kutato Intezet
Current assignee: VILLAMOS IPARI KUTATO INTEZET; Villamosipari Kutato Intezet
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1980-04-29
Publication date: 1980-12-18
Also published as: HU183041B

Abstract

The dc power supply has two rectifiers (1,2) connected to an ac supply network (8). One output (A) of each rectifier is connected to a first load line (7). The second outputs (B) of the two rectifiers are connected to two electronic switches (4,5) (e.g. thyristors) that switch either one or the other second output through to a second load line (6). A battery (3) is connected between the first output of one rectifier and the second output of the other rectifier. When the ac supply is present, both rectifiers are operating, the second switch (5) is closed, the first (4) open and the battery is charged. When the ac supply fails, the dc load is supplied without a break from the battery via the second switch (5). When the ac supply returns only the first rectifier (1) supplies the load (the second switch (5) opens) and the second rectifier (2) charges the battery.

Description

Schaltungsanordnung für Gleichstromvers orgun'gssysteme Circuit arrangement for direct current supply orgun'gssysteme

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Gleichstromversorgungssysteme, die mindestens zwei Gleichrichter und eine Akkumulatorenbatterie aufweist.The invention relates to a circuit arrangement for DC power supply systems, which has at least two rectifiers and an accumulator battery.

Mit Hilfe des einfachsten unterbrechungsfreien Gleichstromversorgungssystems, das aus einem oder mehreren, zu einer Akkumulatorenbatterie unmittelbar parallel geschalteten Gleichrichtern gebildet ist, kann nur der Bedarf eines engeren Kreises von Verbrauchern befriedigt werden. Das ergibt sich daraus, daß die Ausgangsspannung des Systems die Verbraucherspannung ist, die in verhältnismäßig weiten Grenzen- zwischen der Entladungsendspannung der Batterie und der zu ihrer baldigen Aufladung notwendigen Schnellladespannung - schwankt.Using the simplest uninterruptible DC power system, the one or more, directly parallel to an accumulator battery switched rectifiers is formed, only the need of a narrower circle can be satisfied by consumers. This results from the fact that the output voltage of the system is the consumer voltage, which is within relatively wide limits between the final discharge voltage of the battery and the voltage required to charge it soon necessary fast charging voltage - fluctuates.

Zur Verminderung der Spannungs schwankung wurden verschiedene Methoden entwickelt; siehe z.B. die ungarische Patentschrift 167 883, die aber den gemeinsamen Nachteil haben, daß sie viele Elemente in einer verhältnismäßig komplizierten Schaltungsanordnung enthalten. Die verhältnismäßig komplizierte, viele Elemente enthaltende Schaltungsanordnung ist der Grund, daß die resultierende Zuverlässigkeit bzw.To reduce the voltage fluctuation, various Methods developed; see e.g. the Hungarian patent specification 167 883, which however has the common Have the disadvantage that they have many elements in a relatively complicated circuit arrangement contain. The relatively complex, multi-element circuitry is the reason that the resulting reliability or

die Verfügbarkeit nicht befriedigend sind.the availability is not satisfactory.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichstromversorgungssystem aus einer geringen Zahl von Elementen und mit einer verhältnismäßig einfachen Schaltungsanordnung zu schaffen, bei dem die Verbraucherspannungsschwankungen geringer sind als die beim Aufladen und Entladen der Akkumulatorenbatterie auftretenden Spannungen, dessen Zuverlässigkeit aber gut ist.The invention is based on the object of a DC power supply system from a small number of elements and with a relatively simple circuit arrangement to create in which the consumer voltage fluctuations are less than the when charging and discharging the accumulator battery voltages, its But reliability is good.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einen Ausgangsklemmen jedes Gleichrichters und die eine Klemme der Akkumulatorenbatterie derselben Polarität unmittelbar auf eine erste Verbraucherschiene, die andere Ausgangsklemme entgegengesetzter Polarität des ersten Gleichrichterausgangs unmittelbar, und die andere Ausgangsklemme entgegengesetzter Polarität des zweiten Gleichrichters über einen ersten Thyristorschalter auf eine zweite Verbraucherschiene geschaltet sind, daß zwischen die anderen Ausgangsklemmen der Gleichrichter ein zweiter Thyristorschalter geschaltet ist, und daß die andere Klemme der Akkumulatorenbatterie auf die andere Ausgangsklemme des zweiten Gleichrichters geschaltet ist.This task is achieved with a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning Art solved according to the invention in that the one output terminals of each rectifier and the one terminal of the accumulator battery of the same polarity directly on a first load rail, the other output terminal of opposite polarity of the first rectifier output directly, and the other output terminal opposite Polarity of the second rectifier via a first thyristor switch to one second consumer rail are connected that between the other output terminals the rectifier is connected to a second thyristor switch, and that the other Terminal of the accumulator battery to the other output terminal of the second rectifier is switched.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2 und 3 hervor.Appropriate further developments of the invention are based on the claims 2 and 3.

Die Erfindung ist im folgenden ausführlicher anhand der Zeichnungen erläutert, die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darstellen. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 eine Ausführungsvariante für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, und Fig. 3 eine weitere Ausführunasv'ariante.The invention is described in more detail below with reference to FIG drawings explained, which represent exemplary embodiments of the circuit arrangement according to the invention. 1 shows an exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention, 2 shows an embodiment variant for the circuit arrangement according to the invention, and 3 shows a further embodiment variant.

In Fig. 1 sind an ein Wechselstromversorgungsnetz 8 zwei Gleichrichter 1, 2 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme A jedes Gleichrichters 1, 2 und eine Klemme derselben Polarität der Akkumulatorenbatterie 3 sind unmittelbar an eine erste Verbraucherschiene 7 angeschlossen. Die andere Ausgangsklemme B entgegengesetzter Polarität des ersten Gleichrichters 1 ist unmittelbar an eine zweite Verbraucherschiene 6 angeschlossen. Die andere Ausgangsklemme B entgegengesetzter Polarität des zweiten Gleichrichters 2 ist über einen ersten Thyristorschalter 5 ebenfalls an die zweite Verbraucherschiene 6 angeschlossen. Zwischen die anderen Ausgangsklemmen B der Gleichrichter 1, 2 ist ein zweiter Thyristorschalter 4 geschaltet. Die andere Klemme der Akkumulatorenbatterie 3 ist an die Ausgangsklemme B des zweiten Gleichrichters 2 angeschlossen.In FIG. 1, two rectifiers are connected to an AC power supply network 8 1, 2 connected. One output terminal A of each rectifier 1, 2 and one terminal the same polarity of the accumulator battery 3 are directly connected to a first consumer rail 7 connected. The other output terminal B of opposite polarity of the first Rectifier 1 is connected directly to a second load rail 6. The other output terminal B of opposite polarity of the second rectifier 2 is also connected to the second consumer rail via a first thyristor switch 5 6 connected. The rectifier 1, 2 is between the other output terminals B. a second thyristor switch 4 switched. The other terminal of the accumulator battery 3 is connected to the output terminal B of the second rectifier 2.

Während des Betriebes im Netzbetrieb - wenn das Wechselstromversorgungsnetz betriebsfahig ist - arbeiten beide Gleichrichter 1, 2, wobei der erste Thyristorschalter 5 geschlossen ist. Das heißt, daß dieser die andere Ausgangsklemme B des zweiten Gleichrichters 2 an die zweite Verbraucherschiene 6 anschließt. Der zweite Thyristorschalter 4 ist in geöffnetem Zustand. Die zwei Gleichrichter 1, 2 versorgen gemeinsam die an die Verbraucherschienen 6, 7 angeschlossenen Verbraucher. Darüber hinaus lädt der zweite Gleichrichter 2 auch die Akkumulatorenbatterie 3.During operation on mains operation - when the AC power supply network is operational - both rectifiers 1, 2 work, with the first thyristor switch 5 is closed. That is, this is the other output terminal B of the second Rectifier 2 connects to the second consumer rail 6. The second thyristor switch 4 is in the open state. The two rectifiers 1, 2 jointly supply the to the consumer channels 6, 7 connected consumers. About that In addition, the second rectifier 2 also charges the accumulator battery 3.

Bei Ausfall des Versorgungsnetzes übernimmt die Akkumulatorenbatterie 3 die Versorgung des Verbrauchers über den ersten Thyristorschalter 5 ohne Zeitausfall. Bei der Rückkehr des Versorgungsnetzes versorgt der erste Gleichrichter 1 den Verbraucher allein, weil der erste Thyristorschalter 5 geöffnet wird. Hierdurch lädt der zweite Gleichrichter 2, von den Verbraucherschienen 6, 7 getrennt, nur die Akkumulatorenbatterie 3 auf. In diesem Fall ist es zulässig, daß der zweite Gleichrichter 2 die Akkumulatorenbatterie mit der sogenannten Schnelladespannung, die höher ist als die Verbrauchernennspannung, lädt. Daraus folgt, daß nicht nur die Aufladungszeit der Akkumulatorenbatterie 3 wesentlich verkürzt wird, sondern auch die periodische Aufladung mit einer erhöhten Spannung sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Bleiakkumulators auswirkt.If the supply network fails, the accumulator battery takes over 3 the supply of the consumer via the first thyristor switch 5 without a timeout. When the supply network returns, the first rectifier 1 supplies the consumer only because the first thyristor switch 5 is opened. This loads the second Rectifier 2, separated from the consumer rails 6, 7, only the accumulator battery 3 on. In this case, it is permissible that the second rectifier 2 is the accumulator battery with the so-called quick charge voltage, which is higher than the rated consumer voltage, loads. It follows that not only the charging time of the accumulator battery 3 is significantly shortened, but also the periodic charging with an increased Voltage has a beneficial effect on the life of the lead-acid battery.

Nach der vollen Aufladung der Akkumulatorenbatterie 3 fällt auch die Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters 2 wieder auf einen der Verbrauchernennspannung entsprechenden Wert zurück. Beim Schließen des ersten Thyristorschalters 5 kehrt der Netzbetrieb wieder zurück.After the accumulator battery 3 has been fully charged, the Output voltage of the second rectifier 2 back to one of the rated consumer voltage corresponding value. When the first thyristor switch closes, 5 returns the network operation back again.

Die Beschädigung eines der Gleichrichter 1, 2 ergibt im Betrieb des Systems die geringe Störung, daß die Akkumulatorenbatterie 3 gemäß der oben beschriebenen Weise -ohne Störung des Verbrauchers - nicht schnell aufgeladen werden kann Im Falle der Beschädigung des ersten Gleichrichters 1 ist keine besondere Maßnahme erforderlich, weil die ganze Verbraucherbelastung durch den zweiten Gleichrichter 2 übernommen wird. Im Falle der Beschädigung des zweiten Gleichrichters 2 soll der zweite Thyristorschalter 4 geschlossen werden, damit der erste Gleichrichter 1, neben der Übernahme der Verbraucherbelastung, auch die Akkumulatorenbatterie 3 laden kann.Damage to one of the rectifiers 1, 2 results in the operation of the System the slight disturbance that the accumulator battery 3 according to the above-described Way - without disturbing the consumer - can not be charged quickly In the event No special measure is required to damage the first rectifier 1, because the entire consumer load is taken over by the second rectifier 2 will. In the event of damage to the second rectifier 2, the second thyristor switch should 4 are closed so that the first rectifier 1, in addition to taking over the consumer load, also the Accumulator battery 3 can charge.

Mit dem Einsatz eines dritten Gleichrichters 9 und eines dritten Thyristorschalters 10 kann die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit wesentlich erhöht werden. Fig. 2 zeigt hierfür eine Ausführungsvariante, wobei die eine Ausgangsklemme A des dritten Gleichrichters 9 auch unmittelbar an die eine Verbraucherschiene 7, seine andere Ausgangsklemme B über den dritten Thyristorschalter 10 an die andere Verbraucherschiene 6 angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist der zweite Thyristorschalter 4 -abweichend von der Schaltung nach Fig. 1 - zwischen die anderen Ausgangsklemmen B der Gleichrichter 2 und 9 geschaltet.With the use of a third rectifier 9 and a third thyristor switch 10 the reliability and operational safety can be increased significantly. Fig. 2 shows an embodiment variant for this, one output terminal A of the third Rectifier 9 also directly to one consumer rail 7, his other Output terminal B via the third thyristor switch 10 to the other consumer rail 6 is connected. In this embodiment of the invention, the second Thyristor switch 4 - unlike the circuit of FIG. 1 - between the others Output terminals B of rectifiers 2 and 9 switched.

Die Funktion der ersten und zweiten Gleichrichter 1, 2 ist identisch mit der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Funktion. Der dritte Gleichrichter 9 hat eine Reservefunktion, und wenn irgendein anderer Gleichrichter beschädigt wird, kann dieser an dessen Stelle eingeschaltet werden.The function of the first and second rectifiers 1, 2 is identical with the function described in connection with FIG. The third rectifier 9 has a reserve function, and if any other rectifier is damaged it can be switched on in its place.

Im Falle der Beschädigung des ersten Gleichrichters 1 wird der dritte Thyristorschalter 10, der übrigens. während des Betriebs immer geöffnet ist, geschlossen, und hiermit übernimmt der dritte Gleichrichter 9 die Funktion der Verbraucherversorgung vom ersten Gleichrichter 1. Im Falle der Beschädigung des zweiten Gleichrichters 2 soll der zweite Thyristorschalter 4 geschlossen werden, und hiermit kann der dritte Gleichrichter 9 den zweiten Gleichrichter 2 restlos ersetzen.In the event of damage to the first rectifier 1, the third will Thyristor switch 10, by the way. is always open during operation, closed, and herewith the third rectifier 9 takes over the function of the consumer supply from the first rectifier 1. In case of damage to the second rectifier 2, the second thyristor switch 4 is to be closed, and the third Rectifier 9 completely replace the second rectifier 2.

Es ist einzusehen, daß diese Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung selbst dann die Versorgung des Verbrauchers restlos sicherstellen kann, wenn einer der Gleichrichter beschädigt wird Ein weiterbildender Aspekt der Erfindung ist, daß zu den in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendeten Thyristorschaltern kein auf dem Zwangskommutationsprinzip funktionierender Löschschaltkreis, der übrigens den Betrieb der gleichströmigen Thyristorschalter sicherstellt und eben deswegen immer verwendet wird, erforderlich ist. Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 3, bei der der erste und zweite Gleichrichter 1, 2 Steuereingänge 16, 16' aufweist, wird dies dadurch erreicht, daß ein Folgeschalterkreis 11 verwendet wird, dessen erste Ausgänge 14, 14' an die Eingänge von die Thyristorschalter 4, 5 steuernden Zündstromkreisen und dessen zweite Ausgänge 15, 15' an die Steuereingänge 16, 16' der Gleichrichter 1, 2 angeschlossen sind.It is understood that this embodiment of the invention Circuit arrangement even then ensure the supply of the consumer completely if one of the rectifiers is damaged A further education Aspect of the invention is that of the circuit arrangement according to the invention Thyristor switches used are not based on the forced commutation principle Quenching circuit, which incidentally, the operation of the DC thyristor switch and is therefore always used. In the variant according to Fig. 3, in which the first and second rectifier 1, 2 control inputs 16, 16 ', this is achieved by using a sequence switch circuit 11 whose first outputs 14, 14 'to the inputs of the thyristor switch 4, 5 controlling ignition circuits and its second outputs 15, 15 'to the control inputs 16, 16 'of the rectifier 1, 2 are connected.

Im Laufe des Betriebes, wenn z.B. der erste Thyristorschalter 5 geöffnet werden soll, erteilt der Folgeschalterkreis 11 zuerst über seinen Ausgang 14 einen Löschbefehl zum Eingang 13 eines den ersten Thyristorschalter 5 steuernden Zündstromkreises 12. Dabei bleibt der erste Thyristorschalter 5 noch unverändert in leitendem, d.h. in eingeschaltetem Zustand, was durch den durch diesen fließenden Verbrauchergleichstrom ermöglicht wird. In der nächsten Phase beeinflußt der Folgeschalterkreis 11 über seinen zweiten Ausgang 15' den Steuereingang 16' des zweiten Gleichrichters 2, so daß dessen Ausgangsspannung unter den Wert der Verbraucherspannung sinkt. Weil nun die ganze Stromversorgung des Verbrauchers durch den ersten Gleichrichter 1 übernommen wird, wird der durch den ersten Thyristorschalter 5 fließende Strom unterbrochen. Dadurch wird dessen leitender Zustand beendet und er sperrt. Demnach beeinflußt der Folgeschalterkreiss 11 über den zweiten Ausgang 15' den Steuereingang 16' des zweiten Gleichrichters 2, so daß dessen Ausgangsspannung unter den Wert der Verbraucherspannung sinkt. Da die volle Verbraucherversorgung durch den ersten Gleichrichter 1 übernommen wird, wird der durch den ersten Thyristorschalter 5 fließende Strom unterbrochen und so die Leitung unterbrechend kommt der Tyristorschalter 5 in gesperrten Zustand. Dann - das Verbot des Zündstromkreises unverändert aufrechterhaltendbeendet der Folgeschakreis 11 die Beeinflussung der Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters 2, die auch bis zur Kippspannung des ersten Thyristorschalters 5 zu erhöhen ist, ohne daß dieser einschaltet. Der erste Thyristorschalter 5 kann durch die Beendigung des Verbots des Zündstromkreises 12 eingeschaltet werden.During operation, e.g. when the first thyristor switch 5 is open is to be issued, the sequence switch circuit 11 first gives a via its output 14 Delete command to input 13 of an ignition circuit controlling the first thyristor switch 5 12. The first thyristor switch 5 remains unchanged in the conductive state, i.e. in the switched-on state, which is caused by the direct current flowing through this consumer is made possible. In the next phase, the sequence switch circuit 11 influences over its second output 15 'the control input 16' of the second rectifier 2, so that its output voltage drops below the value of the consumer voltage. Because now the entire power supply of the consumer is taken over by the first rectifier 1 is, the current flowing through the first thyristor switch 5 is interrupted. This ends its conductive state and it blocks. Affected accordingly the sequence switch circuit 11 via the second output 15 'the control input 16' of the second rectifier 2, so that its output voltage is below the value of the consumer voltage sinks. Since the full consumer supply is taken over by the first rectifier 1 will, will the current flowing through the first thyristor switch 5 interrupted and so interrupting the line, the thyristor switch 5 is locked State. Then - the prohibition of the ignition circuit is ended unchanged the follow-up circuit 11 influences the output voltage of the second rectifier 2, which must also be increased up to the breakover voltage of the first thyristor switch 5, without this switching on. The first thyristor switch 5 can be terminated of the prohibition of the ignition circuit 12 are switched on.

Der Betriebsvorgang ist sinngemäß identisch mit dem oben Beschriebenen, wenn der zweite Thyristorschalter 4 zu schalten ist.The operating process is essentially identical to that described above, when the second thyristor switch 4 is to be switched.

Der Betriebsvorgang ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 identisch, wenn der FolgeschRerkreis 11 auf die obige Weise verwendet wird.The operating process is also in the embodiment of Fig. 2 when the sequential circuit 11 is used in the above manner.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, wie aus der obigen Beschreibung zu ersehen ist, daß - die Verbraucherspannung nur in geringem Maße zwischen der Nenn- und der Entladungsendspannung schwankt; - die Behandlung der Batterie (Aufladen, Formieren, usw.) ohne Störung der Verbraucher sichergestellt ist. Die Aufladung mit erhöhter Spannung ist, außer der Verkürzung der Ladezeit, für die Lebensdauer der Batterie vorteilhaft; - die verwendeten Thyristorschalter eine einfachere Konstruktion haben können und eben deswegen zuverlässig sind, weil keine auf dem Zwangskommutationsprinzip basierenden Löschschaltkreise erforderlich sind, - die Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung neben der Erhaltung der einfachen Konstruktion sogar bei Beschädigung eines der Gleichrichter einen vollwertigen Betrieb sicherstellt.The advantages achieved by the invention are how from the The above description shows that - the load voltage is only slightly Measures between the nominal and the discharge end voltage fluctuates; - the treatment of the battery (charging, reforming, etc.) is ensured without disturbing the consumer is. Charging with increased voltage is, apart from the shortening of the charging time, beneficial for the life of the battery; - the thyristor switches used can have a simpler construction and are reliable precisely because no quenching circuits based on the forced commutation principle required - the variant embodiment of the solution according to the invention in addition to the preservation the simple construction even if one of the rectifiers is damaged ensures full operation.

Kurz umrissen umfaßt die Erfindung eine einfache Schaltungsanordnung für Gleichstromversorgungssysteme, die mindestens zwei Gleichrichter und eine Akkumulatorenbatterie aufweist, die aneinander und an einen Verbraucher auf entsprechende Weise durch Thyristorschalter angeschlossen sind. Die Schaltungsanordnung hat mehrere Vorteile, nämlich: - die Verbraucherspannung schwankt nur in geringem Maße, - die Batterie kann ohne Störung des Verbrauchers behandelt werden, - die Thyristorschalter können eine einfachere Konstruktion haben, - auch in Falle einer Beschädigung der Gleichrichter kann der vollwertige Betrieb sichergestellt werden.In brief, the invention comprises simple circuitry for DC power supply systems, the at least two rectifiers and a storage battery has that to each other and to a consumer in a corresponding manner Thyristor switches are connected. The circuit arrangement has several advantages, namely: - the consumer voltage fluctuates only slightly, - the battery can be handled without disturbing the consumer, - the thyristor switches can have a simpler construction - also in case of damage to the rectifier full operation can be ensured.

Claims

Circuit arrangement for DC power supply systems Patent claims: Circuit arrangement for direct current supply systems, the at least two rectifiers and has an accumulator battery, thereby g e k e n n n z e i c h -n e t, that one output terminal (A) of each rectifier (1, 2) and one terminal the accumulator battery (3) of the same polarity directly to a first consumer rail (7) /, the other output terminal (B)) of opposite polarity of the first rectifier (1) immediately, and the other output cycle (B) opposite polarity of the second rectifier (2) via a first thyristor switch (5) to a second Load rail (6) are connected that between the other output terminals (B) the rectifier (1, 2) a second thyristor switch (4) is connected, and that the other terminal of the accumulator battery (3) on the other output terminal ßj of the second rectifier (2j is switched.

2. Circuit arrangement according to claim 1, which has three rectifiers, in that one output terminal (A) of the third Rectifier (9) directly to the first consumer rail (7) and its other output terminal (B) via a third thyristor switch (10) to the second consumer rail (6) is connected, with the second thyristor switch (4) between the others Output terminals (B) of the second and third rectifiers (2, 9) is connected.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, wherein the rectifier Have control inputs, thereby g e -k e n n n z e i c h n e t that first outputs (14, 14 ') of a sequence switch (11) to the inputs (13, 13') of the thyristor switch (4, 5) controlling ignition circuits (12, 12 ') and its other outputs (15, 15' ') are connected to the control inputs (16, 16 ') of the rectifiers (1, 2).