DE202015100283U1

DE202015100283U1 - Charger for a capacitor

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Publication number: DE202015100283U1
Application number: DE201520100283
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2015-03-23
Anticipated expiration: 2025-01-23
Also published as: CN204761281U; FI10496U1

Abstract

Vorrichtung, die mit einer Versorgungsspannungsquelle anschließbar ist und die umfasst: einen Zwischenkreis (120), der eine Diodenbrücke umfasst, die angeordnet ist, in den Zwischenkreis von der Versorgungsspannungsquelle ankommenden elektrischen Strom gleichzurichten; einen Schalter (104) zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Zwischenkreis (120); einen Ladekreis, der angeordnet ist, Ladespannung von der Versorgungsspannungsquelle zum Zwischenkreis (120) elektrisch zu leiten, um mindestens zwei Kondensatoren zu laden, welche Ladespannung angeordnet ist, zumindest teilweise an dem Schalter (104) vorbei geleitet zu werden; dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zwischenkreis (120) mindestens zwei Kondensatoren (240) umfasst; und der Ladekreis angeordnet ist, Ladespannung zwischen den genannten mindestens zwei Kondensatoren (240) zu schalten.An apparatus connectable to a supply voltage source and comprising: an intermediate circuit (120) comprising a diode bridge arranged to rectify electrical current into the intermediate circuit from the supply voltage source; a switch (104) between the supply voltage source and the intermediate circuit (120); a charging circuit arranged to electrically direct charging voltage from the supply voltage source to the intermediate circuit (120) to charge at least two capacitors, the charging voltage being arranged to be passed at least partially past the switch (104); characterized in that said intermediate circuit (120) comprises at least two capacitors (240); and the charging circuit is arranged to switch charging voltage between said at least two capacitors (240).

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

In der Elektrotechnik werden Inverter verwendet, um Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln. Inverter werden zum Beispiel in tragbaren, batteriebetriebenen Verbrauchergeräten, in der Produktion von Sonnenenergie und überhaupt in elektronischen Systemen verwendet, in welchen Bedarf für die Erzeugung von Wechselspannung aus Gleichspannung auftritt. Manche Inverter können auch Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln, was Gleichrichtung genannt wird. Dreiphaseninverter können in Wechselstrommotoren genutzt werden. In electrical engineering, inverters are used to convert DC voltage to AC voltage. Inverters are used, for example, in portable, battery-powered consumer appliances, in the production of solar energy, and generally in electronic systems in which there is a demand for the generation of AC voltage from DC. Some inverters can also convert AC to DC, which is called rectification. Three-phase inverters can be used in AC motors.

Die von einem Inverter genutzte Gleichstromquelle kann neben oder zusätzlich zu einer Batterie zum Beispiel einen Sonnenkollektor umfassen, der Gleichstrom erzeugt. In größeren Systemen kann die Gleichstromquelle ein dreiphasiges Stromverteilernetz sein. The DC power source used by an inverter may include, in addition to or in addition to a battery, for example, a solar collector that generates DC power. In larger systems, the DC power source may be a three-phase power distribution network.

Inverter können verwendet werden, um die Frequenz des Wechselstroms zu verändern derart, dass die Wechselspannung zunächst gleichgerichtet wird und danach von dem Gleichrichter in den Inverter gespeist wird, der sie in Wechselspannung mit verschiedener Frequenz umwandelt. Zum Gleichrichten nach der oben erwähnten Weise kann beispielsweise ein Gleichrichter auf Diodenbasis, ein Diodengleichrichter, verwendet werden. Die Dioden im Diodengleichrichter können zum Beispiel Silizium- oder Schottky-Dioden umfassen. Inverters can be used to vary the frequency of the alternating current such that the AC voltage is first rectified and then fed by the rectifier into the inverter, which converts it to AC voltage of different frequency. For rectifying in the above-mentioned manner, for example, a diode-based rectifier, a diode rectifier, may be used. The diodes in the diode rectifier may include, for example, silicon or Schottky diodes.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Zum Beispiel kann der Inverter, der von dem Diodengleichrichter gespeist wird, einen signifikanten Gleichstromkondensator aufweisen, wobei es vorteilhaft sein könnte, diesen auf den Wert entsprechend der Hauptspannung zu laden, und zwar vor dem Schalten des Hauptschalters oder des Hauptkontaktgebers, so dass das Schalten keine große Schaltstromspitze verursacht. Eine große Schaltstromspitze könnte die Sicherungen des Systems auslösen oder das Versorgungsnetz stören. For example, the inverter powered by the diode rectifier may include a significant DC capacitor, and it may be advantageous to charge it to the value corresponding to the main voltage prior to switching the main switch or the main contactor, so that switching does not occur caused large switching current peak. A large switching current surge could trigger the fuses of the system or disrupt the supply network.

Das Laden des Gleichstromkondensators kann durch einen Ladewiderstand vorgenommen werden, zum Beispiel zwei- oder dreiphasig. Um zu einem guten Endergebnis zu gelangen, sind die Widerstände dann von Fall zu Fall dimensioniert worden und es sind Verluste darin aufgetreten. Alternativ kann zum Laden ein sättigbarer Transformator verwendet werden. Die Dimensionierung des sättigbaren Transformators ist dann aufgrund des signifikanten Ladestroms sorgfältig durchzuführen. The charging of the DC capacitor can be done by a charging resistor, for example two- or three-phase. In order to arrive at a good end result, the resistances have then been dimensioned on a case-by-case basis and losses have occurred therein. Alternatively, a saturable transformer can be used for charging. The dimensioning of the saturable transformer is then carried out carefully due to the significant charging current.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGGENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION

In dieser Erfindung werden Verfahrensweisen vorgestellt, mit welchen die Ladung eines Gleichstromkondensators mit kleineren Verlusten erreicht werden kann, wobei die Dimensionierung des Ladekreises keine so kritische Arbeitsphase darstellt wie bei der Verwendung einer passiven Widerstandsladung. Mit den erfindungsgemäßen Lösungen kann als Ladespannung eine Spannung kleiner als die Hälfte im Vergleich zu der Lösung, die auf einem sättigbaren Transformator gemäß gegenwärtiger Technik basiert, verwendet werden. In this invention, techniques are presented whereby the charging of a DC capacitor with smaller losses can be achieved, the sizing of the charging circuit not being as critical a working phase as using a passive resistive charge. With the solutions according to the invention can be used as the charging voltage, a voltage less than half compared to the solution, which is based on a saturable transformer according to current technology.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt zwei Beispiele von Ladekreisen. 1 shows two examples of charging circuits.

2 zeigt zwei Beispiele des erfindungsgemäßen Ladekreises. 2 shows two examples of the charging circuit according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

In 1A ist ein Ladekreis dargestellt, der in zwei Phasen Widerstände 110 aufweist. Widerstände 110 sind es im Beispiel der Figur zwei Stück an der Zahl derart, dass der Schalter 106 den Ladekreis ab- oder einschalten kann. Der Ladekreis in der Figur kann zusätzlich zu den Widerständen vier Schmelzsicherungen 112 umfassen. Alternativ können Widerstände 110 in drei Phasen vorliegen. Der Hauptschalter 104 schaltet den Gleichstrom in die Spulen 108, durch welche dieser in den Zwischenkreis 120 gespeist wird. Im Zwischenkreis 120 schaltet sich der Gleichstrom auf die in der Figur dargestellten Art und Weise in eine Diodenbrücke, mit welcher ein Kondensator 122 parallelgeschaltet ist. Durch den Zwischenkreis 120 kann der Gleichstrom zum Beispiel in einen Inverter geschaltet werden, welcher in 1A nicht dargestellt ist. In 1A is shown a charging circuit, which in two phases resistors 110 having. resistors 110 it is in the example of the figure two pieces in number such that the switch 106 can turn the charging circuit off or on. The charging circuit in the figure may include four fuses in addition to the resistors 112 include. Alternatively, resistors 110 exist in three phases. The main switch 104 Switches the direct current into the coils 108 through which this into the intermediate circuit 120 is fed. In the intermediate circuit 120 the direct current switches in the manner shown in the figure in a diode bridge, with which a capacitor 122 is connected in parallel. Through the DC link 120 For example, the DC current can be switched to an inverter, which in 1A not shown.

Im Ladekreis nach 1A sind die Widerstände von Fall zu Fall zu dimensionieren, was den Arbeitsaufwand für die Planung des Kreises erhöht. Bei der Dimensionierung ist die zyklische Verwendung zu berücksichtigen, wo möglicherweise auch eine erhebliche Menge an Ladungen benötigt werden, und in der zyklischen Verwendung könnten die Widerstände überbelastet werden. Darüber hinaus entstehen in den Ladewiderständen 110 im Ladekreis gemäß 1A Verluste, was kein idealer Zustand ist. In the charging circuit 1A the resistances are to be dimensioned from case to case, which increases the workload for the planning of the circle. When sizing, consideration should be given to cyclic use, where a significant amount of charge may be needed, and in cyclic use, the resistors may be overstressed. In addition, arise in the charging resistors 110 in the charging circuit according to 1A Losses, which is not an ideal condition.

Bei der Verwendung des Ladekreises nach 1A wird der Kondensator 122 des Zwischenkreises auf den Wert der Hauptspannung geladen, indem der Schalter 106 in den leitenden Zustand gebracht wird. Danach wird der Schalter 106 geöffnet und der Schalter 104 wird in den leitenden Zustand gebracht. When using the charging circuit after 1A becomes the capacitor 122 of the DC link is charged to the value of the main voltage by the switch 106 is brought into the conductive state. Then the switch 106 opened and the switch 104 is brought into the conductive state.

In 1B ist ein Ladekreis dargestellt, in welchem ein sättigbarer Transformator 160 an einen einphasigen Diodengleichrichter 170 angeschlossen ist. Der einphasige Diodengleichrichter 170 seinerseits ist direkt an den Zwischenkreis 120 auf die in der Figur dargestellten Art und Weise angeschlossen. Die Elemente 104, 108, 120 und 122 in 1B sind im Wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden Elemente in 1A. In 1B a charging circuit is shown in which a saturable transformer 160 to a single-phase diode rectifier 170 connected. The single-phase diode rectifier 170 in turn is directly to the DC link 120 connected in the manner shown in the figure. The Elements 104 . 108 . 120 and 122 in 1B are essentially the same as the corresponding elements in 1A ,

Der Schalter 150 erlaubt es, den sättigbaren Transformator 160 und den einphasigen Diodengleichrichter 170 von der Hauptspannung zu trennen. Der Ladekreis gemäß 1B kann auch Schmelzsicherungen 140 umfassen. The desk 150 allows the saturable transformer 160 and the single-phase diode rectifier 170 to separate from the main voltage. The charging circuit according to 1B can also fuses 140 include.

Der Ladetransformator 160 im Ladekreis gemäß 1B wird zunächst gesättigt und begrenzt so den Ladestrom. Beim Steigen der Gleichstromspannung wird der Spannungsunterschied kleiner und der Ladestrom deswegen begrenzt, bis der Ladestrom nahezu verschwindet, wenn der Kondensator 122 des Zwischenkreises voll ist. The charging transformer 160 in the charging circuit according to 1B is initially saturated and thus limits the charging current. As the DC voltage increases, the voltage differential becomes smaller and the charging current is limited until the charging current almost disappears when the capacitor is reached 122 of the DC link is full.

Bei der Verwendung des Ladekreises gemäß 1B wird der Schalter 150 in den leitenden Zustand gebracht. Danach wird der Schalter 150 geöffnet und der Schalter 104 wird in den leitenden Zustand gebracht. When using the charging circuit according to 1B becomes the switch 150 brought into the conducting state. Then the switch 150 opened and the switch 104 is brought into the conductive state.

2A stellt ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ladekreis dar. Die Elemente 104, 108, 120 und 122 in 2A sind im Wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden Elemente in 1A. 2A represents an example of a charging circuit according to the invention. The elements 104 . 108 . 120 and 122 in 2A are essentially the same as the corresponding elements in 1A ,

Der Ladekreis von 2A weist einen sättigbaren Einphasentransformator 220 auf und als Gleichrichter wird eine Diodenbrücke, die im Gleichstromzwischenkreis 120 liegt, verwendet. Im Gleichstromzwischenkreis 120 sind zwei Kondensatoren 240 in Serie geschaltet derart, dass zwischen ihnen eine Phasenspannung geschaltet ist. Die betreffende Phasenspannung ist durch den sättigbaren Einphasentransformator 220 geschaltet. Durch diese Vorgehensweise wird aus der Diodenbrücke, aus der Sekundären des Transformators und aus den in Serie geschalteten Kondensatoren 240 ein Multiplikator gebildet, der die Ladespannung im Gleichstromzwischenkreis verdoppelt. So kann die Sekundäre des Transformators 22 auf die Hälfte von der Hauptspannung der Versorgungsspannung dimensioniert werden. Der Ladekreis gemäß 2B kann auch die Schmelzsicherungen 212 und 210 umfassen. The charging circuit of 2A has a saturable single-phase transformer 220 on and as a rectifier is a diode bridge, which in the DC link 120 lies, used. In DC link 120 are two capacitors 240 connected in series such that a phase voltage is connected between them. The relevant phase voltage is through the saturable single-phase transformer 220 connected. This procedure will result in the diode bridge, the secondary of the transformer, and the capacitors connected in series 240 a multiplier is formed, which doubles the charging voltage in the DC intermediate circuit. So can the secondary of the transformer 22 be dimensioned to half of the main voltage of the supply voltage. The charging circuit according to 2 B can also use the fuses 212 and 210 include.

Der Schalter 230 in 2A erlaubt es, den Transformator 220 von der Hauptspannung und vom Gleichstromzwischenkreis 120 zu trennen. Wenn der Schalter 230 offen und der Schalter 104 zu ist, kann sich die Hauptspannung nur direkt durch die Spulen 108 zum Gleichstromzwischenkreis 120 schalten. The desk 230 in 2A allows the transformer 220 from the main voltage and DC link 120 to separate. When the switch 230 open and the switch 104 To be, the main voltage can only be directly through the coils 108 to the DC link 120 turn.

In 2B wird ein zweites Beispiel von einem erfindungsgemäßen Ladekreis dargestellt. Die Elemente 104, 108, 120 und 122 in 2B sind im Wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden Elemente in 1A, und die Elemente 210 und 240 sind im Wesentlichen die gleichen wie die entsprechenden Elemente in 2A. In 2 B a second example of a charging circuit according to the invention is shown. The Elements 104 . 108 . 120 and 122 in 2 B are essentially the same as the corresponding elements in 1A , and the elements 210 and 240 are essentially the same as the corresponding elements in 2A ,

2B unterscheidet sich von 2A derart, dass als Transformator anstelle eines einphasigen sättigbaren Transformators 220 ein galvanisch trennbarer, sättigbarer Transformator 250 fungiert. Wie in 2A sind auch in 2B im Gleichstromzwischenkreis 120 zwei Kondensatoren 240 in Serie geschaltet derart, dass zwischen ihnen eine Phasenspannung geschaltet ist. Die betreffende Phasenspannung ist durch den galvanisch trennbaren Transformator 250 geschaltet. Durch diese Vorgehensweise wird aus der Diodenbrücke, aus der Sekundären des Transformators und aus den in Serie geschalteten Kondensatoren 240 ein Multiplikator gebildet, der die Ladespannung im Gleichstromzwischenkreis verdoppelt. So kann die Sekundäre des Transformators 250 auf die Hälfte von der Hauptspannung der Versorgungsspannung dimensioniert werden. 2 B differs from 2A such that as a transformer instead of a single-phase saturable transformer 220 a galvanically separable, saturable transformer 250 acts. As in 2A are also in 2 B in the DC link 120 two capacitors 240 connected in series such that a phase voltage is connected between them. The relevant phase voltage is through the galvanically isolated transformer 250 connected. This procedure will result in the diode bridge, the secondary of the transformer, and the capacitors connected in series 240 a multiplier is formed, which doubles the charging voltage in the DC intermediate circuit. So can the secondary of the transformer 250 be dimensioned to half of the main voltage of the supply voltage.

Bei den Ladekreisen der 2A und 2B ist ein Vorteil der, dass die Ladekreise leichter zu dimensionieren sind als die Ladekreise, die auf passiven Widerständen basieren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Ladekreisen keine unmittelbaren resistiven Verluste entstehen, so wie sie in Ladewiderständen entstehen. In the charging circuits of the 2A and 2 B One advantage of this is that the charging circuits are easier to size than the charging circuits based on passive resistors. Another advantage is that in the charging circuits no direct resistive losses occur, as they arise in charging resistors.

Zumindest in gewissen Ladekreisen nach erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann die Ladung mit kleineren Verlusten durchgeführt werden, und beim Ladegeschehen kann die Spannung des Ladetransformators bei der Hälfte von der Spannung des Versorgungsnetzes bleiben. Dann ist der Ladestrom zu Beginn des Ladens leichter zu begrenzen. At least in certain charging circuits according to embodiments of the invention, the charge can be made with smaller losses, and during charging, the voltage of the charging transformer can remain at half the voltage of the supply network. Then the charging current is easier to limit at the beginning of loading.

Oben sind nicht unbedingt alle Erscheinungsformen der Erfindung beschrieben, sondern für einen Fachmann auf dem Gebiet liegt es auf der Hand, dass im Rahmen der obigen Lösungen technische Variationen realisiert werden können, die nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweichen. Above all, not all manifestations of the invention are described, but for a person skilled in the art it is obvious that technical variations can be realized within the above solutions which do not depart from the scope of the invention.

Oben sind erfindungsgemäße Lösungen unter Verwendung bestimmter elektronischer Komponenten beschrieben. Einem Fachmann auf dem Gebiet ist jedoch klar, dass im Rahmen der Lösungsprinzipien auch andere Komponenten verwendet werden können, die die gleichen technischen Effekte erzeugen wie die oben beschriebenen Komponenten. Above solutions according to the invention are described using certain electronic components. However, it will be apparent to those skilled in the art that other components that produce the same technical effects as the components described above may be used in the solution principles.

Claims

Device which can be connected to a supply voltage source and which comprises: an intermediate circuit ( 120 ) comprising a diode bridge arranged to rectify electrical current entering the intermediate circuit from the supply voltage source; a switch ( 104 ) between the supply voltage source and the intermediate circuit ( 120 ); a charging circuit arranged, charging voltage from the supply voltage source to the intermediate circuit ( 120 ) electrically to charge at least two capacitors, which charging voltage is arranged, at least partially on the switch ( 104 ) to be passed by; characterized in that the said intermediate circuit ( 120 ) at least two capacitors ( 240 ); and the charging circuit is arranged, charging voltage between said at least two capacitors ( 240 ) to switch.

Device according to protection claim 1, characterized in that the charging circuit comprises a single-phase saturable transformer.

Device according to protection claim 2, characterized in that the secondary voltage of said single-phase saturable transformer comprises about half of the primary voltage.

Device according to one of the protection claims 2-3, characterized in that from said diode bridge, from the secondary of said single-phase saturable transformer and from said at least two capacitors ( 240 ) a multiplier is formed, which doubles the charging voltage in said intermediate circuit.

Device according to protection claim 1, characterized in that the charging circuit comprises a galvanically separable saturable transformer.

Device according to protection claim 5, characterized in that the secondary voltage of said galvanically separable saturable transformer comprises about half of the primary voltage.

Device according to one of the claims 5-6, characterized in that from said diode bridge, from the secondary of said galvanically separable saturable transformer and from said at least two capacitors ( 240 ) a multiplier is formed, which doubles the charging voltage in said intermediate circuit.

Device according to one of the claims 1-7, characterized in that the two said capacitors ( 240 ), which are contained in the DC link, are connected in series.