DE4012307C2

DE4012307C2 - Device for the direct voltage supply of several electrical consumers

Info

Publication number: DE4012307C2
Application number: DE19904012307
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Bliesner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2010-04-18
Also published as: DE4012307A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a device according to the Preamble of the main claim.

In elektronischen Systemen mit unterschiedlichem Ausbaugrad ergibt sich das Problem, ein einfaches und kostengünstiges Stromversorgungssystem zu realisieren. Vor allem stellt sich dieses Problem, wenn das System über einen relativ großen Be reich erweiterbar sein soll. Übliche Einrichtungen zur Gleichspannungsversorgung werden nämlich so konzipiert, daß eine zentrale Stromversorgung für den maximalen Ausbaugrad bemessen ist (ggf. Leistungsüberschuß!), oder daß jedem Ver braucher eine eigene Stromversorgung zugeordnet wird. Die Speisung dieser jedem Verbraucher jeweils zugeordneten Strom versorgungen erfolgt mit der vorhandenen Netzspannung. Diese Lösung hat gegenüber der erstgenannten zwar den Vorteil, daß die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung an den tatsächli chen Leistungsbedarf ideal angepaßt ist, jedoch ist der tech nische Aufwand nicht unerheblich. Dies liegt unter anderem darin, daß bei den üblichen Wechselspannungsnetzen mit 50 und 60 Hz der Aufwand für den Transformator und die Glättungsmit tel relativ groß ist.In electronic systems with different levels of expansion the problem arises, a simple and inexpensive Realize power supply system. Above all, it turns out this problem when the system has a relatively large loading should be richly expandable. Usual facilities for DC voltage supply are designed so that a central power supply for maximum expansion is measured (possibly excess performance!), or that each ver user is assigned its own power supply. The Feeding this current assigned to each consumer supplies are made with the existing mains voltage. This Solution has the advantage over the former that the performance of the power supply to the actual Chen power requirement is ideally adapted, however, the tech African effort is not insignificant. This is one of the reasons in that in the usual AC networks with 50 and 60 Hz the effort for the transformer and the smoothing mit tel is relatively large.

Eine zentrale Speisung mehrerer Gleich richtergeräte wird im übrigen in der Veröffentlichung "Donati, F.: Statische unterbrechungsfreie Stromversorgungs anlagen In: Bull. ASE/UCS 73 (1982)13, 3. Juli, S. 664 bis 666" beschrieben.A central supply of several equals richtergeräte is otherwise in the publication "Donati, F .: Static Uninterruptible Power Supply anlagen In: Bull. ASE / UCS 73 (1982) 13, July 3, pp. 664 bis 666 ".

Durch Einrichtungen der eingangs genannten Art, wie diese beispielsweise aus der DE 38 13 868 A1 bekannt sind, kann durch Verwendung einer höherfrequenten Wechselspannung zwischen Netz und Gleichrichtergeräten der technische Aufwand stark reduziert werden. Der zentrale Umsetzer ist zwar dabei an die maximale Leistung des Systems anzupassen, jedoch können die eigentli chen Gleichrichtergeräte auf den jeweiligen Verbraucher zuge schnitten werden und sind aufgrund der relativ hochfrequenten Speisung technisch einfach realisierbar. Nicht unerwähnt sollte es bleiben, daß dabei auch der Platzbedarf für die einzelnen Gleichrichtergeräte relativ gering ist. Ein koordi niertes Zusammenwirken der Komponenten des Gesamtsystems, ins besondere im Störungsfall, ist dabei jedoch nicht vorgesehen.By means of devices of the type mentioned at the beginning, such as for example DE 38 13 868 A1 are known, can be used a higher frequency AC voltage between the network and Rectifier devices the technical effort greatly reduced will. The central converter is at the maximum Adjust system performance, however, the actual Chen rectifier devices to the respective consumer are cut and are due to the relatively high frequency Power technically easy to implement. Not unmentioned should it remain that the space required for the individual rectifier devices is relatively low. A coordinator ned interaction of the components of the overall system, ins especially in the event of a fault, but is not intended.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einem möglichst gerin gen technischen Aufwand eine möglichst gute Anpassung der Leistungsfähigkeit der Gleichspannungsversorgung an Anlagen mit einer erweiterbaren Anzahl von Verbrauchern erreichbar ist.The object of the invention is to provide a device of the beginning mentioned type so that with as little as possible the best possible adaptation of the Efficiency of the DC voltage supply in systems accessible with an expandable number of consumers is.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeich nenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.According to the invention, this object is characterized by the resolved characteristics of the main claim.

Damit wird zum einen die Gleichspannung für alle Geräte ver einheitlicht, zum anderen ist es bei entsprechender Dimensio nierung der Gleichrichtergeräte auch möglich, daß der Ausfall eines oder mehrerer Gleichrichtergeräte durch die anderen Gleichrichtergeräte kompensierbar ist. Ferner kann auf eine gesonderte Überwachung der einzelnen Gleichrichtergeräte ver zichtet werden und diese Überwachung ist beispielsweise am Ort des zentralen Umsetzers möglich. Auch kann dadurch, daß entsprechend den einzuhaltenden Werten innerhalb eines vorge gebenen Bereiches durch Rückwirken auf den Umsetzer eine Spannungsregelung erfolgt, ein qualitativ sehr gutes Regel verhalten ermöglicht werden.On the one hand, this will ver the DC voltage for all devices uniform, on the other hand it is with appropriate dimensions Nation of the rectifier devices also possible that the failure one or more rectifier devices by the others Rectifier devices can be compensated. Furthermore, a separate monitoring of the individual rectifier devices ver be waived and this monitoring is for example on Location of the central converter possible. Also, that according to the values to be observed within a pre given area by reacting on the converter Voltage regulation takes place, a very good quality rule behavior.

Für eine optimale Leistungsübertragung erweist es sich als günstig, daß die höherfrequente Wechselspannung als Recht eckspannung ausgebildet ist.For optimal power transmission, it proves to be favorable that the higher frequency AC voltage than right corner voltage is formed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show:

Fig. 1 eine übliche zentrale Gleichspannungsversorgung, Fig. 1 is a conventional central DC power supply,

Fig. 2 eine übliche dezentrale Gleichspannungsversorgung, Fig. 2 shows a conventional distributed DC power supply,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur erfindungsgemäßen Gleichspannungs versorgung, Fig. 3 is a block diagram for the inventive direct current supply,

Fig. 4 ein Gleichrichtergerät und Fig. 4 is a rectifier device and

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Speiseeinheit für das System. Fig. 5 is a block diagram of a supply unit for the system.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist das Prinzip einer zentralen Gleichspannungsversorgung für eine Anlage geschildert. Dabei ist eine zentrale Stromversorgungseinrichtung SV1 eingangssei tig an ein Wechselspannungsnetz, beispielsweise das übliche 50-Hz-Netz geschaltet und von der Stromversorgungseinrichtung SV1 wird ausgangsseitig eine Gleichspannung, z. B. 5 V, gene riert, die über Leitungen die einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 der Anlage A mit Gleichstrom versorgt. Bei dieser Einrichtung ist die Stromversorgungseinrichtung SV1 von ihrem Leistungs vermögen her an den maximalen Ausbaugrad der Anlage A, d. h. an das Vorhandensein von 1 bis n Verbrauchern V1 bis V3, anzupassen. Dazu müssen entweder verschieden leistungsstarke Typen von Strom versorgungseinrichtungen für das System zur Verfügung gestellt werden oder aber die Stromversorgungseinrichtung ist an die Maximalleistung der Anlage anzupassen, wenn man vermeiden will, daß mit jedem Wechsel des Ausbaugrades ein Wechsel der Strom versorgungseinrichtung vorzunehmen ist.In the illustration according to Fig. 1 shows the principle of a central DC power supply is described for a plant. In this case, a central power supply device SV1 is connected on the input side to an AC voltage network, for example the usual 50 Hz network, and a DC voltage, for. B. 5 V, gene, which supplies the individual consumers V1, V2, V3 of system A with direct current via lines. In this device, the power supply device SV1 is to be adapted in terms of its performance to the maximum degree of expansion of the system A, ie to the presence of 1 to n consumers V1 to V3. For this purpose, either different types of powerful power supply devices must be made available for the system or the power supply device must be adapted to the maximum output of the system, if you want to avoid having to change the power supply device with every change in the degree of expansion.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein übliches System gezeigt, bei dem jedem einzelnen Verbraucher einer Anlage, in diesem Fall Verbrauchern V4 bis V7 jeweils eine eigene Stromversor gungseinrichtung, in diesem Fall SV2 bis SV5, zuzuordnen ist. Damit wird zwar sichergestellt, daß die Gesamtleistung der Stromversorgungseinrichtungen nicht unnötig groß gewählt wird, jedoch ist der konstruktive Aufwand, wie bereits eingangs ge schildert, relativ groß. In the illustration according to Fig. 2 there is shown a conventional system, to V7 respectively restriction device own Stromversor in which each individual consumer of a plant, in this case, consumers V4, in this case SV2 to SV5 to assign. This ensures that the overall performance of the power supply devices is not chosen to be unnecessarily large, but the design effort, as already described at the beginning, is relatively large.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist in Form eines Blockschalt bildes die vorliegender Erfindung dargestellt. Dabei wird mit Hilfe einer als Umsetzer wirkender Speiseeinheit SE, auf deren Einzelheiten im folgenden noch eingegangen wird, aus dem üb lichen 50- oder 60-Hz-Netz eine gegenüber dieser Frequenz hoch frequente Wechselspannung erzeugt und auf ein Leitungssystem, bestehend aus Leitungen L1 und L2, gegeben. Die Leitungen L1 und L2 sind dabei busförmig durch die Anlage geführt und führen an die Eingänge von Stromversorgungseinrichtungen SV6, SV7 und SV8 von Verbrauchern V8, V9 und V10. Die Stromversorgungsein richtungen SV6 bis SV8 generieren die jeweils erforderliche Gleichspannung für die zugeordneten Verbraucher V8 bis V10, wobei der Leistungsfluß durch Pfeile dargestellt ist.In the representation of FIG. 3 is shown in block diagram form the present invention, the image displayed. In this case, with the help of a feeder unit SE acting as a converter, the details of which will be discussed in the following, an alternating voltage which is high frequency with respect to this frequency is generated from the usual 50 or 60 Hz network and onto a line system consisting of lines L1 and L2 given. The lines L1 and L2 are routed through the system in the form of a bus and lead to the inputs of power supply devices SV6, SV7 and SV8 from consumers V8, V9 and V10. The Stromversorgungsein devices SV6 to SV8 generate the required DC voltage for the associated consumers V8 to V10, the power flow being shown by arrows.

Die jeweilige Ausgangsgleichspannung der Versorgungseinrich tungen SV6, SV7 und SV8 und bedarfsweise weiterer Versorgungs einrichtungen weiterer Verbraucher werden an ebenfalls busförmig durch die Anlage geführte Leitungen L3 und L4 geschaltet, so daß ein Spannungsausgleich zwischen den Verbrauchern V8 bis V10 erfolgt. Im Ausführungsbeispiel steht dabei an den Leitun gen L3 und L4 eine Spannung von +5 V bzw. 0 V an. Diese Gleich spannung wird aber nicht nur für die einzelnen Verbraucher V8 bis V10 durch die Schaltung geschleift, sondern diese Gleich spannung wird auch an die Speiseeinheit SE rückgeführt. Auf den Vorteil dieser Maßnahmen wird im weiteren noch eingegangen.The respective DC output voltage of the supply device SV6, SV7 and SV8 and, if necessary, additional care facilities of other consumers are also bus-shaped lines L3 and L4 routed through the system, see above that a voltage equalization between the consumers V8 to V10 takes place. In the exemplary embodiment, it stands on the lead A voltage of +5 V and 0 V is applied to L3 and L4. This same voltage is not only for the individual consumers V8 to V10 looped through the circuit, but this same voltage is also fed back to the SE power unit. On the advantage of these measures will be discussed below.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist eine Stromversorgungsein richtung, beispielsweise die Stromversorgungseinrichtung SV6, etwas eingehender dargestellt. Dabei ist an die Leitungen L1 und L2 ein Transformator T geschaltet, der aus der hochfrequen ten speisenden Wechselspannung (beispielsweise im kHz-Bereich), die beispielsweise eine Spannung von 110 bzw. 220 V aufweisen möge, damit die Stromführung auf den Leitungen L1 und L2 auf relativ niedrigerem Niveau bleibt, eine der Ausgangsgleichsspan nung angepaßte Wechselspannung niedrigerer Spannung bildet. In the representation of FIG. 4 is a Stromversorgungsein is directional, such as the power supply device SV6, shown somewhat more detail. In this case, a transformer T is connected to the lines L1 and L2, which may consist of the high-frequency AC voltage (for example in the kHz range), which may have a voltage of 110 or 220 V, for example, so that the current supply on the lines L1 and L2 remains at a relatively lower level, forms an AC voltage of lower voltage adapted to the output DC voltage.

Die Gleichrichtung kann dabei als Vollweggleichrichtung erfol gen, indem die Sekundärseite des Transformators T eine Mittel anzapfung aufweist, an der die Gleichspannung 0 V ansteht und indem die beiden anderen Anschlüsse der Sekundärwicklung jeweils an die Anode einer ersten Diode D1 bzw. einer zweiten Diode D2 führen, deren Kathoden an eine übliche Siebschaltung geleitet sind, die aus einem ersten Kondensator K1, einer Drossel DR und einem zweiten Kondensator K2 besteht. Die am Ausgang des zweiten Kondensators K2 anstehende Gleichspannung führt dann an die der Übersichtlich keit halber nicht dargestellten Verbraucher sowie an die Lei tungen L3 und L4, die als Busleitungen durch die gesamte Anlage geführt sind. Durch die Wahl der Frequenz der speisenden Wech selspannung, die an den Leitungen L1 und L2 ansteht, ist es zum einen möglich, einen technisch unkomplizierten Transforma tor T zu verwenden, zum andern kann die Kapazität der Konden satoren K1 und K2 und die Induktivität der Drossel DR relativ niedrig gewählt werden, wobei dennoch ein gutes Glättungsverhal ten des Siebgliedes erreicht wird.The rectification can be a full-wave rectification gene by the secondary side of the transformer T a means has tap at which the DC voltage is applied 0 V and by connecting the other two connections of the secondary winding each lead to the anode of a first diode D1 or a second diode D2, the cathodes of which are routed to a conventional filter circuit, that of a first capacitor K1, a choke DR and a second capacitor K2 exists. The pending at the output of the second capacitor K2 DC voltage then leads to that of the clear For the sake of convenience, consumers not shown as well as lei L3 and L4 lines that run as bus lines through the entire system are led. By choosing the frequency of the alternating voltage that is present on lines L1 and L2, it is on the one hand possible, a technically uncomplicated transforma Tor T to use, on the other hand, the capacity of the condensers Sators K1 and K2 and the inductance of the inductor DR are relatively low can be selected, but still a good smoothing behavior ten of the filter element is reached.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist das Prinzip einer Speise einheit SE dargestellt. Eingangsseitig wird die Speiseeinheit SE mit Netzfrequenz gespeist und über einen Wandler W wird diese Netzfrequenz in eine gegenüber dieser relativ hohe Frequenz um gesetzt. Die Wellenform des Ausgangssignals kann dabei sowohl sinusförmig wie auch rechteckförmig gewählt sein. Die Ausgangs wechselspannung des Wandlers W gelangt an die Leitung L1 und L2.In the illustration according to Fig. 5 the principle of a feed unit SE shown. On the input side, the feed unit SE is fed with the mains frequency and, via a converter W, this mains frequency is converted into a frequency that is relatively high compared to this. The waveform of the output signal can be both sinusoidal and rectangular. The AC output voltage of the converter W reaches the lines L1 and L2.

Die von den einzelnen Stromversorgungseinrichtungen SV6 bis SV8 generierte Gleichspannung wird über die Leitungen L3 und L4 einem Umsetzer U rückgemeldet, der beispielsweise entspre chend vorgegebenen Schwellwerten, die das Verlassen des Be triebsbereiches anzeigen, ein Anzeigegerät AG zum Signalisie ren von Störungen betreibt, der aber auch innerhalb des vor gegebenen Betriebsbereiches eine Regelung für den Wandler W ausübt, indem nämlich dann, wenn die Gleichspannung auf den Leitungen L3 und L4 zu niedrig wird, die Amplitude der Ausgangs spannung des Wandlers W erhöht wird.The from the individual power supply devices SV6 to SV8 generated DC voltage is via lines L3 and L4 reported back to a converter U that corresponds, for example According to predetermined threshold values, which the leaving the Be display drive area, a display device AG for signaling malfunctions, but also within the front given operating range a regulation for the converter W exercises, namely when the DC voltage on the Lines L3 and L4 become too low, the amplitude of the output voltage of the converter W is increased.

Claims

1. Device for DC voltage supply of several elec tric consumers from an AC voltage network, with each consumer being assigned a respective AC voltage supplied to the required DC voltage converting rectifier device, with a central converter generating a higher-frequency AC voltage than the mains frequency and conductive to the rectifier devices is characterized in that the outputs from the rectifier devices (SV6 to SV8) are connected in parallel with each other via compensating lines (L3, L4), that the voltage present at the compensating lines (L3, L4) can be monitored for compliance with specified values and that accordingly the values to be adhered to are regulated within a predeterminable range by acting on the converter (SE).

2. Device according to claim 1, characterized ge indicates that the higher frequency change voltage is formed as a square wave voltage.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized, that as an AC network with a network Frequency of 50 to 60 Hz is provided.