專利名稱：電力網(wǎng)電源的制作方法
電力網(wǎng)電源用來向一個(gè)直接連接到或通過變換器連接到電力網(wǎng)電源的未穩(wěn)定化直流支路的電力用戶供電。該電源具有一個(gè)緩沖電容器，它既能從直流支路充電，又能在萬一發(fā)生電力網(wǎng)電源故障或電力中斷時(shí)的預(yù)定最短時(shí)間向直流支路供電，它是通過在直流支路電壓下高阻抗充電電阻連接的。其中，一個(gè)二極管與充電電阻并聯(lián)地連接，并且用于在輸入直流電壓降至最低電壓以下時(shí)從緩沖電容器向用戶提供電力。
緩沖電容器通常結(jié)合電能變換器使用，例如用于具有中間電路電壓的轉(zhuǎn)接方式的電力網(wǎng)電源。這種緩沖電容器主要用來在電源暫時(shí)中斷時(shí)提供一種橋接操作。如果直流支路中的電壓經(jīng)受大的波動(dòng)，例如在沒有用于大電力網(wǎng)電壓范圍的變換系統(tǒng)的情況下提供的電力網(wǎng)電源的事例，則在確定緩沖電容器的大小時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題。一方面，緩沖電容器需要具有最小存儲(chǔ)能量，如電力網(wǎng)電源的有關(guān)規(guī)范中所規(guī)定的，以便能夠保證在電源故障期間提供一個(gè)電橋；另一方面，緩沖電容器的大小必須確定成，在直流支路中具有最大的發(fā)生電壓。在發(fā)生電源故障或電力網(wǎng)電壓中斷時(shí)，緩沖電容器通常只充電到相當(dāng)于最小電力網(wǎng)電壓的中間電路電壓，從而由于電容器能量含量對(duì)電壓的平方關(guān)系，使所存儲(chǔ)的能量遠(yuǎn)小于與直流支路中最大電壓相應(yīng)的能量數(shù)量。
即使不考慮與能量含量有關(guān)的問題，如在根據(jù)再充電電容器的周期脈動(dòng)方式從AC電力網(wǎng)電源提供能量時(shí)，能夠在AC電力網(wǎng)電源中產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變和相當(dāng)高的諧波含量。
為了消除或減輕這些問題，已知下述不同的解決方案a)把電力用戶(變換器)的工作范圍擴(kuò)大到較低的電源電壓，結(jié)果能使緩沖電容器在保持電力用戶功能的同時(shí)向較低的電壓放電。本方案的缺點(diǎn)是開發(fā)成本高，因?yàn)榫湍茉诩夹g(shù)上實(shí)現(xiàn)而論存在立刻實(shí)現(xiàn)的限制，變換器使用無效，并且未考慮畸變。
b)把緩沖電容器所需能量含量的大小確定成最小電源電壓。這一方面導(dǎo)致緩沖電容器明顯超尺寸，另一方面導(dǎo)致只有一部分存儲(chǔ)容量被利用。緩沖電容器的重量、體積和價(jià)格都呈現(xiàn)不希望有的數(shù)值，并且電力網(wǎng)電源中的畸變更大。
c)通過預(yù)先轉(zhuǎn)接到一個(gè)穩(wěn)定化的高置位級(jí)，使緩沖電容器的電壓保持在一個(gè)固定值，而與電力網(wǎng)電源的波動(dòng)無關(guān)。雖然這種需要它自己的轉(zhuǎn)接方式的電力網(wǎng)電源級(jí)的解決方案，可解決兩個(gè)上述問題，但被用于開發(fā)和生產(chǎn)的極高費(fèi)用所拖累，并且需要較大的空間。
本申請(qǐng)人在一個(gè)以前未公開的專利申請(qǐng)A1328/96中，描述另一個(gè)消除這個(gè)問題的可能解決方案，其中，緩沖電容器能通過它自己的充電電路充電到某一電壓，這個(gè)電壓與直流支路中電壓波動(dòng)無關(guān)，是基本上恒定的，并且大體上相當(dāng)于直流電壓的上限值，據(jù)此確定電力網(wǎng)電源的大小。其中，能在電力網(wǎng)中或直流支路中電壓不足時(shí)，通過一個(gè)受控開關(guān)把緩沖電容器轉(zhuǎn)接到直流支路中。
雖然后面敘述的解決方案已證明它本身是實(shí)用的，但在某些情況下它仍然太貴，因?yàn)樗枰粋€(gè)電壓監(jiān)督電路，一個(gè)受控開關(guān)和一個(gè)附加的整流二極管。
從EP0476431A2中，即其圖9所示的示范性實(shí)施例中，明白一種本主題類型的電力網(wǎng)電源。在這種情況下，連接到一個(gè)未控制的直流電壓的緩沖電容器，通常被充電到一個(gè)比在正常操作中預(yù)期的直流支路的最小電壓要高的電壓。因?yàn)楸仨殲殡娏τ脩籼峁┮粋€(gè)很明確的緩沖期，故緩沖電容器無論如何必須相對(duì)于它的額定電壓而超尺寸，這對(duì)成本能有大的影響，并且也需要安裝空間。
本發(fā)明之目的在于提供一種更方便、更便宜的解決方案，以便解決上述的伴隨緩沖電容器發(fā)生的問題。
此目的是用引言中所述類型的電力網(wǎng)電源實(shí)現(xiàn)的。其中，根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)電壓限制裝置同緩沖電容器并聯(lián)地連接，并且把電容器電壓大體上限制到要在正常操作中期望的直流支路的最小電壓。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)由緩沖電容器提供的緩沖時(shí)間是一段保證最小時(shí)期，而與輸入電壓無關(guān)；并且緩沖電容器的能量存儲(chǔ)容量被最佳地用于各個(gè)輸入電壓。因此不必把電容器的大小確定成適合直流支路的最大可能電壓，而只需要把它的大小確定成適合正常操作中期望的最小直流電壓，從而導(dǎo)致在體積、重量和成本方面的明顯節(jié)約。
實(shí)際上，如果RC支路充電電阻緩沖電容器的時(shí)間常數(shù)處于從5至30秒的范圍，則證明是適宜的。在把尺寸確定成處于這個(gè)范圍時(shí)，能量損失、充電電阻和電壓限制裝置都是極小的；另一方面，緩沖電容器是在一個(gè)充分短的時(shí)間內(nèi)充電的。
如果電壓限制裝置是一個(gè)齊納二極管，則這也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@可在限制電壓方面產(chǎn)生最方便和最經(jīng)濟(jì)的可能性。
下面參照?qǐng)D中示出的一個(gè)示范性實(shí)施例，詳細(xì)說明本發(fā)明及其更多的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)唯一的圖示出本發(fā)明基本實(shí)施例的方塊電路圖。
該圖示出一個(gè)電力網(wǎng)電源，其中一個(gè)整流器和輸入部分1被連接于交流電力網(wǎng)的三相。整流器和輸入部分1除3整流器之外還包含一些濾波器等，其輸出被連接到一個(gè)中間電路直流電壓U1，中間電路直流電壓U1又提供給變換器2，變換器2的輸出被連接到一個(gè)電力用戶(未示出)或幾個(gè)電力用戶，例如計(jì)算機(jī)，邏輯芯片，發(fā)動(dòng)機(jī)等。變換器2例如能把一個(gè)450V的中間電路電壓變換成24V的直流電壓。還可能把一個(gè)電力用戶直接連接到直流中間電路的電壓U1，而不用變換器2。
為了在萬一發(fā)生電源故障或供電中斷時(shí)緩沖能量，就提供一個(gè)緩沖電容器C，但它不是像根據(jù)先有技術(shù)常用的那樣恒定地連接于中間電路電壓U1。相反，緩沖器C是通過一個(gè)高阻抗充電電阻R以直流支路電壓U1連接的，其中一個(gè)齊納二極管DZ是與作為電壓限制裝置的緩沖電容器C并聯(lián)地連接的。這個(gè)二極管DZ的齊納電壓是這樣的，以致于在電容器的電壓大體上相當(dāng)于在正常操作中期望的直流支路的最小電壓UM。
在450V的直流電壓情況下，典型值對(duì)緩沖電容器C是50至2000μF，對(duì)充電電阻R是20至300KΩ。
在某些情況下，可以推薦使用一個(gè)不同的，即更精確的電壓限制裝置，例如一個(gè)與晶體管并聯(lián)的控制器，去代替齊納二極管DZ。這種并聯(lián)控制器基本上包括一個(gè)相應(yīng)額定電壓的晶體管，一個(gè)控制操作放大器和一個(gè)基準(zhǔn)電壓。不使用具有明顯低于常規(guī)齊納二極管情況的容限和溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓元件時(shí)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)照本發(fā)明來看是期望的結(jié)果。一段時(shí)間以來，本專業(yè)的技術(shù)人員已熟知這種并聯(lián)控制器，以及它們能夠用來以約10倍于簡單齊納二極管的電壓常數(shù)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的情況。
充電電阻R與一個(gè)作為去耦合二極管的二極管D并聯(lián)地連接，并且在中間電路電壓U1失效，即下降至最小電壓值UM以下時(shí)，是導(dǎo)電的。在這種情況下，一個(gè)電流從緩沖電容器C流入變換器2或用戶，從而提供所需的橋接能量。這樣，二極管D在發(fā)生電源故障或供電中斷時(shí)期，可防止能量流出主側(cè)上的電容器C。
由于假設(shè)只在相當(dāng)少的場(chǎng)合才發(fā)生電源故障或供電中斷，故能通過充電電阻把緩沖電容器緩慢地充電到它的基于UM的標(biāo)稱電壓，從而只需要在連續(xù)操作中通過充電電阻R去補(bǔ)償電容器泄漏電流去彌補(bǔ)齊納二極管DZ的低工作電流。實(shí)際上，常規(guī)時(shí)間常數(shù)RC處于5與30秒之間。
與直接連接于中間電路電壓的緩沖電容器相比，按照本發(fā)明的電力網(wǎng)電源中的緩沖電容器能夠把其大小確定成適應(yīng)實(shí)際的能量需求，即不必把其大小確定成適應(yīng)最大發(fā)生中間電路電壓，并且緩沖電容器也不影響提供電源的電力網(wǎng)的諧波含量。
權(quán)利要求
1.一種電力網(wǎng)電源，用于向一個(gè)直接連接或通過變換器連接于電力網(wǎng)電源未穩(wěn)定化直流支路的電力用戶進(jìn)行供電；它具有一個(gè)緩沖電容器(C)，它既能從直流支路充電，又能在萬一發(fā)生電力網(wǎng)電源故障或供電中斷時(shí)在一段預(yù)定最小時(shí)期向直流支路供電，并且它是在直流支路電壓(U1)下通過一個(gè)高阻抗充電電阻(R)連接的；其中一個(gè)二極管(D)同充電電阻并聯(lián)地連接，并且用來在輸入直流電壓下降到最小電壓(UM)以下時(shí)從緩沖電容器向電力用戶供電；其特征在于一個(gè)電壓限制裝置(DZ)同緩沖電容器(C)并聯(lián)地連接，并且它把在電容器的電壓基本上限制到一個(gè)要在正常操作中期望的直流支路的最小電壓(UM)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電力網(wǎng)電源，其特征在于RC支路充電電阻(R)-緩沖電容器(C)的時(shí)間常數(shù)處于5至30秒的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電力網(wǎng)電源，其特征在于電壓限制裝置是一個(gè)齊納二極管(DZ)。
全文摘要
一種電力網(wǎng)電源,用于向一個(gè)直接連接或通過變換器連接于電力網(wǎng)電源未穩(wěn)定化直流支路的電力用戶進(jìn)行供電。它具有一個(gè)緩沖電容器,它既能從直流支路充電,又能在萬一發(fā)生電力網(wǎng)電源故障或供電中斷時(shí)在一段預(yù)定最小時(shí)間向直流支路供電。其中,緩沖電容器(C)在直流支路電壓(U1)下通過一個(gè)高阻抗充電電阻(R)連接;并且一個(gè)電壓限制裝置(D
文檔編號(hào)H02J7/34GK1258391SQ98805641
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1998年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月30日
發(fā)明者安德列斯·克拉尼斯特, 哈拉德·施維格特 申請(qǐng)人:奧地利西門子股份公司