DE2132387A1

DE2132387A1 - Stromversorgungsanordnung, insbesondere fuer bordnetze

Info

Publication number: DE2132387A1
Application number: DE19712132387
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Ing Wolff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-05
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1973-01-18
Also published as: NL7207527A; JPS5636654B2; NL7207289A; JPS4815052A; JPS487252A; AT314662B; BE785619R; BE784399A; DE2128078A1; DE2128078B2; JPS5130942B1; CH548683A

Description

StromsersorgRngsanordnung, insbesondere für Bordnetze Zusatz zu Patent (Aktz.: P 21 28 078.4 - VPA 71/3144) Gegenstand des Hauptpatents ist eine Stromversorgungsanordnung, insbesondere für Bordnetz, bei der im Sifine einer unabhängigen Energieversorgung zumindest zweier Bordstromverbraucher aus einer gemeinsamen Hauptspeisespannung diese über einem steuerbaren Stromrichter, insbesondere einen Gleichstromsteller an die Primärwicklung eines Transformators an-schließbar ist, mit dessen einer Sekundärwicklung ein erster, vorzugsweise leistungsstarker Verbraucher über einen einen Gleichrichter enthaltenden Strompfad und mit dessen weiterer Sekundärwicklung ein zweiter, vorzugsweise leistungsschwächerer Verbraucher über einen einen steuerbaren Gleicilrichter enthaltenden Strompfad verbunden ist.
Damit ist es möglich, mehrere Bordnetze, z.B. verschiedener Spannung, aus einer gemeinsamen Speisespannung zu versorgen, jedes einzelne Bordnetz entsprechend seinen besonderen Erfordernissen zu regeln und dabei Teile der Hauptlastregelung für die Regelung des zweiten Bordnetzes oder weiterer Bordnetze mitzubenutzen. Werden bei einer derartigen Anordnung dem Löschthyristor des Gleichstromstellers von einem Taktgeber Zündimpulse konstanter Frequenz vorgegeben und zur geregelten unterbrechungslosen Versorgung des ersten Verbrauchers die Zündimpulse für den Hauptthyristor in ihrem Abstand zu denen des Löschthyristors entsprechend den Regelerfordernissen verschoben, so kann die individuelle geregelte Versorgung des weiteren, vorzugsweise leistungsschwächeren -Verbrauchers dadurch.erzielt werden, daß an den steuerbaren Gleichrichter Zündimpulse nur jeweils entsprechend den Regelerfordernissen dieses Verbrauchers in einem bestimmten Abstand zum jeweiligen Zeitpunkt.der Sperrung zu geben sind, die selbsttätig ohne zusätzlichen Aufwand mit der Löschung des Gleichstromstellers dadurch erreicht wird, daß während -der Sperrzeiten des Gleichstromstellers an der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators eine Spannung mit einer gegenüber der in den Durchlaßzeiten des Gleichstromstellers anliegenden Spannung entgegengesetzten Richtung erzeugt wird, die am steuerbaren Gleichrichter (Thyristor) zu einer negativen Anoden-Kathoden-Spannung führt, wodurch dieser dann gelöscht wird.
Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung des Gegenstandes des Hauptpatentes, um bei weiterhin individueller-Regelungsmöglichkeit einer Einspeisung der verschiedenen Bordnetze den notwendigen Aufwand zu vermindern und insbesondere das Gewicht der gesamten StromverNs-orgungsanordnung noch weiter herabzusetzen. Das gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß zumindest zwei verschiedenartige Bordstromverbraucher verschiedener Nennspannung an nur eine Pufferbatterie angeschlossen sind, deren einer Hauptpot (Hauptanode) an den ersten Strompfad angeschlossen und die in ihrer Gesamtheit parallel zum ersten Verbraucher sowie in einem über den zweiten Strompfad einspeisbaren Teilbereich parallel zum zweiten Verbraucher geschaltet ist.
Damit wird also trotz zweier, nach verschiedenen Gesichtspunkten zu versorgender und mit verschiedener Nennspannung zu betreibender Bordnetze mit deren Verbrauchern nur eine Pufferbatterie verwendet, die in ihrer Gesamtheit beispielsweise ein 110 V Bordnetz speist und zur Versorgung. eines 24 V Bordnetzes in einem Teilbereich "angezapft wird, der über das Zusatzsteuerglied mit dem steuerbaren Gleichrichter im zweiten Strompfad gesonaert nachgeladen werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 eine Stromversorgungsanordnung auf einem elektrischen lriebfahrzeug mit zwei Bordnetzen und zwei getrennten Pufferbatterien, Fig. 2 den zeitlichen Schaltvrlauf des Gleichstromstellers im ersten Lastkreis und des steuerbaren Gleichrichters (Thyristors) im zweiten Lastkreis.
Fig. 3 die erfindungsgemäße individuelle Versorgung zweier Verbraucher verschiedener Nennspannung, die an eine einzige Pufferbatterie angeschlossen sind.
In Fig. 1 sind ein vorzugsweise leietungsstarker Bordstromverbraucher 12 und eine dazu parallelgeschaltete Pufferbatterie 10 über einen Zwischenkreis und einen Gleichstromsteller 1 an eine zwischen einer Pahrleistung 7 und einer Fahrschiene 8 anliegende Gleichspannung U7,8 als Hauptspeisespannung angeschlossen. Der Zwischenkreis enthält einen Transformator 5 und eine Diode 6 in dem Speisestrompfad zwischen dem Transformator 5 und der Pufferbatterie bzw. dem Verbraucher 12.
Die Primärwicklung 51 des Transformators ist einerseits über den Gleichstromsteller 1 und eine Zusatzinduktivität 15 sowie einen Stromabnehmer 14 an die Fahrleitung 7 und andererseits an die Fahrschiene 8 angeschlossen. Um aufgrund der Leitungsinduktivitäten beim Abschalten des Gleichstromstellers 1 auftretende Spannungsspitzen vom Gleichstromsteller fernzuhalten, liegt parallel zum Eingang des Gleichstromstellers 1 und der Primt-irwi.cklung 51 des Transformators 5 ein Kondensator 16 als Speicherglied. Der Kondensator 16 und die Fahrleitungsinduktivität 2 bilden zusammen einen Schwingkreiis.
Da die Fahrleitungsinduktivitäten veränderlich sind, ist am Eingang eine im Vergleich zu diesen große Zusatzinduktivltät 15 vorgesehen, um unkontrollierbare Resonanzerscheinungen nicht auftreten zu lassen. Zur Rückmagnetisierung des Transformators 5 liegt parallel zu dessen Primärwicklung 51 die Reihenschaltung einer Diode 17 mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator 18 und einem ohmschen Widerstand 19.
Von einer ersten Sekundärwicklung 52 des Transformators 5 führt ein Strompfad über eine Diode 6 und eine Glättungsdrossel 23 zum- Pluspol der Batterie 10, deren Minuspol mit dem zweiten Anschluß der Sekundärwicklung 52 verbunden ist; Parallel zu diese Wicklung 52 liegt noch eine Freilaufdiode 24. Der Transformator 5 trägt weiterhin eine weitere gesonderte Sekundärwicklung 53, von der ein weiterer Strompfad über einen steuerbaren Gleichrichter 2 und eine Glättungsdrossel 2)5-zum Pluspol einer weiteren Pufferbatterie 11 und einen dazu parallelgeschalteten weiteren, vorzugsweise gegenüber dem Verbraucher 12 leistungsschwächeren Verbraucher 13- geführt ist. Die Verbraucher 12 bzwa 13 sind jeweils als Reihenschaltung eines ohmschen und eines induktiven Widerstandes dargestellt. Parallel zur gesonderte Transformatorwicklung 53 liegt ebenfalls eine Freilaufdiode 26.
Der Gleichstromsteller 1 steht in Wirkabhängigkeit von einem Regler 3, der steuerbare Gleichrichter 2 in EInschaltabhängigkeit Von einem Regler 4. Leitungen 21 und 22 dienen fu'r.den Gleichstromsteller li Leitungen 27 und 28 für den steuerbaren Gleichrichter 2 als Strombersorgung und itteilung der Spannungsistwerte. Die Stromistwerte werden für den Gleichstromsteller 1 über eine Leitung 20, für den steuerbaren Gleichrichter 2 über eine Leitung 29 angegeben.
Die für Steuerung und Regelung benötigte Energie für den Gleichstromsteller 1 bzw. den steuerbaren Gl-eichrichter 2 wird aus der jeweiligen Fahrzeugbatterie 11 bzw. 10 entnommen. Ein an die Batterie 10 angeschlossener Transistorwechselrichter kann die Versorgungsspannung für die Steuerung und Regelung übernehmen und gleichzeitig die Taktsignale für den Löschthyristor des Gleichstromstellers 1 liefern.
Fig. 2 zeigt im Kurvenverlauf UVl (t) das Tastverhältnis des Gleichstromstellers 1 und im Kurvenverlauf UV2 (t) das Tastverhältnis des steuerbaren Gleichrichters 2. Der Gleichstromsteller 1 wird mit konstanter Taktfrequenz jeweils im -Zeitpunkt t1 gelöscht. Der zugehörige Regler 7 verändert in der nachgeschalteten Steuerung den zeitlichen Ab-stand des Zündimpulszeitpunktes t2 und somit die Einschaltdauer entsprechend der benötigten Versorgung der Batterie 10 und des Verbrauchers 12. Die Einschaltdauer kann jedoch maximal nur eine halbe Periodendauer betragen, damit die Rückmagnetisierung des Transformators 5 ermöglicht wird, wenn die Rückmagnetisierungsspannung nicht größer als die Fahrleitungsspannung werden soll.
Während der Einschaltdauer des Gleichstromstellers liegt die Eingangsspannung an der Primärwicklung 51 des Transformators 5. Diese Spannung wird im jeweilig.en ubersetzungsverhältnis des Transformators herabtransformiert und bildet so die treibende Spannung für den Lade- und Verbraucherstrom der Batterie 10 und des Verbrauchers 12 bzw. der Batterie 11 und des-Verbrauchers 13. Nach dem Löschen des Hauptthyristors -des Gleichstromstellers 1 kommutiert der im Transformator 5 liegende Magnetisierungsstrom auf den Hilfskreis 17, 18, 19. Hierdurch wird am.Kondensator 18 und am ohmschen Widerstand 19 eine der-Stromrichtung entgegengese-tzt gerichtete Spannung erzeugt, die den Transformator wider rückmagnetisiert.
Aufden Sekundärseiten des Transformators 5 fließt während der Einschaltdauer des Gleichstromstellers 1 über die Diode 6 und die Glättungsdrossel 23 ein Strom in die Batterie 10 und die gegebenenfalls vorhandene Last 12 bzw. über den steuerbaren Gleichrichter (Thyristor 2) und die Glättungsdrosselspule 25 in die Batterie 11 und einen gegebenenfalls vorhandenen Verbraucher 13. S.chaltet der Gleichstromsteller 1 ab, so kommutieren die Batterie und die Ladeströme auf die Freilaufdiode 24 bzw. 26. Die in der Glättungsdrosselspule 23 bzw. in der Glättungsdrosselspule 25 gespeicherte Energie bewirkt, daß der Strom ohne zu lücken weiterfließen kann, bis der Gleichstromsteller wieder zuschaltet, während mit der Rückmagnetisierung des Transformators 5 der steuerbare Gleichrichter 2 selbsttätig wieder i.n den gesperrten Zu-.stand gebracht wird.
Das Tastverhältnis des steuerbaren Gleichrichters 2 bestimmt sich nach den individuellen Erfordernissen der Versorgung der Batterie 11 und des Verbrauchers 13. Da der Zeitpunkt t1 der Sperrung des steuerbaren Gleichrichters durch die konstante Taktfrequenz für den Löschthyristor des Gleichstromstellers.1 festliegt, ist zur geregelten Versorgung der Batterie 11 bzw. des Verbrauchers 13-lediglich über das Zusatzsteuerglied 4 der Zündzeitpunkt t3 zur Öffnung des steuerbaren Gleichrichters 2 und damit seine Binschaltzeit einzustellen.
Gemäß Fig. 3 sind - abweichend von der ansonsten gleichartigen Schaltung gemäß Pig. 1 - zwei verschiedenartige Verbraucher nämlich ein Verbraucher 12 mit 110 ? Nennspannung und ein Verbraucher 13 mit 24 V Nennspannung- an nur eine Pufferbatterie 30. angeschlossen. Die gesamte Pufferbatterie 30 mit ihrer Gesamtspannung von 110 V ist der Zeichnung aufgeteilt in einen Spannungs-Teilbereich 11 mit. 24 V und in einpn Spannungs-Restbereich 10 mit 86 V.
Die Hintereinanderschaltung der beiden Spann-ungsbereiche und somit die Pufferbatterie 30 in ihrer Gesamtheit liegen in diesem Beispiel parallel zur Sekundärwicklung 52 des Transformators 5, während der zweite Teilbereich 11 parallel zur zweiten Sekundärwicklung 53 des Transformators 5 angeschlossen ist. Der erste Strompfad führt von dem einen Anschlußpunkt der Transformatorwicklung 52 über deen Gleichrichter 6 zur Anode der ersten Batteriezelle und somit zur Ilauptanode der gesamten Pufferbatterie 30, der zweite Strompfad von dem einen Anschlußpunkt der transformatorwicklung 53 über den steuerbaren Gleichrichter (Thyristor 2) zur Anode der ersten Batteriezelle im Teilbereich 11 der Pufferbatterie 30. Die Rückleitung erfolgt von der Kathode der für die Gesamtbatterie wie für den Teilbereich gemeinsamen letzten Batteriezelle und somit der Hauptkathode jeweils an den anderen Anschlußpunkt der Trafowicklungen 52 und 53. Die Gesamtheit der Pufferbatterie 30 mit ihrem zugeordneten Bordstromverbraucher 12 gemäß Fig. 3 ist somit mit der Pufferbatterie 10 und ihrem Verbraucher 12 in Fig. 1 und der Teilbereich 11 der Pufferbatterie 30 und sein Bordstromverbraucher 13 gemäß Fig. 3 mit der Pufferbatterie 11 und ihrem Verbraucher 13 in Fig. 1 vergleichbar.
Ähnlich wie zuvor für die individuelle Regelung der beiden Pufferbattercn 10 und 11 mit ihren Verbrauchern 12 und 13 für die Schaltung gemäß Fig. 1 beschrieben, erfolgt auch bei der Schaltung gemäß Fig. 3 die individuelle Regelung und Einspeisung der einzigen Pufferbatterie 30 mit den Verbrauchern 12 und 13, beispielsweise in an sich bekannter Weise jeweils nach einer I-U-Kennlinie. Der stärker belastete "angezapfte" Batterieteil 11 der einzigen Pufferbatterie 30 kann dabei über den steuerbaren Gleichrichter (Thyristor) 2 in einfacher Weise gezielt nachgeladen werden Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch dahingehend ausgestaltet werden, daß der Teilbereich 11 der Pufferbatterie 30 parallel zur zweitenTransformatorsekundärwicklung 53 und der Restbereich 10 der Pufferbatterie 30 parallel zur ersten Transformatorsekundärwicklung 52 angeschlossen ist; das ist beispielsweise zweckmäßig, um ein anderes Verhältnis zwischen der maximal an der Transformatorwicklung 52 anliegenden Spannung und dem angeschlossenen Spannungswert der Pufferbatterie 30 zu erreichen.
Das Windungsverhältnis bzw. Übersetzungsverhältnis der beiden Transformatorsekundärwicklungen 52, 53 muß nicht gleich groß sein. Durch gezielt Wahl des Übersetzungsverhältnisses kann dieses in Koordinierung mit einem bestimmten Einschaltverhältnis z.B. des steuerbaren Gleichrichters 2 die gesteuerte bzw. geregelte Versorgung des angeschlossenen Pufferbatterieteils mit bestimmen. So kann es z.B. zweckmäßig sein, die Amplitude der zu taktenden Spannung Uv2 (t) groß im Verhältnis zur Spannung des zu versorgenden Batterieteils zu wählen, um einen hohen I2de3trom zu erzielen; 3 Figuren 1 Patentanspruch

Claims

Patentanspruch Stromversorgungsanordnung, insbesondere für Bordnetze, bei der im Sinne einer unabhängigen Energieversorgung zumindest zweier Bard-stromverbraucher aus einer gemeinsamen Hauptepeisespannung diese über einen steuerbaren Stromrichter, insbesondere einen Gleichstromsteller an die Primärwicklung eines Transformators anschließbar ist, mit dessen einer Sekundärwicklung ein erster, vorzugsweise leistungsstarker Verbraucher über einen einen Gleichrichter enthaltenden und mit dessen weiterer Sekundärwicklung ein zweiter, vorzugsweise leistungsschwächerer Verbraucher über einen einen steuerbaren Gleichrichter enthaltenden Strompfad verbunden ist nach Patentanmeldung (Aktz.: P 21 28 078.4 -VPA 71/3144), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei verschiedenartige Bordstromverbraucher (12, 13) unterschiedlicher Nennspannung an nur eine Pufferbatterie (30) angeschlossen sind, deren einer Hauptpol (Hauptanode) an den ersten Strompfad angeschlossen und die in ihrer Gesamtheit (10, 11) parallel zum ersten Verbraucher (12) sowie in einem über den zweiten Strompfad einspeisbaren Teilbereich (11) parallel zum zweiten Verbraucher (13) geschaltet ist.