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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage eines Wechsel-oder Drehstromverbrauchers, bestehend aus mindestens einer mit einem Wechsel-oder Drehspannungsnetz als Normalbetriebsnetz verbundenen Netzschalteinrichtung und einer mit einem aus einem statischen Stromrichter und aus einer Batterie bestehenden Notbetriebsnetz verbundenen Wechselrichterschalteinrichtung, an welche beiden Betriebsnetze über die von einem Steuerwerk gesteuerten Schalteinrichtungen der Wechselstromverbraucher geschaltet wird, und weiters aus mindestens zwei Regeleinrichtungen, von denen eine dem Steuersatz des Stromrichters als Spannungsregler vorgeschaltet ist.
Bei bekannten unterbrechungsfreien Notstromversorgungsanlagen mit Wechselrichtern wird der Verbraucher ständig über einen Wechselrichter gespeist, der an eine Batterie angeschlossen ist, die ihrerseits über ein Ladegerät und einen Ladetransformator an ein Versorgungsnetz angeschlossen ist. Bei einem Ausfall des Versorgungsnetzes geht die Speisung des Verbrauchers ohne Unterbrechung aus der Batterie über den Wechselrichter weiter. Das Ladegerät ist so dimensioniert, dass es gleichzeitig den vollen Verbraucherstrom abgeben und nach einem Netzausfall die Batterie wieder aufladen kann. Das Ladegerät ist also relativ gross. Der Wirkungsgrad der gesamten Notstromversorgungsanlage ist durch die ständige zweimalige Energieumformung im Normalbetrieb schlecht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie Notstromversorgungsanlage mit einem Wechselrichter zu schaffen, die einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem Steuersatz und den gesteuerten Leistungsventilen des Stromrichters eine elektronische Übernahmeeinheit geschaltet ist, die aus einer bei Normalbetrieb ansprechenden Sperreinrictung für die Zündimpulse des auch im Normalbetrieb laufenden und von einer Steuerspannung einstellbaren Steuersatzes und einer bei Notbetrieb ansprechenden Durchschalteinrichtung für die Zündimpulse besteht, und dass dem Verbraucher ein als Siebstufe und Energiespeicher dienendes Filter vorgeschaltet ist, dessen Filtereingang bei Normalbetrieb über die Netzschalteinrichtung an das Normalbetriebsnetz bzw. bei Notbetrieb über die Wechselrichterschalteinrichtung an den Ausgang des Stromrichters geschaltet ist.
Bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Notstromversorgungsanlage ist im Normalbetrieb der Wechselrichter nicht angesteuert. Der Verbraucher wird über ein Filter aus dem Wechselspannungs-Ver- sorgungsnetz aufgeladen. Der Steuersatz und die Regeleinrichtung des Wechselrichters arbeiten jedoch bereits im Normalbetrieb. Die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Wechselrichterventile ist jedoch im Normalbetrieb gesperrt. Durch den ständigen Betrieb des Steuersatzes und der Regeleinrichtung entstehen nur geringe Betriebskosten. Verluste und Geräusche im Leistungsteil des Wechselrichters, insbesondere durch Transformatoren und Drosseln, fallen im Normalbetrieb nicht an.
Bei einem Zusammenbruch oder einem unzulässigen Einbruch der Spannung des WechselspannungsVersorgungsnetzes wird der Filtereingang durch den Netzschalter vom Versorgungsnetz getrennt und der Wechselrichter durch Freigabe der Zündimpulse gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert. Die Energieversorgung des Verbrauchers erfolgt jetzt aus der Batterie über den Wechselrichter und das Filter. Das Filter hat somit eine mehrfache Funktion. Im Normalbetrieb siebt es die hoch- und niederfrequenten Störungen der Netzspannung. Im Notstrombetrieb siebt das Filter die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Beim Umschalten vom Normalbetrieb auf den Notstrombetrieb und zurück zum Normalbetrieb überbrückt die in den Filterelementen gespeicherte Energie die Umschaltpausen.
Eine bedeutende Verbesserung im Betriebsverhalten einer mit der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ausgerüsteten unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage wird dadurch erreicht, dass die Netzschalteinrichtung über einen Netztransformator und einen Halbleitersteller an das Normalbetriebsnetz angeschlossen ist, wobei der Halbleitersteller ein gesteuertes Halbleiterstellglied mit einem Steuersatz und der weiteren diesem vorgeschalteten Spannungseinrichtung aufweist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere für Versorgungsnetze vorteilhaft, bei denen ein vollständiger Spannungsausfall relativ unwahrscheinlich ist, bei denen jedoch mit längeren Spannungsabsenkungen oder auch Spannungsüberhöhungen gerechnet werden muss.
Hier lässt sich eine Konditionierung der Netzspannung vornehmen, wobei der Netztransformator die Amplitude der Netzspannung erhöht und der nachgeordnete Halbleitersteller die Ausgangsspannung des Netztransformators durch eine Anschnittsteuerung oder eine Pulssteuerung verringert. Das Filter siebt die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers und versorgt den Verbraucher mit einer weitgehend oberwellenfreien Spannung. Hiedurch können Schwankungen der Netzspannung von
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beispielsweise bis zu 20% des Nennwertes ausgeglichen werden. Innerhalb der Schwankungen der Netzspannung, die vom Netztransformator und dem Halbleitersteller ausgeregelt werden können, braucht der Wechselrichter nicht zur Notstromversorgung des Verbrauchers eingeschaltet zu werden.
Der Wechselrichter wird vielmehr nur bei starken Einbrüchen der Netzspannung zur Notstromversorgung des Verbrauchers herangezogen, die den Regelbereich der Netzkonditionierung überschreiten. Die Reihenfolge des Netztransformators und des Halbleiterstellers ist prinzipiell vertauschbar.
Wenn bei einer derartigen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage vom Notstrombetrieb über den Wechselrichter auf den Normalbetrieb zurückgeschaltet werden soll, so besteht das Problem, dass die Regeleinrichtung des Halbleiterstellers eine gewisse Zeitspanne benötigt, um die Ausgangsspannung des Stellers auf den Nennwert der Verbraucherspannung zu regeln. Dies lässt sich verbessern, wenn zwischen dem Steuersatz und dem Halbleiterstellglied des Halbleiterstellers eine weitere bei Notbetrieb ansprechende Sperreinrichtung für die Zündimpulse des auch im Notbetrieb arbeitenden Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes geschaltet ist, und wenn weiters eine Ansteuereinrichtung zur Erzeugung einer Steuerspannung im Notbetrieb dem Steuersatz vorgeschaltet ist.
Als besonders schnelle Ansteuereinrichtung kann ein Ansteuerungsrechner vorgesehen sein, durch den dem Steuersatz wenigstens kurz vor der Rückschaltung vom Notbetrieb auf den Normalbetrieb eine errechnete Steuerspannung zugeführt wird.
Die beschriebene Ausgestaltung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage ermöglicht folgendes Betriebsverfahren :
Im Normalbetrieb wird der Verbraucher aus dem Wechselspannungsnetz als Normalbetriebsnetz über den Netztransformator, den vorzugsweise spannungsgeregelten Halbleitersteller, die geschlossene Netzschalteinrichtung und das Filter gespeist. Schwankungen der Netzspannung innerhalb des Regelbereichs der Netzkonditionierung werden vom Netztransformator im Zusammenwirken mit dem Halbleitersteller ausgeregelt.
Bei einem völligen Ausfall oder einem starken Einbruch der Netzspannung wird der Filtereingang vom Normalbetriebsnetz getrennt und auf den Stromrichter als Notbetriebsnetz geschaltet. Der Stromrichter wird durch Freigabe der Zündimpulse seines Steuersatzes gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert.
Bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung wird der Steuersatz des Halbleiterstellers mit der Spannung des speisenden Netzes synchronisiert und es wird der Zündwinkel für die Zündimpulse voreingestellt. Anschliessend wird der Wechselrichter stillgesetzt und über die Wechselrichterschalteinrichtung vom Filtereingang abgeschaltet. Die Netzschalteinrichtung wird geschlossen und der Halbleitersteller wird mit Zündimpulsen durchlässig gesteuert, die den voreingestellten Zündwinkel aufweisen.
Bei einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage, bei der ein Verbraucher sowohl im Normalbetrieb als auch im Notstrombetrieb über ein Filter gespeist wird, besteht das Problem, dass bei einem Verbraucher mit vorgeschalteten Sicherungen bei einem Defekt im Verbraucher der Kurzschlussstrom durch das Filter so stark gedämpft wird, dass die dem Verbraucher vorgeschalteten Sicherungen nicht oder zumindest nicht schnell genug auslösen. Im defekten Verbraucher können dadurch schwere Folgeschäden entstehen.
Die lässt sich dadurch verhindern, dass die dritte Schalteinrichtung zwischen dem Ausgang des Filters und dem Verbraucher und die vierte Schalteinrichtung zwischen dem Normalbetriebsnetz und dem Verbraucher angeordnet ist, wobei durch eine mindestens der dritten und vierten Schalteinrichtung zugeordneten Überwachungseinrichtung bei einer unzulässigen Abweichung der Verbraucherspannung und bei gleichzeitiger ordnungsgemässer Netzspannung die dritte Schalteinrichtung zwischen Filter und Verbraucher gesperrt wird und die vierte Schalteinrichtung zwischen Netz und Verbraucher stromdurchlässig ist. Von der Überwachungseinrichtung wird ein Defekt im Verbraucher oder im Filter durch einen Einbruch der Verbraucherspannung bei unverändert anstehender ordnungsgemässer Netzspannung erkannt.
Die Überwachungseinrichtung schaltet den Verbraucher sofort auf eine unmittelbare Netzversorgung um. Jetzt kann sich ein Kurzschlussstrom mit sehr steilem Stromanstieg ausbilden, der die dem defekten Verbraucher vorgeschaltete Sicherung zum Auslösen bringt und damit den defekten Verbraucher abschaltet. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn mehrere spannungsempfindliche Verbraucher jeweils über vorgeschaltete Sicherungen an eine sichere Stromschiene angeschlossen sind, die über ein Filter, einen Halbleitersteller und einen Netztransformator mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbunden ist.
Wenn die einem gestörten Vebraucher vorgeschaltete
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Sicherung nicht schnell genug auslöst, so hat dies einen länger andauernden Einbruch der Schienenspannung der sicheren Stromschiene zur Folge, der bereits Schäden in den übrigen Verbrauchern hervorrufen kann, insbesondere Störungen im Programmablauf von Datenverarbeitungsanlagen.
Wenn die Überwachungseinrichtung zusätzlich die Spannung am Ausgang des Filters überwacht, so kann unterschieden werden, ob ein Defekt in einem der Verbraucher oder ein Defekt im Netztransformator, im Halbleitersteller oder im Filter aufgetreten ist. Wenn die Ausgangsspannung des Filters trotz ordnungsgemäss anstehender Netzspannung ihren Nennwert nicht erreicht, so wird keine Rückschaltung auf den Betrieb über das Filter vorgenommen. Der Verbraucher wird dann solange unmittelbar aus dem Versorgungsnetz gespeist, bis der Defekt im Filter, im Netztransformator oder im Halbleitersteller beseitigt ist.
Bei der Rückschaltung von der unmittelbaren Netzversorgung des Verbrauchers auf die Versorgung über das Filter kann es vorkommen, dass die energiespeichernden Filterelemente im Augenblick der Zuschaltung entladen sind und dadurch ein grosser Stromstoss auf das Filter entsteht. Dies lässt sich bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Notstromversorgungsanlage dadurch vermeiden, dass bei einer derartigen Rückschaltung das Filter durch Betätigung des Netzschalters zunächst vom Netz getrennt und der Wechselrichter angefahren und auf eine der Verbraucherleistung entsprechenden Leistungsabgabe gesteuert wird. Der Wechselrichter wird über den Wechselrichterschalter auf das Filter geschaltet und lädt dadurch das Filter auf.
Nachdem das Filter aufgeladen ist und der Wechselrichter die Verbraucherleistung liefert, wird der Verbraucher vom Netz getrennt und auf den Filterausgang geschaltet. Der Filtereingang wird durch Betätigung des Wechselrichterschalters vom Wechselrichter getrennt. Der Wechselrichter wird stillgesetzt. Der Netzschalter wird geschlossen.
In einer derartigen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage werden Schalteinrichtungen benötigt, die einen Stromkreis in einer sehr kurzen Zeit unterbrechen und schliessen können. Bekannte elektrische Schalteinrichtungen sind entweder als schnelle Öffner oder als schnelle Schliesser ausgebildet.
So können beispielsweise die Schaltkontakte von mechanischen Trennschaltern mit Hilfe von geeigneten Auslösemechanismen sehr schnell geöffnet werden. Das Schliessen der Schaltkontakte von mechanischen Trennschaltern dauert jedoch erheblich länger. Anderseits können Halbleiterschalter durch geeignete Ansteuerung bzw. durch Zündimpulse sehr schnell stromdurchlässig gesteuert werden. Das Ausschalten geschieht durch Sperrung der Zündimpulse. Beim Ausschalten von Wechselstrom fliesst dieser jedoch noch bis zu seinem nächsten natürlichen Nulldurchgang weiter. Gleichstrom kann nur durch spezielle Löschkreise mit Zwangskommutierung unterbrochen werden.
Die bei einer erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage vorgesehenen schnellen Schalteinrichtungen sind jeweils aus der Reihenschaltung eines mechanischen Trennschalters und eines Halbleiterstellers aufgebaut, wobei eine Schaltsteuerlogik vorgesehen ist, die bei einem Ausschaltbefehl die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters öffnet und den Halbleitersteller in Sperrung steuert und nach Eintritt des strom- und/oder spannungslosen Zustandes die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters wieder geschlossen steuert, und die bei einem Einschaltbefehl den Halbleiterschalter stromdurchlässig steuert. Bei diesen Schalteinrichtungen werden somit in neuartiger Weise die Vorteile von mechanischen Trennschaltern und von elektronischen Halbleiterstellern ausgenutzt, ohne dass die Nachteile wirksam werden.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass beim Wechselrichterschalter die gesteuerten Ventile des Wechselrichters die Aufgabe des Halbleiterstellers übernehmen können, während beim Netzschalter der gesteuerte Halbleitersteller als Halbleiterschalter verwendet werden kann.
Hiedurch wird der erforderliche Aufwand an Halbleiterschaltern entscheidend vermindert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. l eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung,
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Schaltung, die eine Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse ermöglicht, Fig. 4b ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Ansteuerungsrechners und die Fig. 5 und 6 den Prinzipaufbau von Rückschalteinrichtungen.
Fig. l zeigt eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage. Mehrere Verbraucher --la bis lc--sind über Sicherungen--lla, llb ; 12a, 12b ; 13a, 13b-- an eine "sichere Stromschiene" --10-- angeschlossen. Die Stromschiene --10-- ist mit einem Filter - über eine Schalteinrichtung --9-- verbunden, die aus einem mechanischen Trennschalter und einem
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Halbleiterschalter aufgebaut ist. Das Filter--2--siebt beim Netzbetrieb die hoch-und niederfrequenten Störungen der Netzspannung und beim Notstrombetrieb die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Beim Umschalten von Netzbetrieb auf Notstrombetrieb und zurück auf Netzbetrieb überbrückt die in den Filterelementen gespeicherte Energie die Umschaltpause.
Das Filter --2-- ist eingangsseitig über eine Schalteinrichtung --3--, einen Halbleitersteller --25-und einen Netztransformator --24-- mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- verbunden. Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes --25a-- sind über eine Sperrstufe --25b-mit einem Steuersatz --25c-- verbunden, dem eine Regeleinrichtung --25d-- und eine Synchronisations- Überwachung --25e-- mit einem Synchronisationsabgrüf --26-- vorgeschaltet ist.
Das Filter --2-- ist eingangsseitig weiterhin über eine Schalteinrichtung --6-- und einen Wechselrichter-Transformator --8-- mit einem Wechselrichter --5-- verbunden, an dessen Gleichspannungseingänge eine Gleichspannungsquelle --7-- geschaltet ist. Als Gleichspannungsquelle kann ein aufladbarer Akkumulator vorgesehen sein. Wenn der Wechselrichter jeweils nur für sehr kurze Zeiten in Betrieb ist, beispielsweise nur bis zum Anlaufen eines Notstrom-Dieselaggregats, so kann auch ein Kondensator als Gleichspannungsquelle vorgesehen sein.
Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Leistungsteils - 5a-- des Wechselrichters --5-- sind über eine Übernahmestufe --5b-- mit einem Steuersatz --5c-verbunden, dem eine Regeleinrichtung --5d-- und eine Synchronisationsüberwachung --5e-- zugeordnet ist, die wiederum mit dem Synchronisationsabgriff --26-- verbunden ist.
Zwischen dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- und der sicheren Stromschiene --10-befindet sich eine weitere Schalteinrichtung --14--, die aus der Reihenschaltung eines mechanischen Trennschalters und eines Halbleiterschalters aufgebaut ist.
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gesamten Verbraucherstrom auf der sicheren Stromschiene --10--, sowie ein Spannungsmessfühler-27- für die Ausgangsspannung des Wechselrichters --5--, ein Spannungsmessfühler --28-- für die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25--, ein Spannungsmessfühler --29-- für die Wechselspannung des Versorgungsnetzes --4-- und ein Spannungsmessfühler --30-- für Schienenspannung vorgesehen.
Die Messwerte dieser Messgeber sind einer zentralen Steuereinrichtung --20-- zugeführt, die diese Messwerte auswertet und Befehle für die einzelnen Bauglieder der unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage erzeugt. Aufbau und Funktion der Steuereinrichtung --20-- werden im einzelnen an Hand des nachfolgenden Beschreibungsteiles erläutert. Eine weitere Steuereinrichtung --21-- dient zur Steuerung der Schalteinrichtungen --9 und 14--.
Die in Fig. 1 dargestellte unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage zeichnet sich durch einen besonders guten Wirkungsgrad im Normalbetrieb aus. Im Normalbetrieb ist die Stromschiene --10-- über die geschlossenen Schaltkontakte --9a-- und den durchlässig gesteuerten Halbleitersteller --9b-- der Schalteinrichtung --9--, über das Filter --2-- und die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und über das durchlässig gesteuerte Halbleiterstellglied --25a-- vom Wechselspannungs-Versorgungsnetz -4-- gespeist. Der Wechselrichter --5-- befindet sich in einer Bereitschaftsstellung, bei der sein Steuersatz --5c-- und seine vorgeschaltete Regeleinrichtung --5d-- bereits in Betrieb und mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- synchronisiert sind.
Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes --5c-- an die gesteuerten Ventile des Leistungsteils --5a-- des Wechselrichters ist von der Übernahmestufe --5b-- gesperrt. Bei einem Zusammenbruch oder einem unzulässigen Einbruch des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes --4-- wird die sichere Stromschiene --10-- durch Öffnen der Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- vom Wechselspannungs-Versorgungsnetz - getrennt. Der Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- wird in äusserst kurzer Zeit gestartet und auf volle Leistungsabgabe gesteuert. Der Wechselrichter --5-- übernimmt im Notstrombetrieb die Versorgung der sicheren Stromschiene --10-- mit den angeschlossenen Verbrauchern --la bis 1c--.
Gegenüber bekannten unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen, bei denen die Verbraucher im Normalbetrieb ständig über einen Wechselrichter, eine Batterie und ein Batterieladegerät aus einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz gespeist werden, treten bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage im Normalbetrieb keine Verluste durch die zweimalige Energieumformung im Batterieladegerät und im Wechselrichter auf. Der bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage im Normalbetrieb erforderliche Energieverbrauch zum Betrieb des Steuersatzes
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und der Regeleinrichtung --5d-- des Wechselrichters --5-- ist demgegenüber wesentlich geringer und bei grösseren Einheiten vernachlässigbar.
Die erfindungsgemässe unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage weist auch Vorteile gegenüber bekannten Anlagen auf, bei denen der Wechselrichter in der Bereitschaftsstellung im Leerlaufbetrieb arbeitet, wobei die gesteuerten Ventile des Wechselrichters angesteuert werden und seine Kommutierungeinrichtungen ständig aufgeladen und umgeladen werden. Im Leerlaufbetrieb entstehen Verluste, die etwa 5% der Nennleistung eines Wechselrichters betragen.
Bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage sind zur schnellen Unterbrechung und zur schnellen Zuschaltung von Strömen Schalteinrichtungen vorgesehen, die aus der Reihenschaltung eines mechanischen Trennschalters und eines Halbleiterschalters bestehen. Eine Steuereinrichtung öffnet bei einem Ausschaltbefehl die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters und steuert den Halbleiterschalter in Sperrung. Nach Eintritt des stromlosen Zustandes werden die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters wieder geschlossen. Bei einem Einschaltbefehl wird der Halbleiterschalter stromdurchlässig gesteuert. Die Schalteinrichtung --9-- enthält in der Laststrecke eine Reihenschaltung eines Halbleiterstellgliedes --9b-- mit den Schaltkontakten --9a-- eines mechanischen Trennschalters.
Dem Halbleiterstellglied --9b-- ist ein Zündimpulsgenerator-9e-zugeordnet. Der mechanische Trennschalter enthält weiterhin einen Aufzugmechanismus --9c-- und einen Auslöse- mechanismus --9d--. Die Schalteinrichtung --14-- umfasst in analoger Weise einen mechanischen Trennschalter mit Schaltkontakten --14a--, einen Aufzugsmechanismus --14c-- und einen Auslösemechanismus --14d--, sowie einen Halbleiterschalter --14b-- mit einem Zündimpulsgenerator --14e--.
Auch die Schalteinrichtungen --3 und 6-- sind in analoger Weise aufgebaut. Bei der Schalteinrichtung --3--, die einen mechanischen Trennschalter mit Schaltkontakten --3a--, einen Aufzugmechanismus --3c-- und einen Auslösemechanismus --3d-- enthält, ist der Halbleitersteller --25-- als Halbleiterschalter ausgebildet. Bei der Schalteinrichtung --6--, die einen mechanischen Trennschalter mit Schaltkontakten --6a--, einen Aufzugmechanismus --6c-- und einen Auslösemechanismus --6d-- enthält, dient der Wechselrichter --5-- gleichzeitig als Halbleiterschalter.
Das Prinzip einer solchen schnellen Schalteinrichtung wird an Hand Fig. 2 erläutert, die in vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit der Schalteinrichtung --9-- zeigt. Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Halbleiterschaltgliedes --9b-- sind über eine Sperrstufe --9f-mit einem Zündimpulsgenerator-9e--verbunden. Hiebet ist angenommen, dass der Zündimpulsgenerator ständig läuft und Zündimpulse erzeugt. Dies ist bei der Schalteinrichtung --9-- sinnvoll, die diese nahezu ständig stromdurchlässig gesteuert und nur bei Defekten in einem der Verbraucher oder im Filter gesperrt gesteuert wird. Bei der Schalteinrichtung --14-- dagegen, die nur selten für kurze Zeit stromdurchlässig gesteuert wird, ist es sinnvoll, den Zündimpulsgenerator erst bei einem Schaltbefehl zu starten. Es kann dann auf eine Sperrstufe verzichtet werden.
Prinzipielle Unterschiede in der Funktionsweise ergeben sich hiedurch nicht.
Die Sperrstufe --9f-- enthält Sperrgatter, die vom Ausgangssignal eines Flip-Flops --40-- gesteuert sind. Der mechanische Trennschalter umfasst Schaltkontakte --9a-- sowie einen Aufzugmechanismus --9c-und einen Auslösemechanismus --9d--, insbesondere eine Wirbelstrom-Auslösespule. Der Auslösemechanismus --9d-- ist über einen elektronischen Schalter --41-- an einen Kondensator --42-angeschlossen, der von einer Gleichspannungsquelle --43-- aufgeladen wird. Als Gleichspannungsquelle - kann eine Batterie oder insbesondere ein mit einer Wechselspannung gespeister Gleichrichter vorgesehen sein.
Wenn der elektronische Schalter --41-- von einem Zündimpuls eines Zündimpuls- generators --44-- stromdurchlässig gesteuert wird, entlädt sich der Kondensator --42-- über die Auslösespule --9d-- und bewirkt ein sehr rasches Öffnen der Schaltkontakte --9a-- des mechanischen Trennschalters. Das Schliessen der Schaltkontakte --9a-- erfolgt durch den Aufzugmechanismus --9c--, der über den Hilfskontakt --9g-- an eine weitere Gleichspannungsquelle --45-- geschaltet werden kann.
Wenn ein Relais --46-- erregt und sein Schaltkontakt --46a-- geschlossen ist, läuft der Aufzugmechanismus --9c-- solange, bis die Schaltkontakte --9a-- geschlossen und damit der Hilfskontakt --9g-geöffnet ist. Das Schliessen der Schaltkontakte --9a-- nimmt eine erheblich grössere Zeit in Anspruch als das Öffnen.
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Zustand geschlossen. Im stromlosen Zustand ist die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes-9e- an das Halbleiterschaltglied --9b-- von der Sperrstufe --9f-- gesperrt.
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--40-- dieHalbleiterschaltgliedes --9b-- frei. Der Strom kann über das durchlässig gesteuerte Halbleiterschaltglied - und die bereits geschlossenen Schaltkontakte --9a-- des Trennschalters fliessen.
Bei einem Ausschaltbefehl AUS steuert das Ausgangssignal des Flip-Flops --40-- über eine Impulsstufe --48-- den Zündimpulsgenerator --44-- des elektronischen Schalters --41-- an und lässt damit die Auslösespule --9d-des mechanischen Trennschalters sehr rasch ansprechen. Die Schaltkontakte --9a-- werden aufgerissen und unterbrechen den Strom. Mit dem Wechsel der Ausgangssignale des Flip-Flops --40-- werden die Sperrgatter in der Sperrstufe --9f-- gesperrt gesteuert, so dass keine Zündimpulse mehr an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes --9b-- gelangen. Der Strom im Halbleiterstellglied --9b-erlischt ebenfalls. Der Ausschaltbefehl wird von einem Verzögerungsglied --47-- um eine kurez Zeitdauer verzögert, die so bemessen ist, dass mit Sicherheit der strom- und bzw. der spannungslose Zustand erreicht ist.
Der verzögerte Ausschaltbefehl steuert das Relais --46-- an und setzt damit den Aufzugmechanismus in Betrieb. Die Schaltkontakte --9a-- werden geschlossen. Die Schalteinrichtung --9-- ist damit für einen neuen Einschaltbefehl vorbereitet.
Mit den in Fig. 2 beschriebenen Prinzip einer schnellen Schalteinrichtung lässt sich in der unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage nach Fig. l eine schnelle Umschaltung vom Netzbetrieb auf dem Notstrombetrieb und wieder zurück auf den Netzbetrieb durchführen. Hiezu wird vorausgesetzt, dass die Schalteinrichtung --3-- als mechanischer Trennschalter ausgebildet und in Reihe mit dem Halbleitersteller --25-- am Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- liegt, und dass die Schalteinrichtung --6-ebenfalls als mechanischer Trennschalter ausgebildet ist, wobei die gesteuerten Ventile des Wechselrichters - die Funktion eines Halbleiterschaltgliedes übernehmen.
Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Steuerlogik --20-- zur Steuerung eines derartigen Umschaltvorganges. An die Steuerlogik --20-- ist eingangsseitig der Strommessfühler --16-- zur Erfassung des Stromes über die Schaltkontakte --3a--, der Spannungsmessfühler --30-- zur Erfassung der Schienenspannung, der Spannungsmessfühler --29-- zur Erfassung der Netzspannung und der Strommess- fühler --15-- zur Erfassung des Stromes des Wechselrichters --5-- angeschlossen. Den Messfühlern --16, 30, 29, 15-- sind Grenzwertmelder --51, 52,53, 54-- nachgeschaltet, die jeweils ihr Ausgangssignal ändern, wenn die entsprechenden Messwerte vorgegebene Grenzwerte über-bzw. unterschreiten.
Der Grenzwertmelder --52-- erzeugt beispielsweise ein logisches 0-Signal, solange die Schienenspannung ihren vorgegebenen Wert innerhalb der zulässigen Toleranzen einhält. Der Grenzwertmelder --52-- erzeugt dagegen ein logisches 1-Signal, wenn die Schienenspannung unzulässige Abweichungen aufweist. Der Grenzwertmelder --53-- erzeugt ein logisches 0-Signal, wenn die Netzspannung innerhalb ihrer zulässigen Toleranzen liegt, dagegen ein logisches 1-Signal bei unzulässigen Störungen der Netzspannung.
Die Grenzwertmelder --51 und 54-ändern ihre Ausgangssignale, wenn die überwachten Ströme vorgegebene Grenzwerte unterschreiten, vorzugsweise wenn die überwachten Ströme zu Null werden.
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gelangt ein 1-Signal vom Grenzwertmelder --52-- sofort auf einen Befehlsspeicher --49--, dessen Ausgangssignal die Übernahmestufe --5b-- des Wechselrichters --5-- für die Zündimpulse des Steuersatzes durchlässig steuert. Der Wechselrichter --5-- wird gestartet. Sein Ausgangsstrom kann unverzüglich über den geschlossenen Schaltkontakt --6a-- und das Filter --2-- in die sichere Schiene --10-- fliessen. Gleichzeitig wird ein Flip-Flop --57-- gesetzt. Der obere Ausgang des Flip-Flops --57-- kippt auf 1-Signal und setzt ein weiteres Flip-Flop --58--, sowie ein Flip-Flop --62--.
Der obere Ausgang des Flip-Flops - steuert mit einem 1-Signal die Auslösespule --3d-- der Schalteinrichtung --3-- an. Die Schaltkontakte --3a-- werden aufgerissen. Der untere Ausgang des Flip-Flops --58-- führt ein 0-Signal, welches die Sperrstufe --25b-- für die Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- sperrt. Der Strom im Halbleiterstellglied --25a-- erlischt. Sobald der Strom im Halbleiterstellglied --25a-- zu Null geworden ist, bildet der Grenzwertmelder --51-- aus dem vom Strommessfühler --16-- erfassten Strom des Halbleiter- stellers-25-- ein 1-Signal, welches ein Sperrgatter --60-- durchlässig steuert. Das Ausgangssignal des Sperrgatters --60-- setzt ein Flip-Flop --59--.
Gleichzeitig wird vom Ausgangssignal des Flip-Flops --59-der Aufzugmechanismus --3c-- der Schalteinrichtung --3-- betätigt und die Schaltkontakte --3a-- werden
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hiedurch geschlossen. Der untere Ausgang des Flip-Flops --59-- kippt von 1-Signal auf 0-Signal und setzt mit seiner fallenden Flanke das Flip-Flop --63--. Der untere Ausgang des Flip-Flops --63-- führt somit ein 0-Signal, das den Auslösemechanismus --6d-- der Schalteinrichtung --6-- nicht ansteuert. Der Umschaltvorgang vom Netzbetrieb auf den Notstrombetrieb ist damit durchgeführt.
Eine Rückschaltung vom Notstrombetrieb auf den Netzbetrieb wird vorgenommen, wenn die Spannung des Versorgungsnetzes --4-- ihren vorgegebenen Wert wieder erreicht. Hiezu wird das Ausgangssignal des Grenzwertmelders --52--, der eingangsseitig mit dem Spannungsmessfühler-30-für die Schienenspannung verbunden ist, einem Zeitglied --55-- mit Abfallverzögerung zugeführt, dessen verzögertes Ausgangssignal in einem NOR-Glied --56-- mit dem Ausgangssignal des Grenzwertmelders --53-- verknüpft ist.
Wenn die vom Spannungsmessfühler-29-überwachte Netzspannung ihren Nennwert erreicht und für die Verzögerungszeit des Zeitgliedes --55-- nicht wieder unterschreitet, so beeinflusst das Ausgangssignal des NOR-Gliedes --56-- den Befehlsspeicher --49-- derart, dass die Zündimpulse des Steuersatzes --5c-von der Übernahmestufe --5b-- gesperrt werden. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes --56-- setzt auch das Flip-Flop --57-- zurück. Der untere Ausgang des Flip-Flops --57-- führt ein logisches 1-Signal.
Dieses kippt das Flip-Flop --63--, dessen Ausgangssignal den Auslösemechanismus --6d-- der Schalteinrichtung --6-- mit einem 1-Signal ansteuert. Die Schaltkontakte --6a-- werden aufgerissen. Das Ausgangssignal des Flip-Flops --57-- setzt auch das Flip-Flop --59-- zurück, dessen oberer Ausgang nunmehr ein 0-Signal führt. Dieses 0-Signal beeinflusst den Aufzugmechanismus --3c-- der Schalteinrichtung --3-- nicht, da die Schaltkontakte --3a-- bereits geschlossen sind. Sobald der vom Strommess-
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Der Halbleitersteller --25-- übernimmt Strom. Zugleich wird der Aufzugmechanismus --6c-- des Trennschalters --6-- betätigt. Die Schaltkontakte --6a-- werden geschlossen. Das Signal am oberen Ausgang des Flip-Flops --58-- kippt von 1-Signal auf 0-Signal und setzt mit seiner fallenden Flanke das
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Bei der bisher beschriebenen Funktionsweise der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage war davon ausgegangen worden, dass der Halbleitersteller --25-- als Halbleiterschalter verwendet wird. Wenn jedoch dem Halbleitersteller --25-- eine Regeleinrichtung --25d-vorgeschaltet ist, so ist es möglich, durch den Netztransformator --24-- eine Steuerung der Schienenspannung im Normalbetrieb zu erreichen.
Damit kann die sichere. Stromschiene --10-- mit den Verbrauchen-la bis 1c-- sowohl bei überhöhter als insbesondere auch bei abgesenkter Netzspannung mit einer konstanten Schienenspannung gespeist werden. Der Netztransformator --24-- erhöht die Amplitude der Spannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes --4--. Der Halbleitersteller --25-- verringert durch eine Anschnittsteuerung oder eine Pulssteuerung den Effektivwert der Ausgangsspannung des Netztransformators --24--. Hiezu wird seiner Regeleinrichtung --25d-- als Istwert die vom Spannungs- messfühler --28-- erfasste Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- oder die vom Spannungsmessfühler --30-- erfasste Schienenspannung und ein entsprechender Sollwert für die Schienenspannung zugeführt.
Das Filter --2-- siebt die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- und liefert eine weitgehend oberwellenfreie Verbraucherspannung für die Stromschiene-10-. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung können Schwankungen der Spannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes-4-- beispielsweise bis zu 20% ihres Nennwertes ausgeglichen werden. Diese Spannungskonditionierung ist insbesondere für Wechselspannungs-Versorgungsnetze geeignet, bei denen ein vollständiger Spannungsausfall relativ unwahrscheinlich ist, bei denen jedoch mit längeren Spannungsabsenkungen oder auch Spannungsüberhöhungen gerechnet werden muss.
Die Spannungskonditionierung ermöglicht es, dass der Wechselrichter --5-- nicht angefahren werden braucht, solange die Veränderungen der Netzspannung vom Netztransformator --24-- in Verbindung mit dem Halbleitersteller --25-- ausgeregelt werden können. Der Wechselrichter-5-- wird vielmehr nur bei starken Einbrüchen oder einem völligen Ausfall der Netzspannung zur Stromversorgung der Verbraucher herangezogen.
Die Spannungsanhebung durch den Netztransformator --24-- ermöglicht eine optimale Anpassung des Halbleiterstellers --25-- an das speisende Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4--. Neben einer
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Anpassung der Spannungsamplitude kann auch eine Anpassung der Phase oder der Impedanz des Netzes vorgesehen sein. Als Netztransformatoren können Spartransformatoren zur Anpassung der Spannungsamplitude, Schwenktransformatoren zur Anpassung der Phasenlage der Netzspannung oder Streutransformatoren zur Anpassung der Netzimpedanz bzw. als Ersatz für die Kommutierungsinduktivität des Halbleiterstellers vorgesehen sein. Der Halbleitersteller-25-kann je nach der Art des speisenden Netzes als an sich bekannter Drehstromsteller oder als Wechselstromsteller ausgebildet sein.
Die Reihenfolge von Netztransformator --24-- und Halbleitersteller --25-- ist prinzipiell vertauschbar.
Wenn bei der Rückschaltung vom Notstrombetrieb über den Wechselrichter auf den Normalbetrieb ein kurzzeitiger Spannungssprung der Schienenspannung vermieden werden soll, so sind besondere Massnahmen erforderlich, damit die Zündimpulse des Steuersatzes --25cu für das Halbleiterstellglied --25a-- des Halbleiterstellers --25-- bereits im Augenblick der Zuschaltung den richtigen Steuerwinkel aufweisen, um die Schienenspannung konstant zu halten. Die Problematik liegt darin, dass beim Notstrombetrieb die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- nicht als Istwert für die Regelein- richtung-25d-zur Verfügung steht.
Es sind daher besondere Massnahmen erforderlich, um zu gewährleisten, dass dem Steuersatz-25c-bereits vor der Rückschaltung auf das Versorgungsnetz --4-die Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel der Zündimpulse für die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes --25a-- zugeführt wird.
Fig. 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Schaltung, die eine derartige Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse ermöglicht. Die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes - sind über die Sperrstufe-25b-mit den Zündimpulsausgängen des Steuersatzes-25c- verbunden. Die Sperrstufe --25b-- kann beispielsweise eine Anzahl von UND-Gliedern enthalten, die von
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--20u fürdurchführen zu können.
Die Regeleinrichtung --25d-- des Halbleiterstellers --25-- ist als PI-Regler dargestellt. Die Rückführung des Reglers ist von einem elektronischen Schalter-31-überbrückt, beispielsweise von einem FET-Transistor. Der elektronische Schalter --31-- wird von der Steuereinrichtung --20-- gesperrt bzw. stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung-25d-ist eingangsseitig im Istwertkanal mit dem Spannungsmessfühler --28-- für die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers-25-und im Sollwertkanal mit einem Sollwertspannungsgeber --32-- verbunden, beispielsweise einem Einstellpotentiometer. Die
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Verbraucherstrom auf der Stromschiene --10-- beschaltet ist.
Der als Analogrechenverstärker dargestellte Ansteuerungsrechner --34-- errechnet aus diesen Eingangsgrössen die Steuerspannung für den Steuersatz --25c--. Die Ausgangsspannung des Ansteuerungsrechners-34-kann über einen Funktionsgeber --35-geführt sein, mit dessen Kennlinie alle Nichtlinearitäten in der Steuerstrecke ausgeglichen werden. Der Ansteuerungsrechner --34-- errechnet eine Steuerspannung für den Steuersatz-25c-, der eine Korrekturspannung aus der Regeleinrichtung --25d-- vorzeichenrichtig hinzugefügt wird. Im Normalbe-
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genauer der Ansteuerungsrechner-34-- die erforderliche Steuerspannung für den Steuersatz --25c-berechnet.
Bei der Umschaltung auf den Notstrombetrieb wird der elektronische Schalter --31-- stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung --25d-- ist damit kurzgeschlossen und liefert keine Ausgangsspannung.
Der Ansteuerungsrechner-34-bleibt weiterhin in Betrieb und errechnet laufend eine Steuerspannung für den Steuersatz --25c--. Wenn die Spannung des Versorgungsnetzes-4-- wieder ihren Nennwert erreicht hat und für eine vorgegebene Zeitdauer nicht wieder verlässt, bzw. innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt, kann die Umschaltung vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb vorbereitet werden.
Der Ansteuerungsrechner --34-- ermittelt aus der wieder vorliegenden Netzspannung die Steuerspannung für den Steuersatz-25c-. Der Steuersatz --25c-- ist in Betrieb und erzeugt Zündimpulse, die jedoch
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noch von der Sperrstufe --25b-- gesperrt sind. Beim Umschaltbefehl wird die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- an die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes --25a-- durch einen entsprechenden Ansteuerbefehl auf die Sperrstufe --25b-- freigegeben. Ausserdem wird der elektronische Schalter --31-- gesperrt gesteuert, so dass die Regeleinrichtung --25d-- in Eingriff kommt und einen Korrekturwert für den Ansteuerungsrechner --34-- liefert.
Im Augenblick der Zuschaltung des Versorgungsnetzes --4-- weisen die Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- somit einen bereits weitgehend richtigen Zündwinkel auf. Die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- entspricht daher bereits weitgehend ihrem Sollwert. Etwaige Abweichungen werden von der Regeleinrichtung --25d-- anschliessend ausgeregelt.
Die in Fig. 4a dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht ein Rückschaltverfahren vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb, bei dem bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung des Ver- sorgungsnetzes --4-- der Steuersatz --25c-- des Halbleiterstellers --25-- und der Steuersatz-5c-des Wechselrichters --5-- mit der wiedervorliegenden Spannung des Versorgungsnetzes --4-- synchronisiert werden, wobei der Steuersatz --25c-- des Halbleiterstellers --25-- Zündimpulse mit einem voreingestellten Zündwinkel erzeugt.
Nach erfolgter Synchronisierung der beiden Steuersätze--5e und 25c-und der Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- können die Schaltkontakte - 6a-- des mechanischen Trennschalters --6-- geöffnet und der Wechselrichter --5-- stillgesetzt werden.
Sobald der Strom über die Schaltkontakte --6a-- des Trennschalters --6-- einen vorgegebenen Wert unterschreitet, vorzugsweise zu Null wird, wird die Weitergabe der Zündimpulse mit voreingestelltem Zündwinkel vom Steuersatz --25c-- an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes --25a-freigegeben. Der Strom kann daher unverzüglich aus dem Versorgungsnetz --4-- über den Netztransformator --24--, den mit den Zündimpulsen mit voreingestelltem Zündwinkel angesteuerten Halbleitersteller - und die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- des Trennschalters --3-- und weiterhin über das Filter --2-- in die Stromschiene --10-- fliessen.
Fig. 4b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Ansteuerungsrechners-37--. Der digitale
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digitalisierte Messwert wird einem Rechner --37d-- eingegeben, dessen Programmspeicher mit --37e-bezeichnet ist. Der Rechner --37d-- ermittelt nach einem ihm vorgegebenen Programm aus den Messwerten für die Netzspannung und den Strom auf der Stromschiene --10-- einen digitalen Wert für den erforderlichen Zündwinkel. Dieser Wert wird in einem Digital-Analog-Wandler --37f-- in eine analoge Spannung umgesetzt, welche die Steuerspannung für den Steuersatz --25c-- darstellt. Am unteren Ausgang des Rechners --37d-- erscheint ein Taktsignal zur Steuerung des Multiplexers --37a--, des analogen Speichers --37b-- und des Analog-Digital-Wandlers --37c--.
Durch eine entsprechende Programmierung des Rechners --37d-- können sämtliche Nichtlinearitäten in der Steuerstrecke berücksichtigt werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass im Normalbetrieb auch für den Wechselrichter --5-in analoger Weise eine Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse seines Steuersatzes --5c-- vorgenommen werden kann. Anstelle eines Messwertes für die Netzspannung wird einem entsprechenden Ansteuerungsrechner ein Messwert für die Batteriespannung zugeführt, vorzugsweise ein laststrombezogener Wert der Batteriespannung. Auch die Übernahmestufe-5b-- kann ebenfalls aus UND-Gliedern aufgebaut sein, die von einem Signal der Steuereinrichtung --20-- durchlässig bzw. gesperrt gesteuert
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Leistungsniveau durchführen zu können.
Bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage ist das Filter --2-- so angeordnet, dass es sowohl die Ausgangsspannung des Wechselrichters --5-- wie auch die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- siebt. Durch diese Anordnung des Filters --2-- besteht jedoch die Möglichkeit, dass bei einem Defekt in einem der Verbraucher --la bis lu-der Anstieg des Kurzschlussstromes über das Filter --2-- so stark gedämpft wird, dass die dem defekten Verbraucher vorgeschalteten
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Sicherungen nicht oder zumindest nicht schnell genug auslösen. Im defekten Verbraucher können dadurch Folgeschäden auftreten. Wenn die dem defekten Verbraucher vorgeschalteten Sicherungen nicht schnell genug auslösen, kann auch ein länger andauernder Einbruch der Schienenspannung auf der sicheren Stromschiene --10-- erfolgen.
Ein derartiger, länger andauernder Einbruch der Schienenspannung kann bereits Schäden in den übrigen Verbrauchern hervorrufen, insbesondere Störungen im Programmablauf von Datenverarbeitungsanlagen.
Um ein schnelles und sicheres Ansprechen der den Verbrauchern vorgeschalteten Sicherungen zu gewährleisten, ist bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage die Scahlteinrichtung --9-- zwischen dem Filter --2-- und der Stromschiene --10-- und die weitere
Schalteinrichtung --14-- zwischen dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- und der Stromschiene - vorgesehen. Bei einem Defekt in einem der Verbraucher --la bis lc--, beispielsweise im Verbraucher --la--, wird die vom Spannungsmessfühler-30-erfasste Sehienenspannung abfallen, ohne dass eine gleichzeitige Störung der Netzspannung vorliegt. Dies wird als Kriterium dafür gewertet, dass einer der Verbraucher defekt ist oder dass eine Störung im Filter --2--, im Halbleitersteller --25-- oder im Netztransformator --24-- vorliegt.
Es werden nun sofort die Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung - geöffnet und die weitere Schalteinrichtung --14-- wird stromdurchlässig gesteuert. Die Stromschiene - ist damit unmittelbar auf das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- geschaltet. Jetzt bildet sich ein Kurzschlussstrom mit sehr steilem Stromanstieg aus, der die dem defekten Verbraucher --la-vorgeschalteten Sicherungen --lla, llb-- auslöst und damit den defekten Verbraucher --la-- abschaltet.
Falls ein Defekt in einem der Verbraucher, nicht aber im Filter --2--, im Halbleitersteller --25-- oder im Netztransformator --24-- vorliegt, kehrt anschliessend die Schienenspannung auf ihren Nennwert zurück und es kann wieder auf die normale Netzeinspeisung über den Netztransformator --24--, den Halbleitersteller --25-- und das Filter --2-- rückgeschaltet werden. Liegt jedoch ein Defekt im Netztransformator - oder im Halbleitersteller --25-- vor, so wird die Stromschiene --10-- weiterhin unmittelbar aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- über die Schalteinrichtung --14-- gespeist, wobei gegebenenfalls der Wechselrichter --5-- für den Notstrombetrieb angefahren werden kann, wenn die Netzspannung zusammenbricht.
Bei einem Defekt im Filter --2-- bleibt die Stromschiene --10-- bis zur Beseitigung dieses Defektes über die Schalteinrichtung --14-- mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz--4-verbunden. Bei einem Zusammenbruch der Netzspannung ist dann allerdings keine sichere Stromversorgung der Verbraucher mehr gewährleistet. Berechnungen haben jedoch gezeigt, dass ein gleichzeitiger Defekt im Filter --2-- und ein Zusammenbruch der Netzspannung äusserst unwahrscheinlich ist.
Bei der Rückschaltung von der unmittelbaren Netzeinspeisung über die Schalteinrichtung--14-- auf die für den Normalbetrieb vorgesehene Einspeisung über den Netztransformator --24--, den Halbleitersteller --25-- und das Filter --2-- ist darauf zu achten, dass bei der Rückschaltung auf das entladene Filter --2-- kein unzulässig grosser Stromstoss hervorgerufen wird. Hiezu kann die Rückschaltung wie folgt ablaufen :
Bei einer unmittelbaren Einspeisung vom Versorgungsnetz --4-- auf die Stromschiene --10-- sind die Schaltkontakte --14a-- geschlossen und das Stellglied --14b-- der Schalteinrichtung --14-- ist stromdurchlässig gesteuert und verbindet die Stromschiene --10-- über die geschlossenen Schaltkontakte - unmittelbar mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4--.
Der Wechselrichter --5-- befindet sich in der Bereitschaftsstellung und ist damit nicht in Betrieb. Der Rückschaltvorgang wird durch eine Ansteuerung des Halbleiterstellers --25-- eingeleitet. Die Steuereinrichtung --20-- steuert in Verbindung mit der Regeleinrichtung --25d-- den Halbleitersteller --25-- so, dass die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- der Schalteinrichtung --9-- im Ausgang des Filters --2-- zu Null wird. Jetzt werden die Schaltkontakte --9a-- geschlossen und unmittelbar anschliessend wird durch entsprechende Ansteuerung des Halbleiterstellers --25-- über seinen Steuersatz --25c-- und seine Regeleinrichtung --25d-- die Stromstärke im Filter --2-- auf den Wert der Stromaufnahme der Stromschiene --10-- gebracht.
Die Schaltkontakte --14a-- der Schalteinrichtung --14-- werden durch Ansteuerung des Auslösemechanismus - geöffnet und das Stellglied --14b-- der Schalteinrichtung --14-- wird in Sperrung gesteuert, sobald sein Strom zu Null oder zumindest so klein geworden ist, dass beim Sperren der Schalteinrichtung - kein unzulässig hoher Stromstoss auf das Filter --2-- erfolgt.
Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Rückschalteinrichtung Die Rückschalteinrichtung - ist eingangsseitig mit dem Messfühler --29-- für die Spannung des Wechselspannungs-Versorgungs-
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netzes --4--, dem Spannungsmessfühler --30-- für die Schienenspannung und mit dem Strommessfühler - für den Strom über die Schalteinrichtung --14-- verbunden. Ein Grenzwertmelder --71-- erzeugt ein logisches 1-Signal bei einer unzulässigen Abweichung der Netzspannung. Ein weiterer Grenzwertmelder - erzeugt ein logisches 1-Signal bei einer unzulässigen Abweichung der Schienenspannung.
Ein dritter Grenzwertmelder --73-- erzeugt ein logisches 1-Signal, wenn der vom Strommessfühler --36-- erfasste Strom über die Schalteinrichtung --14-- einen vorgegebenen Wert unterschreitet, der so gewählt ist, dass beim Öffnen der Schaltkontakte --14a-- kein unzulässig hoher Stromstoss auf das Filter erfolgen kann.
Bei einem Einbruch der Netzspannung und einem gleichzeitigen Einbruch der Schienenspannung steuert das Ausgangssignal eines UND-Gliedes --74-- mit einem logischen 1-Signal die Übernahmestufe - des Wechselrichters für die Zündimpulse des Steuersatzes --5c-- durchlässig. Der Wechselrichter - wird gestartet und übernimmt die Notstromversorgung der Stromschiene-10-. Dieser Betriebsfall wurde bereits erörtert.
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und gegebenenfalls ein weiteres 1-Signal vom Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- an, das anzeigt, dass der Wechselrichter nicht in Betrieb ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes --76-- steuert den Auslösemechanismus --9d-- der Schalteinrichtung --9-- an und öffnet damit die Schaltkontakte --9a--.
Gleichzeitig wird über eine Befehlslogik-86-der Zündimpulsgenerator-14e-für das Halbleiterstell- glied --14b-- der Schalteinrichtung --14-- voll angesteuert. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes --76-erregt ausserdem eine Zeitstufe --77--, die ausgangsseitig ein Dauersignal erzeugt. Das Ausgangssignal der Zeitstufe --77-- beeinflusst über ein weiteres UND-Glied --81-- die Regeleinheit --25d-- derart, dass diese eine Spannungsregelung für den Halbleitersteller --25-- über dessen Steuersatz --25c-- durchführt, um die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- der Schalteinrichtung --9-- zu Null zu machen.
Das Ausgangssignal der Zeitstufe --77-- erregt eine weitere Zeitstufe --78--, deren Ansprechverzögerung derjenigen Zeitdauer entspricht, die erforderlich ist, um die Spannung über den Schaltkontakten --9a-zu Null zu machen. Anstelle der Zeitstufe --78-- könnte beispielsweise auch eine logische Verknüpfung mit einem entsprechenden Rückmeldesignal vorgesehen sein. Das Ausgangssignal der Zeitstufe --78-- steuert die Schaltkontakte --9a-- über den Aufzugmotor-9c-- stromdurchlässig und schaltet die Regeleinheit --25d-- des Halbleiterstellers --25-- auf eine normale Lastregelung um. Der mit dem Spannungsmessfühler - beschaltete Eingang für die Spannungsregelung wird gesperrt. Die Regeleinheit --25d-- steuert den Halbleitersteller --25-- über seinen Steuersatz --25c-- auf volle Lastübernahme.
Die Speisung der Stromschiene --10-- über die Schalteinrichtung --14-- wird abgelöst durch die Speisung über den Halbleitersteller --25--. Wenn der Strom in der Schalteinrichtung --14-- den : im Grenzwertmelder --73-- vorgegebenen Wert unterschreitet, erzeugt dieser ein 1-Signal. Dieses steuert ein weiteres UND-Glied - durch, dessen Ausgangssignal den Zündimpulsgenerator-14e-- für das Stellglied --14b-- sperrt und die Schaltkontakte --14a-- über den Auslösemechanismus --14d-- öffnet. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer können die Schaltkontakte --14a-- durch Ansteuerung des Aufzugmechanismus --14c-- wieder geschlossen werden.
Der mechanische Trennschalter in der Schalteinrichtung --14-- wäre prinzipiell nicht erforderlich, da die Zuschaltung und Abschaltung des Stromes über die Schalteinrichtung --14-- alleine durch entsprechende Steuerung des Halbleiterschalters --14b-- vorgenommen werden kann. Der mechanische Trennschalter erweist sich jedoch für Wartungsarbeiten als zweckmässig. Ausserdem kann eine einfachere Beschaltung des Halbleiterschalters --14b-- vorgesehen werden. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit einer schnellen und definierten Stromunterbrechung in der Schalteinrichtung --14--.
Auch der Halbleiterschalter --9b-- ist prinzipiell nicht erforderlich. Er kann entweder ständig angesteuert oder zusammen mit der Ansteuerung des Auslösemechanismus --9d-- bzw. des Aufzugmechanismus --9c-- gesperrt bzw. durchlässig gesteuert werden. Der Halbleiterschalter --9b-- kann jedoch Schutzmassnahmen übernehmen.
In der dargestellten Rückschalteinrichtung --21-- ist noch eine Meldeeinrichtung mit einer Anzeige - vorgesehen. Wenn der Strom den im Grenzwertmelder-73-- vorgegebenen Wert aufgrund eines Defektes nicht unterschreitet, obwohl die für die Spannungsabsteuerung über den Schaltkontakten --9a--
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vorgesehene Zeitdauer bereits überschritten ist, stösst das in einer Umkehrstufe --82-- invertierte 0-Signal des Grenzwertmelders --73-- über ein UND-Glied --83-- eine Zeitstufe --84-- an, deren Ausgangssignal eine Anzeige --85-- zur Abgabe einer Störungsmeldung veranlasst.
Derartige Meldeeinrichtungen können in entsprechend abgewandelter Form auch für andere Signale in der Rückschalteinrichtung vorgesehen werden.
Eine weitere Möglichkeit, ein schnelles und sicheres Ansprechen der Sicherungen zu gewährleisten, besteht darin, dass ebenfalls ständig die Netzspannung und die Schienenspannung bezüglich unzulässiger Abweichungen überwacht werden. Bei einer unzulässigen Abweichung der Schienenspannung und einer gleichzeitig innerhalb ihrer Toleranzwerte liegenden Netzspannung wird der Filterausgang wiederum durch die Schalteinrichtung --9-- von der Stromschiene --10-- getrennt und die Stromschiene --10-- wird über die Schalteinrichtung --14-- unmittelbar auf das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- geschaltet.
Jetzt kann sich ein Kurzschlussstrom mit sehr steilem Stromanstieg aufbauen, der die Sicherungen vor dem defekten Verbraucher hinreichend rasch zur Auslösung bringt. Der Spannungseinbruch an der Stromschiene dauert somit nur eine äusserst kurze Zeitspanne, während der die übrigen Verbraucher noch nicht gestört werden. Sobald der gestörte Verbraucher über die ausgelösten Sicherungen von der Stromschiene --10-- getrennt ist, erreicht die Schienenspannung wieder ihren Nennwert. Nun kann die Rückschaltung auf die Stromversorgung über den Netztransformator --24--, den Halbleitersteller --25-und das Filter --2-- in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten vorgenommen werden.
Zunächst wird das Filter --2-- eingangsseitig durch Öffnen der Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und gegebenenfalls durch Sperren des Halbleiterstellers --25-- vom Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-getrennt. Der Wechselrichter --5-- wird auf Spannungsabgabe gesteuert und über die Schaltkontakte - der Schalteinrichtung --6-- auf den Eingang des Filters --2-- geschaltet, bis die Energiespeicher (Drosselspulen, Kondensatoren) im Filter --2-- aufgeladen sind. Erst jetzt wird der Ausgang des Filters - -2-- durch Schliessen der Schaltkontakte --9a-- und durch Ansteuerung des Halbleiterschalters --9b-der Schalteinrichtung --9-- erneut auf die Stromschiene --10-- geschaltet.
Die Energieversorgung der Stromschiene --10-- erfolgt jetzt parallel aus dem Netz --4-- über die Schalteinrichtung --14-- und aus dem Wechselrichter --5-- über das Filter --2--. Der Wechselrichter --5-- wird auf Leistungsabgabe gesteuert. Sobald der Wechselrichter --5-- die volle Verbraucherleistung übernommen hat, wird die Schalteinrichtung --14-- stromsperrend gesteuert und damit die Schiene --10-- vom Netz --4-- getrennt.
Dieser Zustand entspricht dem Notstrombetrieb, von dem aus in der bereits beschriebenen Weise auf die Einspeisung über den Netztransformator --24-- und den Halbleitersteller --25-- zurückgeschaltet werden kann. Durch Schliessen der Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und durch entsprechende Ansteuerung des Halbleiterstellers --25-- mit Zündimpulsen mit vorzugsweise voreingestelltem Zündwinkel erfolgt die Energieversorgung der Schiene --10-- dann wieder aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz
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--24--,richter --5-- wird stillgesetzt und in den Bereitschaftsbetrieb überführt. Durch diese Art der Rückschaltung wird ebenfalls ein unzulässiger Stromstoss auf das Filter vermieden, der auftreten könnte, wenn das entladene Filter --2-- ohne die beschriebenen Massnahmen zugeschaltet würde.
Fig. 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer andern Rückschalteinrichtung --21'--. Eingangsseitig ist ein Spannungsmessfühler-29-für die Spannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes --4--, ein
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die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- im Ausgang des Filters --2-- angeschlossen. Die Signale dieser Spannungsmessfühler beaufschlagen drei Grenzwertmelder --92, 93 und 94--, die logische Signale abgeben. Die beiden Grenzwertmelder --92 und 93-- erzeugen jeweils ein logisches 1-Signal, wenn die überwachte Spannung innerhalb ihrer vorgegebenen Toleranzen liegt. Bei unzulässigen Abweichungen der jeweils überwachten Spannung wird ein logisches 0-Signal abgegeben.
Der dritte Grenzwertmelder --94-erzeugt ein 1-Signal, wenn die Spannung über den Kontakten --9a-- der Schalteinrichtung --9-- zu Null wird.
Bei ordnungsgemäss anstehender Netzspannung und gleichzeitig ordnungsgemäss anstehender Schienenspannung stehen an den Eingängen eines UND-Gliedes --95-- ein logisches 1-Signal vom Grenzwertmelder --92-- und ein logisches 0-Signal an, da das 1-Signal des Grenzwertmelders --93-invertiert wird. Das UND-Glied --95-- ist gesperrt. Die Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung --9-sind geschlossen und der Halbleiterschalter --9b-- ist durchlässig gesteuert. Die Schalteinrichtung --14--
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ist gesperrt gesteuert, wobei die Schaltkontakte --14a-- geschlossen und der Halbleiterschalter --14b-- gesperrt ist.
Bei einer unzulässigen Abweichung der Schienenspannung und gleichzeitiger ordnungsgemäss anstehender Netzspannung erscheinen an beiden Eingängen des UND-Gliedes --95-- logische 1-Signale.
Das Ausgangssignal des UND-Gliedes --95-- wechselt auf 1-Signal und setzt ein Flip-Flop --96--. Der Wechsel von 0-Signal auf 1-Signal am Ausgang des Flip-Flops --96-- erzeugt in einer nachgeschalteten monostabilen Kippstufe --97-- einen Steuerimpuls für den Auslösemechanismus --9d-- der Schalteinrichtung --9-- und einen Einschaltbefehl für die Schalteinrichtung --14--. Die Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung --9-- werden vom Auslösemechanismus --9d-- geöffnet. Die Schalteinrichtung-14wird durch Ansteuerung des Halbleiterschalters --14b-- vom Zündimpulsgenerator --14e-- durchlässig gesteuert. Die Stromschiene --10-- ist jetzt unter Umgehung des Filters --2-- unmittelbar auf das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- geschaltet.
Es bildet sich ein Kurzschlussstrom mit steilem Stromanstieg aus.
Es wird angenommen, dass die Schienenspannung auf ihren Nennwert zurückkehrt, nachdem der gestörte Verbraucher durch Auslösen der ihm vorgeschalteten Sicherungen von der Stromschiene --10-getrennt ist. Das Ausgangssignal des Grenzwertmelders --93-- für die Schienenspannung wechselt wieder auf ein logisches 1-Signal, das in ein 0-Signal invertiert wird. Wenn kein Defekt im Filter --2-- vorliegt, gibt der Grenzwertmelder --38-- für die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- ein logisches 1-Signal ab. Ein weiteres UND-Glied --98-- mit einem invertierenden Eingang wird von diesen Signalen durchgesteuert und setzt ein weiteres Flip-Flop --99--.
Der Wechsel von 0-Signal auf 1-Signal am Ausgang des Flip-Flops --99-- erzeugt in einer nachgeschalteten monostabilen Kippstufe ---100-- einen Steuerimpuls für den Auslösemechanismus --3d-- der Schalteinrichtungen --3-- und für den Aufzugmechanismus --6c-- der Schalteinrichtung --6--, sofern deren Schaltkontakte --6a-- nicht bereits geschlossen sind. Der Steuerimpuls beeinflusst auch die Übernahmestufe --5b-- des Wechselrichters --5--.
Dieser Steuerimpuls der monostabilen Kippstufe --100-- öffnet über den Auslösemechanismus --3d-- die Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und steuert über den Aufzugmotor --6c-- die Schaltkontakte --6a-- der Schalteinrichtung --6-- geschlossen. Weiterhin wird der Wechselrichter durch
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verzögerten Impuls, der aus Sicherheitsgründen in einem weiteren UND-Glied --102-- mit einem Signal vom Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- konjunktiv verknüpft wird, das die ordnungsgemässe Funktion des Wechselrichters anzeigt.
Nach einer weiteren Verzögerung durch ein weiteres Zeitglied
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daraufhin die Schaltkontakte --9a-- schliesst. Da das Filter --2-- über die Schalteinrichtung --6-- bereits vom Wechselrichter --5-- aufgeladen ist, entsteht beim Schliessen der Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung --9-- kein unzulässig hoher Stromstoss.
Nach einer weiteren Verzögerung durch ein Zeitglied --104-- und einem im UND-Glied --105-- konjunktiv verknüpften 1-Signal vom Grenzwertmelder --94--, das anzeigt, dass die Spannung am Filterausgang ihren Nennwert erreicht hat und somit auch die volle Leistungsübernahme durch den Wechselrichter anzeigt, wird die Schalteinrichtung --14-- gesperrt,
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--14a-- überAufzugmechanismus --3c-- geschlossen und der Halbleitersteller --25-- wird in der bereits beschriebenen Weise über seine Sperrstufe durchlässig gesteuert. Der Wechselrichter --5-- wird stillgesetzt und in den Bereitschaftsbetrieb überführt, indem die Weitergabe der Zündimpulse seines Steuersatzes --5c-- an die gesteuerten Wechselrichterventile von der Übernahmestufe --5b-- gesperrt wird.
Die beiden Flip-Flops - 96 und 99-- werden in ihre Ausgangslage von einem Impuls rückgesetzt, der von einem Zeitglied --106-verzögert wird. Der Impuls vom Zeitglied --106-- steuert auch den Aufzugmechanismus --14c-- an und bewirkt, dass die Schaltkontakte --14a-- geschlossen werden.
Den beiden beschriebenen Einrichtungen zum Rückschalten von einer unmittelbaren Speisung der Stromschiene --10-- über die Schalteinrichtung --14-- auf den Normalbetrieb aus dem Versorgungsnetz
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--24--,dass zunächst das Filter --2-- entweder vom Versorgungsnetz --4-- oder vom Wechselrichter-5aufgeladen wird, bevor der Ausgang des Filters --2-- auf die Stromschiene --10-- geschaltet wird.
Aus den beiden beschriebenen Einrichtungen zum Rückschalten ergibt sich, dass die Schalteinrichtungen --9 und 14-- im Prinzip einfacher aufgebaut sein können. Bei der Schalteinrichtung --9-kann der Halbleiterschalter-9b, 9e-und bei der Schalteinrichtung --14-- kann der mechanische Trennschalter --14a, 14c, 14d-- entfallen. Wesentlich ist, dass der Filterausgang durch Öffnen der Schaltkontakte --9a-- sehr schnell von der Stromschiene --10-- getrennt und dass die Stromschiene --10-durch Ansteuerung des Halbleiterschalters --14b-- sehr schnell auf das Versorgungsnetz --4-- geschaltet werden kann, damit sich im defekten Verbraucher oder Filter ein Kurzschlussstrom mit steilem Stromanstieg ausbilden kann, der die Sicherungen des defekten Verbrauchers auslöst.
Für die Rückschaltung sind prinzipiell keine schnellen Schaltvorgänge erforderlich, jedoch soll der Ablauf der Schaltvorgänge zur Aufladung des Filters --2-- und zur anschliessenden Zuschaltung des Filters --2-- auf die Stromschiene
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über das Filter --2--, die Stromschiene --10-- zurück zum Netz --4-- zu verhindern. Der Halbleiterschalter --9b-- und der mechanische Trennschalter-14a, 14c, 14d-können zweckmässigerweise zu Schutzfunktionen herangezogen werden. Dies gilt auch für die Schalteinrichtung --6--.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Umschaltung auf eine direkte Netzeinspeisung und die Rückschaltung nach vorheriger Aufladung des Filters --2-- auch dann von Bedeutung ist, wenn auf den Netztransformator --24-- und bzw. oder den Halbleitersteller --25-- verzichtet wird, weil keine Konditionierung der Netzspannung im Normalbetrieb vorgesehen ist. In diesem Falle wird die Rückschaltung angewendet, bei der das Filter vom Wechselrichter aufgeladen wird.
Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage besteht darin, dass im Normalbetrieb die Aufladung des Akkumulators --7-- mit gutem Wirkungsgrad und geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand möglich ist. Da im Normalbetrieb die gesteuerten Ventile im Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- nicht mit Zündimpulsen beaufschlagt sind, lässt sich eine Ladeeinrichtung realisieren, die den Stromrichtertransformator --8--, eine Gleichrichterschaltung und eine Einrichtung zur Einstellung des Ladestroms im Ladebetrieb umfasst.
Die netzseitige Wicklung des Stromrichtertransformators --8-- ist im Normalbetrieb über die geschlossenen Schaltkontakte --6a-- der Schalteinrichtung --6--, über die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und über den durchlässig gesteuerten Halbleitersteller --25--, sowie über den Netztransformator --24-- an das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- angeschlossen. Hiedurch entfällt die Notwendigkeit eines eigenen Ladetransformators für ein Ladegerät.
Um den Akkumulator --7-- im Normalbetrieb auf volle Spannung aufzuladen, müsste an die netzseitige Wicklung des Stromrichtertransformators --8-- eine höhere Spannung angelegt werden, als im Notstrombetrieb vom Wechselrichter --5-- erzeugt wird. Eine derartige höhere Wechselspannung steht jedoch im Normalbetrieb nicht zur Verfügung. Es ist daher vorgesehen, entweder den Akkumulator --7-- aus zwei Teilakkumulatoren aufzubauen, die im Normalbetrieb parallelgeschaltet und im Notstrombetrieb in Reihe geschaltet werden. Eine andere Variante besteht darin, dass der Wechselrichtertransformator --8-- mit stromrichterseitigen Zusatzwicklungen versehen wird. In beiden Fällen ist eine Aufladung des Akkumulators --7-- auf seine volle Spannung mit der üblichen Spannung des Wechselspannungs-Versorgungs- netzes --4-- möglich.
Besonders vorteilhaft lässt sich der Ladebetrieb gestalten, wenn der Wechselrichter --5-- als Parallelwechselrichter ausgebildet ist. Ein Parallelwechselrichter weist Brückenzweige mit gesteuerten Hauptstromventilen und Brückenzweige mit antiparallel geschalteten Rückstromventilen auf, wobei die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Rückstromventilen jeweils an Endanschlüssen oder an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung des Stromrichter-Transformators liegen. Die aus den Rückstromventilen aufgebaute Gleichrichterschaltung kann im Ladebetrieb zur Aufladung des Akkumulators benutzt werden.
Hiedurch wird der Aufwand an benötigten Ventilen entscheidend verringert. Wenn beispielsweise in einem Parallelwechselrichter Rückstromdioden als Rückstromventile vorgesehen sind, so bilden diese eine ungesteuerte Gleichrichterschaltung. Es ist jedoch auch möglich, gesteuerte Ventile, insbesondere Thyristoren, als Rückstromventile in einem Parallelwechselrichter einzusetzen. Im Notstrombetrieb werden diese steuerbaren Rückstromventile ständig mit Zündimpulsen angesteuert. Im Ladebetrieb werden die
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gesteuerten Rückstromventile wie bei einer gesteuerten Gleichrichterschaltung mit einer Anschnittsteuerung oder einer Pulssteuerung angesteuert.
Im Ladebetrieb kann der Zündwinkel der Zündimpulse für die gesteuerten Rückstromventile insbesondere von einer Laderegeleinrichtung nach beliebigen Ladekennlinien bestimmt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage eines Wechsel- oder Drehstromverbrauchers, bestehend aus mindestens einer mit einem Wechsel- oder Drehspannungsnetz als Normalbetriebsnetz verbundenen Netzschalteinrichtung und einer mit einem aus einem statischen Stromrichter und aus einer Batterie bestehenden Notbetriebsnetz verbundenen Wechselrichterschalteinrichtung, an welche beiden Betriebsnetze über die von einem Steuerwerk gesteuerten Schalteinrichtungen der Wechselstromverbraucher geschaltet wird, und weiters aus mindestens zwei Regeleinrichtungen, von denen eine dem Steuersatz des Stromrichters als Spannungsregler vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuersatz (5c) und den gesteuerten Leistungsventilen (5a)
des Stromrichters eine elektronische Übernahmeeinheit (5b) geschaltet ist, die aus einer bei Normalbetrieb ansprechenden Sperreinrichtung für die Zündimpulse des auch im Normalbetrieb laufenden und von einer Steuerspannung einstellbaren Steuersatzes (5c) und einer bei Notbetrieb ansprechenden Durchschalteinrichtung für die Zündimpulse besteht, und dass dem Verbraucher (la bis le ; 10) ein als Siebstufe und Energiespeicher dienendes Filter (2) vorgeschaltet ist, dessen Filtereingang bei Normalbetrieb über die Netzschalteinrichtung (3) an das Normalbetriebsnetz (4) bzw. bei Notbetrieb über die Wechselrichterschalteinrichtung (6) an den Ausgang des Stromrichters (5) geschaltet ist.
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The invention relates to a circuit arrangement for an uninterruptible power supply system of an alternating or three-phase current consumer, consisting of at least one network switching device connected to an alternating or three-phase voltage network as the normal operating network and an inverter switching device connected to an emergency operating network consisting of a static converter and a battery, to which the AC consumer is switched on both operating networks via the switching devices controlled by a control unit, and furthermore from at least two control devices, one of which is connected upstream of the converter control set as a voltage regulator.
In known uninterruptible emergency power supply systems with inverters, the consumer is continuously fed via an inverter which is connected to a battery, which in turn is connected to a supply network via a charger and a charging transformer. If the supply network fails, the consumer continues to be fed from the battery via the inverter without interruption. The charger is dimensioned in such a way that it can simultaneously deliver the full consumer current and recharge the battery after a power failure. The charger is therefore relatively large. The efficiency of the entire emergency power supply system is poor due to the constant two-fold energy conversion in normal operation.
The invention is based on the object of creating an uninterruptible emergency power supply system with an inverter, which has a better efficiency.
According to the invention, this object is achieved in that an electronic transfer unit is connected between the control set and the controlled power valves of the converter, which consists of a blocking device, which responds during normal operation, for the ignition pulses of the control set, which also runs in normal operation and can be set by a control voltage, and a switching device which responds during emergency operation for the ignition pulses, and that the consumer is preceded by a filter serving as a sieve stage and energy store, the filter input of which is connected to the normal operating network during normal operation via the mains switching device or to the output of the converter in emergency operation via the inverter switching device.
In the case of the uninterruptible emergency power supply system according to the invention, the inverter is not activated during normal operation. The consumer is charged from the AC voltage supply network via a filter. However, the control rate and the control device of the inverter are already working in normal operation. The transmission of the ignition pulses to the controlled inverter valves is, however, blocked in normal operation. The constant operation of the tax rate and the control device results in only low operating costs. Losses and noises in the power section of the inverter, in particular from transformers and chokes, do not occur during normal operation.
In the event of a breakdown or an impermissible drop in the voltage of the AC voltage supply network, the filter input is disconnected from the supply network by the mains switch and the inverter is started by releasing the ignition pulses and controlled for power output. The consumer is now supplied with energy from the battery via the inverter and the filter. The filter thus has a multiple function. In normal operation, it screens the high and low frequency disturbances of the mains voltage. In emergency power mode, the filter filters the output voltage of the inverter. When switching from normal operation to emergency power operation and back to normal operation, the energy stored in the filter elements bridges the switching pauses.
A significant improvement in the operating behavior of an uninterruptible power supply system equipped with the circuit arrangement according to the invention is achieved in that the network switching device is connected to the normal operating network via a network transformer and a semiconductor controller, the semiconductor controller having a controlled semiconductor actuator with a control unit and the further voltage device connected upstream of it. This embodiment of the invention is particularly advantageous for supply networks in which a complete voltage failure is relatively unlikely, but in which longer voltage drops or voltage increases must be expected.
The mains voltage can be conditioned here, the mains transformer increasing the amplitude of the mains voltage and the downstream semiconductor controller reducing the output voltage of the mains transformer by means of a gate control or a pulse control. The filter filters the output voltage of the semiconductor controller and supplies the consumer with a voltage that is largely free of harmonics. This can cause fluctuations in the mains voltage of
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for example, up to 20% of the nominal value can be offset. Within the fluctuations in the mains voltage, which can be regulated by the mains transformer and the semiconductor controller, the inverter does not need to be switched on for the emergency power supply of the consumer.
Rather, the inverter is only used for the emergency power supply of the consumer in the event of severe dips in the mains voltage that exceed the control range of the mains conditioning. The order of the mains transformer and the semiconductor controller can in principle be interchanged.
If in such an embodiment of a circuit arrangement according to the invention for an uninterruptible power supply system from emergency power operation is to be switched back to normal operation via the inverter, the problem arises that the control device of the semiconductor controller needs a certain period of time to bring the output voltage of the controller to the nominal value of the consumer voltage regulate. This can be improved if a further blocking device for the ignition pulses of the control set, which also works in emergency operation, is connected to the controlled valves of the semiconductor actuator between the control set and the semiconductor actuator of the semiconductor controller, and if a control device for generating a control voltage in emergency operation is also connected Tax rate is upstream.
A control computer can be provided as a particularly fast control device, by means of which a calculated control voltage is fed to the control set at least shortly before switching back from emergency operation to normal operation.
The described configuration of the circuit arrangement according to the invention for an uninterruptible power supply system enables the following operating method:
In normal operation, the consumer is fed from the AC voltage network as the normal operating network via the network transformer, the preferably voltage-regulated semiconductor controller, the closed network switching device and the filter. Fluctuations in the mains voltage within the control range of the mains conditioning are regulated by the mains transformer in cooperation with the semiconductor controller.
In the event of a complete failure or a severe drop in the mains voltage, the filter input is disconnected from the normal operating network and switched to the converter as an emergency operating network. The converter is started by releasing the ignition pulses of its tax rate and controlled to output power.
When a sufficient mains voltage returns, the control rate of the semiconductor controller is synchronized with the voltage of the supply network and the ignition angle for the ignition pulses is preset. The inverter is then shut down and switched off from the filter input via the inverter switching device. The mains switching device is closed and the semiconductor controller is controlled so that it is permeable with ignition pulses that have the preset ignition angle.
In an uninterruptible power supply system in which a consumer is fed via a filter both in normal operation and in emergency power operation, there is the problem that, in the case of a consumer with upstream fuses, if the consumer is defective, the short-circuit current is dampened so much by the filter that the fuses upstream of the consumer do not trip, or at least not trip quickly enough. Serious consequential damage can result in the defective consumer.
This can be prevented by arranging the third switching device between the output of the filter and the consumer and the fourth switching device between the normal operating network and the consumer, with a monitoring device assigned to at least the third and fourth switching device in the event of an impermissible deviation in the consumer voltage and with simultaneous proper mains voltage, the third switching device between filter and consumer is blocked and the fourth switching device between network and consumer is current-permeable. The monitoring device detects a defect in the consumer or in the filter due to a drop in the consumer voltage while the correct mains voltage remains unchanged.
The monitoring device immediately switches the consumer over to an immediate mains supply. A short-circuit current with a very steep increase in current can now develop, which triggers the fuse upstream of the defective consumer and thus switches off the defective consumer. This is particularly important when several voltage-sensitive loads are each connected via upstream fuses to a safe busbar, which is connected to an AC voltage supply network via a filter, a semiconductor controller and a network transformer.
If the upstream of a disturbed consumer
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If the fuse is not triggered quickly enough, this results in a prolonged drop in the rail voltage of the safe busbar, which can already cause damage to the other consumers, in particular malfunctions in the program sequence of data processing systems.
If the monitoring device also monitors the voltage at the output of the filter, a distinction can be made as to whether a defect has occurred in one of the loads or a defect in the mains transformer, in the semiconductor controller or in the filter. If the output voltage of the filter does not reach its nominal value despite the correct mains voltage, no switch back to operation via the filter is made. The consumer is then fed directly from the supply network until the defect in the filter, in the network transformer or in the semiconductor controller has been eliminated.
When switching back from the direct mains supply of the consumer to the supply via the filter, it can happen that the energy-storing filter elements are discharged at the moment they are switched on, which results in a large current surge on the filter. In the case of the uninterruptible emergency power supply system according to the invention, this can be avoided by first disconnecting the filter from the network by actuating the mains switch and starting the inverter and controlling it to a power output corresponding to the consumer output. The inverter is switched to the filter via the inverter switch and thereby charges the filter.
After the filter is charged and the inverter supplies the consumer power, the consumer is disconnected from the grid and switched to the filter output. The filter input is disconnected from the inverter by pressing the inverter switch. The inverter is shut down. The power switch is closed.
In such an uninterruptible power supply system, switching devices are required which can interrupt and close a circuit in a very short time. Known electrical switching devices are designed either as fast break contacts or as fast make contacts.
For example, the switching contacts of mechanical disconnectors can be opened very quickly with the help of suitable trigger mechanisms. The closing of the switching contacts of mechanical isolating switches, however, takes considerably longer. On the other hand, semiconductor switches can be controlled very quickly so as to be current-permeable by suitable control or by ignition pulses. It is switched off by blocking the ignition pulses. When the alternating current is switched off, however, it continues to flow until its next natural zero crossing. Direct current can only be interrupted by special extinguishing circuits with forced commutation.
The fast switching devices provided in an uninterruptible power supply system according to the invention are each made up of the series connection of a mechanical isolating switch and a semiconductor controller, with switching control logic being provided which opens the switching contacts of the mechanical isolating switch in the event of a switch-off command and controls the semiconductor controller in blocking and after the current- and / or in the de-energized state controls the switching contacts of the mechanical isolating switch closed again, and which controls the semiconductor switch in a current-permeable manner when a switch-on command is given. In these switching devices, the advantages of mechanical disconnectors and of electronic semiconductor controllers are thus exploited in a novel manner, without the disadvantages becoming effective.
It should also be pointed out that in the inverter switch the controlled valves of the inverter can take over the task of the semiconductor controller, while in the power switch the controlled semiconductor controller can be used as a semiconductor switch.
As a result, the required expenditure on semiconductor switches is decisively reduced.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. FIG. 1 shows a basic illustration of a circuit arrangement according to the invention,
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Circuit which enables the ignition angle of the ignition pulses to be pre-set, FIG. 4b shows an exemplary embodiment of a digital control computer, and FIGS. 5 and 6 show the basic structure of downshift devices.
1 shows a basic illustration of an uninterruptible power supply system according to the invention. Several consumers - la to lc - are via fuses - lla, llb; 12a, 12b; 13a, 13b-- connected to a "safe busbar" --10--. The busbar --10-- is connected to a filter - via a switching device --9--, which consists of a mechanical isolating switch and a
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Semiconductor switch is constructed. The filter - 2 - sifts the high and low frequency disturbances of the mains voltage during mains operation and the output voltage of the inverter during emergency power operation. When switching from mains operation to emergency power operation and back to mains operation, the energy stored in the filter elements bridges the switchover pause.
The filter --2-- is connected on the input side via a switching device --3--, a semiconductor controller --25- and a network transformer --24-- to an alternating voltage supply network --4--. The ignition paths of the controlled valves of the semiconductor final control element --25a-- are connected via a blocking stage --25b - to a control set --25c-- to which a control device --25d-- and a synchronization monitor --25e-- are connected to Synchronization scan --26-- is connected upstream.
The input side of the filter --2-- is also connected via a switching device --6-- and an inverter transformer --8-- to an inverter --5--, to whose DC voltage inputs a DC voltage source --7-- is connected . A rechargeable accumulator can be provided as the DC voltage source. If the inverter is only in operation for a very short time, for example only until an emergency diesel generator starts up, a capacitor can also be provided as a direct voltage source.
The ignition paths of the controlled valves of the power section - 5a-- of the inverter --5-- are connected via a transfer stage --5b-- with a control set --5c - to which a control device --5d-- and a synchronization monitor --5e - is assigned, which in turn is connected to the synchronization tap --26--.
Between the AC voltage supply network --4-- and the safe busbar --10- there is another switching device --14-- which is made up of the series connection of a mechanical isolating switch and a semiconductor switch.
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total consumer current on the safe busbar --10--, as well as a voltage measuring sensor -27- for the output voltage of the inverter --5--, a voltage measuring sensor --28-- for the output voltage of the semiconductor controller --25--, a voltage measuring sensor - -29-- for the AC voltage of the supply network --4-- and a voltage measuring sensor --30-- for rail voltage.
The measured values of these measuring sensors are fed to a central control device --20-- which evaluates these measured values and generates commands for the individual components of the uninterruptible power supply system. Structure and function of the control device --20 - are explained in detail using the following part of the description. Another control device --21-- is used to control the switching devices --9 and 14--.
The uninterruptible power supply system shown in FIG. 1 is characterized by a particularly good degree of efficiency in normal operation. In normal operation, the busbar --10-- is connected via the closed switching contacts --9a-- and the permeable semiconductor controller --9b-- of the switching device --9--, via the filter --2-- and the closed switching contacts - -3a-- the switching device --3-- and via the permeable controlled semiconductor actuator --25a-- from the AC voltage supply network -4--. The inverter --5-- is in a standby position in which its control set --5c-- and its upstream control device --5d-- are already in operation and synchronized with the AC voltage supply network --4--.
The transfer of the ignition pulses of the control rate --5c-- to the controlled valves of the power section --5a-- of the inverter is blocked by the transfer stage --5b--. In the event of a breakdown or an impermissible collapse of the AC voltage supply network --4--, the safe busbar --10-- is disconnected from the AC voltage supply network - by opening the switching contacts --3a-- of the switching device --3--. The power section --5a-- of the inverter --5-- is started in an extremely short time and controlled to full power output. The inverter --5-- takes over the supply of the safe busbar --10-- with the connected consumers --la to 1c-- in emergency power mode.
Compared to known uninterruptible power supply systems, in which the loads are continuously fed in normal operation via an inverter, a battery and a battery charger from an AC voltage supply network, in the uninterruptible power supply system according to the invention there are no losses in normal operation due to the two-time energy conversion in the battery charger and in the inverter. The energy consumption required in the case of the uninterruptible power supply system according to the invention in normal operation for operating the tax rate
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and the control device --5d-- of the inverter --5-- is much smaller and negligible for larger units.
The inventive uninterruptible power supply system also has advantages over known systems in which the inverter works in the standby position in idle mode, the controlled valves of the inverter being activated and its commutation devices being constantly charged and reloaded. In no-load operation, losses amount to around 5% of the nominal power of an inverter.
In the uninterruptible power supply system according to the invention, switching devices are provided for rapid interruption and rapid connection of currents, which consist of the series connection of a mechanical isolating switch and a semiconductor switch. When a switch-off command is given, a control device opens the switching contacts of the mechanical disconnector and controls the semiconductor switch to lock. After the de-energized state has occurred, the switching contacts of the mechanical isolating switch are closed again. When a switch-on command is given, the semiconductor switch is controlled to be conductive. The switching device --9-- contains a series connection of a semiconductor control element --9b-- with the switching contacts --9a-- of a mechanical isolating switch in the load path.
An ignition pulse generator -9e-is assigned to the semiconductor control element -9b-. The mechanical disconnector also contains an elevator mechanism --9c-- and a tripping mechanism --9d--. The switching device --14-- comprises in an analogous manner a mechanical isolating switch with switching contacts --14a--, an elevator mechanism --14c-- and a trigger mechanism --14d--, as well as a semiconductor switch --14b-- with an ignition pulse generator - -14e--.
The switching devices --3 and 6-- are also constructed in an analogous manner. In the switching device --3--, which contains a mechanical isolating switch with switching contacts --3a--, an elevator mechanism --3c-- and a trigger mechanism --3d--, the semiconductor controller --25-- is designed as a semiconductor switch. In the switching device --6--, which contains a mechanical isolating switch with switching contacts --6a--, an elevator mechanism --6c-- and a trigger mechanism --6d--, the inverter --5-- also serves as a semiconductor switch.
The principle of such a fast switching device is explained with reference to Fig. 2, which shows a simplified representation of a detail from Fig. 1 with the switching device --9--. The ignition paths of the controlled valves of the semiconductor switching element -9b- are connected to an ignition pulse generator -9e via a blocking stage -9f. It is assumed that the ignition pulse generator runs continuously and generates ignition pulses. This is useful with the switching device --9--, which is controlled almost continuously to allow current to pass through and is only controlled in a blocked manner in the event of defects in one of the consumers or in the filter. In the case of the switching device --14--, on the other hand, which is only seldom controlled to allow current for a short period of time, it makes sense to only start the ignition pulse generator when a switching command is given. A blocking level can then be dispensed with.
This does not result in any fundamental differences in functionality.
The blocking stage --9f-- contains blocking gates which are controlled by the output signal of a flip-flop --40--. The mechanical isolating switch comprises switching contacts --9a-- as well as an elevator mechanism --9c- and a trigger mechanism --9d--, in particular an eddy current trigger coil. The trigger mechanism --9d-- is connected to a capacitor --42- via an electronic switch --41--, which is charged by a DC voltage source --43--. A battery or, in particular, a rectifier fed with an alternating voltage can be provided as the direct voltage source.
If the electronic switch --41-- is controlled to be current-permeable by an ignition pulse from an ignition pulse generator --44--, the capacitor --42-- discharges via the trip coil --9d-- and causes the switching contacts to open very quickly --9a-- of the mechanical isolating switch. The switching contacts --9a-- are closed by the elevator mechanism --9c--, which can be switched to another DC voltage source --45-- via the auxiliary contact --9g--.
When a relay --46-- is energized and its switching contact --46a-- is closed, the elevator mechanism --9c-- runs until the switching contacts --9a-- are closed and the auxiliary contact --9g- is opened. Closing the switching contacts --9a-- takes a considerably longer time than opening.
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Closed state. In the de-energized state, the transmission of the ignition pulses from the control set -9e- to the semiconductor switching element -9b-- is blocked by the blocking stage -9f--.
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--40-- the semiconductor switching element --9b-- free. The current can flow through the semiconductor switching element, which is controlled to be permeable, and the switching contacts --9a-- of the isolating switch that are already closed.
In the event of a switch-off command OFF, the output signal of the flip-flop --40-- activates the ignition pulse generator --44-- of the electronic switch --41-- via a pulse stage --48-- and thus leaves the trigger coil --9d-des mechanical disconnector respond very quickly. The switching contacts --9a-- are torn open and interrupt the current. When the output signals of the flip-flop --40-- change, the locking gates in the locking stage --9f-- are locked, so that no more ignition pulses reach the controlled valves of the semiconductor actuator --9b--. The current in the semiconductor actuator -9b- also goes out. The switch-off command is delayed by a delay element --47-- by a short period of time, which is dimensioned in such a way that the de-energized and / or de-energized state is definitely achieved.
The delayed switch-off command activates the relay --46 - and thus puts the elevator mechanism into operation. The switching contacts --9a-- are closed. The switching device --9-- is now prepared for a new switch-on command.
With the principle of a fast switching device described in FIG. 2, in the uninterruptible power supply system according to FIG. 1, a quick switchover from mains operation to emergency power operation and back to mains operation can be carried out. For this purpose it is assumed that the switching device --3-- is designed as a mechanical isolating switch and is in series with the semiconductor controller --25-- on the AC voltage supply network --4--, and that the switching device --6- is also a mechanical isolating switch is designed, wherein the controlled valves of the inverter - take over the function of a semiconductor switching element.
Fig. 3 shows schematically the structure of a control logic --20-- for controlling such a switching process. The input side of the control logic --20-- is the current measuring sensor --16-- for recording the current via the switching contacts --3a--, the voltage measuring sensor --30-- for recording the rail voltage, the voltage measuring sensor --29-- for Acquisition of the mains voltage and the current measuring sensor --15-- for acquiring the current of the inverter --5-- connected. The measuring sensors --16, 30, 29, 15-- are followed by limit value indicators --51, 52, 53, 54-- which change their output signal each time the corresponding measured values exceed or exceed the specified limit values. fall below.
The limit indicator --52-- generates a logical 0 signal, for example, as long as the rail voltage maintains its specified value within the permissible tolerances. The limit indicator --52--, on the other hand, generates a logical 1 signal if the rail voltage shows impermissible deviations. The limit monitor --53-- generates a logical 0 signal if the mains voltage is within its permissible tolerances, but a logical 1 signal in the event of impermissible disturbances in the mains voltage.
The limit indicators --51 and 54 - change their output signals when the monitored currents fall below specified limit values, preferably when the monitored currents become zero.
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A 1-signal is sent from the limit monitor --52-- immediately to a command memory --49--, the output signal of which controls the takeover stage --5b-- of the inverter --5-- for the ignition pulses of the tax rate. The inverter --5-- is started. Its output current can immediately flow via the closed switching contact --6a-- and the filter --2-- into the safe rail --10--. At the same time a flip-flop --57-- is set. The upper output of the flip-flop --57-- switches to a 1-signal and sets another flip-flop --58-- and a flip-flop --62--.
The upper output of the flip-flop - controls the trip coil --3d-- of the switching device --3-- with a 1 signal. The switching contacts --3a-- are torn open. The lower output of the flip-flop --58-- carries a 0 signal, which blocks the blocking stage --25b-- for the ignition pulses of the tax rate --25c--. The current in the semiconductor final control element --25a-- goes out. As soon as the current in the semiconductor actuator --25a-- has become zero, the limit value indicator --51-- generates a 1-signal from the current of the semiconductor actuator -25-- detected by the current sensor --16--, which is a blocking gate --60-- permeable controls. The output signal of the blocking gate --60-- sets a flip-flop --59--.
At the same time, the output signal of the flip-flop --59 - actuates the elevator mechanism --3c-- of the switching device --3-- and the switching contacts --3a-- are activated
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thus closed. The lower output of the flip-flop --59-- flips from a 1-signal to a 0-signal and sets the flip-flop --63-- with its falling edge. The lower output of the flip-flop --63-- thus carries a 0 signal, which does not trigger the triggering mechanism --6d-- of the switching device --6--. The switchover from mains operation to emergency power operation is now complete.
A switch back from emergency power operation to mains operation is carried out when the voltage of the supply network --4-- reaches its specified value again. For this purpose, the output signal of the limit value indicator --52--, which is connected on the input side to the voltage sensor -30- for the rail voltage, is fed to a timing element --55-- with a drop-out delay, the delayed output signal of which in a NOR element --56-- is linked to the output signal of the limit monitor --53--.
When the mains voltage monitored by the voltage sensor 29 reaches its nominal value and does not fall below --55-- for the delay time of the timer, the output signal of the NOR element --56-- influences the command memory --49-- in such a way that the ignition pulses of the tax rate --5c- are blocked by the transfer stage --5b--. The output signal of the NOR element --56-- also resets the flip-flop --57--. The lower output of the flip-flop --57-- carries a logical 1 signal.
This toggles the flip-flop --63--, whose output signal controls the triggering mechanism --6d-- of the switching device --6-- with a 1 signal. The switching contacts --6a-- are torn open. The output signal of the flip-flop --57-- also resets the flip-flop --59--, whose upper output now has a 0 signal. This 0 signal does not affect the elevator mechanism --3c-- of the switching device --3--, since the switching contacts --3a-- are already closed. As soon as the current measuring
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The semiconductor controller --25-- takes over electricity. At the same time the elevator mechanism --6c-- of the isolating switch --6-- is activated. The switching contacts --6a-- are closed. The signal at the upper output of the flip-flop --58-- flips from a 1 signal to a 0 signal and sets that on its falling edge
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In the previously described mode of operation of the uninterruptible power supply system according to the invention, it was assumed that the semiconductor controller --25 - is used as a semiconductor switch. If, however, the semiconductor controller --25-- is preceded by a control device --25d-, it is possible to control the rail voltage in normal operation using the mains transformer --24--.
So that the safe. Busbar --10-- with loads -la to 1c-- can be fed with a constant rail voltage both when the mains voltage is too high and especially when the mains voltage is reduced. The mains transformer --24-- increases the amplitude of the voltage of the AC voltage supply network --4--. The semiconductor controller --25-- reduces the rms value of the output voltage of the mains transformer --24-- by means of a gate control or a pulse control. For this purpose, the output voltage of the semiconductor controller --25-- detected by the voltage measuring sensor --28-- or the rail voltage detected by the voltage measuring sensor --30-- and a corresponding setpoint value for the rail voltage are fed to its control device --25d-- as the actual value.
The filter --2-- screens the output voltage of the semiconductor controller --25-- and supplies a largely harmonic-free consumer voltage for the busbar-10-. With the help of this circuit arrangement, fluctuations in the voltage of the AC voltage supply network-4--, for example, up to 20% of its nominal value can be compensated for. This voltage conditioning is particularly suitable for AC voltage supply networks in which a complete voltage failure is relatively unlikely, but where longer voltage drops or voltage increases must be expected.
The voltage conditioning means that the inverter --5-- does not need to be started as long as the changes in the line voltage can be regulated by the mains transformer --24-- in conjunction with the semiconductor controller --25--. Rather, the inverter-5-- is only used to power the consumers in the event of severe drops or a complete failure of the mains voltage.
The voltage increase by the mains transformer --24-- enables optimal adaptation of the semiconductor controller --25-- to the feeding AC voltage supply network --4--. In addition to a
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Adaptation of the voltage amplitude can also be used to adapt the phase or the impedance of the network. As network transformers, autotransformers for adapting the voltage amplitude, swivel transformers for adapting the phase position of the mains voltage or stray transformers for adapting the mains impedance or as a substitute for the commutation inductance of the semiconductor controller can be provided. The semiconductor controller 25 can be designed as a three-phase controller known per se or as an alternating current controller, depending on the type of supply network.
The order of the mains transformer --24-- and semiconductor controller --25-- can in principle be interchanged.
If a brief voltage jump in the rail voltage is to be avoided when switching back from emergency power operation via the inverter to normal operation, special measures are necessary to ensure that the ignition pulses of the control set --25cu for the semiconductor control element --25a-- of the semiconductor control unit --25-- have the correct control angle at the moment of connection in order to keep the rail voltage constant. The problem lies in the fact that during emergency power operation the output voltage of the semiconductor controller --25-- is not available as an actual value for the control device -25d-.
Special measures are therefore required to ensure that the control voltage for the correct ignition angle of the ignition pulses for the controlled semiconductor valves of the semiconductor actuator -25a- is fed to the control set -25c -before switching back to the supply network -4.
Fig. 4a shows an embodiment with a circuit that enables such a presetting of the ignition angle of the ignition pulses. The controlled semiconductor valves of the semiconductor actuator - are connected to the ignition pulse outputs of the control set - 25c - via the blocking stage - 25b -. The locking level --25b-- can, for example, contain a number of AND gates that are derived from
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--20u for performing.
The control device --25d-- of the semiconductor controller --25-- is shown as a PI controller. The feedback of the controller is bridged by an electronic switch 31, for example by an FET transistor. The electronic switch --31-- is blocked or controlled to be current-permeable by the control device --20--. The control device -25d- is connected on the input side in the actual value channel to the voltage measuring sensor --28-- for the output voltage of the semiconductor controller -25- and in the setpoint channel to a setpoint voltage generator --32--, for example an adjusting potentiometer. The
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Consumer current is connected to the busbar --10--.
The control computer --34--, shown as an analog computing amplifier, calculates the control voltage for the tax rate --25c-- from these input variables. The output voltage of the control computer -34-can be routed via a function generator -35-whose characteristic curve compensates for all non-linearities in the control path. The control computer --34-- calculates a control voltage for the tax rate -25c- to which a correction voltage from the control device --25d-- is added with the correct sign. In normal
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more precisely the control computer -34- calculates the required control voltage for the tax rate -25c.
When switching to emergency power operation, the electronic switch --31-- is controlled to be current-permeable. The control device -25d- is short-circuited and does not supply any output voltage.
The control computer -34-remains in operation and continuously calculates a control voltage for the tax rate --25c--. When the voltage of the supply network-4-- has reached its nominal value again and does not leave it again for a specified period of time or lies within the specified tolerances, the switchover from emergency power operation to normal operation can be prepared.
The control computer -34- determines the control voltage for the tax rate -25c- from the mains voltage that is again available. The tax rate --25c - is in operation and generates ignition pulses, which
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are still blocked by blocking level --25b--. With the switchover command, the transmission of the ignition pulses of the control set --25c-- to the controlled semiconductor valves of the semiconductor final control element --25a-- is enabled by a corresponding control command on the blocking stage --25b--. In addition, the electronic switch --31-- is locked so that the control device --25d-- intervenes and supplies a correction value for the control computer --34--.
At the moment the supply network --4-- is switched on, the ignition pulses of the tax rate --25c-- already have a largely correct ignition angle. The output voltage of the semiconductor controller --25-- therefore largely corresponds to its setpoint. Any deviations are then corrected by the control device --25d--.
The circuit arrangement shown in Fig. 4a enables a switch back procedure from emergency power operation to normal operation, in which when a sufficient mains voltage of the supply network --4-- returns, the control rate --25c-- of the semiconductor controller --25-- and the control rate -5c- of the inverter --5-- can be synchronized with the resumed voltage of the supply network --4--, whereby the control rate --25c-- of the semiconductor controller --25-- generates ignition pulses with a preset ignition angle.
After the synchronization of the two tax rates - 5e and 25c - and the presetting of the ignition angle of the ignition pulses of the tax rate --25c--, the switching contacts - 6a-- of the mechanical isolating switch --6-- can be opened and the inverter --5-- be shut down.
As soon as the current through the switching contacts --6a-- of the isolating switch --6-- falls below a specified value, preferably to zero, the ignition pulses are passed on with a preset ignition angle from the control set --25c-- to the controlled valves of the semiconductor actuator - -25a-released. The current can therefore be taken immediately from the supply network --4-- via the network transformer --24--, the semiconductor controller controlled by the ignition pulses with a preset ignition angle - and the closed switching contacts --3a-- of the isolating switch --3-- and further Flow through the filter --2-- into the conductor rail --10--.
Fig. 4b shows an embodiment of a digital control computer 37--. The digital one
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The digitized measured value is entered into a computer --37d-- whose program memory is labeled --37e-. The computer --37d-- determines a digital value for the required ignition angle from the measured values for the mains voltage and the current on the busbar --10-- according to a program specified for it. This value is converted into an analog voltage in a digital-to-analog converter --37f--, which represents the control voltage for the tax rate --25c--. At the lower output of the computer --37d-- a clock signal appears to control the multiplexer --37a--, the analog memory --37b-- and the analog-digital converter --37c--.
By appropriately programming the computer --37d--, all non-linearities in the control path can be taken into account.
It should be pointed out at this point that in normal operation the inverter --5- can also preset the ignition angle of the ignition pulses of its control rate --5c - in an analogous manner. Instead of a measured value for the mains voltage, a corresponding control computer is supplied with a measured value for the battery voltage, preferably a load current-related value of the battery voltage. The transfer stage 5b-- can also be made up of AND gates, which are controlled to be permeable or blocked by a signal from the control device --20--
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Level of performance.
In the uninterruptible power supply system according to the invention, the filter --2-- is arranged in such a way that it filters both the output voltage of the inverter --5-- and the output voltage of the semiconductor controller --25--. Due to this arrangement of the filter --2--, however, there is the possibility that, in the event of a defect in one of the loads --la to lu-, the rise in the short-circuit current is dampened through the filter --2-- to such an extent that the defective Upstream consumer
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Fuses do not trigger, or at least not trigger quickly enough. This can result in consequential damage in the defective consumer. If the fuses upstream of the defective consumer do not trigger quickly enough, a prolonged dip in the rail voltage on the safe busbar --10-- can occur.
Such a prolonged dip in the rail voltage can already cause damage to the other loads, in particular disruptions in the program sequence of data processing systems.
In order to ensure fast and reliable response of the fuses connected upstream of the loads, the switch device --9-- between the filter --2-- and the busbar --10-- and the other one in the uninterruptible power supply system according to the invention
Switching device --14-- provided between the AC voltage supply network --4-- and the power rail. In the event of a defect in one of the loads --la to lc--, for example in the load --la--, the line voltage detected by the voltage sensor 30 will drop without a simultaneous disturbance in the mains voltage. This is evaluated as a criterion that one of the consumers is defective or that there is a fault in the filter --2--, in the semiconductor controller --25-- or in the mains transformer --24--.
The switching contacts --9a-- of the switching device - are now opened immediately and the other switching device --14-- is controlled to be current-permeable. The busbar - is thus connected directly to the AC voltage supply network --4--. A short-circuit current with a very steep increase in current now develops, which triggers the fuses --lla, llb-- connected upstream of the defective consumer --la - and thus switches off the defective consumer --la--.
If there is a defect in one of the consumers, but not in the filter --2--, in the semiconductor controller --25-- or in the mains transformer --24--, the rail voltage then returns to its nominal value and it can return to normal Mains feed-in can be switched back via the mains transformer --24--, the semiconductor controller --25-- and the filter --2--. If, however, there is a defect in the network transformer - or in the semiconductor controller --25--, the busbar --10-- will continue to be fed directly from the AC voltage supply network --4-- via the switching device --14--, where applicable the inverter --5-- can be started up for emergency power operation if the mains voltage collapses.
In the event of a defect in the filter --2--, the busbar --10-- remains connected to the AC voltage supply network - 4 - via the switching device --14-- until this defect is eliminated. In the event of a breakdown in the mains voltage, however, a safe power supply for the consumers is no longer guaranteed. However, calculations have shown that a simultaneous defect in the filter --2-- and a breakdown in the mains voltage are extremely unlikely.
When switching back from the direct mains supply via the switching device - 14-- to the supply provided for normal operation via the mains transformer --24--, the semiconductor controller --25-- and the filter --2--, this must be ensured that when switching back to the discharged filter --2-- no inadmissibly large current surge is caused. To do this, the downshift can take place as follows:
In the event of a direct feed from the supply network --4-- to the busbar --10--, the switching contacts --14a-- are closed and the actuator --14b-- of the switching device --14-- is controlled to be current-permeable and connects the busbar --10-- via the closed switching contacts - directly to the AC voltage supply network --4--.
The inverter --5-- is in the standby position and is therefore not in operation. The downshift process is initiated by activating the semiconductor controller --25--. The control device --20-- in conjunction with the control device --25d-- controls the semiconductor controller --25-- so that the voltage across the switching contacts --9a-- of the switching device --9-- in the output of the filter - -2-- becomes zero. Now the switching contacts --9a-- are closed and immediately afterwards the current intensity in the filter --2-- is increased by appropriate control of the semiconductor controller --25-- via its control set --25c-- and its control device --25d-- brought the value of the current consumption of the busbar --10--.
The switching contacts --14a-- of the switching device --14-- are opened by activating the trigger mechanism - and the actuator --14b-- of the switching device --14-- is locked as soon as its current becomes zero or at least as small has become that when the switching device is blocked - there is no inadmissibly high current impulse on the filter --2--.
Fig. 5 shows the basic structure of a downshift device. The downshift device - is on the input side with the measuring sensor --29-- for the voltage of the AC voltage supply
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network --4--, the voltage sensor --30-- for the rail voltage and with the current sensor - for the current via the switching device --14--. A limit indicator --71-- generates a logical 1 signal in the event of an impermissible deviation in the mains voltage. Another limit monitor - generates a logical 1 signal in the event of an impermissible deviation in the rail voltage.
A third limit indicator --73-- generates a logical 1 signal if the current detected by the current sensor --36-- via the switching device --14-- falls below a specified value that is selected so that when the switching contacts - -14a-- no unacceptably high current surge can occur on the filter.
In the event of a drop in the mains voltage and a simultaneous drop in the rail voltage, the output signal of an AND element --74-- controls the takeover stage - of the inverter for the ignition pulses of the tax rate --5c-- with a logical 1 signal. The inverter - is started and takes over the emergency power supply of the busbar-10-. This operational case has already been discussed.
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and, if necessary, another 1 signal from the power section --5a-- of the inverter --5--, which indicates that the inverter is not in operation. The output signal of the AND element --76-- controls the tripping mechanism --9d-- of the switching device --9-- and thus opens the switching contacts --9a--.
At the same time, a command logic -86-the ignition pulse generator -14e-for the semiconductor control element -14b-- of the switching device -14-- is fully controlled. The output signal of the AND element --76 - also excites a time stage --77 - which generates a permanent signal on the output side. The output signal of the timer --77-- influences the control unit --25d-- via a further AND element --81-- in such a way that it regulates the voltage for the semiconductor controller --25-- via its control set --25c-- carries out to make the voltage across the switching contacts --9a-- of the switching device --9-- to zero.
The output signal of the timer -77- excites another timer -78-, the response delay of which corresponds to the time required to make the voltage across the switching contacts -9a- to zero. Instead of the time stage --78--, for example, a logical link with a corresponding feedback signal could also be provided. The output signal of the timer --78-- controls the switching contacts --9a-- via the elevator motor-9c-- so that it is current-permeable and switches the control unit --25d-- of the semiconductor controller --25-- to normal load control. The input for voltage regulation connected to the voltage sensor is blocked. The control unit --25d-- controls the semiconductor controller --25-- via its control set --25c-- to take over full load.
The supply of the busbar --10-- via the switching device --14-- is replaced by the supply via the semiconductor controller --25--. If the current in the switching device --14-- falls below the value specified in the limit value indicator --73--, it generates a 1 signal. This controls another AND element - whose output signal blocks the ignition pulse generator -14e-- for the actuator --14b-- and opens the switching contacts --14a-- via the trigger mechanism --14d--. After a specified period of time, the switching contacts --14a-- can be closed again by activating the elevator mechanism --14c--.
The mechanical isolating switch in the switching device --14-- would in principle not be required, since the connection and disconnection of the current via the switching device --14-- can be done solely by appropriate control of the semiconductor switch --14b--. However, the mechanical disconnector has proven to be useful for maintenance work. In addition, a simpler wiring of the semiconductor switch --14b-- can be provided. The possibility of a quick and defined power interruption in the switching device --14-- is also advantageous.
The semiconductor switch --9b-- is also not required in principle. It can either be continuously activated or blocked or controlled together with the activation of the release mechanism --9d-- or the elevator mechanism --9c--. The semiconductor switch -9b- can, however, take over protective measures.
In the downshift device shown --21--, a signaling device with a display is also provided. If the current does not fall below the value specified in the limit monitor -73-- due to a defect, although the voltage cut-off via the switching contacts --9a--
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If the specified time has already been exceeded, the 0 signal of the limit monitor --73-- inverted in an inversion stage --82-- triggers a time stage --84-- via an AND element --83--, the output signal of which is a display --85-- to issue a fault report.
Such signaling devices can also be provided in a correspondingly modified form for other signals in the downshift device.
Another way of ensuring that the fuses respond quickly and reliably is that the mains voltage and the rail voltage are also constantly monitored for impermissible deviations. In the event of an impermissible deviation in the rail voltage and a mains voltage that is simultaneously within its tolerance values, the filter output is in turn separated from the power rail --10-- by the switching device --9-- and the power rail --10-- is switched via the switching device --14 - switched directly to the AC voltage supply network --4--.
A short-circuit current with a very steep rise can now build up, which triggers the fuses in front of the defective consumer sufficiently quickly. The voltage drop on the busbar therefore only lasts an extremely short period of time, during which the other consumers are not yet disturbed. As soon as the disturbed consumer is disconnected from the power rail --10-- via the triggered fuses, the rail voltage reaches its nominal value again. You can now switch back to the power supply via the mains transformer --24--, the semiconductor controller --25- and the filter --2-- in several successive steps.
First of all, the filter --2-- is separated on the input side by opening the switching contacts --3a-- of the switching device --3-- and, if necessary, by blocking the semiconductor controller --25-- from the AC voltage supply network --4-. The inverter --5-- is controlled for voltage output and switched via the switching contacts - of the switching device --6-- to the input of the filter --2-- until the energy stores (inductors, capacitors) in the filter --2-- are charged. Only now is the output of the filter - -2-- switched to the busbar --10-- again by closing the switching contacts --9a-- and activating the semiconductor switch --9b- of the switching device --9--.
The power rail --10-- is now supplied in parallel from the mains --4-- via the switching device --14-- and from the inverter --5-- via the filter --2--. The inverter --5-- is controlled to output power. As soon as the inverter --5-- has taken over the full consumer power, the switching device --14-- is controlled to block the current and thus the rail --10-- is disconnected from the mains --4--
This state corresponds to the emergency power operation, from which you can switch back to the feed via the mains transformer --24-- and the semiconductor controller --25-- in the manner already described. By closing the switching contacts --3a-- of the switching device --3-- and by appropriately activating the semiconductor controller --25-- with ignition pulses with preferably a preset ignition angle, the busbar --10-- is then again supplied with energy from the AC voltage supply network
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--24 -, richter --5-- is shut down and switched to standby mode. This type of downshift also avoids an impermissible current surge to the filter, which could occur if the discharged filter --2-- were switched on without the measures described.
Fig. 6 shows the basic structure of another downshift device --21 '-. On the input side there is a voltage measuring sensor-29-for the voltage of the alternating voltage supply network --4--, a
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the voltage is connected via the switching contacts --9a-- in the output of the filter --2--. The signals from these voltage sensors are applied to three limit indicators - 92, 93 and 94 - which emit logical signals. The two limit indicators - 92 and 93 - each generate a logical 1 signal if the monitored voltage is within their specified tolerances. In the event of impermissible deviations in the voltage being monitored, a logic 0 signal is output.
The third limit indicator --94 - generates a 1 signal when the voltage across contacts --9a-- of switching device --9-- becomes zero.
If the mains voltage is properly applied and the rail voltage is properly applied at the same time, the inputs of an AND element --95-- have a logical 1 signal from the limit monitor --92-- and a logic 0 signal, since the 1 signal from the limit monitor - -93-is inverted. The AND element -95- is blocked. The switching contacts --9a-- of the switching device --9- are closed and the semiconductor switch --9b-- is controlled to be permeable. The switching device --14--
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is controlled blocked, with the switching contacts --14a-- closed and the semiconductor switch --14b-- blocked.
In the event of an impermissible deviation of the rail voltage and simultaneous, properly applied mains voltage, logical 1 signals appear at both inputs of the AND element --95--.
The output signal of the AND element --95-- changes to a 1 signal and sets a flip-flop --96--. The change from a 0 signal to a 1 signal at the output of the flip-flop --96-- generates a control pulse for the triggering mechanism --9d-- of the switching device --9-- and in a downstream monostable multivibrator --97-- a switch-on command for the switching device --14--. The switching contacts --9a-- of the switching device --9-- are opened by the release mechanism --9d--. The switching device -14 is controlled permeably by activating the semiconductor switch -14b- from the ignition pulse generator -14e-. The busbar --10-- is now switched directly to the AC voltage supply network --4-- bypassing the filter --2--.
A short-circuit current with a steep rise in current forms.
It is assumed that the rail voltage returns to its nominal value after the disturbed consumer has been disconnected from the power rail by triggering the upstream fuses. The output signal of the limit monitor --93-- for the rail voltage changes again to a logic 1 signal, which is inverted into a 0 signal. If there is no defect in the filter --2--, the limit value indicator --38-- emits a logical 1 signal for the voltage across the switching contacts --9a--. Another AND element --98-- with an inverting input is controlled by these signals and sets another flip-flop --99--.
The change from a 0 signal to a 1 signal at the output of the flip-flop --99-- generates a control pulse for the triggering mechanism --3d-- of the switching devices --3-- in a downstream monostable multivibrator --- 100-- and for the elevator mechanism --6c-- the switching device --6--, provided that their switching contacts --6a-- are not already closed. The control pulse also influences the takeover level --5b-- of the inverter --5--.
This control pulse of the monostable multivibrator --100-- opens the switching contacts --3a-- of the switching device --3-- via the trigger mechanism --3d-- and controls the switching contacts --6a-- via the elevator motor --6c-- the switching device --6-- closed. Furthermore the inverter is through
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delayed pulse which, for safety reasons, is conjunctively linked in a further AND element --102-- with a signal from the power section --5a-- of the inverter --5--, which indicates that the inverter is functioning properly.
After a further delay by a further timer
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then the switching contacts --9a-- close. Since the filter --2-- is already charged by the inverter --5-- via the switching device --6--, there is no inadmissibly high current surge when the switching contacts --9a-- of the switching device --9-- are closed.
After a further delay caused by a timer --104-- and a 1-signal conjunctively linked in the AND element --105-- from the limit value monitor --94--, which indicates that the voltage at the filter output has reached its nominal value and thus also indicates that the inverter has taken over full power, the switching device --14-- is blocked,
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--14a-- closed via winding mechanism --3c-- and the semiconductor controller --25-- is controlled in the manner already described via its blocking stage. The inverter --5-- is shut down and switched to standby mode by blocking the transfer of the ignition pulses from its control rate --5c-- to the controlled inverter valves from the takeover stage --5b--.
The two flip-flops - 96 and 99 - are reset to their initial position by a pulse that is --106-delayed by a timer. The pulse from the timer --106-- also controls the elevator mechanism --14c-- and causes the switching contacts --14a-- to close.
The two devices described for switching back from a direct supply of the busbar --10-- via the switching device --14-- to normal operation from the supply network
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--24 - that first the filter --2-- is charged either from the supply network --4-- or from the inverter-5, before the output of the filter --2-- is switched to the busbar --10-- .
From the two devices described for downshifting, it follows that the switching devices --9 and 14-- can in principle be constructed more simply. With the switching device --9 - the semiconductor switch - 9b, 9e - and with the switching device --14-- the mechanical isolating switch --14a, 14c, 14d-- can be omitted. It is essential that the filter output is separated very quickly from the busbar --10-- by opening the switching contacts --9a-- and that the busbar --10- is very quickly connected to the supply network - by activating the semiconductor switch --14b-- 4-- can be switched so that a short-circuit current with a steep rise in current can develop in the defective consumer or filter, which triggers the fuses of the defective consumer.
In principle, no fast switching processes are required for switching back, but the sequence of switching processes for charging the filter --2-- and for the subsequent connection of the filter --2-- to the power rail should be
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via the filter --2-- to prevent the busbar --10-- back to the mains --4--. The semiconductor switch -9b- and the mechanical isolating switch -14a, 14c, 14d-can expediently be used for protective functions. This also applies to the switching device --6--.
It should be noted that the described switchover to direct mains supply and switching back after the filter has been charged --2-- is also important if the mains transformer --24-- and / or the semiconductor controller --25 - is waived because there is no conditioning of the mains voltage in normal operation. In this case, the downshift is used, in which the filter is charged by the inverter.
Another particular advantage of the uninterruptible power supply system according to the invention is that, in normal operation, the accumulator can be charged with good efficiency and little additional circuit complexity. Since the controlled valves in the power section --5a-- of the inverter --5-- are not subjected to ignition pulses during normal operation, a charging device can be implemented that includes the converter transformer --8--, a rectifier circuit and a device for setting the charging current includes in charging mode.
The line-side winding of the converter transformer --8-- is permeable in normal operation via the closed switching contacts --6a-- of the switching device --6--, via the closed switching contacts --3a-- of the switching device --3-- and via the controlled semiconductor controller --25-- and connected to the AC voltage supply network --4-- via the mains transformer --24--. This eliminates the need for a separate charging transformer for a charger.
In order to charge the accumulator --7-- to full voltage in normal operation, a higher voltage would have to be applied to the line-side winding of the converter transformer --8-- than is generated by the inverter --5-- in emergency power mode. However, such a higher AC voltage is not available in normal operation. It is therefore planned to either build the accumulator --7-- from two partial accumulators, which are connected in parallel in normal operation and in series in emergency power operation. Another variant is that the inverter transformer --8-- is provided with additional windings on the converter side. In both cases it is possible to charge the accumulator --7-- to its full voltage with the usual voltage of the alternating voltage supply network --4--.
The charging mode can be designed particularly advantageously if the inverter --5-- is designed as a parallel inverter. A parallel inverter has bridge branches with controlled main current valves and bridge branches with backflow valves connected in anti-parallel, the centers of the bridge branches with non-return valves each being at end connections or at taps on the converter-side winding of the converter transformer. The rectifier circuit made up of the non-return valves can be used to charge the battery in charging mode.
This significantly reduces the number of valves required. If, for example, reverse flow diodes are provided as reverse flow valves in a parallel inverter, then these form an uncontrolled rectifier circuit. However, it is also possible to use controlled valves, in particular thyristors, as return flow valves in a parallel inverter. In emergency power operation, these controllable non-return valves are continuously activated with ignition pulses. The
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controlled non-return valves as in a controlled rectifier circuit with a gate control or a pulse control.
In the charging mode, the ignition angle of the ignition pulses for the controlled non-return valves can be determined in particular by a charge control device according to any desired charging characteristics.
PATENT CLAIMS:
1.Circuit arrangement for an uninterruptible power supply system of an alternating or three-phase current consumer, consisting of at least one network switching device connected to an alternating or three-phase voltage network as a normal operating network and an inverter switching device connected to an emergency operating network consisting of a static converter and a battery, to which two operating networks are connected the AC load is switched by a control unit controlled switching devices, and furthermore from at least two control devices, one of which is connected upstream of the control set of the converter as a voltage regulator, characterized in that between the control set (5c) and the controlled power valves (5a)
of the converter, an electronic transfer unit (5b) is connected, which consists of a blocking device for the ignition pulses of the control set (5c), which also runs in normal operation and adjustable by a control voltage, and a switching device for the ignition pulses that is responsive in emergency operation, and that the consumer (la to le; 10) a filter (2) serving as a sieve stage and energy storage is connected upstream, the filter input of which is connected to the normal operating network (4) during normal operation via the mains switching device (3) or to the output of the inverter switching device (6) in emergency operation Converter (5) is switched.