DE1956486B2 - Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern - Google Patents

Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern

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DE1956486B2 DE19691956486 DE1956486A DE1956486B2 DE 1956486 B2 DE1956486 B2 DE 1956486B2 DE 19691956486 DE19691956486 DE 19691956486 DE 1956486 A DE1956486 A DE 1956486A DE 1956486 B2 DE1956486 B2 DE 1956486B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern, bei der der Verbraucher aus mindestens zwei Wechsclstromquellen gespeist werden kann.
Aus der französischen Patentschrift 1 370 744 ist bereits eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauehern bekanntgeworden, bei der der Verbraucher einerseits über einen Gleichrichter und einen Wechselrichter, andererseits direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Bei dieser bekannten Schaltungsan Ordnung sind weiter zwei Schaller vorgesehen, von de- so ncn der eine in der Verbindungsleitung zwschen dem Wechselstromnetz und dem Verbraucher liegt. Der zweite Schalter liegt zwischen Gleichrichter und Wechselrichter. Bei Ausfall des Wechsclstromnelzcs wird durch ein Relais der Wechselrichter an den Verbraueher geschaltet, der nun über den Wechselrichter aus einer Batterie mit Wechselstrom versorgt wird
Aus der deutschen Patentschrift 678 494 ist weiter eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Wechsel-Mromverbrauchern bekannt, die einen als Gleichrichter oder Wechselrichter arbeilenden Stromrichter enthält, der bei Ausfall des Wechselstromnetzes aus einer Batterie gespeist wird und Wechselstrom an den Verbraucher liefert. Hierzu muß der Stromrichter von Gleichrichterbetrieb auf Wechselrichterbetrieb umgeschaltet werden.
Bei diesen bekannten Schaliungsanordnungen wird zwar die Versorgung des Wechsclstromvcrbrauchers bei Ausfall des Wechselstroninetzes sichergestellt, je doch treten bei der Umschaltung Spunnunßseinbrüehe auf, die in vielen Fällen, beispielsweise bei Nachrichten anlagen, nicht tragbar sind.
Es wurde weiter eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern vorgeschlagen, bei der der Ver braucher einerseits über einen ersten elektronischen Schalter direkt mit dem Wechselstromneu verbunden ist und andererseits über einen Gleichrichter und einen Wechselrichter -1.11 dem Wechselstromnetz verbunden ist und eine R.ntetie zwischen Gleichrichter und Wechselrichter parallel zu diesem liegt 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 abhangig davon, ob die erforderliche Netzspannung vorhanden ist oder unter einen vorgegebenen Wert gesunken ist, wird mittels eines Spannungsfühlers über eine VerriecreluriiTs^haltiing entweder dor erste oder der zweite elektronische Scii:iiier eingeschaltet. Als ek-Ktromsuie Schalter werden Halbleiterschalter, wie z.B. Thyristoren verwendet.
Kei einer Schaltungsanordnung zur unterbrechurgsfreien Umschaltung eines Wechselstromverbrauchors von einer Wcchselstromcpelle au! eine andere Wechselstromqueile mittels elektronischer .'^halter tritt das Problem auf, auch ganz kurzzeitige Sp:>nnungseinbruche /u vermeiden. F.s wird oft gefordert, daß Unterbrechungen nur bis zu 10 Millisekunden zulassig sind.
S'-iehe kurzzeitigen Spannungseinbrüche können da dun Ii vermieden werden, daß magnetische Spannungskonstanthalter oder P.irallclschwingkreise vorgesehen sind, welche während des Umschaltens Energie zur Versorgung des Verbrauchers liefern können. Bei Kurzschlüssen an der Spcisespannungsquclle kann jedoch meist nicht schnell genug abgeschaltet werden, so daß die in den Schwingkreisen gespeicherte Kncrgiu iiber den jeweils geschlossenen Stromkreis kurzzeitig durch den Kurzschluß abgebaut wird und 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 Wcehselstromquelle vorgenommen wird, so fließt durch den elektronischen Schalter bis zum Nulldurchgang der Spannung Strom, während der zweite elektronische Schalter schon eingeschaltet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechsclstromverbrauchern gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, daß auch innerhalb einer Halbpcriodc die elektronischen Schalter umgeschaltet werden können, so daß auch sehr kurzzeitige Spannungseinbrüche vermieden werden. Außerdem sollen Schwingkreise zur Energiespeicherung wegen ihrer Unzuverlässigkeil bei Kurzschlüssen an der Speisespannung vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedem elektronischen Schalter eine Kommutierungsschaltung zugeordnet ist, so daß der betreffende elektronische Schalter unverzüglich absehaltbar ist.
Durch Verwendung einer zusätzlichen Kommutie-
rtingssclialiiing wird der elektronische Schaher, der ausgeschaltet weiden soll, augenblicklich unterbrochen, ohne dall erst der Nullünri hf.in^ der Wechselspannung abgewartet werden muli. Ks ergibt sich dadurch eine äul'erst kur/e Umschahzeii, so dall auch g.m/ kurz/ei U^i Sp.iniuiiigseinbruLhi; vermieden werden und Schwmgkicise zur Energiespeicherung nut ihre.i Nach feilen bei Kur/.schlussen der Speisespannung riichi er forderlich sind.
Koininutieiungssth.iluinj.'en sind irr.l'i -.ondere bei selbstj'clr'inen 1 hynsior Wechselrichtern und söge nannten Thynsior-Gleichhironr-.tellern an sich bekannt (Hoilniann, Stocker »Thyristor Hiindbtich« 1%,H, S. 243 bis 251. S. 254 bis 257); sie dienen dort /um periodiiehen I eschen des jeweils gezündeten und Gleichstrom fuhrenden Thyristors, wobei das Verhältnis Stiomfiullliauer /u Strompause (»Tastverhältnis«') bei Gleichstromstellern die Größe der Verbraucherspannung best mim ι.
GemaÜ der weiteren Ausbildung der Erfindung wird It' Kein- ί ;l jeden; Schaltelement des eiei-.n iiM'.Jieii S, '■■-'■ lter-, je L-nie lliussJ aiigeurdri;;-:. lU:<_-r dcrcii '.·■■ cuer· Ά ;ckiung '-1Ch ein .nil die Sp.i/L./.-.pannuir.' ..!es Vorbiaik'".ci'~ aiifgeladen-.Ί' Ki.tidci'iviti ■ i;hcr . ■ π <. ■: s: :.ji h.;rvii Gleichrichter entladt.
■■■ci'er :m nach einer i-.rulei'e'i 'ui-.ge^iaiving .-.ei der S ill'inusaüordriüiii; ^c null de; i->miui!ng ir- bek.inn Ic Weise eine S\r;chri jniuer.-ririciiumj.' \ orgesehen, di;; ii die beide Wechselst!.iiiiiiet/e auf Phaseugleichheu v. nrhroni.sicn werden, Hierd-.ir». h ',u-iJcn heilere Schwierigkeiten vermieden, die si; h -.iuri h i.ngieiche !'!■,.ise:i der beiden WeLhseMromn-'tzc bei der Ums.-haltung ergeben.
Die eine Wechselstpiinquelle besieht in an sieh bekannter Weise aus einer Gleichstromquelle und e;r,em Wechselrichter. Die Gleichstromquelle kann iDcis^eK-v.eise eine ß.itterie sein, die während tics Hetrieijcs aus den, anderen Wechselstromnetz über eine:) G^-ithiichti'-i aiiigcl.idcn wird.
Die Erfindung soll .in ilaiul der [-iguren näher erläiitert weiden.
I 1 g. t zeigt ein Blockschaltbild der Sehaliungsanoulniing gemäß der Irfindting; in dm
Γ ι g. 2 und 5 sind zwei verschiedene Ausiuhrungsformen für dij elektronischen Scliallei bei der Schaltung·, anordnung gemäß der l'.rfindung dargestellt:
I·' i g. 5 zeigt einen I eil tier Si.haliung.sanf.rdn.ing geinall der Ijfindung mit einem clekirtniischeu Schaller und der zugehörigen Kornmuticrunjisschalliing.
Nach dem Blockschaltbild von f; 1 g. 1 wird der Verbrauchet" I über einen ersten elektronischen Schalter 2 aus dem Wechselstromnetz } gespeist. Die Speisespannung des Wechscl'.tromnetz'.'s i wird durch den Spar-, niingsfühlcr 7 überwacht.
Der Verornucher I kann al·' auch aus einer /weiten Wfi lr,t !stromquelle gespeist -.venten. die durch den Wechselrichter 5 gebildet wird. Der Wechselrichter 5 wird mit Gleichstrom aus der Batterie 6 versf>n;i und -,peist den Verbraucher ) über den elektpinisehen .Schalter 4 Oie S[)i:isespanniing de·· W'cchselrichters 5 wird durch den Spanntingsfühlcr 8 überwacht.
Normalerweise wird der Verbraucher I aus dem Wechselstromnetz 3 gespeist. Der elektronische Schal ter 2 ist dabei geschlossen und der elektronische Schal ter 4 geöffnet. Wenn nun die Spannung des Wechsel-Stromnetzes 3 unter eine bestimmte Grenze sin*I oder ganz aiisfälh. wir'.i durch den Spannungsfühler 7 ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 9 gegeben. Das Steuergerät 9 gibt nun einen entsprechenden Impuls an den elektronischen Sehalter 4, der dadurch ein geschaltet wird, während gleich/eilig der elektronische s Schalter 2 geöffnet wird Nunmehr wird der Verbrau eher 1 aus der Batterie h über den Wechselrichter 5 mit Strom versorgt. Durch eine geeignete Verriegelung schaltung im Steuergerät 9 wird sichergestellt, dall stets der eine elektronische Schalter geschlossen ist. wenn to der andere geöffnet ist und umgekehrt.
Gemäß der Erfindung sind nun die Kommutierungsschaltungen SO und 11 vorgesehen, von denen die Kom- :nuiierungsschaltung 10 dem elektronischen Schalter 2 und die Kommutierungsschaltung 11 dem elektronisehen Schalter 4 zugeordnet ist. Im Falle einer Umschaltung von einer Wechselstromquelle auf die andere Wechselstromquelle wird mittels der Kommutierungsschaltung der betreffende elektronische Schalter sofort abgeschaltet, ohne daß erst die Spannung an diesem Schalter durch Null gehen muß. Ε·> kann also nicht vori-.iim ·;ι.··ι Jail beide elekironischen Schalter 2 und 4 ft-r cii-c k'.irze /eil üleicn/eitig Strom !uhren.
We-itci is! in Γ i g. I no. ■ die Synchmnisierungsichakuiig i2 wirgesehen, die l> wirkt, dall die beiden :··, 'vVech-,ei',;romquelleii. nämlich das Wechselstromnet/ 5 i = ':d uer We«.hseirichie; ϊ. I'liysengleichneit haben. Im !'.die -.ines aus eitler li.i'.terv gespeisten Wechselnd!- ι· ■ :■.)■: WechseKiii.mqiielle iäufi dieser Wechselrichter .,uch während Jc, Net/betnebes aus dem Wechselte sirc.mr.eiz J im Leerlauf mil, so daß also auch eine Anlaufzeit des Wechselt Ί-hters beim Umschalter, und der damit verbundene .Spannungseinbruch vermieden wer ■.!cn.
E ι Lr. 2 zeig! cmc Ausfuhrungsform des elektroni· <■ scher, Schalters. Er besteht aus den zwei antiparallel geschalteten I"h\risioren 13 und 14. die durch geeignete Impulse des Steuergerätes 9 geschaltet werden. Genia'li der Erfindung sind in Reihe mit den Thyristoren die Eisendrosseln 15 und 16 geschaltet. Der elektronische Schalter kann abc auch, wie in I- : g. J dargestelli. aus einer Gleichrichterbrückenschaltung mit den Gleichrichtern 17. 18, 19 und 20 bestehen. in deren Diagonale ein Thyristor 13 angeordnet ist. Auch in diesem EaIIc wird der Thyristor 13 durch das .(', Steuergerätς) beeinflußt. In Reihe .nit dem Thyristor Π hegt wieder die Kisendrossel Ii.
E ι g. 4 zeigt einen Teil der Schaltungsanordnung von Ei g. I. und zwar den elektronischen Schalter mit den Thyristoren 13 und 14 und die Komnuitierungsschal- v lung. Letztere besieht aus den beiden Drosseln 15 und 16 mit der weiteren Wicklung 25 auf einem gemeinsamen Eisenkern Der Eisenkern ist durch die gestrichelte Linie angedeutet. Der Verbraucher ist durch den Widerstand 1 dargestellt. Der Kondensator 23 der 5s Kommuticrungsschaltung wird dauernd auf der höchsten aiii Verbraucher 1 liegenden Spannung gehalten. Die Aufladung erfolgt über den Widerstand 21 und den Gleichrichter 22. Ls ist weiter der steuerbare Gleichrichter ."1I vorgesehen, der in Reihe mit der Drosselc.ü wicklung 25 liegt. Im Zeitpunkt der Umschaltung erhiilt der steuerbare Gleichrichter 24 einen Impuls von dem Steuergerät 9 und wird geöffnet. Dabei entlädt sich der Kondensator 23 über die Dros: elwicklung 25, wodurch eine Kommutierung des Stromes im elektronischen fi.5 Schalter ,lervorgerufen wird und die Thyristoren 1.3 und 14 augenblicklich gesperrt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

I 956 Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur unlerbreehungsfreien Stromversorgung von Wechselsiromverbruuchern wahlweise aus einer von zwei Wechselstromquellen, bei der /wischen dem Verbraucher und jeder Wech selstrornquelle je ein elektronischer Schalter an geordnet ist, der abhängig von je einem jeden Wechselstromverbraucher zugeordneten Spannungsfühler von einem Steuergerat ein- bzw. ausge schalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem elektronischen Schalter (2, 4) eine K.ommutierungsschaltung (10, 11) zugeordnet ist, so daß der betreffende elektronische Schalter unverzüglich abschaltbar ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jedem Schaltelement (13, 14) des elektronischen Schalters je eine Drossel (15, 16) liegt, über deren weitere Wicklung (2ϊ) Mi.h ein auf die fipitzcnspannu.'ig des Vcrbrnnchor-i (I) aufgel-'dencr Kondensator (2S) über erneu steuerbaren C ilcichrichiur (24) entladt.
j. Schaltungsanordnung rui Ii Anspruch i oder J. dadurch gekennzeichnet, .ill in bekannter Weise ."< durch eine Synchronisier· .'seinnchtiipi: [i2] beide Weehselstromquellen (3; :>. h) auf Phasen^ieichheii synchronisiert sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die eine Wechselstromquellc durch eine Gleichstromquelle (h) und einen Wechselrichter (5) j?ebildet ist.
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