DE202018101718U1

DE202018101718U1 - Gleichstromversorgung

Info

Publication number: DE202018101718U1
Application number: DE202018101718.7U
Authority: DE
Original assignee: Vacon Oy
Current assignee: Vacon Oy
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-04-23
Anticipated expiration: 2028-03-29

Abstract

Gleichstromversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:einen ersten Gleichrichter, umfassend einen ersten Wechselstromanschluss und einen zweiten Wechselstromanschluss sowie einen ersten Gleichstromanschluss und einen zweiten Gleichstromanschluss, wobei der erste Wechselstromanschluss des ersten Gleichrichters dazu verwendet wird, mit einem ersten Anschluss des Wechselstromenergieversorgungsnetzes gekoppelt zu werden;einen zweiten Gleichrichter, umfassend einen ersten Wechselstromanschluss und einen zweiten Wechselstromanschluss sowie einen ersten Gleichstromanschluss und einen zweiten Gleichstromanschluss, wobei der erste Wechselstromanschluss des zweiten Gleichrichters mit dem zweiten Wechselstromanschluss des ersten Gleichrichters gekoppelt ist, und wobei der zweite Wechselstromanschluss des zweiten Gleichrichters dazu verwendet wird, mit einem zweiten Anschluss des Wechselstromenergieversorgungsnetzes gekoppelt zu werden, und wobei der erste Gleichstromanschluss und der zweite Gleichstromanschluss des zweiten Gleichrichters dazu verwendet werden, eine Last mit Gleichstrom zu versorgen; undeinen Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung, welcher zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des ersten Gleichrichters gekoppelt ist.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Gebrauchsmuster betrifft die Schaltungstechnik, insbesondere eine Gleichstromversorgung, welche dazu verwendet werden kann, die Bremsspule eines Aufzugs mit Strom zu versorgen.
Stand der Technik
Herkömmlich wird ein elektromechanischer Schalter (Schaltschütz) zum Ansteuern der mechanischen Spule in einem Aufzug verwendet. Allerdings erzeugen derartige Schaltschütze im Betrieb relativ viel Geräusch, dadurch wird den Benutzern des Aufzugs eine schlechte Erfahrung bereitet. Aufgrund einer Vibration und anderer Gründe im Betrieb des Aufzugs kann darüber hinaus ein Erdungsfehler der Bremsspule (nämlich einer Spirale zum Erzeugen der Magnetkraft in der Bremse) bewirkt werden, oder ein Kurzschlussfehler kann in der Schaltung auftreten. Bei solchen Fehlern haben die derzeit bestehenden elektromechanischen Schalter eine relativ niedrige Ansprechgeschwindigkeit/Abschaltungsgeschwindigkeit, was leicht zum Durchbrennen der Sicherung führen kann.
1A zeigt eine Gleichstromversorgung (DC) für die Bremsspule. Wie in 1A dargestellt, kann die DC-Stromversorgung einen Gleichrichter G1 umfassen. Der Gleichrichter G1 kann von dem AC-Stromversorgungsanschluss 101a, 101b den AC-Eingang aufnehmen, z. B. Wechselstromleistung von dem AC-Stromversorgungsnetz, eine Gleichrichtung für die aufgenommene Wechselstromleistung durchführen und dann durch einen DC-Ausgangsanschluss die gleichgerichtete DC-Spannung auf die beiden Enden der Bremsspule 109 ausüben. Ein derartiger Gleichrichter G1 kann ein Vollwellen-Gleichrichter sein, z. B. Brückengleichrichter, welcher vier Dioden G1a-G1b umfasst. Um die Oberwellen im AC-Eingang und andere Faktoren zu unterdrücken und somit die Anforderung an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erfüllen, kann darüber hinaus an dem AC-Eingang ein EMV-Filternetzwerk 103 (z. B. ein durch eine Induktivität L1 und eine Kapazität C1 ausgebildetes Filternetzwerk gemäß 1A) angeordnet sein. In der Schaltung gemäß 1A kann bezüglich des Erdungsfehlers ein Schalter 111 (der oben erwähnte Schaltschütz) angeordnet sein. Beim Auftreten eines Erdungsfehlers kann durch Abschalten des Schalters 111 der Erdungsfehlerstrom an der Niederspannungsseite der Bremsspule 109 unterbrochen werden. Der Erdungsfehler kann derart erfasst werden, dass der Strom I1, I2 an beiden Enden der Bremsspule 109 überwacht wird (z. B. können I1 und I2 bei einem Erdungsfehler möglicherweise nicht miteinander identisch sein). Dabei können durch ein Steuergerät 115 eine Erdungsfehlererfassung und eine Schaltersteuerung durchgeführt werden. Da die Bremsspule 109 ein induktives Element ist, kann darüber hinaus ihr Strom nicht sofort unterbrochen werden. Um beim Abschalten des Schalters 111 dem Strom in der Bremsspule 109 einen alternativen Pfad bereitzustellen, kann in der Rückwärtsrichtung eine Freilaufdiode 113 für die Bremsspule 109 parallel geschalteten sein. Da an der Hochspannungsseite der Bremsspule 109 kein Schalter vorgesehen ist, kann der Erdungsfehlerstrom an der Hochspannungsseite der Bremsspule nicht abgeschaltet sein.
Als eine Verbesserung zeigt 1B eine andere DC-Stromversorgung für die Bremsspule. In Bezug auf die Schaltungstopologie ist die DC-Stromversorgung gemäß 1B im Wesentlichen gleich wie die DC-Stromversorgung gemäß 1A, aber an der Hochspannungsseite der Bremsspule 109 wird darüber hinaus ein anderer Schalter 117 eingeführt. Dementsprechend umfasst das Steuergerät 115 weiterhin einen Steueranschluss zum Steuern des Schalters 117. Beim Auftreten eines Erdungsfehlers kann durch Abschalten des Schalters 111 der Erdungsfehlerstrom an der Niederspannungsseite der Bremsspule 109 unterbrochen werden, darüber hinaus kann ebenfalls durch Abschalten des Schalters 117 der Erdungsfehlerstrom an der Hochspannungsseite der Bremsspule 109 unterbrochen werden. Allerdings werden mehr Schalterelemente und entsprechende Steuerungen benötigt, was dazu führt, dass die Schaltung gemäß 1B komplizierter und teurer wird.
Als eine andere Verbesserung kann mittels eines Transformators eine Schalterstromversorgung mit einem Flyback-Schalter realisiert werden. Aufgrund des Vorhandenseins des Transformators kann eine isolierte Stromversorgung für die Bremsspule realisiert werden. Aufgrund der Isolation kann die Schaltung weiter funktionieren, selbst wenn an einem Ende der Bremsspule ein Erdungsfehler auftritt. Allerdings benötigt die Lösung einen zusätzlichen großen teuren Transformator sowie eine Ladeschaltung für den DC-Unterstützungskondensator. Aufgrunddessen werden zusätzliche Kosten erhöht.
Es ist ersichtlich, dass die obigen Lösungen aus dem Stand der Technik diese oder jene Probleme haben, z. B., dass der Schaltschütz im Betrieb ein relativ viel Geräusch verursacht und bei einem Fehler eine niedrige Abschaltungsgeschwindigkeit besteht, was dazu führt, dass die Sicherung durchbrennt und die Schaltung höhere Kosten hat usw. Angesichts dessen ist eine DC-Stromversorgung notwendig, welche die obigen Mängel mindestens teilweise vermeiden kann.
Inhalt des vorliegenden Gebrauchsmusters
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Veröffentlichung wird eine Gleichstromversorgung (DC) zur Verfügung gestellt, z. B. kann sie dazu verwendet werden, die Bremsspule des Aufzugs mit Strom zu versorgen. Die DC-Stromversorgung umfasst einen ersten Gleichrichter und einen zweiten Gleichrichter. Der erste Wechselstromanschluss (AC) des ersten Gleichrichters kann mit dem ersten Anschluss des Wechselstromenergieversorgungsnetzes gekoppelt sein, während der zweite AC-Anschluss mit dem ersten AC-Anschluss des zweiten Gleichrichters gekoppelt ist. Der zweite AC-Anschluss des zweiten Gleichrichters kann mit dem zweiten Anschluss des Wechselstromenergieversorgungsnetzes gekoppelt sein. Der erste DC-Anschluss und der zweite DC-Anschluss des zweiten Gleichrichters können eine Last mit DC versorgen. Darüber hinaus umfasst die DC-Stromversorgung weiterhin einen Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung, welcher zwischen dem ersten DC-Anschluss und dem zweiten DC-Anschluss des ersten Gleichrichters gekoppelt ist.
In der Beschreibung und den Ansprüchen handelt es sich bei der „Kopplung“ und „Verbindung“ sowohl um eine unmittelbare Kopplung/Verbindung als auch um eine mittelbare Kopplung/Verbindung, und zwar können zwischen die miteinander gekoppelten/verbundenen Komponenten andere nicht geschilderte zusätzliche Komponente geschaltet sein; dabei sollen alle solchen Varianten als von dem Umfang des vorliegenden Gebrauchsmusters gedeckt angesehen werden, solange keine Abweichung von dem Gedanken und dem Umfang der vorliegenden Veröffentlichung besteht.
Da ein Halbleiterschalter verwendet wird, können die Mängel des mechanischen Schalters (des Triggers) vermieden werden. Z. B. können die Geräusche verringert werden, dadurch kann eine schnelle Abschaltung realisiert werden, um ein Risiko des Durchbrennens der Sicherung zu verringern.
In einigen Ausführungsformen können der erste Gleichrichter und der zweite Gleichrichter jeweils ein Vollwellen-Gleichrichter sein, z. B. ein durch die Dioden ausgebildeter Brückengleichrichter. Z. B. können die jeweiligen Gleichrichter erste bis vierte Dioden umfassen, welche derart gekoppelt sind: dass die erste Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem ersten AC-Anschluss und dem ersten DC-Anschluss des entsprechenden Gleichrichters gekoppelt ist; dass die zweite Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten AC-Anschluss und dem ersten DC-Anschluss des entsprechenden Gleichrichters gekoppelt ist; dass die dritte Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten DC-Anschluss und dem ersten AC-Anschluss des entsprechenden Gleichrichters gekoppelt ist; sowie dass die vierte Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten DC-Anschluss und dem zweiten AC-Anschluss des entsprechenden Gleichrichters gekoppelt ist.
In einigen Ausführungsformen kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einem bestimmten Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert sein, um eine gewünschte Spannung zwischen dem ersten DC-Anschluss und dem zweiten DC-Anschluss des zweiten Gleichrichters zu erzielen.
Durch eine Steuerung des Auslösewinkels des Halbleiterschalters mit steuerbarer Leistung kann die DC-Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung gesteuert werden.
Weiterhin umfasst die Gleichstromversorgung einen Stromversorgungszustand, in dem sie eine Last mit Strom versorgt, und einen Ausschaltungszustand, in dem sie die Last nicht mit Strom versorgt. Bei dem Übergang der Gleichstromversorgung von dem Ausschaltungszustand in den Stromversorgungszustand kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einem variierenden Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert werden, so dass die Spannung zwischen dem ersten DC-Anschluss und dem zweiten DC-Anschluss des zweiten Gleichrichters schräg steigt. Und/oder bei dem Übergang der Gleichstromversorgung von dem Stromversorgungszustand in den Ausschaltungszustand wird der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einem variierenden Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert, so dass die Spannung zwischen dem ersten DC-Anschluss und dem zweiten DC-Anschluss des zweiten Gleichrichters schräg abfällt. Z. B. kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einer voreingestellten Zeitdauer nach dem Nulldurchgangspunkt der Spannung des AC-Stromversorgungsnetzes angeschaltet werden, während in der Nähe von dem nächsten Nulldurchgangspunkt der Spannung des AC-Stromversorgungsnetzes der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung abgeschaltet werden kann.
Bei einer Verwendung für die Aufzugsbremsspule ist es insbesondere nützlich, da durch eine solche schräge Stromversorgung und Stromausfall das Geräusch der Bremse beim Anschalten und Abschalten verringert werden kann.
In einer Ausführungsform kann die Last eine Aufzugsbremsspule sein. Der erste DC-Anschluss und der zweite DC-Anschluss des zweiten Gleichrichters können jeweils an den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss der Bremsspule angeschlossen werden.
Im Falle einer Aufzugsbremsspule kann die DC-Stromversorgung weiterhin einen Stromsensor zum Erfassen des Stroms an dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Bremsspule umfassen. Der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung kann zum Abschalten angesteuert werden, wenn der erfasste Strom auf einen Erdungsfehler hinweist.
Durch den Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung kann der Erdungsfehlerstrom an der Hochspannungsseite und der Niederspannungsseite der Bremsspule unterbrochen werden, während keine Notwendigkeit zum Anordnen von mehr Schaltern besteht.
Bei dem Stromsensor kann es sich um einen separaten Stromsensor zum gleichzeitigen Erfassen des Stroms an beiden Enden der Bremsspule oder zwei Stromsensoren zum jeweiligen Erfassen des Stroms an beiden Enden der Bremsspule handeln.
Darüber hinaus kann der Stromsensor Jitter im Strom erfassen. Der Jitter kann auf den Verschleißgrad der Bremsbacke hinweisen.
In einer Ausführungsform kann die DC-Stromversorgung weiterhin einen Induktor umfassen, wobei der Induktor und der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des ersten Gleichrichters in Reihe geschaltet sind. Dadurch kann vermieden werden, dass beim Auftreten eines Erdungsfehlers der Strom zu groß wird und somit die Schaltungselemente wie Schalter und Dioden beschädigt werden.
In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung um einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen bipolaren Transistor (BIS) handeln.
Figurenliste

1A zeigt einen Schaltplan einer bestehenden Gleichstromversorgung für die Bremsspule;
1B zeigt einen Schaltplan einer anderen bestehenden Gleichstromversorgung für die Bremsspule;
2 zeigt einen Schaltplan einer Gleichstromversorgung in einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung;
3 zeigt eine schematische Darstellung des Jitters des Stroms in einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung;
4 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltsteuersequenz in einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung;
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung, wobei der Schalter nach variierendem Auslösewinkel gesteuert wird;
6 zeigt einen Schaltplan einer Gleichstromversorgung in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Zusammenhang mit Figuren und ausführlichen Ausführungsformen wird die vorliegende Veröffentlichung im Folgenden näher erläutert. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Veröffentlichung nicht auf die folgenden ausführlichen Ausführungsformen beschränkt werden soll. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird darüber hinaus eine detaillierte Erläuterung über den Stand der Technik, welcher nicht im direkten Zusammenhang mit der vorliegenden Veröffentlichung steht, weggelassen, um ein Verwechseln beim Verstehen der vorliegenden Veröffentlichung zu verhindern.
2 zeigt einen Schaltplan einer Gleichstromversorgung (DC) in einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung.
Wie in 2 dargestellt, kann die DC-Stromversorgung 200 der vorliegenden Ausführungsform zweistufige Gleichrichter umfassen: G1 und G2. Der Gleichrichter kann die AC-Leistung an der Wechselstrom(AC)-Eingangsseite in die DC-Leistung gleichrichten und sie an der Gleichstrom(DC)-Ausgangsseite ausgeben. Entsprechend können die jeweiligen Gleichrichter einen AC(Eingangs)-Anschluss und einen DC(Ausgangs)-Anschluss umfassen. Wie unten beschrieben, kann eine Stufe (G1) als Spannungseinstellstufe verwendet werden, während die andere Stufe (G2) als Gleichrichterstufe verwendet werden kann.
Die jeweiligen Gleichrichter G1 und G2 können jeweils ein Vollwellen-Gleichrichter sein, z. B. ein durch Dioden ausgebildeter Brückengleichrichter. In einem Beispiel gemäß 2 kann der Gleichrichter G1 erste bis vierte Dioden G1a-G1d umfassen. Die erste Diode G1a ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem ersten AC-Anschluss G1_{AC_a} des Gleichrichters G1 und dem ersten DC-Anschluss G1_{DC_a} des Gleichrichters G1 gekoppelt, die zweite Diode G1b ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten AC-Anschluss G1_{AC_b} des Gleichrichters G1 und dem ersten DC-Anschluss G1_{DC_a} des Gleichrichters G1 gekoppelt, die dritte Diode G1c ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten DC-Anschluss G1_{DC_b} des Gleichrichters G1 und dem ersten AC-Anschluss G1_{AC_a} des Gleichrichters G1 gekoppelt, die vierte Diode G1d ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten DC-Anschluss G1_{DC_b} des Gleichrichters G1 und dem zweiten AC-Anschluss G1_{AC_b} des Gleichrichters G1 gekoppelt. Ebenfalls kann der Gleichrichter G2 erste bis vierte Dioden G2a-G2d umfassen. Die erste Diode G2a ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem ersten AC-Anschluss G2_{AC_a} des Gleichrichters G2 und dem ersten DC-Anschluss G2_{DC_a} des Gleichrichters G2 gekoppelt, die zweite Diode G2b ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten AC-Anschluss G2_{AC_b} des Gleichrichters G2 und dem ersten DC-Anschluss G2_{DC_a} des Gleichrichters G2 gekoppelt, die dritte Diode G2c ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten DC-Anschluss G2_{DC_b} des Gleichrichters G2 und dem ersten AC-Anschluss G2_{AC_a} des Gleichrichters G2 gekoppelt, und die vierte Diode G2d ist in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten DC-Anschluss G2_{DC_b} des Gleichrichters G2 und dem zweiten AC-Anschluss G2_{AC_b} des Gleichrichters G2 gekoppelt.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Fachleute auf diesem Gebiet die anderen zusätzlichen Konfigurationen des Gleichrichters kennen und die Konfigurationen hier nur als Beispiele bereitgestellt werden.
Der zweite AC-Anschluss G1_{AC_b} des Gleichrichters G1 kann mit dem ersten AC-Anschluss G2_{AC_a} des Gleichrichters G2 gekoppelt sein. Darüber hinaus können der erste AC-Anschluss G1_{AC_a} des Gleichrichters G1 und der zweite AC-Anschluss G2_{AC_b} des Gleichrichters G2 mit dem AC-Stromversorgungsnetz gekoppelt sein. Insbesondere sind sie jeweils an den ersten Anschluss 201a und 201b des AC-Stromversorgungsnetzes angeschlossen, um die AC-Stromversorgung aufzunehmen. Beim AC-Stromversorgungsnetz handelt es sich z. B. um ein kommerzielles Stromnetz. Bei einer AC-Stromversorgung mit drei Phasen oder mehr Phasen können die ersten Anschlüsse 201a und 201b eine Phase davon darstellen.
Darüber hinaus können der erste DC-Anschluss G2_{DC_a} und der zweite DC-Anschluss G2_{DC_b} des Gleichrichters G2 dazu verwendet werden, eine Last mit der DC-Leistung (z. B. DC-Spannung oder DC-Strom) zu versorgen. In diesem Beispiel wird die Aufzugsbremsspule 209 als Last verwendet. Z. B. können der erste DC-Anschluss G2_{DC_a} und der zweite DC-Anschluss G2_{DC_b} des Gleichrichters G2 jeweils an den ersten Anschluss (Anschluss an der Hochspannungsseite) und den zweiten Anschluss (Anschluss an der Niederspannungsseite) der Bremsspule 209 angeschlossen sein. Allerdings ist die vorliegende Veröffentlichung nicht darauf beschränkt. Die hier geschilderte DC-Stromversorgung 200 kann sich für andere, eine Gleichstromversorgung benötigende Komponenten eignen.
Im Falle einer Aufzugsbremsspule ist es ausführbar, dass an der DC-Ausgangsseite kein Glättungskondensator angeordnet ist, da eine große Induktivität der Bremsspule dazu führt, dass der Strom leicht zu erhalten ist (nicht anfällig für plötzliche Veränderung). Dadurch können die Kosten der Schaltung reduziert werden. Darüber hinaus ist es in diesem Beispiel nicht nötig, in Rückwärtsrichtung eine Freilaufdiode für die Bremsspule 209 zusätzlich parallel zu schalten, dabei können die Dioden im Gleichrichter G2 eine gleiche Funktion haben.
Um die Oberwellen im AC-Eingang und andere Faktoren zu unterdrücken und somit die Anforderung an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erfüllen, kann darüber hinaus an dem AC-Eingang ein EMV-Filternetzwerk 203 (z. B. ein durch eine Induktivität L und eine Kapazität C ausgebildetes Filternetzwerk gemäß 2) angeordnet sein.
In der DC-Stromversorgung können der erste DC-Anschluss G1_{DC_a} und der zweite DC-Anschluss G1_{DC_b} des ersten Gleichrichters G1 durch einen Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 miteinander verbunden sein. Aufgrund der Gleichrichterwirkung des ersten Gleichrichters G1 kann hier ein Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 verwendet werden, da die Richtungen des durch ihn strömenden Stroms im Betrieb miteinander identisch bleiben (in diesem Beispiel eine von oben nach unten verlaufende Richtung gemäß 2). Z. B. kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 ein beliebiger Torsteuerungsschalter (gate-controlled) sein, dabei handelt es sich um einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen bipolaren Transistor (BIS) usw. Unter Verwendung eines Halbleiterschalters kann im Vergleich zum mechanischen Schalter das Geräusch beim Betätigen des Schalters verringert werden.
Bezüglich des Fehlers wie eines Erdungsfehlers oder eines Kurzschlussfehlers kann der Strom an beiden Enden der Bremsspule 209 durch einen Stromsensor (z. B. ein Hall-Element usw.) erfasst werden. Die Erfassungsergebnisse des Stromsensors können ins Steuergerät 215 eingegeben werden. Anhand eines Erfassungsergebnisses des Stromsensors, z. B. wenn das Erfassungsergebnis auf einen Fehler hinweist (z. B. ist der Strom an dem ersten Anschluss der Bremsspule 209 nicht gleich wie der Strom an dem zweiten Anschluss), steuert das Steuergerät 215 den Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 zum Abschalten an.
Durch eine Steuerung der Anschaltung/Abschaltung des Halbleiterschalters mit steuerbarer Leistung 211 (z. B. mittels eines Steuergeräts 215) kann ein/e Stromversorgung/Stromausfall der Bremsspule 209 angesteuert werden. Da ein Halbleiterschalter verwendet wird, ist die Anschaltung/Abschaltung relativ schnell. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann realisiert werden, dass die Abschaltungszeit weniger als 20 Mikrosekunden beträgt, sogar weniger als 10 Mikrosekunden, wodurch das Risiko des Durchbrennens der Sicherung verringert werden kann.
Da der Strom an der Spule ein induktiver Strom ist, wird er nicht sofort Null werden. Beim Erfassen eines Fehlers ist ein alternativer Pfad benötigt, um den Strom freizusetzen. Wenn in der Ausführungsform gemäß 2 z. B. der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 abgeschaltet wird, kann der Strom an der Spule entlang der ersten bis vierten Diode G2a-G2d in dem zweiten Gleichrichter G2 strömen und somit freigesetzt werden.
Um einen zu großen Strom bei einem Erdungsfehler oder Kurzschlussfehler (z. B. einem durch den Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 und die jeweiligen Dioden strömenden Strom) zu vermeiden, kann zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des ersten Gleichrichters G1 ein Induktor 205 mit dem Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 in Reihen geschaltet sein. Z. B. kann der Induktor 205 zwischen den Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 und den ersten DC-Anschluss G1_{DC_a} des Gleichrichters G1 geschaltet werden.
In Bezug auf 3 steht die Querachse für die Zeit und die Längsachse für den Strom. Bei Betrieb der Bremsbacke wird der Strom in der Bremsspule einen kleinen Jitter haben (siehe Pfeil). Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung kann der Stromjitter durch einen Stromsensor überwacht werden, dadurch kann der Abstand zwischen der Bremsbacke und der Bremsscheibe berechnet werden. Der Jitter kann auf den Verschleißgrad der Bremsbacke hinweisen. Anhand des Überwachungsergebnisses des Steuergeräts 215 kann ein Signal zum Mitteilen eines Austausches der Backe ausgegeben werden.
Außer der Steuerung für den Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 beim Auftreten eines Fehlers kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 nach einem bestimmten Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert sein, um eine gewünschte Spannung zwischen dem ersten DC-Anschluss und dem zweiten DC-Anschluss des zweiten Gleichrichters zu erzielen. Das ist analog zur Steuerung eines bidirektionalen Thyristorelements in einer Dimmerschaltung.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltsteuersequenz in einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung, dabei steht die Querachse für die Zeit und die Längsachse für den Strom.
Wie in 4 dargestellt, besteht an der AC-Eingangsseite eine AC-Stromversorgungsspannung (wie graue Linie in 4 dargestellt, z. B. sinusförmige Wellenform). Es ist ausführbar, dass im Normalbetrieb der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 nicht jederzeit angeschaltet ist, sondern nach einem bestimmten Auslösewinkel (einer bestimmten Zeit oder Phase bezüglich der AC-Stromversorgungsspannung, genauer gesagt, einer Zeit/Phasenbeziehung beim Anschaltungszeitpunkt des Schalters bezüglich des Nulldurchgangspunkts der AC-Stromversorgungsspannung) angeschaltet und abgeschaltet wird. Z. B. kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 nach einer voreingestellten Zeitdauer nach einem Nulldurchgangspunkt der Spannung des AC-Stromversorgungsnetzes angeschaltet werden, während in der Nähe von dem nächsten Nulldurchgangspunkt der Spannung des AC-Stromversorgungsnetzes der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 abgeschaltet werden kann, wie die schwarze Linie gemäß 4 darstellt. Nach variierendem Auslösewinkel können verschiedene DC-Spannungen ausgegeben werden. Die obige voreingestellte Zeit kann nach den benötigten DC-Ausgangsspannungen bestimmt werden.
Anders als bei der Gleichstromversorgung aus dem Stand der Technik besteht in der DC-Stromversorgung keine zu hohe Schaltfrequenz. Im Beispiel gemäß 4 ist die Schaltfrequenz z. B. doppelt so hoch (z. B. 100 Hz oder 120 Hz) wie die Frequenz der AC-Stromversorgung (z. B. 50 Hz oder 60 Hz). Die Schaltfrequenz des herkömmlichen Choppers kann höher als 20 kHz sein.
In einem Beispiel kann der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung 211 nach variierendem Auslösewinkel angeschaltet und abgeschaltet werden, so dass nach Koppeln der DC-Stromversorgung mit dem Wechselstromenergieversorgungsnetz die DC-Ausgangsspannung schräg steigt und vor Abtrennen der DC-Stromversorgung von dem Wechselstromenergieversorgungsnetz die DC-Ausgangsspannung schräg abfällt.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung, wobei der Schalter nach variierendem Auslösewinkel gesteuert wird.
5 zeigt mehrere zeitlich kontinuierliche Halbzyklen (nicht positiv und negativ differenziert), dabei steht die Querachse für die Zeit und die Längsachse für die Spannung. Genauer gesagt zeigt 5 die Situation beim Anfang der Anschaltung. Wie in 5 dargestellt, kann beim anfänglichen Anschalten nämlich beim Übergang von dem Ausschaltungszustand in den Stromversorgungszustand der Auslösewinkel des Schalters nach jedem Halbzyklus geändert werden. Wie die Schattenabschnitte in der Figur darstellen, kann sich der Auslösewinkel allmählich verkleinern. Entsprechend steigt die DC-Ausgangsspannung (mindestens teilweise auf der Fläche der Schattenabschnitte basierend) allmählich, bis die benötigte DC-Ausgangsspannung erreicht wird. Somit kann die Last allmählich mit Strom versorgt werden.
Darüber hinaus kann sich der Auslösewinkel allmählich vergrößern, wenn eine Abschaltung, nämlich ein Übergang von dem Stromversorgungszustand in den Ausschaltungszustand, benötigt ist, deshalb kann sich die DC-Ausgangsspannung allmählich verringern, bis sie Null wird, nämlich erfolgt eine Abschaltung. Somit kann die Last allmählich abgeschaltet werden.
Obwohl 5 ein Beispiel zum Ändern des Auslösewinkels bei jedem Halbzyklus zeigt, ist die vorliegende Veröffentlichung nicht darauf beschränkt. Z. B. kann die Variierung des Auslösewinkels langsamer sein, z. B. erfolgt eine Variierung alle zwei oder mehr Halbzyklen.
Das ist besonders vorteilhaft im Falle einer Bremsspule. Die Phasenvariierung zum Zeitpunkt der Anschaltung und Abschaltung des Schalters führt dazu, dass die Spannung schräg steigt oder abfällt, so dass beim Abschalten oder Starten sich die Geräusche der mechanischen Bremse verringern.
Im Beispiel gemäß 2 können die Ströme I1, I2 an beiden Enden der Bremsspule 209 jeweils durch zwei Stromsensoren erfasst werden. Allerdings ist die vorliegende Veröffentlichung nicht darauf beschränkt. Die Ströme I1, I2 an beiden Enden der Bremsspule 209 können jeweils durch einen gemeinsamen Stromsensor erfasst werden.
6 zeigt einen Schaltplan einer DC-Stromversorgung in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Veröffentlichung.
Außer dem Erfassungsverfahren des Stroms ist die DC-Stromversorgung 200' gemäß 6 im Wesentlichen gleich wie die DC-Stromversorgung gemäß 2. Wie in 6 dargestellt, können die Ströme an beiden Enden der Bremsspule 209 lediglich durch einen Stromsensor erfasst werden. Um sicherzustellen, dass unter gewöhnlichen Umständen die Ströme im Sensor die gleiche Richtung haben, wird ein Verdrahtungsverfahren gemäß 6 verwendet (siehe I1). Dadurch ist der erfasste Strom I1 doppelt so hoch wie der durch die Bremsspule 209 strömende Strom.
Wie oben erwähnt, kann durch das Steuergerät 215 der Strom überwacht und der Schalter gesteuert werden. Das Steuergerät 215 kann sowohl innerhalb der DC-Stromversorgung oder außerhalb der DC-Stromversorgung angeordnet sein.
Die für die Vorrichtung in den obigen Ausführungsformen verwendeten verschiedenen Merkmale oder Funktionsmodule können durch eine Schaltung (z. B. einzelner Chip oder mehrere integrierte Schaltungen) realisiert oder implementiert werden. Bei den zum Implementieren der in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Funktionen gestalteten Schaltungen kann es sich um einen Allzweck-Prozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder andere programmierbare Logikvorrichtung, eine diskrete Gate- oder Transistorlogik, eine diskrete Hardwarekomponente oder irgendeine Kombination der obigen handeln. Der Allzweck-Prozessor kann ein Mikroprozessor oder irgendein bestehender Prozessor, Controller, Mikrocontroller oder Zustandsautomat sein. Bei den obigen Schaltungen kann es sich um eine digitale Schaltung oder eine analoge Schaltung handeln. Wenn aufgrund der Verbesserung der Halbleitertechnik eine neue Technik der integrierten Schaltung zum Ersetzen der derzeit bestehenden integrierten Schaltung entstanden ist, kann die vorliegende Anmeldung unter Verwendung der neuen Techniken der integrierten Schaltung realisiert werden.
Oben werden die Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Allerdings ist die detaillierte Struktur nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Veröffentlichung umfasst ebenfalls die Gestaltungsvarianten ohne Abweichung von dem Konzept der vorliegenden Veröffentlichung. Darüber hinaus können mehrere Modifikationen für die vorliegende Veröffentlichung innerhalb des Umfangs der Ansprüche durchgeführt werden; die durch eine angemessene Kombination von den durch die verschiedenen Ausführungsformen offenbarten technischen Maßnahmen erzielten Ausführungsformen fallen ebenfalls in den technischen Umfang der vorliegenden Veröffentlichung. Die in den obigen Ausführungsformen erläuterten Komponenten mit gleichen Effekten können einander ersetzen.
Obwohl oben im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung die vorliegende Anmeldung erläutert wird, kann der Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass ohne Abweichung von dem Gedanken und Umfang der vorliegenden Veröffentlichung verschiedene Modifikationen, Ersetzungen und Änderungen für die vorliegende Veröffentlichung durchgeführt werden können. Aufgrund dessen soll die vorliegende Veröffentlichung nicht durch die obigen Ausführungsformen, sondern durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt werden.

Claims

Gleichstromversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: einen ersten Gleichrichter, umfassend einen ersten Wechselstromanschluss und einen zweiten Wechselstromanschluss sowie einen ersten Gleichstromanschluss und einen zweiten Gleichstromanschluss, wobei der erste Wechselstromanschluss des ersten Gleichrichters dazu verwendet wird, mit einem ersten Anschluss des Wechselstromenergieversorgungsnetzes gekoppelt zu werden; einen zweiten Gleichrichter, umfassend einen ersten Wechselstromanschluss und einen zweiten Wechselstromanschluss sowie einen ersten Gleichstromanschluss und einen zweiten Gleichstromanschluss, wobei der erste Wechselstromanschluss des zweiten Gleichrichters mit dem zweiten Wechselstromanschluss des ersten Gleichrichters gekoppelt ist, und wobei der zweite Wechselstromanschluss des zweiten Gleichrichters dazu verwendet wird, mit einem zweiten Anschluss des Wechselstromenergieversorgungsnetzes gekoppelt zu werden, und wobei der erste Gleichstromanschluss und der zweite Gleichstromanschluss des zweiten Gleichrichters dazu verwendet werden, eine Last mit Gleichstrom zu versorgen; und einen Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung, welcher zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des ersten Gleichrichters gekoppelt ist.
Gleichstromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter und der zweite Gleichrichter jeweils ein Vollwellen-Gleichrichter sind.
Gleichstromversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter und der zweite Gleichrichter jeweils erste bis vierte Dioden umfassen, welche derart gekoppelt sind: dass die erste Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem ersten Wechselstromanschluss und dem ersten Gleichstromanschluss des jeweiligen Gleichrichters gekoppelt ist; dass die zweite Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten Wechselstromanschluss und dem ersten Gleichstromanschluss des jeweiligen Gleichrichters gekoppelt ist; dass die dritte Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten Gleichstromanschluss und dem ersten Wechselstromanschluss des jeweiligen Gleichrichters gekoppelt ist; sowie dass die vierte Diode in Vorwärtsrichtung zwischen dem zweiten Gleichstromanschluss und dem zweiten Wechselstromanschluss des jeweiligen Gleichrichters gekoppelt ist.
Gleichstromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einem bestimmten Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert wird, um eine gewünschte Spannung zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des zweiten Gleichrichters zu erzielen.
Gleichstromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromversorgung einen Stromversorgungszustand, in dem sie eine Last mit Strom versorgt, und einen Ausschaltungszustand, in dem sie die Last nicht mit Strom versorgt, aufweist; dass bei dem Übergang der Gleichstromversorgung von dem Ausschaltungszustand in den Stromversorgungszustand der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einem variierenden Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert wird, so dass die Spannung zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des zweiten Gleichrichters schräg steigt, und/oder dass bei dem Übergang der Gleichstromversorgung von dem Stromversorgungszustand in den Ausschaltungszustand der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung nach einem variierenden Auslösewinkel zum Anschalten oder Abschalten angesteuert wird, so dass die Spannung zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des zweiten Gleichrichters schräg abfällt.
Gleichstromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer voreingestellten Zeitdauer nach dem Nulldurchgangspunkt der Spannung des Wechselstromenergieversorgungsnetzes der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung angeschaltet wird, und in der Nähe von dem nächsten Nulldurchgangspunkt der Spannung des Wechselstromenergieversorgungsnetzes der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung abgeschaltet wird.
Gleichstromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Last eine Aufzugsbremsspule ist, wobei der erste Gleichstromanschluss und der zweite Gleichstromanschluss des zweiten Gleichrichters dazu verwendet werden, jeweils mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss der Aufzugsbremsspule verbunden zu werden.
Gleichstromversorgung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst: einen Stromsensor zum Erfassen des Stroms an dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Aufzugsbremsspule; wobei der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung zum Abschalten angesteuert wird, wenn der erfasste Strom auf einen Erdungsfehler hinweist.
Gleichstromversorgung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stromsensoren vorgesehen sind, welche jeweils zum Erfassen des Stroms an dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Aufzugsbremsspule verwendet werden.
Gleichstromversorgung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor weiterhin dazu verwendet wird, Jitter im Strom zu erfassen.
Gleichstromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einen Induktor umfasst, wobei der Induktor und der Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss des ersten Gleichrichters in Reihen geschaltet sind.
Gleichstromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Halbleiterschalter mit steuerbarer Leistung um einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate oder einen bipolaren Transistor handelt.