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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung mit einem aufladbaren Energiespeicher und mit einem Parallelwechselrichter, der aus Brückenzweigen mit gesteuerten Hauptstromventilen und aus
Brückenzweigen mit antiparallel geschalteten Rückstromventilen besteht, wobei die Mittelpunkte der
Brückenzweige mit den Rückstromventilen jeweils an Endanschlüssen oder an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung eines Stromrichtertransformators liegen, der an ein Wechsel- oder
Drehstromnetz angeschlossen ist und als Ladetransformator einer Gleichrichterschaltung zur Aufladung des
Energiespeichers vorgesehen ist.
Eine derartige Stromrichteranordnung ist aus der DE-OS 2452921 bekannt. Bei der bekannten
Stromrichteranordnung bestehen die für die Aufladung des gleichstromseitigen Energiespeichers vorgesehenen Gleichrichterschaltungen aus den gesteuerten Hauptstromventilen des Stromrichters. Der bekannte Stromrichter wird im Ladebetrieb als gesteuerter Gleichrichter und im Wechselrichterbetrieb als gesteuerter Wechselrichter betrieben. Beim Übergang vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb sind
Eingriffe in die Zündsteuereinrichtung des Stromrichters erforderlich, die relativ lange dauern und eine speziell ausgebildete Zündsteuereinrichtung erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromrichteranordnung der genannten Art so auszubilden, dass ein äusserst schneller Übergang vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb möglich ist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass als Gleichrichterschaltung im Ladebetrieb eine die Rückstromventile enthaltende Gleichrichterbrücke mit einem mit ihr in Schaltverbindung stehenden
Ladewiderstand dient, der mit einem Ladeschalter verbunden ist, dass die die für den Wechselrichter- betrieb erforderlichen Zündimpulse erzeugende Zündsteuereinrichtung auch für den Ladebetrieb dient, und dass eine die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Hauptstromventile des Stromrichters im
Ladebetrieb sperrende und beim Übergang zum Wechselrichterbetrieb freigebende sowie den Ladeschalter umsteuernde Betriebssteuereinrichtung vorgesehen ist.
Bei der erfindungsgemässen Stromrichteranordnung enthält die Gleichrichterschaltung nicht die
Hauptstromventile des Stromrichters, sondern die Rückstromventile. Die Hauptstromventile werden im Ladebetrieb nicht angesteuert. Dem Stromrichter ist eine für den Wechselrichterbetrieb übliche
Zündsteuereinrichtung zugeordnet, die in beiden Betriebsarten die für den Wechselrichterbetrieb erforderlichen Zündimpulse erzeugt. Der durch Freigabe der Zündimpulse und eine Umsteuerung des Ladeschalters erfolgende Übergang vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb geschieht daher in äusserst kurzer Zeit und ermöglicht eine besonders schnelle Leistungsabgabe durch den Wechselrichter.
Um den Energiespeicher auf volle Spannung aufzuladen, legt man im Ladebetrieb an die netzseitige Wicklung des Stromrichtertransformators eine Spannung an, deren Effektivwert höher ist als die im Wechselrichterbetrieb erzeugte Spannung. In vielen Fällen ist das Anlegen einer solchen höheren Wechselspannung im Ladebetrieb unerwünscht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die einen Ladebetrieb mit dem gleichen Effektivwert der Wechselspannung ermöglicht wie im Wechselrichterbetrieb, sieht vor, dass die Mittelpunkte der beiden Brückenzweige mit vier ungesteuerten Rückstromventilen über den vierpoligen Ladeschalter im Ladebetrieb an die äusseren Anschlüsse von stromrichterseitigen Zusatzwicklungen und im Wechselrichterbetrieb an die Endanschlüsse oder an die Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung des Stromrichtertransformators angeschlossen sind.
Ein Ladebetrieb mit dem gleichen Effektivwert der Wechselspannung wie im Leistungsbetrieb ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der betreffende Stromrichter in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage eingesetzt ist, bei der ein Verbraucher normalerweise aus einem Wechsel- oder Drehspannungsnetz gespeist ist und bei einer Netzstörung auf einen Wechselrichter umgeschaltet wird. Die Aufladung des dem Wechselrichter vorgeschalteten Energiespeichers kann dann vom gleichen Wechselspannungsnetz erfolgen, von dem auch der Verbraucher normalerweise gespeist wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Gleichrichterschaltung wenigstens den einen der Brückenzweige mit zwei Rückstromventilen und wenigstens einen zusätzlichen Brückenzweig mit zwei gesteuerten oder ungesteuerten Halbleiterventilen aufweist, dessen Mittelpunkt jeweils an den äusseren Anschluss wenigstens einer stromrichterseitigen Zusatzwicklung des Stromrichtertransformators angeschlossen ist. Der Vorteil liegt darin, dass beim Wechselrichterbetrieb die Rückstromdioden ohne weitere Massnahmen in der üblichen Weise betrieben werden können, während beim Ladebetrieb eine Regelung des Ladestroms nach einer vorgegebenen Ladekennlinie möglich ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung und weitere Einzelheiten werden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage mit einer erfindungs- gemässen Stromrichteranordnung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Stromrichter- anordnung mit einem aus zwei Teilakkumulatoren aufgebauten Energiespeicher, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einem Stromrichter mit gesteuerten Rückstromventilen, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einem Stromrichter mit einem zusätzlichen Brückenzweig mit ungesteuerten Halbleiterventilen, Fig. 5 ein
Ausführungsbeispiel mit einem Stromrichtertransformator mit Zusatzwicklungen und schliesslich Fig. 6 ein
Ausführungsbeispiel mit netzseitigen Ladewiderständen.
Fig. 1 zeigt eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage, bei der ein Verbraucher --1-- über ein vorgeschaltetes Filter --2-- und eine Schalteinrichtung --3-- mit einem Wechselspannungsnetz --4-- verbunden ist. Weiterhin ist als Stromrichter ein Wechselrichter --5-- vorgesehen, der gleichspannungs- seitig an einen Akkumulator --7-- als Energiespeicher angeschlossen ist und der wechselspannungsseitig über einen Stromrichtertransformator --8-- und eine weitere Schalteinrichtung --6-- mit dem Eingang des Filters --2-- und damit mit dem Verbraucher --1-- verbunden ist. Der Transformator --8-- umfasst eine i netzseitige Wicklung --8a-- mit den Anschlussklemmen --9 und 10--und eine stromrichterseitige Wicklung - 8b-.
Im Netzbetrieb wird der Verbraucher --1-- aus dem Wechselspannungsnetz --4-- über das Filter --2-- gespeist. Das Filter --2-- siebt die hoch-und niederfrequenten Störungen der Netzspannung. Bei einem Zusammenbruch der Netzspannung wird auf Wechselrichterbetrieb umgeschaltet. Das Filter--2-- siebt im Wechselrichterbetrieb die Ausgangsspannung des Wechselrichters --5--. Beim Umschalten von
Netzbetrieb auf Wechselrichterbetrieb und zurück auf Netzbetrieb überbrückt die in den Filterelementen gespeicherte Energie die Umschaltpausen, so dass der Verbraucher --1-- ohne Unterbrechung mit Energie versorgt wird.
Die Schalteinrichtungen --3 bzw. 6-- enthalten jeweils einen Aufzugmechanismus --3c bzw. 6c-- zum
Schliessen ihrer Schaltkontakte --3a bzw. 6a--und einen Auslösemechanismus --3b bzw. 6b-- zum schnellen Öffnen ihrer Schaltkontakte --3a bzw. 6a-. Im Netzbetrieb ist der Verbraucher --1-- über das
Filter --2-- und die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- an das Wechsel- spannungsnetz --4-- angeschlossen. Der Wechselrichter --5-- ist stillgesetzt. Es sind besondere
Massnahmen getroffen, damit der Wechselrichter --5-- rasch gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann.
Beispielsweise können Steuersatz und Regeleinrichtung des Wechselrichters --5-- bereits während des Netzbetriebes laufen und Zündimpulse mit einem voreingestellten oder geregelten Zündwinkel erzeugen, deren Weitergabe an die gesteuerten Wechselrichterventile jedoch gesperrt ist. Beim Start des
Wechselrichters werden die Zündimpulse freigegeben. Da die Wechselrichterventile während des
Netzbetriebes erfindungsgemäss nicht angesteuert sind, können die Schaltkontakte --6a-- der Schaltein- richtung --6-- : im Netzbetrieb geschlossen sein, um eine Aufladung des Akkumulators --7-- zu ermöglichen.
Bei einem Ausfall oder einem unzulässigen Einbruch der Spannung des Weehselspannungsnetzes-4-wird von einer nicht dargestellten Überwachungseinrichtung der Wechselrichter --5-- gestartet und die Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- werden geöffnet. Der Verbraucher-l-wird jetzt über das Filter --2-- und den Wechselrichter --5-- aus dem Akkumulator --7-- gespeist. Bei einer Wiederkehr der Netzspannung wird der Wechselrichter --5-- stillgesetzt, die Schaltkontakte --6a-- der Schalteinrichtung --6-- werden geöffnet und die Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- geschlossen.
Wenn das Wechselspannungsnetz --4-- die Versorgung des Verbrauchers-l-wieder übernommen hat, können die Schaltkontakte --6a-- der Schalteinrichtung --6-- wieder geschlossen werden, um den Akkumulator --7-- aufladen zu können.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der als Parallelwechselrichter ausgebildete Wechselrichter --5a-- enthält zwei Hauptstrom-Brückenzweige mit gesteuerten Hauptstromventilen --tl, t2 bzw. t3, t4--, sowie zwei Brückenzweige mit antiparallel geschalteten Rückstromdioden --n, n2, bzw. n3, n4-- als Rückstromventile. Die Kondensatoren-cl bis c4-- und die Spulen-Ll und L2-- bilden die Kommutierungskreise für die Hauptstromventile --tl bis t4--. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters
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Eingangsseitig ist der Wechselrichter --5a-- an einem Akkumulator als aufladbaren Energiespeicher angeschlossen, der aus zwei Teilakkumulatoren --7a und 7b-- als Teilspeicher aufgebaut ist.
In Reihe mit den Teilakkumulatoren liegt ein Ladewiderstand --11--. Weiterhin ist ein Schütz --12-- mit den Schaltkontakten --12a bis 12d-- vorgesehen. Die Anschlüsse des Schaltkontaktes --12a-- sind mit der negativen Gleichspannungsschiene des Wechselrichters --5a-- und dem negativen Pol des Teilakkumulators --7a-- verbunden. Die Anschlüsse des Schaltkontaktes'--12b-- sind mit dem positiven Pol des Teilakkumulators --7b-- und dem negativen Pol des Teilakkumulators --7a-- verbunden. Die Anschlüsse des Schaltkontaktes --12c-- sind mit dem positiven Pol des Teilakkumulators --7b-- und dem Verbindungspunkt zwischen dem gesamten Akkumulator und dem Ladewiderstand --11-- verbunden.
Die Anschlüsse des Schaltkontaktes --12d-- sind mit der positiven Gleichspannungsschiene des Wechselrichters und dem besagten Verbindungspunkt verbunden. Im Ladebetrieb sind die Schaltkontakte --12b und 12c-geschlossen und die Schaltkontakte --12b und 12d-- geöffnet. Im Wechselrichterbetrieb sind die Schaltkontakte umgesteuert. Ein Glättungskondensator --13-- dient zur Aufnahme von Stromspitzen.
Im Ladebetrieb ist an die Anschlussklemme --9 und 10-- der netzseitigen Wicklung --8a-- des Stromrichter-Transformators --8-- eine Wechselspannung angelegt, die von der stromrichterseitigen Wicklung --8b-- des Stromrichtertransformators --8-- auf die Mittelpunkte --a bzw. b-der Brücken-
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somit die Wechselspannungs-Einspeisepunkte der aus den Rückstromdioden-nl bis n4- bestehenden Gleichrichterschaltung. Gleichspannungsseitig ist die aus den Rückstromdioden-nl bis n4-- bestehende Gleichrichterschaltung über den geschlossenen Schaltkontakt --12a-- mit dem negativen Pol des Teilakkumulators --7a-- und über den Ladewiderstand --11-- mit dem positiven Pol des Teilakkumulators - verbunden.
Der negative Pol des Teilakkumulators --7b-- ist mit dem entsprechenden Gleichspannungsausgang der Gleichrichterbrücke unmittelbar verbunden, während der positive Pol des Teilakkumulators --7b-- über den Ladewiderstand --11-- mit dem entsprechenden Gleichspannungsanschluss der Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die beiden parallel geschalteten Teilakkumulatoren werden von einem Ladestrom aufgeladen, dessen Stromstärke vom Ladewiderstand --11-- bestimmt ist.
Beim Übergang vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb wird von einer nicht näher dargestellten Überwachungseinrichtung der Schaltzustand des Schützes --12-- geändert, so dass die Schaltkontakte - 12a und 12c-- geöffnet und die Schaltkontakte --12b und 12d-- geschlossen werden. Der Ladewiderstand
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über den geschlossenen Schaltkontakt --12b-- in Reihe geschaltet. Ihre Spannungen addieren sich. Der
Entladestrom fliesst in der üblichen Weise über die Hauptstromventile-tl bis t4-- und den Stromrichter- transformator-8--.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Ladewiderstand --11-- : im gleichstromseitigen Teil des Ladestromkreises angeordnet. Es ist daher möglich, den Ladewiderstand --11-- mit einer Diode zu überbrücken, die in Flussrichtung des Entladestromes gepolt ist. Der Schaltkontakt --12d-- kann dann entfallen.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 2 wird sowohl ein gesonderter Ladetransformator wie auch ein gesonderter Ladegleichrichter eingespart. Weiterhin ist vorteilhaft, dass sich der Stromrichter-Transformator --8-- bei der Umschaltung vom Ladebetrieb auf den Leistungsbetrieb des Wechselrichters --5a-- bereits im magnetisierten Zustand befindet. Der Stromrichter-Transformator --8-braucht daher nicht für einen Einschaltstromstoss ausgelegt zu werden.
Fig. 3 eigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Wechselrichter --5b-- und zwei Teilakkumulatoren --7a und 7b--, die im Ladebetrieb parallel und im Leistungsbetrieb des Wechselrichters in Reihe geschaltet sind. Als Einrichtung zur Einstellung des Ladestromes im Ladebetrieb dienen die beiden in Reihe geschalteten Ladewiderstände --14a und 14b--, wobei der Ladewiderstand --14b-- vom Schaltkontakt eines Relais --20-- überbrückt ist. Die beiden Ladewiderstände --14a, 14b-- liegen in Reihe zur netzseitigen Wicklung --8a-- des Stromrichter-Transformators --8--. Hiedurch werden Verluste und Geräusche im Stromrichter-Transformator während des Ladebetriebes vermindert.
Wenn sich der Schaltkontakt des Relais --20-- in der gezeichneten geöffneten Lage befindet, so ist als resultierender Ladewiderstand die Summe der beiden Ladewiderstände --14a und 14b-- wirksam. Die Summe der beiden Ladewiderstände ist so gewählt, dass der resultierende Ladestrom für eine Erhaltungsladung bemessen ist. Wird der Schaltkontakt des Relais --20-- geschlossen, so ist der Ladewiderstand
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- überbrückt. Es ist nur noch der Ladewiderstand --14a-- wirksam, der für einen Ladestrom zur normalen Aufladung der beiden Teilakkumulatoren bemessen ist. Mit Hilfe der beiden Ladewiderstände - 14a und 14b--lässt sich eine Ladung und eine Erhaltungsladung der Akkumulatoren nach einer stetig fallenden Ladekennlinie (W-Kennlinie) durchführen.
Um beliebige Ladekennlinien realisieren zu können, sind die Rückstromventile des Wechselrichters - als gesteuerte Ventile ausgebildet und in Fig. 3 als Thyristoren --t11 bis t14-- dargestellt. Die Thyristoren --t11 bis t14-- werden von einer Steuereinrichtung --16-- mit Zündimpulsen angesteuert. Im Ladebetrieb arbeiten die Thyristoren --t11 bis t14-- wie eine gesteuerte Gleichrichterschaltung und werden in entsprechender Weise mit Zündimpulsen angesteuert. Der Steuereinrichtung --16-- werden die Spannung über den parallel geschalteten Teilakkumulatoren --7a, 7b-- von einem Spannungsmessfühler - und der von einem Strommessfühler --19-- erfasste Ladestrom als Eingangsgrössen zugeführt. Aus diesen Messwerten kann in bekannter Weise eine beliebige Ladekennlinie realisiert werden (Handbuch der Elektrotechnik, Elitera-Verlag, 10. Auflage, 1967, Seite 76 bis 79).
Beim Wechselrichterbetrieb werden die Thyristoren --t11 bis t14-- ständig stromdurchlässig gesteuert. Die Umschaltung von Ladebetrieb auf Wechselrichterbetrieb erfolgt über ein Schütz --15--, dessen Schaltkontakte nach dem gleichen Prinzip beschaltet sind wie bereits zu Fig. 2 beschrieben.
Zur Steuerung des Schützes --15--, der Steuereinrichtung --16-- für die Thyristoren --t11 bis t14-und zur Steuerung des Relais --20-- ist eine Betriebssteuereinrichtung --17-- vorgesehen.
Die Betriebssteuereinrichtung --17-- steuert die Umschaltung vom Ladebetrieb auf den Wechselrichterbetrieb und zurück auf den Ladebetrieb und bestimmt, ob eine normale Ladung oder eine Erhaltungsladung erforderlich ist. Hiezu wird das Schütz-15-und das Relais --20-- entsprechend gesteuert und es werden in der Steuereinrichtung --16-- die erforderlichen Umschaltungen vorgenommen.
Die Steuereinrichtung --16-- ist mit dem Wechselspannungsnetz oder mit dem Steuersatz des Wechselrichters --5b-- synchronisiert.
Mit Hilfe der gesteuerten Rückstromventile --t11 bis t14-- und der Steuereinrichtung --16-- ist es im Prinzip möglich, beliebige Ladeströme einzustellen, ohne dass Ladewiderstände erforderlich sind. Da jedoch der normale Ladestrom üblicherweise um zwei Grössenordnungen kleiner ist als der Entladestrom und der Strom zur Erhaltungsladung wieder eine Grössenordnung kleiner ist als der normale Ladestrom, erweisen
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In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Wechselrichter --5a-dargestellt. Der Stromrichter-Transformator --18-- weist eine netzseitige Wicklung --18a-- und eine stromrichterseitige Wicklung --18b-- mit einer stromrichterseitigen Zusatzwicklung --18c-- auf. Die Innenschaltung des Wechselrichters --5a-- wurde bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Es ist jedoch ein zusätzlicher Brückenzweig mit Dioden-n5 und n6-- vorgesehen. Der Mittelpunkt --c-- dieses zusätzlichen Brückenzweiges ist über einen Stellwiderstand --22-- als Ladewiderstand und den Schaltkontakt eines Relais --23-- mit dem äusseren Anschluss der Zusatzwicklung --18c-- verbunden.
Der Abgriff des Stellwiderstandes --22-- ist von einem Motor --24-- verschiebbar, der von einer Steuerein- richtung --25-- gesteuert ist. Der Steuereinrichtung --2S-- sind eingangsseitig Messwerte für den Ladestrom und die Spannung des Akkumulators --7-- zugeführt, die vom Strommessfühler --19-- und von einem Spannungsmessfühler --26-- erfasst sind. Über den Stellwiderstand --22-- kann der jeweilige Ladestrom nach vorgegebenen Kriterien eingestellt werden.
Im Ladebetrieb befindet sich der Schaltkontakt des Relais --23-- in der gezeichneten geschlossenen Lage. An die Anschlussklemmen --9 und 10-- der netzseitigen Wicklung --18a-- des Stromrichter-Transformators --18-- ist eine Wechselspannung angelegt. Als Gleichrichterschaltung dient eine Brückenschaltung, deren einer Brückenzweig die Rückstromdioden --n3 und n4-- und deren zweiter Brückenzweig die weiteren Dioden --n5 und n6-- enthält. Die Einspeisung der Wechselspannung erfolgt an den Punkten --b und c--. Zwischen diesen Einspeisepunkten --b und c-liegt als wirksame Wechselspannungsquelle die Reihenschaltung der stromrichterseitigen Wicklungen --18b und 18c--.
Durch die Zusatzwicklung --18c-- kann erreicht werden, dass zur Aufladung des Akkumulators --7-- eine Wechselspannung an den Klemmen - -9, 10-- ausreicht, die der Ausgangsspannung des Wechselrichters --Sa-- im Wechselrichterbetrieb entspricht.
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Von der Steuereinrichtung --25-- wird der Stellwiderstand --22-- nach einer vorgegebenen
Ladekennlinie beeinflusst, beispielsweise derart, dass sich der gewünschte Ladestrom für eine Starkladung, eine normale Ladung oder eine Erhaltungsladung einstellt.
Bei der Umschaltung vom Ladebetrieb auf den Wechselrichterbetrieb wird das Relais --23-- angesteuert und sein Schaltkontakt geöffnet. Die Zusatzwicklung --18c-- und der Stellwiderstand --22-- als Ladewiderstand sind damit abgeschaltet.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch derart abgewandelt werden, dass an Stelle der Dioden --n5 und n6-- gesteuerte Ventile, insbesondere Thyristoren, vorgesehen werden. Die
Gleichrichterschaltung enthält dann die Rückstromdioden --n3, n4-- und die an Stelle der Dioden - -n5, n6-- vorgesehenen steuerbaren Ventile. Diese Gleichrichterschaltung stellt eine halbgesteuerte
Brückenschaltung dar, wobei der Ladestrom durch entsprechende Ansteuerung der gesteuerten Ventile der halb gesteuerten Brückenschaltung eingestellt werden kann. An Stelle des Stellwiderstandes kann dann ein überbrückbarer Festwiderstand verwendet werden.
In einer weiteren Abwandlung der Fig. 4 können sowohl an Stelle der Dioden --n5, n6-- als auch an
Stelle der Rückstromdioden --n3, n4-- gesteuerte Ventile vorgesehen werden. Die Gleichrichterschaltung entspricht dann einer vollgesteuerten Brückenschaltung. Im Wechselrichterbetrieb werden die an Stelle der
Rückstromdioden vorgesehenen steuerbaren Ventile ständig stromdurchlässig gesteuert.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 enthält der Stromrichter-Transformator --28-- eine netzseitige
Wicklung --28a-- und eine stromrichterseitige Wicklung --28b-- mit Zusatzwicklungen --28c und 28d--. Die
Innenschaltung des Wechselrichters --5a-- entspricht wieder dem Beispiel in Fig. 2. Die Mittelpunkte --a und b-der Brückenzweige mit den Rückstromdioden-nl, n2 bzw. n3, n4-- liegen über die Schalt- kontakte --29b und 29c-- eines Relais --29-- an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung --28b-- des Stromrichtertransformators --28--, sowie über weitere Schaltkontakte --29a und 29d-- des Relais - und Ladewiderstände-27a und 27b-- an den äusseren Anschlüssen der Zusatzwicklungen --28c und
28d--.
Im Ladebetrieb wird an die Anschlussklemmen --9 und 10-- der netzseitigen Wicklung --28a-- eine
Wechselspannung angelegt, deren Effektivwert der im Wechselrichterbetrieb an diesen Klemmen entstehenden Wechselspannung entsprechen kann. Die Schaltkontakte --29a bis 29d-- befinden sich in der gezeichneten Lage. Als wirksame Wechselspannungsquelle liegt die Reihenschaltung der stromrichter- seitigen Wicklungen --28b-- mit den Zusatzwicklungen --28c und 28d-- über die Ladewiderstände --27a und 27b-- an den Mittelpunkten --a und b-- der Brückenzweige mit den Rückstromdioden. Die Rückstromdioden-nl bis n4-- bilden eine Gleichrichterschaltung zur Aufladung des Akkumulators --7--.
Bei der Umschaltung vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb werden die Schaltkontakte des Relais - umgesteuert und die Zusatzwicklungen --28c, 28d-- und die Ladewiderstände --27a und 27b-abgeschaltet. Die Mittelpunkte --a und b-der Brückenzweige mit den Rückstromdioden-nl, n2 bzw. n3, n4-- liegen jetzt an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung --28b-- des Stromrichter-Trans- formatons-28-.
Die gemäss Fig. 5 vorgesehenen Ladewiderstände -- 27a und 27b-- ermöglichen eine symmetrische Belastung des Stromrichter-Transformators-28-im Ladebetrieb. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, auf einen dieser beiden Ladewiderstände --27a oder 27b-- zu verzichten und den verbleibenden Ladewiderstand entsprechend zu dimensionieren. Ebenso kann ein Ladewiderstand in Reihe zur netzseitigen Wicklung - -28a-- des Stromrichter-Transformators --28-- vorgesehen sein, der im Wechselrichterbetrieb von einem Schalter überbrückt ist. Schliesslich kann auch ein Ladewiderstand in Reihe zum Akkumulator --7-vorgesehen sein, der im Wechselrichterbetrieb von einem Schalter oder von einer Diode überbrückt ist, die in Flussrichtung des Entladestromes gepolt ist.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch so abgewandelt werden, dass an Stelle der Rückstromdioden-nl bis n4-- gesteuerte Ventile vorgesehen werden. Diese stellen dann eine vollgesteuerte Gleichrichterbrücke dar, deren Funktionsweise bereits in der Erläuterung zu Fig. 3 beschrieben wurde.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass als aufladbarer Energiespeicher nicht nur ein Akkumulator in Frage kommt, sondern beispielsweise auch ein Kondensator. Es sind Anwendungsfälle denkbar, bei denen der Wechselrichter jeweils nur für eine sehr kurze Zeitdauer in Betrieb ist, beispielsweise nur solange, bis ein Notstrom-Dieselaggregat angelaufen ist. In solchen Anwendungsfällen können Kondensatoren als Energiespeicher sinnvoll sein.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist wieder ein Stromrichter-Transformator --28-- mit stromrichterseitigen Zusatzwicklungen --28c und 28d-- vorgesehen. Bei der Innenschaltung des Wechselrichters --5e--
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Endanschlüssen der stromrichterseitigen Wicklung --28b--.
Es ist eine zusätzliche Gleichrichterschaltung mit den zusätzlichen Dioden-nll, nl2 und n13, nl4- vorgesehen. Die Mittelpunkte --d und e--der Brückenzweige mit den zusätzlichen Dioden-nll, nl2 bzw. n13, nl4-liegen an den äusseren Anschlüssen der Zusatzwicklungen --28c bzw. 28d--. Die zusätzlichen Dioden-nll bis n14-- bilden eine Gleichrichterschaltung zur Aufladung des Akkumulators --7--.
Als Ladewiderstand ist die Reihenschaltung von Teilwiderständen --40a, 40b und 40c-- vorgesehen, die in Reihe mit der netzseitigen Wicklung --28a-- des Stromrichter-Transformators --28-- liegen und von den Schaltkontakten eines Schützes --41-- überbrückt sind. Die Teilwiderstände --40b und 40c-- sind von den Schaltkontakten von Relais --42 und 43-- überbrückt. Auf diese Weise lassen sich Ladeströme mit drei unterschiedlichen Stromstärken einstellen.
Im Ladebetrieb ist der Schaltkontakt des Schützes-41-- geöffnet. Wenn die Schaltkontakte der Relais--42 und 43-- geschlossen sind, so ist als Ladewiderstand lediglich der Teilwiderstand --40a-wirksam. Dieser bestimmt den Ladestrom für eine Starkladung. Wenn der Schaltkontakt des Relais --42-geöffnet wird, so ist als Ladewiderstand die Reihenschaltung der Teilwiderstände --40a und 40b-wirksam. Die Summe dieser Widerstände bestimmt den Ladestrom für eine normale Ladung. Wird zusätzlich noch der Schaltkontakt des Relais --43-- geöffnet, so ist als Ladewiderstand die Reihenschaltung der Teilwiderstände --40a, 40b, 40c-- wirksam. Diese Widerstandssumme bestimmt den Ladestrom für eine Erhaltungsladung.
Der Vorteil der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass diese Schaltungsan- ordnung nicht auf Parallelwechselrichter beschränkt ist, sondern für beliebige Stromrichter zuwendbar ist. Es sind keinerlei Eingriffe in die Stromrichterschaltung erforderlich, da als Gleichrichterschaltung zusätzliche Dioden verwendet sind. Gegenüber der Verwendung eines getrennten Ladegerätes ergibt sich der Vorteil, dass der Stromrichtertransformator als Ladetransformator verwendet ist. Diese Einsparung beeinflusst Gesamtkosten und Raumbedarf der Anlage günstig.
Wenn eine geregelte Batterieladung nach einer vorgegebenen Ladekennlinie gefordert ist, so können die zusätzlichen Ventile als gesteuerte Ventile ausgebildet werden, die von einer entsprechenden
Steuereinrichtung angesteuert sind. Ebenso ist es möglich, Ladewiderstände im stromrichterseitigen Ladestromkreis vorzusehen.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden zum einfacheren Verständnis jeweils kontaktbehaftete Schalteinrichtungen erläutert. Diese können jedoch auch durch kontaktlose elektronische Schalter realisiert werden, insbesondere durch Thyristoren oder durch Transistoren.
Die Ladewiderstände können auch als steuerbare Halbleiter ausgeführt werden, beispielsweise als Triae.
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Erfindung wurden jeweils einfach aufgebaute, einphasige Wechselrichter und Ladewiderstände beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere lassen sich auch dreiphasige Wechselrichter nach den erfindungsgemässen Prinzipien gestalten.
Bei hochohmig dimensionierten Ladewiderständen können diese auch zu Beginn des Lastbetriebes des Wechselrichters noch eingeschaltet bleiben. Die Ladewiderstände stellen dann eine zusätzliche Belastung für den Wechselrichter dar. Diese Belastung kann durch Ansteuerung bzw. durch Sperrung der Ansteuerung abgeschaltet werden. Dies ist besonders bei sehr schnell startbaren Wechselrichtern vorteilhaft, die innerhalb weniger Millisekunden aus dem Stillstand auf volle Leistungsabgabe gesteuert werden könnten. Für die Schalteinrichtungen zur Überbrückung der Ladewiderstände können hier einfache Schalter verwendet werden.
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