CH615786A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur unterbrechungssicheren Versorgung einer Last mit elektrischer Leistung, mit einem Leistungskopp-lungsmittel, das erste und zweite Leistungseingangsmittel sowie Leistungsausgangsmittel umfasst, einem Fühlermittel zum Überwachen einer charakteristischen Grösse an den ersten Eingangsmitteln und zum Feststellen mindestens eines ersten und eines zweiten Zustandes der Grösse, einem mit den zweiten Eingangsmitteln gekoppelten Mittel zum Erzeugen eines periodischen Signals und Mitteln zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung von den ersten und zweiten Eingangsmitteln zu den Ausgangsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung ein auf das Fühlermittel (17,18) ansprechendes Steuerorgan aufweisen, das mit dem Mittel (25) zum Erzeugen des periodischen Signals derart zusammenwirkt, dass die Phase des periodischen Signals beim ersten Zustand zum Vermeiden der Leistungsübertragung von dem zweiten Leistungseingangsmittel (15,16) auf die Ausgangsmittel (11,12) mit der Phase eines Signals auf den Ausgangsmitteln (11,12) und beim zweiten Zustand zum Ermöglichen der Leistungsübertragung von beiden Leistungseingangsmitteln (13,14; 15,16) auf die Ausgangsmittel mit der Phase eines Signals auf den ersten Eingangsmitteln (13,14) übereinstimmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlermittel (17) ein Amplitudenabfühlmittel (816) aufweist, wobei der erste festzustellende Zustand eine normale Amplitude und der zweite festzustellende Zustand eine Amplitude kleiner als die'normale Amplitude ist, und dass die Mittel zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung einen ersten Phasendetektor (28) zum Feststellen der Phase eines Signals an den Ausgangsmitteln (11,12) und einen zweiten Phasendetektor (19) zum Feststellen der Phase eines Signals auf den ersten Eingangsmitteln (13,14) umfassen und dass das genannte Steuerorgan ein Schaltmittel (21) umfasst, um beim Vorhandensein der normalen Amplitude den ersten Phasendetektor (28) und beim Vorhandensein der kleineren Amplitude den zweiten Phasendetektor (19) an das Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals zu koppeln.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Phasendetektor (28) über eine erste Impedanz (345) und eine zweite Impedanz (353) an einen ersten Schaltweg (E, F) und an einen zu diesem parallel geschalteten zweiten Schaltweg (C, D) des Schaltmittels (21) gekoppelt ist, wobei die erste Impedanz (345) grösser ist als die zweite Impedanz (353) und dass das Schaltmittel (21) beim zweiten Zustand den zweiten Schaltweg unterbricht, derart dass die Ausgangsimpedanz des ersten Phasendetektors (28) vergrössertund der Ausgang des zweiten Phasendetektors (19) über einen dritten Schaltweg (A, B) mit dem Eingang des ersten Phasendetektors (28) verbunden wird, damit der zweite Phasendetektor in Phase mit dem ersten Phasendetektor arbeitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlermittel (17,18) ein Mittel (18) zum Feststellen eines weiteren Zustands der charakteristischen Grösse auf den ersten Eingangsmitteln (13,14) umfasst und dass das Schaltmittel (21) auf das Mittel (18) zum Feststellen eines weiteren Zustandes anspricht, um beim weiteren Zustand den ersten Phasendetektor (28) und den zweiten Phasendetektor (19) vom Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals zu trennen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Eingangsmittel (13,14) mit einem Signaltor (20) verbunden sind, das auf das Mittel (18) zum Feststellen eines weiteren Zustands anspricht um die ersten Eingangsmittel (13, 14) beim Auftreten des weiteren Z-ustands vom Leistungsausgangsmittel (56) zu trennen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass das Tor (720) eine erste Schaltvorrichtung (501), eine antiparallel zu dieser geschaltete zweite Schaltvorrichtung (502) sowie ein mit den ersten Eingangsmitteln verbundenes Mittel (503) umfasst, welches auf ein Wechselstromsignal auf den ersten Eingangsmitteln anspricht, um die beiden Schaltvorrichtungen (501,502) zu aktivieren.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsausgangsmittel (56) Isolationsmittel (50-53) umfasst, um den Stromfluss zwischen den ersten und zweiten Eingangsmitteln (13,14,15,16) zu vermindern.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsausgangsmittel (56) einen Transformator umfasst und die Isolationsmittel magnetische Nebenschlüsse (50-53) mit hoher Reluktanz zwischen den ersten und zweiten Eingangsmitteln sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit den zweiten Eingangsmitteln gekoppelten Wechselrichter (30), welcher vom Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals gesteuert wird.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals einen Operationsverstärker (809) mit einem Spannungsteiler aufweist, der zwei gleiche Impedanzen (359, 360) umfasst, die in Serie geschaltet sind und den Ausgang des Operationsverstärkers (809) mit dessen nicht invertierenden Eingang verbinden und dass der Abgriff des Spannungsteilers zwischen den beiden gleichen Impedanzen (359,360) mit dem Ausgang des Schaltmittels (21) verbunden ist.

11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsausgangsmittel einen ferroresonanten Transformator (56) mit geregeltem Ausgang umfasst.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der ferroresonante Transformator (56) eine mit den ersten Eingangsmitteln (13,14) gekoppelte erste Primärwicklung (1,2), eine mit den zweiten Eingangsmitteln (15,16) gekoppelte zweite Primärwicklung (9,10) und eine Sekundärwicklung (11,12) aufweist, dass die genannten Wicklungen in der Reihenfolge erste Primärwicklung, Sekundärwicklung und zweite Primärwicklung auf einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind und dass die Isolationsmittel zum Isolieren der ersten und zweiten Eingangsmittel voneinander erste magnetische Nebenschlüsse (50,52) hoher Reluktanz, die zwischen der ersten Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet sind und zweite magnetische Nebenschlüsse (51,53), die zwischen der zweiten Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet sind, umfassen.

13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator einen gesättigten Eisenkern, eine erste Primärwicklung (1,2), eine zweite Primärwicklung (9,10), eine Sekundärwicklung (11,12), eine ferroresonante Wicklung (3,4) und eine Phasenüberwachungswicklung (5,6) aufweist und dass der erste Phasendetektor (28) mit der Phasenüberwachungswicklung (5,6) verbunden ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (56) eine Vorspannungswicklung (7,8) umfasst, dass an diese Vorspannungswicklung ein Gleichrichter (729) zum Erzeugen eines Gleichstromsignals aus der von dieser Wicklung gelieferten Spannung angeschlossen ist, dass an die zweiten Eingangsmittel (15,16) ein Spannungsregler (22) gekoppelt ist und dass ein lineares Regelmittel (27) mit dem Gleichrichter (729) und dem Spannungsregler (22) zum Ableiten von Vorspannungssignalen gekoppelt ist, wobei der Spannungsregler je nach der Grösse eines Signals an einem Ausgang des Gleichrichters (729) aktiv oder nicht aktiv ist.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 13, gekennzeichnet durch einen mit den zweiten Eingangsmitteln (715, 716) gekoppelten Niederspannungsdetektor (724), der den

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Betrieb des Wechselrichters sperrt, wenn die Spannung an den wird, und das einen nachgeschalteten Wechselrichter betreibt, zweiten Eingangsmitteln unter einen bestimmten Betriebsspan- der dauernd die gewünschte Ausgangsleistung liefert. Über nungsschwellenwert fällt. dem Ausgang des Gleichrichterladegeräts liegt eine Batterie,

welche an den Wechselrichter Gleichstrom liefert, wenn die 5 vom Netz gelieferte Energie schwankt oder ausfällt. Diese Ein- richtung ist vorteilhaft, da es nur wenige Schaltungskomponenten benötigt. Jedoch ist die Zuverlässigkeit einer solchen Einrichtung nicht grösser als die Zuverlässigkeit des Wechselrich-Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur ters, der zur Lieferung der benötigten Energie dauernd arbei-unterbrechungssicheren Versorgung einer Last mit elektri- i o ten muss. Zudem ist der Wirkungsgrad dieser Einrichtung nicht scher Leistung, mit einem Leistungskopplungsmittel, das erste sehr hoch, da der Gesamtwirkungsgrad höchstens gleich dem und zweite Leistungseingangsmittel sowie Leistungsausgangs- Wirkungsgrad der Serieschaltung von Wechselrichter und mittel umfasst, einem Fühlermittel zum Überwachen einer Gleichrichterladegerät, das heisst kleiner ist als der Wirkungscharakteristischen Grösse an den ersten Eingangsmitteln und grad von jeder dieser Komponenten allein.

zum Feststellen mindestens eines ersten und eines zweiten 15 Eine andere bekannte Einrichtung dieser Art besitzt zwei Zustandes der Grösse, einem mit den zweiten Eingangssmitteln parallele, dauernd eingeschaltete Anordnungen mit zwei unab-gekoppelten Mittel zum Erzeugen eines periodischen Signals hängigen Energiequellen, von denen die eine das Wechsel-und Mitteln zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung Stromnetz und di» andere eine als Reserve dienende Wechsel-von den ersten und zweiten Eingangsmitteln zu den Ausgangs- Stromquelle ist, welche Stromquellen parallel geschaltet sind, mittein. 20 Die Wechselströme der beiden Wellen werden kombiniert und

Moderne Schaltungen für Übertragungsanlagen und der Last dauernd zugeführt. Wenn eine der beiden Quellen aus

Datenverarbeitungsanlagen verwenden integrierte Festkör- fällt, übernimmt die andere die volle Versorgung der Last, perschaltungen zum Übertragen und Verarbeiten von Daten Eine solche Einrichtung ist in der US-PS 3 398 292 beschrie-

und Schaltinformationen. Solche, integrierte Festkörperschal- ben. Bei dieser Einrichtung wird ein ferroresonanter Transfor-tungen aufweisende Schaltungen sind jedoch sehr empfindlich 25 mator verwendet, der Energie von zwei unabhängigen, jedoch für Abweichungen der zugeführten elektrischen Leistung von synchronisierten Wechselstromquellen erhält Der ferroreso-einem Standardwert. Die Leistung zum Betrieb dieser Schal- nante Transformator kombiniert die Leistungssignale der beiden tungen kann ohne weiteres von einer kommerziellen Wechsel- Quellen und liefert das kombinierte Leistungssignal an eine an Stromquelle, zum Beispiel dem Wechselstromnetz entnommen seinem Ausgang liegende Last. Die beiden Eingangswicklun-werden, jedoch treten bei solchen Stromquellen Schwankun- 30 gen des Transformators sind mit dem Wechselstromnetz und gen des Leistungspegels auf, die von Schwankungen des Ver- einer vom Netz unabhängigen Wechselstromquelle verbunden, brauchs an elektrischer Energie und von anderen kurzzeitig und voneinander durch magnetische Nebenschlüsse hoher auftretenden Einflüssen bewirkt werden. Diese Pegelschwan- Reluktanz isoliert. Beide Stromquellen liefern Energie an die kungen können die Form eines völligen Netzausfalls, Absin- am Ausgang liegende Last. Wenn eine Stromquelle ausfällt, lie-kens der Netzspannung, kurzzeitigen Unterbrechungen oder 35 fert die andere die notwendige Gesamtenergie. Da die beiden Wanderwellen haben. Stromquellen dauernd und gleichzeitig Energie liefern, haben

Störungen der vorstehend beschriebenen Art können in sie nicht den höchsten Wirkungsgrad.

einer Übertragungsanlage gespeicherte Daten und Schaltsig- Eine Einrichtung mit besserem Wirkungsgrad ist die Ein-

nale stark verändern und in besonderen Fällen auch die in einer richtung vom Umschalttyp. Bei dieser Einrichtung liefert nor-solchen Anlage enthaltenen integrierten Schaltungen zerstö- 40 malerweise das Wechselstromnetz die volle Leistung an die ren. Die gefährlichsten Fehlerzustände sind kurzzeitige Unter- Last. Wenn das Wechselstromnetz normal Energie liefert, wird brechungen oder Wanderwellen, da sie nicht sofort feststell- von einer sich im Bereitschaftszustand befindlichen Ersetzbare Fehler bewirken. Es können dadurch fehlerhafte Daten Stromquelle, welche üblicherweise ein batteriebetriebener, sta-oder Steuersignale erzeugt werden, durch die ein Schaden auf- tischer Wechselrichter ist, keine Energie an die Last geliefert, treten kann, der nicht sofort feststellbar oder ersichtlich ist. 45 Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, wird der Wechselrichter Solche kurzzeitigen Unterbrechungen können durch Blitze zum Liefern von Energie an die Last geschaltet und das Wech-

oder grosse elektrische Anlagen in der unmittelbaren Nachbar- selstromnetz von der Last abgeschaltet. Die beiden Stromquel-schaft erzeugt werden. len versorgen somit die Last bei den beiden möglichen

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, dass für Schal- Betriebszuständen unabhängig voneinander mit der benötigten tungen mit integrierten Festkörperschaltkreisen eine sehr 50 Energie. Der Vorteil dieser Einrichtung ist der, dass jede zuverlässige elektrische Energiequelle notwendig ist. Bei einer Stromquelle für den Betrieb mit dem höchsten Wirkungsgrad solchen Schaltung darf die Speisespannung während der Dauer ausgelegt werden kann. Ferner wird ein Ausfall der Energiever-von höchstens einer halben Periode um nicht mehr als ± 10% sorgung von der einen Stromquelle durch die andere Stromschwanken. Wenn die Spannungsschwankungen grösser sind quelle voll kompensiert.

können kostspielige Abschaltungen, unterbrochene Verbindun- 55 Zum vollkommenen Schutz einer Übertragungsanlage oder gen, fehlerhafte Berechnungen und Beschädigungen der Schal- Datenverarbeitungsanlage gegen kurzzeitige Fehler in einem tung auftreten. Wechselstromnetz muss das Umschalten von der einen auf die

Zum Verhindern der schädlichen Auswirkungen der Emp- andere Stromquelle praktisch sofort und sehr zuverlässig erfol-findlichkeit von Übertragungsschaltungen für die oben genann- gen. Die Ersatzstromquelle muss bei Ausfall des Stromnetzes ten Leistungsschwankungen werden zur Speisung solcher 60 die Energie sofort an die Last liefern. Wenn das Wechselstrom-Schaltungen Einrichtungen zur ununterbrochenen Lieferung netz wieder Strom liefert, muss die Last ohne Stoss und schnell von elektrischer Energie verwendet. von der Ersatzstromquelle auf das Stromnetz umgeschaltet

Eine solche Einrichtung gewährleistet die Kontinuität der werden.

Energieversorgung, gleichgültig in welchem Zustand sich das Eine Einrichtung vom Umschalttyp ist in der US-PS

Wechselstromnetz befindet, dem die elektrische Energie ent- 65 3 229 111 beschrieben. Bei dieser Einrichtung ist das Wechsel-nommen wird. Stromnetz die eine Stromquelle und eine in Bereitschaft gehal-

Eine allgemein bekannte Einrichtung dieser Art besitzt ein tene Wechselstromquelle die andere Stromquelle. Die Aus-Gleichrichterladegerät, das vom Wechselstromnetz gespeist gangsenergie wird normalerweise vom Wechselstromnetz an

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die Last geliefert. Die Ersatzstromquelle umfasst einen batteriegetriebenen, statischen Wechselrichter. Der Wechselrichter erzeugt ein Leistungssignal, das so gesteuert wird, dass es eine bestimmte feste Phasennacheilung in Bezug zum Leistungssignal des Wechselstromnetzes besitzt. Die Phasennacheilung ist so gewählt, dass, wenn das Wechselstromnetz normal funktioniert, dieses die notwendige Energie an die Last liefert. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, wird die Energie vom batteriegetriebenen, statischen Wechselrichter geliefert.

Eine andere Einrichtung vom Umschalttyp ist in der US-PS 3 348 060 beschrieben. Diese Einrichtung besitzt eine dauernd arbeitende, in Bereitschaft stehende Ersatzstromquelle für das Wechselstromnetz, welches normalerweise die Energie liefert. Die Ersatzstromquelle ist mit dem Wechselstromnetz in der Frequenz synchron und in der Phase korreliert. Die Ersatzstromquelle arbeitet während des normalen Betriebs des Wechselstromnetzes dauernd, liefert jedoch praktisch keine Leistung an die Last. Wenn das Netz ausfällt, wird die Last auf die Ersatzstromquelle geschaltet. Die Energie zum Betrieb der Ersatzstromquelle wird dem Wechselstromnetz entnommen. Zu diesem Zweck ist eine Batterie vorgesehen, die von einem vom Netz gespeisten Ladegerät geladen wird. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, wird der Wechselrichter von der Batterie gespeist und liefert die Energie an die Last.

Eine andere Einrichtung vom Umschalttyp ist in der US-PS 3 339 082 beschrieben. Bei dieser Einrichtung sind ein statischer Wechselrichter und das Wechselstromnetz parallel zueinander an ein ferroresonantes System angeschlossen. Solange das Wechselstromnetz richtig funktioniert, liefert dieses die Energie an die Last. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, liefert der statische Wechselrichter die Energie an die Last.

Die vorstehend beschriebenen bekannten Einrichtungen zur ununterbrochenen Lieferung von elektrischer Energie, welche eine Last von einer ausgefallenen Stromquelle auf eine in Betrieb stehende Stromquelle schalten können, bieten eine gute Sicherheit gegen das Auftreten von Fehlern, sie benötigen jedoch komplizierte Anordnungen aus Transformatoren und statischen Schaltern zum Umschalten von einer Stromquelle auf die andere. Bei einigen dieser Einrichtungen mit solchen Transformatoranordnungen ist der Eingang nicht vom Ausgang isoliert. Zudem ist bei diesen Einrichtungen kein verlustloser Bereitschaftszustand der Ersatzstromquelle oder des statischen Wechselrichters möglich, wenn die kommerzielle Wechselstromquelle, d. h. das Wechselstromnetz normal arbeitet und im Falle des Absinkens der vom Wechselstromnetz gelieferten Energie wird immer sowohl vom Netz als auch von der Ersatzstromquelle Energie bezogen. Dieser Mangel an Vielseitigkeit beschränkt den maximal erzielbaren Wirkungsgrad dieser Einrichtungen.

Es ist eine Einrichtung zur ununterbrochenen Lieferung elektrischer Energie erwünscht, welche an eine primäre Wechselstromquelle, z. B. ein Wechselstromnetz, angeschlossen ist und eine Ersatzstromquelle besitzt, die entsprechend dem Leistungsbedarf einer Last ebenfalls Energie an diese liefern kann, so dass die Last bei allen Zuständen der primären Wechselstromquelle die erforderliche elektrische Energie erhält. Die Einrichtung soll eine Aufteilung der Belastung auf die primäre Wechselstromquelle und die Ersatzstromquelle mit hohem Wirkungsgrad ermöglichen, wobei ein im Bereitschaftszustand praktisch keine Leistung aufnehmender Wechselrichter bei Bedarf sofort Ersatzenergie an die Last liefern kann.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ist gekennzeichnet durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung wird über einen ferroresonanten Transformator ein geregeltes Leistungssignal an eine Last geliefert, welcher Transformator zwei Leistungseingänge besitzt, von denen der eine mit einem Wechselstromnetz und der andere mit einer Energiequelle in Form eines von einer Batterie gespeisten, statischen Wechselrichters verbunden ist. Normalerweise wird die Ausgangsleistung der Einrichtung vom Wechselstromnetz geliefert, wobei die Phase des geregelten Ausgangssignals des ferroresonanten Transformators durch ein Phasenkontrollsystem überwacht und veranlasst wird, dass der statische Wechselrichter in Phase mit der geregelten Ausgangsleistung arbeitet Die Phase und die Grösse des Netzsignals, d. h. der vom Netz gelieferten elektrischen Energie wird dauernd überwacht Wenn die Grösse des Netzsignals merkbar abfällt, liefert der in Phase mit dem Netzsignal arbeitende statische Wechselrichter ebenfalls Energie an die Last, so dass in diesem Fall das Wechselstromnetz und der Wechselrichter zusammen die erforderliche Ausgangsleistung an die Last liefern. Wenn das Wechselstromnetz völlig ausfällt, läuft der statische Wechselrichter frei und liefert allein die ganze Ausgangsleistung an die Last.

Bei diesem Ausführungsbeispiel läuft unter normalen Betriebsbedingungen der statische Wechselrichter im Ruhezustand in Phase mit dem Ausgangslastsignal. Dieser Phasensynchronismus wird durch Uberwachen der Phase des Ausgangssignals und durch Steuern der Phase des Signals eines Oszillators erzielt, der den statischen Wechselrichter treibt. Die Grösse und Phase des vom Wechselstromnetz gelieferten Leistungssignals wird dauernd überwacht. Wenn die Grösse dieses Leistungssignals unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, liefert der Wechselrichter den fehlenden Teil der Ausgangsleistung. Wenn die Energie vom Wechselstromnetz völlig ausfällt, liefert der statische Wechselrichter die ganze Ausgangsleistung an die Last.

Diese erfindungsgemässe Energieversorgungseinrichtung unterscheidet sich von den oben beschriebenen bekannten Einrichtungen durch ihr Kontrollsystem, welches den verlustlosen Ruhezustand des statischen Wechselrichters ermöglicht, wenn das Wechselstromnetz normal Energie liefert und dabei den Wechselrichter in Phase mit dem Netzleistungssignal hält, so dass die Belastung zwischen dem Wechselstromnetz und dem Wechselrichter sofort aufgeteilt werden kann, wenn das Wechselstromnetz zu wenig Energie liefert, jedoch nicht völlig ausfällt.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Einrichtung,

Fig. 2 und 3 ein genaues Schaltbild der erfindungsgemässen Einrichtung, und

Fig. 4 wie die Fig. 2 und 3 zu kombinieren sind.

In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Energieversorgungseinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Die Einrichtung nach der Fig. 1 besitzt einen Wechselstromeingang mit Eingangsklemmen 13 und 14 zum Anschluss an eine kommerzielle Wechselstromquelle, zum Beispiel an ein Wechselstromnetz und einen Gleichstromeingang mit Eingangsklemmen 15 und 16 zum Anschluss einer Gleichstromquelle, zum Beispiel einer Batterie. Der Wechselstromeingang und der Gleichstromeingang sind über eine Kontrollschaltung mit einer ersten Primärwicklung 1-2 und mit einer zweiten Primärwicklung 9-10 verbunden. Diese beiden Primärwicklungen bilden einen Teil eines ferroresonanten Transformators mit einem sättigbaren Eisenkern 56, welcher Transformator noch eine Sekundärwicklung 11-12 und magnetische Nebenschlüsse 50,51,52 und 53 mit hohem magnetischen Widerstand besitzt. Diese magnetischen Nebenschlüsse trennen jede Primärwicklung von der Sekundär- oder Ausgangswicklung 11-12. Die magnetischen Nebenschlüsse mit hoher

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Reluktanz ermöglichen die Übertragung von Leistung von jeder Primärwicklung auf die Sekundärwicklung, begrenzen jedoch die Übertragung von Leistung von einer Primärwicklung zur anderen.

Die Vorteile der Einrichtung nach der Fig. 1 werden am besten aus der Erläuterung der verschiedenen Betriebszu-stände dieser Einrichtung ersichtlich. Die Einrichtung nach der Fig. 1 kann drei verschiedene Betriebszustände aufweisen. Der erste oder normale Betriebszustand tritt auf, wenn das vom Netz an die Eingangsklemmen 13 und 14 gelieferte Leistungssignal seinen normalen Wert hat und keine kurzzeitigen Unterbrechungen vorhanden sind. Während der Zeitdauer dieses normalen Betriebs arbeitet der Wechselrichter 30 in einem Zustand, in dem er keine Leistung aufnimmt.

Der zweite Betriebszustand kann als Aufteilungszustand bezeichnet werden. Dieser Zustand tritt auf, wenn die Grösse des vom Netz an die Eingangsklemmen 13 und 14 gelieferten Leistungssignals unter einen bestimmten Pegel fällt, jedoch das Netz noch gleichmässig Energie liefert. Diese Abnahme kann kurzzeitig sein oder längere Zeit dauern. Die Abnahme der Grösse des Leistungssignals kann 10 bis 15% vom normalen Wert betragen. Bei diesem Betriebszustand wird vom Wechselstromnetz noch Energie an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert, jedoch ist jetzt der Wechselrichter aktiviert und liefert Energie von der Gleichstromquelle an die Sekundärwicklung 11-12. Während dieses Betriebszustands wird die an die Last gelieferte Ausgangsleistung teilweise von der Wechselstromquelle an den Eingangsklemmen 13 und 14 und teilweise von der Gleichstromquelle an den Eingangsklemmen 15 und 16 aufgebracht. Infolge des oben beschriebenen Aufbaus des Transformators liefert jede dieser Stromquellen etwa 50% der Ausgangsleistung.

Der dritte Betriebszustand tritt auf, wenn die Wechselstromquelle keine Energie an die Eingangsklemmen 13 und 14 liefert. Dieser Ausfall kann kürzere oder längere Zeit dauern. Bei diesem Betriebszustand wird die ganze Ausgangsleistung über den Wechselrichter der Gleichstromquelle entnommen.

Ein kritischer Punkt ist, dass bei Geräten zur ununterbrochener Energieversorgung der Übergang von einem Betriebszustand zum anderen rasch und mit minimaler Verzerrung des Ausgangssignals auf der Sekundärwicklung 11-12 erfolgen muss. Bei dem beschriebenen Gerät erfolgt ein glatter und schneller Übergang von einem Betriebszustand zum anderen, so dass Verzerrungen der Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 11-12 nur eine sehr kurze Dauer, im allgemeinen weniger als eine halbe Periode besitzen.

Durch die Verwendung des ferroresonanten Transformators sind keine statischen Schalter für die Umschaltung von einer Stromquelle auf die andere erforderich. Der ferroresonante Transformator wird mit offener Schleife betrieben. Die . Ferroresonanz wird durch einen Ferrokondensàtor 49 bewirkt, der über einer Wicklung 3-4 des Transformators liegt. Wie oben erwähnt, vermindert die hohe Reluktanz der Nebenschlüsse 50,51,52 und 53 die Übertragung von Leistung von einer Primärwicklung zur anderen. Dadurch kann der Wechselrichter 30 während des normalen Betriebszustands, in dem die ganze Ausgangsleistung über die Primärwicklung 1-2 geliefert wird, im Leerlauf betrieben werden.

Während des normalen Betriebs ist die an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselstromquelle über ein Tor 20 mit der Primärwicklung 1-2 verbunden. Das Tor 20 umfasst zwei antiparallel geschaltete, steuerbare Siliziumgleichrichter. Diese Gleichrichter werden bei jeder Halbperiode des Betriebs in Abhängigkeit von einem über die Leitung 48 dem Tor 20 zugeführten Signal getriggert. Dieses Signal wird von der Fühleranordnung 18 geliefert, welche die Grösse des von der Wechselstromquelle an die Eingangsklemmen 13 und 14 gelieferten Leistungssignals überwacht und die, wenn dieses Signal innerhalb seines normalen Bereichs liegt, über die Leitung 48 ein Signal zum Triggern der Gleichrichter des Tores 20 liefert.

Während des normalen Betriebs liefert die Fühleranordnung 18 auch ein Signal an die Schaltanordnung 21 zum 5 Schliessen eines Leitungswegs um das Ausgangssignal eines Phasendetektors 28 über die Leitungen 38 und 35 an den Oszillator 25 anzulegen. Dadurch wird während des normalen Betriebs die Leistung von der Wechselstromquelle über die Eingangsklemmen 13 und 14, das Tor 20, welches jede Halbpe-io riode getriggert wird und die Primärwicklung 1-2 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert.

Der Phasendetektor 28 liegt an der Wicklung 5-6 des Transformators und dient zum Feststellen der Nulldurchgänge des Ausgangssignals, welches angenähert eine Rechteckwelle 15 ist und erzeugt ein Rechteckwellensignal, das mit dem Ausgangssignal in Phase ist. Dieses Signal gelangt über die Leitung 38 zur Schaltanordnung 21. Der Zustand des von der Fühleranordnung 18 über die Leitung 36 an die Schaltanordnung 21 gelieferten Signals zeigt den normalen Betrieb der an den Ein-20 gangsleitungen 13 und 14 liegenden Wechselstromquelle an und steuert die Verbindung des Phasendetektors 28 mit dem Oszillator 25. Die Schaltanordnung 21 kann einen bilateralen Halbleiterschalter umfassen. Ein für diesen Zweck geeigneter bilateraler Schalter ist in RCA Solid State Data Book Series 25 unter dem Titel «Cosmos Digital Integrated Circuits» auf den Seiten 78-83 beschrieben.

Die inneren Schaltwege der Schaltanordnung 21 vervollständigen eine Verbindung von der Leitung 38, die ein Signal führt, das in Phase mit dem Ausgangssignal ist, über die Leitung 30 55 zum Oszillator 25. Der Oszillator 25 arbeitet in Phase mit dem Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 11-12. Das Ausgangssignal des Oszillators 25 wird über die Leitung 44 dem Wechselrichter 30 zugeführt, um dessen Schaltvorrichtungeri zu steuern.

35 Die Gleichstromquelle, zum Beispiel eine Batterie, ist an die Eingangsklemmen 15 und 16 angeschlossen. Das Gleichstromsignal dieser Quelle gelangt über das Eingangsfilter 23 und die Leitungen 40 und 41 zum Wechselrichter 30. Der Wechselrichter 30 enthält Leistungsschalter, welche in Abhängigkeit vom 40 Oszillator 25 geschaltet werden. Die Leistungsschalter schalten das Gleichstromsignal am Eingang an die Primärwicklung 9-10.

Da die Leistungsschalter in Phase mit dem Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 11-12 geschaltet werden, wird keine 45 Leistung über den Wechselrichter 30 und die Primärwicklung 9-10 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert. Das heisst, während der normalen Funktion der Wechselstromquelle liefert diese die gesamte Ausgangsleistung.

Die Vorspannung zum Betrieben der verschiedenen Steuer-50 kreise des Geräts wird von der Vorspannungswicklung 7-8 erhalten, die mit der Steuerspannungsquelle 29 verbunden ist. Die Spannungsquelle 29 enthält im wesentlichen einen Gleichrichter, dessen Ausgang über die Leitung 42 mit einem linearen Regler 27, einer Bezugsspannungsquelle 26 und einem Start-55 kreis 22 verbunden ist. Der Startkreis 22 enthält einen Reglerkreis zum Liefern einer Spannung von der an die Eingangsklemmen 15 und 16 angeschlossenen Gleichstromquelle an die Bezugsspannungsquelle 26 und den linearen Regler 27, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 29 nieder ist, wie so dies beim Einschalten der Einrichtung der Fall ist.

Am Ausgang des Filters 23 liegt ein Niederspannungs-Abschaltkreis 24, der die Ausgangsspannung des Filters 23 überwacht und während der Einschaltperiode, wenn die Gleichspannung auf den Leitungen 40 und 41 nieder ist, über -65 die Leitung 43 ein Signal an den Wechselrichter 30 liefert, das den Betrieb des Wechselrichters 30 sperrt. Dieser Schutz ist notwendig, da bei niederen Gleichspannungen der Oszillator 25 unstabil arbeitet.

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Wenn die an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselspannung der Wechselstromquelle bis zu 15% oder mehr unter ihrem normalen Wert liegt, kann die Wechselstromquelle nicht mehr die ganze zum Speisen der Last notwendige Ausgangsleistung liefern. Dieser Zustand der an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegenden Wechselstromquelle wird vom Niederspannungsfühler festgestellt. Der Niederspannungsfühler 17 ist zum Feststellen eines Abfalls von 10 bis 15% der Eingangswechselspannung ausgebildet und liefert, wenn ein solcher Spannungsabfall auftritt, über die Leitung 35 ein Steuersignal an die Schaltanordnung 21.

Die Phase des Wechselstromsignals an den Eingangsklemmen 13 und 14 wird von einem Phasendetektor 19 abgefühlt, der ein Rechteckwellensignal erzeugt, das mit den Nulldurchgängen des Wechselstromsignals in Phase ist. Dieses Rechteckwellensignal wird über die Leitung 37 der Schaltanordnung 21 zugeführt, welche in Abhängigkeit vom Steuersignal auf der Leitung 35, welches einen Leistungsabfall der Wechselstromquelle anzeigt, die Leitung 37 mit der Leitung 55 verbindet. Dadurch wird das Phasensteuersignal des Phasendetektors 19 an den Oszillator 25 gelegt, so dass dieser in Phase mit dem genannten Wechselstromsignal arbeitet.

Während des Leistungsabfalls der Wechselstromquelle schaltet der Wechselrichter 30 in Phase mit dem Wechselstromsignal an den Eingangsklemmen 13 und 14 und die Ausgangsleistung wird zu gleichen Teilen von der Wechselstromquelle und der Gleichstromquelle geliefert.

Der Ausfallbetrieb der Einrichtung ergibt sich, wenn das an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselstromsignal auf einen solchen Wert abgenommen hat, dass es nichts mehr zur Ausgangsleistung beiträgt. Dieser Betriebszustand tritt auf, wenn das Wechselstromsignal an den Eingangsklemmen 13 und 14 um 25% oder mehr kleiner ist als sein normaler Wert. Dieser Ausfallszustand wird von der Fühleranordnung 18 festgestellt, welche über die Leitung 36 an die Schaltungsanordnung 21 ein Signal liefert, das diesen Zustand anzeigt. Dieses Signal bewirkt das Trennen der Schaltwege in der Schaltungsanordnung und damit das Abschalten des Oszillators 25 von den Phasendetektoren 19 und 28. Dadurch läuft der Oszillator 25 jetzt frei und treibt den Wechselrichter 30, so dass die ganze Energie von der an den Eingangsklemmen 15 und 16 liegenden Gleichstromquelle über den Wechselrichter 30 an die Sekundärwicklung 11—12 geliefert wird.

Aus dem vorstehenden folgt, dass die beschriebene Einrichtung die erforderliche Leistung entweder von einer Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle an die Last liefern kann oder beiden Stromquellen gleichzeitig eine geregelte Leistung zur Lieferung an die Last entnehmen kann.

Ein genaues Schaltbild der erfindungsgemässen Einrichtung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, welche wie in der Fig. 4 gezeigt miteinander zu verbinden sind. Die Einrichtung nach den Fig. 2 und 3 erhält von einer kommerziellen Wechselstromquelle über die Eingangsklemmen 713 und 714 ein Wechselstromsignal. Dieses Wechselstromsignal hat bei diesem speziellen Beispiel die Spannung 240 V und die Frequenz 60 Hz. Über die Eingangsklemmen 715 und 716 erhält das Gerät auch ein Gleichstromsignal, das von einer beliebigen Gleichstrom-Ersatzstromquelle stammen kann. Bei dem speziellen Beispiel hat das Gleichstromsignal die Spannung von 48 V.

Die an den Eingangsklemmen 713 und 714 liegende Wechselspannung wird über die Leitungen 733 und 734 sowie das Tor 720 an eine Primärwicklung 101-102 angekoppelt. Die an den Eingangsklemmen 715 und 716 liegende Gleichspannung gelangt über die Leitungen 740 und 741 sowie einen Wechselrichter 730 zu einer Primärwicklung 109-110. Die Primärwicklungen 101-102 sowie eine Sekundärwicklung 111-112 sind auf den Kern eines ferroresonanten Transformators 100 gewickelt. Die zu speisende Last ist über die Ausgangsklemmen 731 und

732 mit der Sekundärwicklung 111-112 verbunden. Über eine Wicklung 103-104 des Transformators 100 liegt ein Ferrokon-densator 403, welcher die Resonanz bei der gewünschten, für die ferroresonante Tätigkeit des Transformators 100 notwendige Frequenz erzeugt. Die Wicklung 105-106 dient zum Überwachen der Phase des Signals an der Sekundärwicklung 111-112. Eine Wicklung 107-108 dient zum Erzeugen einer Spannung, aus der eine Vorspannung und eine Bezugsspannung abgeleitet werden.

Die magnetischen Nebenschlüsse 150,151,152 und 153 mit hoher Reluktanz des Transformators 100 dienen zur magnetischen Trennung der beiden Primärwicklungen 101-102 und 109-110 voneinander und zum Koppeln jeder Primärwicklung mit den Wicklungen 103-104,105-106 und 111-112. Durch diese spezielle Art der Isolierung der beiden Primärwicklungen 101-102 und 109-110 voneinander wird die Aufteilung der Ausgangsbelastung der Sekundärwicklung auf die an den beiden Primärwicklungen angeschlossenen Stromquellen ermöglicht und gleichzeitig die Erzeugung von von einer Primärwicklung zur anderen fliessenden Kreisströmen verhindert.

Normalbetrieb

Bei diesem Betrieb entnimmt die Einrichtung das der Sekundärwicklung 111-112 zuzuführende Leistungssignal der an die'Eingangsklemmen 713 und 714 angeschlossenen kommerziellen Wechselstromquelle. Die Wechselstromquelle bildet so lange die einzige Energiequelle als die Wechselspannung dieser Quelle grösser als 216 V ist, d. h. 90% des Nominalwerts der Wechselspannung von 240 V. Das Wechselstromsignal der Wechselstromquelle gelangt über die Leitungen 733 und 734 und das Tor 720 zur Primärwicklung 101-102. Das Tor 720 besitzt zwei antiparallel geschaltete, steuerbare Siliziumgleichrichter 501 und 502, die von lichtempfindlichen Photonendetektoren gesteuert werden. Die Steuersignale werden von einer lichtemittierenden Diode 503 erzeugt, welche die Photonendetektoren betätigt. Die lichtemittierende Diode 503 wird vom Wechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714 erregt.

Von diesem Wechselstromeingangssignal wird ein geregeltes Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 111-112 abgeleitet. Die Regelung dieses Ausgangssignals erfolgt durch die Fer-roresonanz des gesättigten Kerns des Transformators 100, die vom Ferrokondensator 403 induziert wird. Da diese ferroresonante Regelung mit offener Schleife ein bekanntes Phänomen ist, wird sie hier nicht näher beschrieben.

Die Grösse des Wechselstromsignals an den Eingangsklemmen 713 und 714 wird von einem Transformator 120 überwacht, der eine Primärwicklung 121-122 besitzt, die über den Eingangsklemmen 713 und 714 liegt. Eine Sekundärwicklung 124-125 des Transformators 120 ist mit einem Brückengleichrichter 251 verbunden, der die Gleichrichterdioden 201,202, 203 und 204 umfasst. Unter normalen Betriebsbedingungen hat die Ausgangsgleichspannung dieses Brückengleichrichters die Wellenform einer gleichgerichteten Sinuswelle mit einer Spitzenspannung von angenähert 30 V. Dieses gleichgerichtete Sinuswellensignal mit 30 V Spitzenspannung wird über eine Diode 205, einen Widerstand 303 und die Zenerdiode 224 an eine lichtemittierende Diode 503 angelegt. Solange die Spitzenspannung dieses Signals angenähert 26 bis 30 V ist, arbeitet die Diode 224 in ihrem Durchbruchszustand und liefert an die lichtemittierende Diode 503 Strom. Die erregte lichtemittierende Diode 503 triggert die lichtempfindlichen Photonendetektoren der Siliziumgleichrichter 501 und 502 bei jeder Halbperiode, so dass das Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714 dauernd zur Primärwicklung 101-102 geleitet wird. Beim Betrieb des Geräts mit aufgeteilter Belastung, d. h. bei verminderter Leistung der Wechselstromquelle, liefert eine Hilfsstromquelle 761 Strom an die lichtemittierende Diode 503.

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Der Transformator 120 besitzt eine Sekundärwicklung 126-127, welche mit einem Phasendetektor 719 verbunden ist. Der Phasendetektor 719 enthält einen Operationsverstärker 818, welcher ein Rechteckwellensignal erzeugt, dessen Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen des sinusförmigen Eingangswechselstromsignals zusammenfallen. Dieses Rechteckwellensignal wird bei bestimmten Betriebsbedingungen zum Synchronisieren eines Wechselrichterkreises 730 verwendet.

Die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters 251 liegt an einem Spannungsteiler der aus den Widerständen 301 und 302 besteht. Dieser Spannungsteiler ist ein Teil der Fühleranordnung 718 zur Überwachung der Grösse des Eingangswechselstromsignals. Das Spannungssignal auf der Verbindungsleitung der Widerstände 301 und 302 wird dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 801 zugeführt. Der invertierende Eingang des Komparators 801 erhält über den Widerstand 331 eine Bezugsspannung. Wenn die gleichgerichtete Sinuswelle auf der Verbindungsleitung der Widerstände 301 und 302 grösser als die Bezugsspannung am invertierenden Eingang ist, wird das Ausgangssignal des Komparators 801 in den hohen Spannungszustand geschaltet. Das heisst, so lange die Eingangswechselspannung ihre normale Grösse hat wird das Ausgangssignal des Komparators 801 bei jeder Halbperiode in den hohen Spannungszustand geschaltet. Das Ausgangssignal hoher Spannung des Komparators 801 liegt über einen Kondensator 410 und einen Widerstand 333 an der Basis eines Transistors 512, welcher dadurch so vorgespannt ist, dass er leitend ist. Während der periodisch auftretenden, nicht leitenden Intervalle des Transistors 512 lädt eine ' Spannungsquelle über einen Widerstand 335 einen Kondensator 411 periodisch auf, wodurch die im Kondensator 411 gespeicherte Ladung periodisch ergänzt wird. Während der leitenden Intervalle des Transistors 512 wird jedoch der Kondensator 411 periodisch entladen, so dass der maximale Wert der am nicht invertierenden Eingang eines Komparators 806 liegenden Ladespannung des Kondensators 411 nicht ausreicht, um das Ausgangssignal des Komparators 806 in den hohen Spannungszustand zu schalten. Das heisst, so lange das Eingangswechselstromsignal seine normale Grösse hat, bleibt das Ausgangssignal des Komparators 806 im niederen Spannungszustand. Dieses Ausgangssignal niederer Spannung liegt über einem Widerstand 336 an der Basis eines Transistors 505 und hält diesen im nichtleitenden Zustand.

Durch den nichtleitenden Zustand des Transistors 505 liegt ein Signal mit hoher Spannung, beim beschriebenen Beispiel 12 V über einen Widerstand 253 und eine Leitung 736 an einem bilateralen Schalter 721. Der Schalter 721 ist ein Halbleiterschalter, der innere Schaltwege besitzt, die in Abhängigkeit von äusseren Steuerspannungen geöffnet oder geschlossen werden. Eine genaue Beschreibung eines geeigneten bilateralen Schalters ist in der früher angegebenen Veröffentlichung enthalen.

Der bilaterale Schalter 721 besitzt drei aktive innere Schaltwege, nämlich Weg A-B, Weg C-D und Weg E-F. Das durch den nichtleitenden Zustand des Transistors 505 auf der Leitung 736 auftretende Signal hoher Spannung bewirkt das Schliessen des Schaltwegs C-D. Dieser Schaltweg bleibt so lange geschlossen, als die Spannung auf der Leitung 736 hoch ist und diese Spannung bleibt hoch bis das Eingangswechselstromsignal auf den Leitungen 713 und-714 unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.

Das gleichgerichtete Ausgangssignal des Brückengleichrichters 251 wird über eine Diode 205 und einen Widerstand 303 auch an einen Spannungsteiler angelegt, der aus den Widerständen 340 und 341 des Niederspannungsdetektors 717 besteht. Die Spannung auf der Verbindungsleitung der Widerstände 340 und 341 liegt über einen Widerstand 342 am nicht invertierenden Eingang eines Komparators 816. Wenn die Ein' 615 786

gangswechselspannung ihren normalen Wert hat, befindet sich das Ausgangssignal des Komparators 816 im Zustand hoher Spannung. Diese hohe Spannung liegt über eine Leitung 780 am bilateralen Schalter 721 und hält den Schaltweg E-F dieses 5 Schalters geschlossen.

Das Ausgangssignal hoher Spannung des Komparators 816 liegt über einen aus den Widerständen 346 und 347 bestehenden Spannungsteiler an der Basis eines Transistors 508, wodurch dieser leitend ist. Ein zum Transistor 508 parallel ,0 geschalteter Transistor 507 wird durch das Ausgangssignal niederer Spannung des Komparators 806 im nicht leitenden Zustand gehalten. Dadurch gelangt das Signal niederer Spannung der Erdleitung 766 auf die Leitung 735, die mit dem Schaltweg A-B des Schalters 721 gekoppelt ist, wodurch dieser l5 Schaltweg geöffnet wird.

Im normalen Betriebszustand, d. h. wenn das Wechselstromeingangssignal seinen normalen Wert hat, sind der Schaltweg A-B geöffnet und die Schaltwege C-D und E-F geschlossen. Die geschlossenen und geöffneten Schaltwege des bilateralen 20 Schalters 721 bestimmen die Phasenbeziehungen zwischen dem Wechselstromeingangssignal an den Klemmen 713 und 714, dem Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 111-112 und dem Ausgangssignal des Wechselrichters 730 auf der Primärwicklung 109-110. Wie bereits erwähnt, besitzt der Trans-25 formator 120 eine Wicklung 126-127, welche mit dem Phasendetektor 719 verbunden ist. Der Operationsverstärker 818 des Phasendetektors 719 erzeugt ein Rechteckwellensignal, das in Phase mit der sinusförmigen Eingangswechselspannung an den Klemmen 713 und 714 ist. Dieses Rechteckwellensignal wird 30 über die Leitung 737 an den Schaltweg A-B des Schalters 721 angelegt. Wie oben erwähnt, ist der Schaltweg A-B bei normalem Betrieb, d. h. wenn die ganze Ausgangsleistung des Geräts von der kommerziellen Wechselstromquelle geliefert wird, geöffnet, so dass das in Phase mit dem Wechselstromsignal 35 befindliche Rechteckwellensignal auf der Leitung 737 von den Steuerkreisen des Geräts abgeschaltet ist.

Die Phase des Ausgangssignals auf der Sekundärwicklung 111-112 wird durch den Phasendetektor 728 überwacht, der mit der Transformatorwicklung 105-106 verbunden ist. Der 40 Phasendetektor 728 enthält einen Operationsverstärker 808, der über die Widerstände 354 und 355 mit der Wicklung 105-106 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 ist ein Rechteckwellensignal, dessen Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen des Rechteckwellensignals auf 45 der Sekundärwicklung 111-112 koinzident sind, d. h. die beiden Signale sind gleichphasig. Das Ausgangssignal dès Operationsverstärkers 808 wird über die Widerstände 353 und 345 an die Schaltwege C-D und E-F des Schalters 721 angelegt. Diese beiden Schaltwege sind über den Verbindungspunkt 772 mit-50 einander verbunden, so dass die Widerstände 353 und 345 parallel geschaltet sind. Die Widerstände 353 und 345 haben verschiedene Impedanzen, wobei diejenige des Widerstands 345 wesentlich höher ist als die des Widerstands 353. Der Widerstand 353 ist während des Übergangs vom normalen Betrieb ss zum weiter unten beschriebenen Betrieb mit aufgeteilter Belastung abgeschaltet, um Einschwingvorgänge während dieses Übergangs zu begrenzen, wenn die Phase des Wechselrichters 730 geändert wird.

Das Rechteckwellensignal des Phasendetektors 728 liegt 6o über Leitung 755 an einem Oszillator 725, der das Schalten der Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 steuert. Das Rechteckwellensignal auf der Leitung 755 wird der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 359 und 360 im Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 809 des Oszillators 65 725 zugeführt. Die Impedanz der Widerstände 359 und 360 ist gleich, so dass das Rechteckwellensignal auf der Leitung 755 gleichmässig zwischen dem nicht invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 809 aufgeteilt wird.

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Das Rechteckwellensignal bewirkt, dass der Oszillator 725 in Phase mit dem Signal auf der Sekundärwicklung 111-112 schwingt.

Der Ausgang des Oszillators 725 ist über Treibertransistoren 515 und 516 mit den beiden gegenphasig schaltenden Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 verbunden, die im Gegentakt arbeiten. Zur Erzielung des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters liegen Rückflussdioden im Nebenschluss zu den Schaltvorrichtungen. Wechselrichter dieser Art sind bekannt, so dass keine weitere Beschreibung nötig ist.

Während des Leerlaufbetriebs, wenn der Wechselrichter 730 in Phase mit dem Signal auf der Sekundärwicklung 111-112 schaltet, nimmt der Wechselrichter keine Energie von der Gleichstromquelle auf und liefert keine Energie an die Sekundärwicklung 111-112. Der Strom, der während jeder Halbperiode durch eine Schaltvorrichtung fliesst, ist gleich und identisch mit dem Strom, der durch eine Rückflussdiode fliesst. Dadurch nimmt der Wechselrichter 730 keine Energie aus der an den Eingangsklemmen 715 und 716 liegenden Gleichstromquelle auf und liefert keine Energie an die Primärwicklung 109-110.

Mit der Eingangsklemme 716 ist eine Sperrdiode 747 verbunden, die das Fliessen eines Ladestroms zu der mit den Eingangsklemmen 715 und 716 verbundenen Gleichstromquelle während des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters 730 verhindert. Die Sperrdiode 747 ist deswegen wirksam, da die gleichgerichtete Spannung der Primärwicklung 109-110 während des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters 730 etwas höher ist als die an den Eingangsklemmen 715 und 716 liegende Gleichspannung.

Die Steuer- und Bezugsspannungen zum Betrieb der Steuerkreise der Einrichtung werden vom Signal abgeleitet, das über der Transformatorwicklung 107-108 erzeugt wird. Diese Wicklung ist mit einer Gleichspannungsquelle 729 verbunden, die einen Brückengleichrichter 252 mit den Gleichrichterdioden 214,215,216 und 217 besitzt. Der Gleichrichter 252 erzeugt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Gleichspannung von angenähert 15 V aus der über der Wicklung 107-108 auftretenden Rechteckwellenspannung. Die Gleichspannung von 15 V wird über eine Leitung 742 einem linearen Regler 727 und einer Bezugsspannungsquelle 726 zugeführt. Der lineare Regler 727 erzeugt eine geregelte Spannung von 12 V auf der Ausgangsleitung 745, welche zum Liefern einer Vorspannung für die verschiedenen integrierten Steuerschaltungen dient. Die Bezugsspannungsquelle 726 liefert an die Ausgangsleitung 746 ein Signal von 6 V, welches als Bezugssignal für die Steuerkreise dient.

Betrieb mit aufgeteilter Ausgangsbelastung

Wenn die Eingangswechselspannung abgesunken ist, so dass die Wechselstromquelle nicht mehr die ganze benötigte Ausgangsleistung liefern kann, jedoch die Eingangswechselspannung noch so hoch ist, dass die Wechselstromquelle Leistung liefert, arbeitet die Einrichtung mit aufgeteilter Ausgangsbelastung, wobei sowohl die Wechselstromquelle an den Klemmen 713 und 714 als auch die Gleichstromquelle an den Klemmen 715 und 716 zur Lieferung der Ausgangsleistung herangezogen werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel tritt der Betrieb mit aufgeteilter Ausgangsleistung auf, wenn die Eingangswechselspannung kleiner als 216 V jedoch grösser als 175 V ist. Dieser Spannungszustand wird vom Niederspannungsdetektor 717 festgestellt.

Wenn die Eingangswechselspannung auf einen Wert im vorstehend genannten Spannungsbereich abnimmt, nimmt auch die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters 251 entsprechend ab. Dieses gleichgerichtete Sinuswellensignal liegt an einem aus den Widerständen 340 und 341 bestehenden Spannungsteiler, so dass auch die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers zwischen den beiden Widerständen 340 und 341 entsprechend kleiner ist. Diese kleinere Spannung wird über einen Widerstand 342 dem nicht invertierenden Eingang des Komparators 816 zugeführt. Der Kompa-5 rator 816 ist über einen Widerstand 344 durch eine Bezugsspannung so vorgespannt, dass durch das Auftreten der genannten kleineren Spannung sein Ausgangssignal in den niederen Spannungszustand geschaltet wird. Dieses Signal niederer Spannung gelangt über die Leitung 780 zum bilateralen Schalter 721 10 und öffnet den Schaltweg E-F.

Die niedere Ausgangsspannung des Komparators 816 liegt auch an einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 346 und 347. Die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers zwischen den Widerständen 346 und 347 hält den Transi-! 5 stor 508 im nicht leitenden Zustand. Der Transistor 507 wird, wie erwähnt, durch die niedere Ausgangsspannung des Komparators 806 im nicht leitenden Zustand gehalten. Dadurch wird die hohe Spannung über den Widerstand 349 und die Leitung 735 an den Schalter 721 angelegt, wodurch der Schaltweg A-B 20 ^dieses. Schalters geschlossen wird.

Während des Betriebs mit aufgeteilter Ausgangsleistung sind die Schaltwege A-B und C-D geschlossen und der Schaltweg E-F offen. Die Phase des Eingangswechselstromsignals wird durch den Phasendetektor 719 festgestellt. Der Opera-25 tionsverstärker 818 liefert ein mit dem Eingangswechselstromsignal in Phase befindliches Rechteckwellensignal über die Leitung 737, den Schaltweg A-B und den Widerstand 357 an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 808. Dadurch ist das sinuswellenförmige Ausgangssignal des Opera-30 .tionsverstärkers 808 in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714. Dieses Sinuswellensignal wird über den Widerstand 353, den Schaltweg C-D und die Leitung 755 der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 359 und 360 des Rückkopplungsnetzwerks des 35 Operationsverstärkers 809 des Oszillators 725 zugeführt. Dadurch ist das Sinuswellensignal am Ausgang des Operationsverstärkers 809 in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714. Dieses Sinuswellensignal wird an die Treibertransistoren 515 und 516 angelegt und 4o von diesen an den Wechselrichter 730, welcher dadurch in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal schaltet.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass die Widerstände 353 und 345 nicht mehr parallel geschaltet sind. Durch das Abschalten des Widerstands 345 vom Widerstand 45 353 kommt dessen höherer Widerstandswert zur Wirkung, wodurch der Phasenübergang der Schwingung des Oszillators 725 von der Phase des Ausgangssignals zur Phase des Eingangssignals verzögert wird. Diese gesteuerte Verzögerung des Phasenübergangs verhindert, dass unerwünschte Ein-50 schwingsignale an die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 angelegt werden.

Die Fühleranordnung 718 zum Feststellen des Ausfalls der Wechselstromquelle ist so vorgespannt, dass ihr Verhalten bei normalem Betrieb und beim Betrieb mit verteilter Ausgangslei-55 stung gleich ist. Dadurch bleibt das Ausgangssignal des Komparators 806 im niederen Spannungszustand und hält den Transistor 505 weiterhin nicht leitend, so dass die über den Widerstand 352 und die Leitung 736 am Schalter 721 liegende Spannung den Schaltweg C-D dieses Schalters geschlossen hält. 6o Der kontinuierliche Betrieb des Tores 720 wird durch die an der Klemme 761 liegende Spannung gewährleistet, welche die Zenerdiode 224 erregt.

Betrieb bei Ausfall der Wechselstromquelle 65 Wenn der Spannungswert der an den Eingangsklemmen 713 und 714 liegenden Eingangswechselspannung unter 175 V fällt, liefert die Wechselstromquelle praktisch keine Leistung mehr an den Ausgang der Einrichtung. Ein solcher Ausfall kann

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durch einen Kurzschluss, eine Unterbrechung oder eine Fehler- annimmt. Dadurch nimmt auch die Spannung am aus den impedanz im Wechselstromnetz auftreten. Die verringerte Ein- Widerständen 301 und 302 bestehenden Spannungsteiler zu, so gangswechselspannung hat sofort eine verringerte Spitzen- dass das Ausgangssignal des Komparators 801 bei jeder Halbspannung der gleichgerichteten, sinusförmigen Ausgangsspan- periode in den hohen Spannungszustand geschaltet wird. Dies nung des Gleichrichters 251 zur Folge, wodurch auch die Span- 5 hat zur Folge, dass das Ausgangssignal des Komparators 806 in nung auf der Verbindungsleitung der beiden Widerstände 301 den niederen Spannungszustand geschaltet wird, wodurch der und 302 entsprechend abnimmt. Diese Spannung reicht jetzt Transistor 507 nicht leitend wird. Der Transistor 508 wird nicht mehr aus, um das Ausgangssignal des Komparators 801 durch das Ausgangssignal niederer Spannung des Kompara-im hohen Spannungszustand zu halten, so dass dieses Aus- tors 816 in den nicht leitenden Zustand gebracht. Durch den gangssignal den Zustand niederer Spannung annimmt, ,0 nicht leitenden Zustand der Transistoren 507 und 508 wird ein wodurch der Transistor 512 von jetzt an im nicht leitenden Ausgangssignal hoher Spannung über den Widerstand 349 und Zustand gehalten wird. Dadurch wird der Kondensator 411 die Leitung 735 an den Schalter 721 angelegt. Dadurch wird der über den Widerstand 335 auf etwa 12 V aufgeladen. Diese hohe Schaltweg A-B geschlossen und der Ausgang des Operations-Spannung gelangt zum Komparator 806 und schaltet dessen Verstärkers 818 des Phasendetektors 719 mit dem nicht inver-Ausgangssignal in den hohen Spannungszustand. Das Aus- ,5 tierenden Eingang des Operationsverstärkers 808 des Phasengangssignal hoher Spannung des Komparators 806 spannt über detektors 728 verbunden.

den Widerstand 336 den Transistor 505 in den gesättigten, lei- Das Ausgangssignal niederer Spannung des Komparators tenden Zustand vor, wodurch das Ausgangssignal der Fühler- 806 bringt den Transistor 505 in den nicht leitenden Zustand, so anordnung 718 auf der Leitung 736 den niederen Spannungszu- dass über die Leitung 736 eine hohe Spannung an den Schalter stand annimmt. 20 721 angelegt und dessen Schaltweg C-D geschlossen wird.

Die niedere Spannung auf der Leitung 736 gelangt zum Dadurch wird ein in Phase mit dem Eingangswechselstromsig-

Schalter 721 und öffnet den Schaltweg C-D dieses Schalters. nal an den Klemmen 713 und 714 befindliches Rechteckwellen-

Der Schaltweg E-F im Schalter 721 wird durch den Nieder- signal über die Leitung 755 an den Oszillator 725 angelegt, so spannungsdetektor 718 offen gehalten. Die verringerte Gleich- dass dieser in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal

Spannung des Gleichrichters 251 gelangt auch zum Nieder- 25 schwingt.

spannungsdetektor 717 und wird über einen Spannungsteiler Durch das Auftreten des Ausgangssignals niederer Span-

mit den Widerständen 341 und 340 an den nicht invertierenden nung des Komparators 806 wird der Kondensator 412 langsam

Eingang des Komparators 816 dieses Detektors angelegt, entladen und dadurch der Transistor 510 langsam in den nicht wodurch auf der Ausgangsleitung 780 ein Ausgangssignal mit leitenden Zustand gebracht, wodurch die Zenerdiode 224 lei-

niederem Spannungszustand auftritt, welches bewirkt, dass der 30 tend wird und die lichtemittierende Diode 503 im Tor 720

Schaltweg E-F im Schalter 721 im offenen Zustand bleibt. erregt. Dadurch werden die beiden Siliziumgleichrichter wie-

Da die beiden Schaltwege C-D und E-F des Schalters 721 der bei jeder Halbperiode getriggert, so dass das Eingangsoffen sind, ist der Oszillator 725 von den'beiden Phasendetekto- wechselstromsignal zur Primärwicklung 101-102 gelangen ren 719 und 728 abgeschaltet und schwingt frei mit angenähert kann. Je nach der Grösse der an den Eingangsklemmen 713 und 60 Hz. 35 714 liegenden Wechselspannung arbeitet dann das Gerät ent-

Die verringerte Ausgangsgleichspannung des Gleichrich- weder normal oder mit aufgeteilter Ausgangsbelastung.

ters 251 wird auch zum Trennen der Wechselstromeingangs- Infolge der gegebenen Eigenschaften der integrierten klemmen 713 und 714 von der Primärwicklung 101 -102 ver- Schaltkreise, arbeiten diese nicht mehr zuverlässig, wenn sie wendet Diese Trennung wird durch das Schliessen des Tores mit zu niederer Spannung betrieben werden. Beispielsweise 720 bewirkt. Die niedere, gleichgerichtete, sinusförmige Aus- 40 kann eine niedere Spannung an den Gleichstromeingängen 715 gangsspannung des Gleichrichters 251 bewirkt, dass die Fühler- und 716 und an der Wicklung 107-108 ein unregelmässiges anordnung 718 den Ausfall der Wechselstromquelle anzeigt. Arbeiten der Steuerkreise und des Oszillators bewirken, Die dadurch am Ausgang des Komparators 806 auftretende wodurch die Schaltvorrichtungen im Wechselrichter 730 hohe Spannung spannt den Transistor 510 in den leitenden beschädigt werden können. Da die Spannung über der Wick-Zustand vor, so dass das Erdpotential der Leitung 766 an die 45 lung 107-108 bei Betriebsbeginn nieder ist, werden die Steuer-Zenerdiode 224 gelegt wird. Dadurch fällt die Spannung an der Spannungen zu Betriebsbeginn von der Eingangsgleichspan-Zenerdiode 224 unter den Wert der Zenerspannung, so dass die nung an den Klemmen 715 und 716 abgeleitet, bis die Spannung Zenerdiode 224 nicht leitend wird, wodurch der Stromfluss zur über der Wicklung 107-108 auf einen Minimalwert zugenom-lichtemittierenden Diode 503 gesperrt wird. Dadurch gelangen men hat. Die Eingangsgleichspannung an der Klemme 715 wird keine Lichtsignale mehr zu den Photonendetektoren der Silizi- 50 über die Leitung 739 an einen Serieregelungskreis 722 angelegt, umgleichrichter 501 und 502, wodurch das Tor 720 die Verbin- der einen Serieregelungstransistor 511 und eine Bezugsspandung zur Primärwicklung 101-102 unterbricht. nungsdiode 210 besitzt. Dieser lineare Regler erzeugt in

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass Abhängigkeit von der angelegten Spannung ein geregeltes bei Ausfall der Wechselstromquelle der Niederspannungsde- 15-Volt-Signal am Emitter des Transistors 511. Dieses 15-Volt-

tektor 717 und die Fühleranordnung 718 die Wechselstrom- 55 Signal wird an eine Bezugsspannungsquelle 726, die ein 6-Volt-

quelle von der Primärwicklung 101 -102 abschaltet und alle Lei- Bezugssignal liefert und an einen linearen Regler 727, der eine tungswege, welche die Phasendetektoren 719 und 728 mit dem 12-Volt-Steuerspannung liefert, angelegt. Wenn die Spannung

Oszillator 725 verbinden, unterbrechen, so dass der den Wech- auf der Wicklung 107-108 den normalen Betriebswert erreicht,

selrichter 730 steuernde Oszillator 725 frei laufen kann. wird der Transistor 511 durch die Gleichspannung des Gleich-

Wenn wieder ein ausreichend grosses Eingangswechsel- 60 richters 252 auf der Leitung 742 in Sperrichtung vorgespannt stromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714 auftritt, und dann die Steuerspannungen von der Gleichspannungs-

muss der Oszillator 725 wieder mit dem Eingangswechseistrom- quelle 729 abgeleitet.

signal derart synchronisiert werden, dass sich ein glatter und Die Eingangsklemmen 715 und 716 sind über ein Gleichstetiger Übergang von einer Stromquelle auf die andere ergibt. Stromfilter 723 und einen Niederspannungsabschaltkreis 724 Die Zunahme des Eingangswechselstromsignals wird von der es mit dem Wechselrichter 730 verbunden. Der Abschaltkreis 724 Wicklung 124-125 des Transformators 120 abgefühlt, wodurch enthält einen aus den Widerständen 315 und 316 bestehenden die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Spannungsteiler, der im Nebenschluss zum Filter 723 liegt. Die Gleichrichters 251 wieder ihren normalen hohen Wert gefilterte Eingangsgleichspannung gelangt über den Abgriff

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zwischen den Widerständen 315 und 316 und den Widerstand 317 zum nicht invertierenden Eingang des Komparators 811. Bei Eingangsgleichspannungen von kleiner als 40 V nimmt das Ausgangssignal des Komparators 811 den niederen Spannungszustand an. Diese niedere Spannung genügt nicht, um die Zenerdiode 209 in den leitenden Zustand zu bringen, so dass der Transistor 504 nicht leitend vorgespannt ist. Die Eingangsgleichspannung auf der Leitung 739 liegt über die Widerstände 322 und 323 am Transistor 506 und ist so gross, dass dieser in den leitenden Zustand gebracht wird. Da der Transistor 506 leitend ist, sind die beiden zum Kollektor dieses Transistors parallel geschalteten Dioden 212 und 213 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Anoden der Dioden 212 und 213 sind über die beiden Leitungen 743 und 744 mit Haltekreisen im Wechselrichter 730 verbunden, welche den Betrieb der Schaltvorrichtungen des Wechselrichters verhindern.

So lange die Dioden 212 und 213 in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, ist der Betrieb des Wechselrichters 730 gesperrt. Wenn die an den Klemmen 715 und 716 liegende Eingangs-5 gleichspannung grösser als 40 V wird, wird das Ausgangssignal des Komparators 811 in den hohen Spannungszustand geschaltet. Dieses Ausgangssignal hoher Spannung bewirkt den Zener-durchbruch der Zenerdiode 209, wodurch der Transistor 504 so vorgespannt wird, dass er den gesättigten, leitenden Zustand io annimmt. Der leitende Transistor 504 leitet Strom von der Basis des Transistors 506 ab, wodurch dieser gesperrt wird. Dadurch werden die Dioden 212 und 213 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, so dass jetzt die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 in Abhängigkeit vom Oszillator 725 normal 15 arbeiten und Leistung an die Last liefern.

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2 Blatt Zeichnungen