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Wechselstromversorgungsschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern,
bei der der Verbraucher aus mindestens zwel Wechselstromquellen gespeist werden
kann.
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Aus der französischen Patentschrift 1 370 744 ist bereits eine Schaltungsanordnung
zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern bekannt geworden,
bei der der Verbraucher einerseits über einen Gleichrichter und einen Wechselrichter,
andererseits direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Be-i dieser bekannten
Schaltungsanordnung s+nd weiter zwei Schalter vorgesehen, von denen der eine In
der Verbindungsleitung zwischen dem Wechselstromnetz und dem Verbraucher liegt.
Der zweite Schalter liegt zwlschen Gleichrichter und Wechselrichter. Bei Ausfall
des Wechselstromnetzes wird durch ein Relais der Wechselrichter an den Verbraucher
geschaltet, der nun über den Wechsel richter aus einer Batterie mit Wechselstrom
versorgt wird.
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Aus der deutschen Patentschrift 678 494 Ist welter eine Schaltungsanordnung
zur Speisung von Wechselstromverbrauchern bekannt, die einen als Gleichrichter oder
Wechselrichter arbeltondon Stromrichter enthält, der bei Ausfall des Wechselstromnetzes
aus einer Batterie gespeist wird und Wechselstrom an den Verbraucht liefert. Hlerzu
muß der Stromrichter von
Gleichrichterbetrieb auf Wechselrichter
betrieb umgeschaltet werden.
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Bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen wird zwar die Versorgung
des Wechselstromverbrauchers bei Ausfall des Wechselstromnetzes sichergestellt,
jedoch treten bei der Unischaltung Spannungseinbrüche auf, die in vielen Fällen,
beispielsweise bei Nachrichtenanlagen, nicht tragbar sind.
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Es wurde weiter eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien
Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern vorgeschlagen, bei der der Verbraucher
einerseits ueber einen ersten elektronischen Schalter direkt mit dem Wechselstromnetz
verbunden ist, und andererseits über einen Gleichrichter und einen Wechsel richter
mit dem Wechselstromnetz verbunden ist und eine Batterie zwischen Gleichrichter
und Wechselrichter parallel zu diesem 1 legt, sowie ein zweiter elektronischer Schalter
vorgesehen ist, der zwischen Verbraucher und Gleichrichter angeordnet ist. Der zweite
elektronische Schalter liegt zwischen dem Wechselrichter und dem Verbraucher und
abhängig davon, ob die erforderliche Netzspannung vorhanden ist oder unter einen
vorgegebenen Wert gesunken ist, wird mittels eines SpannungsfOhlers über eine Verriegelungsschaltung
entweder der erste oder der zweite elektronische Schalter eingeschaltet. Als elektronische
Schalter werden Halbleiterschalter, wlTe z.B. Thyristoren, verwendet.
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Bei einer Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Umschaltung
eines Wechsel stromverbrauchers von einer Wechselstromquelle auf eine andere Wechselstromquelle
mittels elektronischer Schalter tritt das Problem auf, auch ganz kurzzeitige Spannungseinbrüche
zu vermeiden. Es wird oft gefordert, daß Unterbrechungen nur bis zu 10 Millisekunden
zulässig sind.
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Solche kurzzeitigen Spannungseinbrüche können dadurch vermieden werden,
daß magnetische Spannungskonstanthalter oder Paral lelschwingkreise vorgesehen sind,
welche während des Umschaltens Energie zur Versorgung des Verbrauchers liefern können.
Bei Kurzschlüssen an der Speisespannungsquelle kann jedoch meist nicht schnell genug
abgeschaltet werden, so daß die in den Schwingkreisen gespeicherte Energie über
den jeweils geschlossenen Stromkreis kurzzeitig durch den Kurzschluß abgebaut wird
;nd daher den Verbraucher nicht mehr speisen kann. Außerdem kann der Umschaltzeitpunkt
so ungünstig zur Phasenlage der Wechselspannung liegen, daß erst noch ein großer
Teil einer Halbperiode durchlaufen wird, bis die Spannung durch Null geht und der
elektronische Schalter tatsächlich abschaltet. Wenn hierbei die Umschaltung nur
bei einer Spannungsabsenkung an der einen Wechselstromquelle vorgenommen wird, so
fließt durch den elektronischen Schalter bis zum Nul ldurchgang der Spannung Strom,
während der zweite elektronische Schalter schon eingeschaltet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Umschalteinrichtung so aufzubauen,
daß auch innerhalb einer Halbperlode die elektron 1-schen Schalter umgeschaltet
werden können, so daß auch sehr kurzzeitige Spannungseinbrüche vermieden werden.
Außerdem sollen Schwlngkrelse zur Energiespeicherung wegen ihrer Unzuverlässigkeit
bei Kurzschlüssen an der Speisespannung vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedem elektronischen-
Schalter eine Kommutierungsschaitung zugeordnet Ist.
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Durch Verwendung einer zusätzlichen Kommutlerung-sschaltung wird der
elektronische Schalter, der ausgeschaltet werden soll,
augenblicklich
unterbrochen, ohne daß erst der Nulldurchgang der Wechselspannung abgewartet werden
muß. Es ergibt sich dadurch eine äußerst kurze Umschaltzeit, so daß auch ganz kurzzeitige
Spannungseinbrüche vermieden werden und Schwingkrelse zur Energiespeicherung mit
ihren Nachteilen bei Kurzschlüssen der Speisespannung nicht erforderlich sind.
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Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung wird in Reihe mit Jedem
Schaltelement des elektronischen Schalters je eine Drossel angeordnet, Uber deren
eine Wicklung sich ein auf die Spitzenspannung des Verbrauchers aufgeladener Kondensator
Uber einen steuerbaren Gleichrichter entlädt.
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Weiter ist bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung eine Synchronisiereinrichtung
vorgesehen, durch die beide Wechselstromnetze auf Phasengleichheit synchronisiert
werden. Hierdurch werden weitere Schwierigkeiten vermieden, die sich durch ungleiche
Phasen der beiden Wechsel stromnetze bei der Umschaltung ergeben.
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Die eine Wechselstromquelle besteht in an sich bekannter Weise aus
einer Gleichstromquel le und einem Wechsel richter. Die Gleichstromquelle kann beispielsweise
eine Batterie sein, die während des Betriebes aus dem anderen Wechselstromnetz Uber
einen Gleichrjchter aufgeladen wird.
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Die Erfindung soll anhand der Figuren näher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung.
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In den Figuren 2 und 3 sind zwei verschledene Ausführungsformen für
die elektronischen Schalter bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.
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Figur 3 zeigt einen Teil der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
mit einem elektronischen Schalter und der zugehörigen Kommutierungsschaltung.
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Nach dem Blockschaltbild von Figur 1 wird der Verbraucher 1 über einen
ersten elektronischen Schalter 2 aus dem Wechselstromnetz 3 gespeist. Die Speisespannung
des Wechselstromnetzes 3 wird durch den Spannungsfühler 7 überwacht.
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Der Verbraucher 1 kann aber auch aus einer zweiten Wechselstromquelle
gespeist werden, die durch den Wechselrichter 5 gebildet wird. Der Wechsel richter
5 wird mit Gleichstrom aus der Batterle/versorgt und speist den Verbraucher 1 über
den elektronischen Schalter 4. Die Speisespannung des Wechsel richters 5 wird durch
den Spannungsfühler 8 überwacht.
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Normalerweise wird der Verbraucher 1 aus dem Wechselstromnetz 3 gespeist.
Der elektronische Schalter 2 ist dabei geschlossen und der elektronische Schalter
4 geöffnet) Wenn nun die Spannung des Wechselstromnetzes 3 unter eine bestimmte
Grenze sinkt oder ganz ausfällt, wird durch den Spannungsfühler 7 ein entsprechendes
Signal an das Steuergerät 9.gegeben. Das Steuergerät 9 gibt nun einen entsprechenden
Impuls an den elektronischen Schalter 4, der dadurch eingeschaltet wird, während
g!eichzeitlg der elektronische Schalter 2 geöffnet wird. Nunmehr wird der Verbraucher
1 aus der Batterie 6 Uber den Wechselrichter 5 mit Strom versorgt. Durch eine geeignete
Verrlegelungsschaltung Im Steuergerät 9 wird sichergestellt, daß stets der eine
elektronische Schalter geschlossen Ist, wenn der andere geöffnet ist und umgekehrt.
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Gemäß der Erfindung sind nun die Kommutierungsschaltungen 10 und 11
vorgesehen, von denen die Kommutierungsschaltung 10 dem elektronlschen Schalter
2 und die Kommutierungsschaltung 1t
dem elektronischen Schalter
4 zugeordnet ist. Im Falle einer Umschaltung von einer Wechselstromquelle auf die
andere Wechselstromquel le wird mittels der Kommutierungsschaltung der betreffende
elektronische Schalter sofort abgeschaltet, ohne daß erst die Spannung an diesem
Schalter durch Null gehen muß.
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Es kann also nicht vorkommen, daß beide elektronischen Schalter 2
und 4 für eine kurze Zeit gleichzeitig Strom führen.
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Weiter ist in Flgur 1 noch die Synchronisierungssch-a-ltung 12 vorgesehen,
die bewirkt, daß die belden Wechselstromquellen, nämlich das Wechselstromnetz 3
und der Wechsel richter 5, Phasengleichheit haben. Im Falle eines aus einer Batterie
gespeisten Wechselrichters als Wechselstromquelle läuft dieser Wechsel richter auch
während des Netzbetriebes aus dem Wechselstromnetz 3 im Leerlauf mit, so daß also
auch eine Anlaufzeit des Wechselrichters beim Umschalten und der damit verbundene
Spannungseinbruch vermieden werden.
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Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des elektronischen Schalters.
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Er besteht aus den zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 13 und
14, die durch geeignete impulse des Steuergerätes 9 geschaltet werden. Gemäß der
Erfindung sind in Reihe mit den Thyristoren die Eisendrosseln 15 und 16 geschaltet.
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Der elektronische Schalter kann aber auch, wie in Figur 3 dargestellt,
aus einer GleichrlchterbrUckenschaltung mit den Gleichrichtern 17, 18, 19 und 20
bestehen, in deren Diagonale ein Thyrlstor 13 angeordnet ist. Auch in diesem Falle
wird der Thyristor 13 durch das Steuergerät 9 beeinflußt. In Reihe mit dem Thyristor
13 liegt wieder die Elsendrossel 15.
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Figur 4 zeigt einen Teil der Schaltungsanordnung von Figur 1, und
zwar den elektronischen Schalter mit den Thyristoren 13 und 14 und die Kommutlerungsschaltung..
Letztere besteht aus den belden Drosseln 15 und 16 mit der weiteren Wicklung 25
auf einem gemelnsamen Eisenkern. Der Eisenkern ist durch die gestrichelte Llnie
angedeutet. Der Verbraucher ist durch den Widerstand 1 dargestellt. Der Kondensator
23 der Kommutierungsschaltung wird dauernd auf der höchsten am Verbraucher 1 1 legenden
Spannung gehalten. Die Auf ladung erfolgt über den Widerstand 21 und den Gleichrichter
22. Es ist weiter der steuerbare Gleichrichter 24 vorgesehen, der In Reihe mit der
Drosselwicklung 25 liegt. Im Zeitpunkt der Umschaltung erhält der steuerbare Gleichrichter
24 einen Impuls von dem Steuergerät 9 und wird geöffnet. Dabei entlädt sich der
Kondensator 23 über die Drosselwicklung 25, wodurch eine Kommutierung des Stromes
im elektronischen Schalter hervorgerufen wird und die Thyristoren 13 und 14 augenblicklich
gesperrt werden.
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Anlagen: 4 Patentansprüche 3 Bl. Zeichnungen 1 Bl. Verzeichnis der
verwendeten Bezeichnungen