DE2242458A1

DE2242458A1 - Vorrichtung zur ununterbrochenen stromversorgung einer last durch zwei oder mehr gleichstromquellen

Info

Publication number: DE2242458A1
Application number: DE2242458A
Authority: DE
Inventors: Tadeusz Dr Techn Wolpert
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1973-03-22
Also published as: BR7205929D0; GB1399756A; DE2242458B2; DK133217B; US3761733A; FR2152693B1; NL7212069A; ES406428A1; FR2152693A1; IT967227B; AU4577772A; DK133217C; AU467727B2; CH552905A; BE788488A; SE368643C; SE368643B

Description

Telex'omiktie"bolage-t L I-i Ericsson, Stockholm/Schweden

Vorrichtung zur ununterbrochenen Stromversorgung einer Last durch zwei oder mehr Gleichstromquellen.

Eine ununterbrochene Wechselstromversorgung ist in der Fernsprechvermittlung, der Industrie usw. immer häufiger erforderlich. Ein typisches Beispiel.für Anordnungen, die eine ununterbrochene Stromversorgung erfordern, ist die Datenverarbeitung. Unterbrechungen der Betriebsspannung können, selbst wenn sie nur für den Bruchteil einer Periode andauern, schwerwiegende und dauernde

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Störungen hervorrufen, indem sie die Speichereinrichtungen und Ähnliches beeinflussen.

In solchen Fällen ist ein Wechselstromhauptnetz als Versorgungsquelle ungeeignet. Ein erheblich besser gangbarer Weg der Stromversorgung ergibt sich, wenn man einen statischen Inverter verwendet, der von einem Gleichstromsystem gespeist wird, das aus einem Gleichrichter und aus einer Batterie besteht. Das Wechselstromnetz wird in diesem Fall als Aushilfe für den Inverter verwendet. Im Falle eines Fehlers im Inverter wird die Umlegung der Last vom Inverter zum Netz mittels einer geeigneten automatisch arbeitenden Vorrichtung bewerkstelligt. Bei den bisher bestehenden Vorrichtungen ist dieses Umlegen jedoch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst.

Die Ausgangsspannung des Inverters kann sicherlich ohne Schwierigkeit auf die Netzspannung synchronisiert werden, so daß ein direktes Parallelarbeiten möglich ist. Bei dieser Arbeitsweise jedoch geht die von Einschwingvorgängen freie Ausgangsspannung des Inverters verloren. Durch Kurzschliessen oder andere Störungen im Netz fällt die gemeinsame Ausgangsspannung ab, oder wird auf andere Art und Weise beeinflußt.

Die Methode, die heutzutage in dem meisten Fällen angewendet wird, beruht auf einem raschen Überwechseln von einem Inverter zum Netz im Falle eines Defektes im Inverter. Die notwendige Schaltautomatik weist eine Überwachungsvorrichtung (ein mechanisches Spannungsrelais) und einen Schalter auf. Während des Schaltens selbst jedoch entsteht unter allen Umständen eine Einschalt-Spannungsunterbrechung. Elektromechanische Umschalter führen zu Spannungsunterbrechungen, die einige Perioden lang andauern. Durch Verwendung schneller Überwachungsgeräte und elektronischer Schalter, die Thyristoren

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enthalten, kann die Schaltzeit bis zum Bruchteil einer Periode verringert werden, sie kann jedoch nicht vollständig vermieden werden. Die Betätigungszeit der Abfühleinrichtungen hängt davon ab, in welchem Teil einer Spannungsperiode die Spannungsabsenkung aufgetreten ist. Der Betriebswert der Abfühlgeräte hat jedoch um einen bestimmten Wert vom Nominalwert entfernt zu sein, beispielsweise 20 % unter dem Nominalwert zu liegen, so daß ein Schaltvorgang erstmalig dann veranlaßt wird, wenn die Spannung der Spannungsquelle bis zu diesem oder unter diesen Wert abgefallen ist.

Ein anderer Nachteil bei der oben beschriebenen Methode ist folgender: In vielen Fällen erfordert die Last einen großen Anfangsstrom, beispielsweise beim Starten von Motoren oder beim Zusammenschalten von Transformatoren. Der Inverter ist normalerweise mit strombegrenzenden Elementen versehen, um eine zu große Speisespannung zu vermeiden. Wenn der Anfangsstrom von dem Inverter geliefert wird, kann er den Mominalstrom nicht überschreiten. Wenn dies geschähe, tfürde die Speisespannung zusammenbrechen. Dementsprechend müssen die Inverter überdimensioniert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit deren Hilfe eine vollständig ununterbrochene Wechselspannung zur Speisung einer Last erzeugt wird, und bei der der Übergang des Laststroms zwischen verschiedenen Stromquellen kontinuierlich und automatisch vor sich geht, ohne daß die Ausgangsspannung bednflußt wird. Die einzige Änderung der Ausgangsspannung, die auftreten kann, besteht im Unterschied der Spannungsniveaus der einzelnen Quellen bzw. in deren inneren Spannungsabfällen.

Die verschiedenen Stromquellen arbeiten kontinuierlich parallel, jedoch in einer solchen Weise, daß eine Störung in einer Stromquelle weder die anderen Stromquellen noch die

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Spannung beeinflußt, die der Last aufgeprägt wird.

Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine Vorrichtung zur ununterbrochenen Stromversorgung einer Last durch zwei oder mehr Wechselstromversorgungsquellen, die Ausgangsspannungen gleicher Frequenz und im wesentlichen gleicher Phase abgeben.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Jede Stromquelle über zwei Gleichrichter in Form von Thyristoren, Iijrratrons oder Ähnlichen, die parallelgeschaltet sind mit der Last verbunden ist, wobei diese Gleichrichter mit ungleichen Anschlüssen an einem Anschluß jeder Spannungsquelle und mit ihren entgegengesetzt ungleichen Anschlüssen an die Last gelegt sind und an ihren Steuerelektroden mit Steuerimpulsen versorgt werden, deren Wiederholfrequenz derjenigen der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquellen gleicht und die eine derartige Polarität aufweisen, daß sie die gesteuerten Gleichrichter in den Leitfähigkeitszustand versetzen, wobei die Durchlaßrichtung der Gleichrichter so gewählt ist, daß während der Halbperioden der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquellen bei Zufuhr von Steuerimpulsen die Gleichrichter einen Strom von der Wechselspannungsquelle zur Last weitergeben können, die anderen Gleichrichter jedoch in nichtleitenden Zustand gehalten werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt das vereinfachte Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem zwei Stromquellen vorhanden sind.

Die Fig. 2 zeigt in derselben Weise ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls zwei Stromquellen vorhanden sind,

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Die Fig. 3 zeigt eine Modifikation der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2.

Die Fig. 4sigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die derjenigen gemäß Fig. 1 ähnlich ist, die jedoch für mehr als zwei Stromquellen geeignet ist.

Die Fig. 5 zeigt das vereinfachte Schaltbild eines Impulsgenerators, der Bestandteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, wenn diese im wesentlichen einen Wirkwiderstand aufweist.

Die Fig. 6 zeigt einige Kurvenformen von Wechselspannungen und Wechselströmen, die der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 dienen»

Die Fig. 7 zeigt einen Impulsgenerator, der Bestandteil einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist, wenn diese einen induktiven Blindwiderstand aufweist.

Die Fig. 8 zeigt einige Kurvenformen von Wechselspannungen und Wechselströmen, die der Erläuterung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 dienen.

Die Fig. 9 zeigt eine Modifikation der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5.

Die Fig. 10 zeigt eine Modifikation der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7.

Bei den in den Figuren dargestellten Schaltungsanordnungen ist in allen Fällen eine Last mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Zum Speisen dieser Last dient ein Wechselstromnetz, das in allen Fällen durch zwei Pole 11 symbolisiert wird und

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darüberhinaus gemäß den Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 7 und 10 ein Inverter, der von einer Gleichspannungsquelle gespeist wird. Der letztgenannte Teil der Schaltungsanordnung ist mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 sind zwei solcher Einrichtungen vorgesehen und mit 12A bzw. 12B bezeichnet.

Der Inverter 12 erzeugt eine Wechselspannung, deren Frequenz und Phase mit den entsprechenden Werten der Wechselspannung übereinstimmt, die vom Netz 11 geliefert.

Der Inverter 12 hat zwei WechselStromausgänge, die mit X12 und Y12 bezeichnet sind. Entsprechend ist das Netz 11 mit zwei Ausgangsklemmen verbunden, die mit X11 und Y11 bezeichnet sind.

Darüberhinaus ist ein Paar von Thyristoren für jede Wechselstromquelle der gezeigten Schaltungsanordnungen vorgesehen. Die Thyristoren jeden Paares sind zueinander parallelgeschaltet und weisen einander entgegengesetzte Durchlaßrichtungen auf. Jede Wechselstromquelle ist dazu eingerichtet, die Reihenschaltung der Last 10 und eines solchen Paars von Thyristoren zu speisen.

Das Thyristorpaar für die Wechselspannungsquelle 11 (Netz) ist mit 21 und 22 bezeichnet, das Thyristorpaar für die Wechselspannungsquelle 12 (Inverter) ist mit 19 und 20 bezeichnet (in Fig. 4 gehören 19A und 2OA zu der Wechselstromquelle 12A sowie 19B und 2OB zu der Wechselstromquelle 12B).

Die Schaltungsanordnungen gemäß den Fig. 1, 2 und 3 haben folgende Funktionsweise:

Wenn X11 und X12 positiv und Y11 und Y12 negativ sind werden die Steuerelektroden der Thyristoren 19 und 21 mit Steuerimpulsen versorgt, so daß diese Thyristoren leiten. Während

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dieser Halbperiode sind die Thyristoren 20 und 22 nichtleitend. Wenn während solch einer Halbperiode die Spannung am Punkt X12 höher als die Spannung am Punkt X11 ist, fließt Strom vom Inverter 12 durch die Last 10. In diesem Falle fließt kein Strom vom Netz 11 her. Aufgrund der Tatsache, daß die Thyristoren 19 und 21 nur in einer Richtung durchlässig sind, und daß die Thyristoren 20 und 21 gesperrt sind, kann kein Ausgleichsstrom vom Inverter 12 zum Netz 11 fliessen. Die Verhältnisse liegen so, als ob das Netz 11 kurzgeschlossen wäre. In diesem Falle liefert lediglich der Inverter 12 Strom an die Last 10, der Kurzschluß beeinflußt die Ausgangsspannung des Inverters nicht. Wenn das Potential von X11 stattdessen größer als das Potential X12 ist dann liefert das Netz 11 den Strom an die Last 10. Es fließt kein Ausgleichsstrom vom Netz zum Inverter 12. In diesem Fall ist der Thyristor 19 gesperrt. Darüberhinaus sind die Thyristoren 20 und 22 immer noch nichtleitend.

Während der Halbperioden, in denen X11 und X12 negativ und Y11 und Y12 positiv sind werden die Steuerelektroden der Thyristoren 20 und 22 mit solchen Steuerspannungen versorgt, daß diese Thyristoren leitend werden, während die Thyristoren 19 und 21 gesperrt sind. ■

Parallel zu jedem Thyristorpaar ist ein RC-Glied geschaltet, das aus der Reihenschaltung eines Kondensators C1 und eines Widerstands R1 besteht. Diese Schaltelemente haben unter anderem den Zweck, das Zeitdifferential ^ der Spannung zu verringern. Dieses Zeitdifferential ist unter normalen Arbeitsbedingungen völlig unkritisch, im Falle eines Kurzschlusses innerhalb einer der Spannungsquellen 11 oder 12 kann es jedoch sehr hohe Werte annehmen und zu einer fehlerhaften Zündung der Thyristoren führen. Wenn man annimmt, daß X11 und X12 positiv sind, und daß X12 einen höheren Spannungswert als X11 führt, so daß der Inverter 12 Strom an die Last

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liefert und das Netz 11 kurzgeschlossen ist, liegt der Thyristor 22 plötzlich im gesperrten Zustand an einer in Durchlaßrichtung wirksamen Spannung, deren Größe dem Momentanwert der zwischen X12 und Y12 auftretenden Spannung gleicht. Solche plötzlich auftretenden Spannungsspitzen werden durch die erwähnten RC-Kreise vermieden. .

Bei der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung ist diejenige Stromquelle, die im Augenblick den höchsten Spannungsmomentanwert führt mit der Last verbunden. Die Schaltungsanordnung schützt auf diese Weise die Last gegen einen Spannungsabfall der einen oder der anderen Spannungsquelle, dagegen nicht gegen einen Spannungsanstieg. Ein guter Schutz gegen vorübergehende Spannungsspitzen, die in Ngtzen häufig, bei Invertern hingegen selten auftreten bildet ein Magnetkonstanthalter, der auch zur Begrenzung langsamerer Änderungen und von Verzerrungen der Netzspannung dient.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei Arten der Verwendung von magnetischen Konstanthaltern in Verbindung mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt. In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist ein Magnetkonstanthalter 25 an das Netz 11 angeschlossen, bei dieser Anordnung wird also lediglich die Spannung des Netzes konstant gehalten. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist der Magnetkonstanthalter 23 an die Ausgangsspannung der Last 10 gelegt, aus diesem Grunde wird bei dieser Schaltungsanordnung diejenige Spannung konstant gehalten, die im Augenblick die Last versorgt. Durch den Magnetkonstanthalter ist für eine Spannungsregelung und für eine Umwandlung der Spannungsform von Rechteckform in Sinusform gesorgt, sofern eine solche erforderlich ist.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäßo Schaltungsanordnung dargestellt, bei der drei Spannungsquellen zum Speisen der Last

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verwendet werden. Diese Spannungsquellen sind das Netz 11 und die Inverter 12A und 12B. Jede Stromquelle ist mit einem ihrer Pole direkt an einen Anschluß der Last 10 und mit ihrem zweiten Pol über ein Paar von Thyristoren 19A, 2OA und 19B, 2OB und 21, 22 mit dem zweiten Anschluß der Last verbunden. Die beiden Thyristoren, die jeder Stromquelle zugeordnet sind, sind parallelgeschaltet, ihre Durchlaßrichtungen sind jedoch gegenläufig. Für jede Halbperiode, in der die Ausgangsklemmen X11, X12A und X12B der Stromquellen 11, 12A und 12B positiv sind werden die Steuerelektroden der Thyristoren 19A, 19B und 21 mit Spannungsimpulsen versorgt, so daß diese Thyristoren in ihren Leitfähigkeitszustand gesteuert werden, wogegen die Thyristoren 2OA, 2OB und 22 nichtleitend sind. In jeder Halbperiode, in der die Ausgangsklemmen X11, X12A und X12B negativ sind, leiten in entsprechender Weise die Thyristoren 2OA, 2OB und 22, wogegen die Thyristoren 19A, 19B und 21 nichtleitend sind. Die zuletzt beschriebene Schaltungsanordnung hat im übrigen dieselbe Funktionswelse wie die in Fig. 2 beschriebene Schaltungsanordnung. Sie ist mit denselben RC-Kreisen versehen, wie sie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt sind, und kann durch einen Magnetkonstanthalter ergänzt werden, wie er in den Fig. 2 oder 3 gezeigt ist.

Damit die beschriebene Schaltungsanordnung richtig funktioniert ist es wichtig, daß die in ihr enthaltenen Thyristoren mit Steuerimpulsen versorgt werden, die eine richtige Länge haben und in richtiger Folge auftreten. Eine Grundbedingung besteht darin, daß bestimmte Thyristoren, z.B. das Thyristorpaar 19 und 21 in den nichtleitenden Zustand zurückkehrt, bevor die anderen Thyristoren, z.B. das Thyristorpaar 20 und Leitend wird.

Wenn die Last IO einen Virkwiderstand auiweist, kann eine relativ einfache Anordnung zur Erzeugung der Steuerimpulse für die Steuerelektroden der Thyristoren verwendet werden. In

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Fig. 5 ist das Schaltbild solch einer Anordnung gezeigt, die im Zusammenhang mit einer Stromversorgungseinrichtung gemäß den obenstehend beschriebenen Fig. 1_f 2 und 3 Verwendung finden kann.

Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Steuerimpulse weist einerseits einen Übertrager 30, dessen Primärwicklung mit den Ausgangsklemmen X12 und Y12 für die Stromquelle verbunden ist, und andererseits einen Übertrager 32 auf, dessen Primärwicklung 33 mit den Ausgangsklemmen X11 und Y11 für die Stromquelle 11 verbunden ist. Die Primärwicklungen 31 und 33 können jeweils zu einem Kondensator 34 bzw. 35 parallelgeschaltet sein und gegebenenfalls mit einem Widerstand 36 bzw. 37 in Reihe geschaltet sein, wobei der Kapazitätswert bzw. der Widerstandswert dieser Schaltelemente so gewählt ist, daß der erwünschte Phasenwinkel der erzeugten Impulse erhalten wird.

Der Übertrager 30 weist zwei Sekundärwicklungen 38 und auf, die jeweils mit zwei Ausgangsklemmen verbunden sind, welche mit G19 und K19 für die Wicklung 38 und mit G20 und K20 für die Wicklung 39 bezeichnet sind. In Reihe zu jeder dieser Sekundärwicklungen liegen zwei Dioden 40 bzw. 41, die bewirken, daß lediglich positive Halbwellen an die Klemmen G19 und G20 gelangen können. Die Wicklungen 38 und 39 haben einen derartigen Windungssinn, daß jede zweite Halbwelle an der Klemme G19 und die dazwischen liegenden Halbwellen an der Klemme G20 auftreten.

Eine der Wicklungen des Übertragers 30, z.B. die Sekundärwicklung 38, ist mit einem Spannungsbegrenzer verbunden, der aus zwei Zener-Dioden 42 und 42a besteht, die gegensinnig in Reihe geschaltet .-»ind. Diese Zener-Dioden wandeln die Impulse, die an den Ausgangsklemmen G19 und K19 bzw. G20 und K20 auftreten sollen,in trapezförmige Impulse, um, wie

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dies in Fig. 6 gezeigt ist. Aufgrund der festen induktiven Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen 38 und 39 ist die Begrenzerwirkung der Zener-Dioden 42 und 42a im wesentlichen für beide Wicklungen gleich.

Auch der Übertrager 32 weist zwei Sekundärwicklungen 43 und 44 auf, von denen die Wicklung 43 mit Ausgangsklemmen G21 und K21 und die Wicklung 44 mit Ausgangsklemmen G22 und K22 verbunden ist. In Reihe zu jeder dieser'Sekundärwicklungen liegt eine Diode 45 bzw. 46. Parallel zu der Sekundärwicklung 43 liegt ein Spannungsbegrenzer, der aus zwei Zener-Dioden 47 und48 besteht. Die Sekundärwicklungen 43 und 44 mit den betreffenden mit ihnen verbundenen Schaltelementen haben eine Wirkungsweise, die vollkommen derjenigen der Sekundärwicklungen 38 und 39 einschließlich der an sie angeschlossenen Schaltelemente entspricht.

Die Ausgangsklemmen G19 und K19 sind über nicht dargestellte Wicklungen mit der Steuerelektrode bzw. mit der Kathode des Thyristors 19 verbunden. In entsprechender Weise sind die Ausgangsklemmen G20 und K20 mit der Steuerelektrode des Thyristors 20 verbunden. Die Ausgangsklemmen G21 und K21 sind mit den erwähnten Elektroden· des Thyristors 21 und die Ausgangsklemmen G22 und K22 sind mit den entsprechenden Elektroden des Thyristors 22 verbunden.

In Fig. 6 sind Beispiele von Impulsen dargestellt, die mittels der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 erzeugt werden. Die Impulse sind untereinander gleich. Die Steuerimpulse, die den Steuerelektroden der Thyristoren 19 und 21 zugeführt werden, wenn die Klemmen X11 und X12 positiv sind, tragen das Bezugszeichen 49. Während dieser Zeit erhalten die Steuerelektroden der Thyristoren 20 und 22 keine Steuerimpulse, weswegen sie nichtleitend sind. Die Steuerimpulse, die den Steuerelektroden der Thyristoren 20 und 22 zugeführt werden, wenn die Klemmen

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X11 und X12 negativ sind, tragen das Bezugszeichen 50. Während dieser Zeit werden den Steuerelektroden der Thyristoren 19 und 21 keine Steuerimpulse zugeführt, weswegen diese Thyristoren nichtleitend sind.

Wie schon erwähnt kann die Schaltungsanordnung gemäß Fig* nur dann benutzt werden, wenn die Last 10 einen Wirkwiderstand hat, d.h. wenn der Strom i* _Q durch die Last die gleiche Phase wie die Spannung u^q über der Last hat, wie dies in Fig. 6a gezeigt ist.

In Fig. 7 ist in schematischer Weise eine Schaltungsanordnung gezeigt, die verwendet werden kann, wenn die Last 10 einen induktiven Widerstand hat. Die Anordnung enthält einen übertrager 51, dessen Primärwicklung 52 mit den Ausgangsklemmen X12 und Y12 der Spannungsquelle 12 verbunden ist zu der die Schaltungsanordnung gehört. Ein Widerstand 53 ist zu der Primärwicklung 51 in Reihe geschaltet und ein Kondensator 54 liegt parallel zu dieser Primärwicklung. Diese Elemente dienen demselben Zweck wie die Elemente 34 und 36 in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5·

Der übertrager 51 weist zwei Sekundärwicklungen 55 und 56 mit jeweils einem Paar von Ausgangsklemmen G19 und K19 bzw. G20 und K20 auf. Wie auch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 sind diese dazu bestimmt mit der Steuerelektrode bzw. der Kathode der zwei Thyristoren 19 und 20 verbunden zu werden. Wie bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 ist die Sekundärwicklung 55 zu einem Spannungsbegrenzer parallel geschaltet, der aus zwei Zener-Dioden 57 und 58 besteht. Darüberhinaus ist eine Diode 59 zu der Sekundärwicklung 55 und eine weitere Diode 60 zu der Sekundärwicklung 56 in Reihe geschaltet. Diese Dioden tragen dazu bei, daß negative Halbwellen von den Klemmen G19 und G20 ferngehalten werden, so daß diese Klemmen nur einen in Bezug auf die Klemmen K19

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und K20 positiven Potentialwert annehmen können.

In die Verbindungsleitung zwischen der Sekundärwicklung 55 und der Klemme G19 ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 61 eingefügt. Die Basiselektrode dieses Transistors ist mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung 62 verbunden, die zu einem übertrager 63 gehört, dessen Primärwicklung 64 in Reihe zu der Last 10 liegt. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung 62 ist mit dem Emitter des Transistors 61 verbunden. In Reihe zur Basiselektrode des Transistors 61 liegt ein Widerstand 68, zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode ist ein Kondensator 69 eingefügt. Parallel zum Kondensator 69 liegt eine Diode 69D deren Zweck es ist, die negative Basis-Emitter-Spannung, die am Transistor 61 anliegt auf einen Wert zu begrenzen, der dem Schwellwert (ungefähr 0,8 V) der Diode entspricht. Der Übertrager 63 hat eine Anzahl weiterer Sekundärwicklungen, von denen eine, die Sekundärwicklung 65, mit einem Spannungsbegrenzer verbunden ist, der aus zwei Zener-Dioden 66 und besteht. Dieser Spannungsbegrenzer dient dazu, die durch den Übertrager 65 gelieferte Ausgangsspannung von Sinusform in Rechteckform umzuwandeln.

In entsprechender Weise ist zwischen die Sekundärwicklung und die Ausgangsklemme G20 ein Transistor 70 eingefügt. Die Basiselektrode dieses Transistors ist mit dem einen Anschluß einer anderen Sekundärwicklung des Übertragers 63 verbunden, der das Bezugszeichen 71 trägt. Der zweite Anschluß der Wicklung ist mit dem Emitter des Transistors 70 verbunden. In die Zuleitung zur Basiselektrode des Transistors 70 ist. ein Widerstand 72 eingefügt. Darüberhinaus sind ein Kondensator 72a und eine Diode 72D zwischen der Basiselektrode und dem Emitter des Transistors angeschlossen. Diese Schaltungselemente haben Aufgaben, die denjenigen der Schaltungselemente 69 und 69D im Zusammenhang mit dem Transistor 61 entsprechen.

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Es wird nun angenommen, daß die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 einen weiteren übertrager aufweist, der dem übertrager 5 ähnlich ist, und daß die Primärwicklung dieses weiteren Übertragers mit den Klemmen X11, Y11 verbunden ist. Die zwei Sekundärwicklungen dieser Übertrager sind mit den Ausgangsklemmen G21, K21, G22 und K22 verbunden. In die Verbindungsleitungen zu den Klemmen G21 und G22 sind Transistoren eingefügt, die den Transistoren 61 und 70 entsprechen. Die Basiselektroden dieser Trandstoren werden mit Steuerspannungen versorgt, die von den Sekundärwicklungen 73 und 7k des Übertragers 63 geliefert werden. DarUberhinaus sind Spannungsbegrenzerdioden und Sperrdioden vorgesehen, die den Dioden 57, 58, 59 und 60 entsprechen. Die Gesamtheit dieser weiteren Steuerschaltungsanordnung ist in der Figur in Form eines Blocks 75 dargestellt.

In Fig. 8 sind einige Kurven dargestellt, um die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 zu erläutern. Die Wechselspannung über der Last 10 ist mit u_1Q, der Strom durch diese Last ist mit i*₀ bezeichnet. Aufgrund der Tatsache, daß die Last einen induktiven Widerstand hat, ist der Strom i^₀ mit der Spannung u*_Q nicht in Phase. Wenn der Thyristor mit Steuerimpulsen versorgt werden soll, die dieselbe Phasenlage wie die Spannung U^₀ haben, was der Fall sein sollte, wenn eine Steuerschaltungsanordnung gemäß Fig. verwendet wird, würde dies zur Folge haben, daß die Thyristoren 19 und 21 zum Zeitpunkt t^leitend gemacht werden und bis zum Zeitpunkt t^ leitend bleiben. Die Thyristoren 20 und 22 würden dann zum Zeitpunkt t, leitend gemacht werden und würden leitend bleiben bis die Stromkurve i^Q wieder die Nulllinie schneidet. Dies bedeutet, daß während der Zeitintervalle t₁-t2» t,-t^ usw. alle Thyristoren gleichzeitig leitend sein könnten, was zur Folge hätte, daß z.B. X12 während des Zeitintervalls t,-t^ ein höheres Potential als X11 haben würde (d.h. weniger negatives Potential als X11 haben würde),

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so daß dann ein hoher Einschaltstrom von X12 über die Thyristoren 19 und 22 nach X11 fließen würde. Dies würde eine unerwünschte Belastung des Inverters 12 und eine Beeinflussung der Spannung über der Last 10 zur Folge haben. Ähnliche Erscheinungen würden sich ergeben, wenn die Steuerimpulse dieselbe Phasenlage wie der Strom i_1Q haben wurden, d.h. von t₂-t^ und von t^-bis zum nächsten Nulldurchgang der Stromkurve verlaufen würden. Um Ausgleichsströme zwischen dem Inverter und dem Netz zu vermeiden, erzeugt die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 Steuerimpulse nur während desjenigen Teils jeder Halbperiode, wenn die Spannung U^₀ wie auch der Strom X^₀ das gleiche Vorzeichen haben, d.h. von t£-tj und t/j-t,- usw. Aus diesem Grunde ist die Steueranordnung so ausgelegt, daß. sie sowohl den Phasenwinkel der Spannungskurve u_1Q als auch denjenigen der Stromkurve 1,.q berücksichtigt. Der Übertrager 51 ist zur Erzeugung von Impulsen ausgelegt, die in Richtung zu den Anschlüssen G19 und G20 bei Beginn jeder Halbperiode der Spannungskurve geliefert werden. Diese Impulse können die Anschlüsse jedoch nicht erreichen aufgrund der Tatsache, daß die Transistoren 61 und 70 nichtleitend sind. Vom Übertrager 63 aus werden . Steuerimpulse an die Basiselektroden der Transistoren 61 und 70 geliefert, so daß diese in ihren leitenden Zustand übergehen. Diese Steuerimpulse haben im wesentlichen dieselbe Phasenlage wie der Strom durch die Last 10.

In Fig. 8b ist der Verlauf der Spannung gezeigt, die über der Sekundärwicklung 55 des Übertragers 51 auftritt und Fig. 8d zeigt den Verlauf der Spannung, die über der Sekundärwicklung 62 des Übertragers 63 auftritt. An der Ausgangsklemme G19 tritt nur während derjenigen Zeit ein Impuls auf, während der sowohl die Kurve 8b als auch die Kurve 8d positive Werte aufweisen. Der Impuls beginnt daher zum Zeitpunkt t£ ^und dauert bis zum Zeitpunkt t^ an. Dieser Impuls

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ist in Fig. 8f gezeigt.

In entsprechender Weise ist in Fig. 8 der Verlauf derjenigen Spannung gezeigt, die über der Sekundärwicklung 56 des Übertragers 51 auftritt. Diese Kurve befindet sich in Fig. 8c. In Fig. 8e ist die Spannung über der Sekundärwicklung 71 des Übertragers 63 dargestellt. An der Ausgangsklemme G tritt lediglich während derjenigen Zeit ein Impuls auf, während der sowohl die Kurve 8c als auch die Kurve 8e positive Werte annehmen. Dieser Impuls ist in Fig. 8g dargestellt.

Um sicherzustellen, daß die Impulse 8f und 8g erst beginnen, nachdem der letzte leitende Thyristor nichtleitend geworden ist, sollte der Einsatzpunkt der Impulse um eine gewisse Zeit in Bezug auf die Zeiten tp, t^ und so weiter verzögert sein. Man läßt die Impulse daher zu den Zeitpunkten t ₂ und t¹^ usw. beginnen, die ein bißchen später als die Zeitpunkte %2 ^und ^A liegen. Die Zeitverzögerung zwischen diesen verschiedenen Zeitpunkten sollte bei 100 /us liegen. Dies wird mit Hilfe von geeignet ausgewählten Kondensatoren 69 und 72a und Widerständen 68 und 72 erreicht.

Die beschriebene Steueranordnung erzeugt bis jetzt Steuerimpulse, die während des ganzen Zeitintervalls leitend sind, indem der Thyristor, dem diese Impulse zugeführt werden sich im leitenden Zustand befindet. Stattdessen können die Impulse jedoch auch aus einem Zug kurzer Impulse bestehen, der gleichlange andauert. Es ist erforderlich, daß der Steuerimpuls oder der Steuerimpulszug die ganze Zeit über andauert, damit der Laststrom während jedes solcher Zeitintervalle in der Lage ist von einem Thyristorpaar, beispielsweise von den Thyristoren 19 und 20 zu dem anderen Thyristorpaar, z.B. zu den Thyristoren 21, 22 überzugehen, vorausgesetzt, daß die Spannung über einer der Spannungsquellen, beispielsweise

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über dem Inverter 12 absinken oder völlig wegfallen würde.

Die im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 7 beschriebenen Steueranordnungen sind lediglich Beispiele dafür, wie Steueranordnungen für den in Frage stehenden Zweck aufgebaut werden können. Sie können in einer Reihe verschiedener anderer Arten aufgebaut sein. Solche Steueranordnungen können auch im Zusammenhang mit Schaltungsanordnungen Verwendung finden, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 beschrieben worden sind, ohne daß der" Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Anstatt für jede Spannungsquelle einen Steuerübertrager vorzusehen, kann auch lediglich ein einziger•Steuerübertrager vorgesehen sein, der nur eine Primärwicklung und für jeden anzusteuernden Thyristor eine Sekundärwicklung aufweist. In Fig. 9 ist die Anschlußweise einer derartigen Schaltungsanordnung gezeigt. Bei der Schaltungsanordnung gemäß dieser Figur ist ein Übertrager 80 vorgesehen, der nur eine Primärwicklung 81 aufweist, die parallel zur Last 10 liegt. Dieser Übertrager 80 weist vier Sekundärwicklungen S19, S20, S21 und S22 auf, die über Verbindungselemente, wie sie z.B. im Zusammenhang mit Fig. 7 gezeigt sind, der Speisung der Ausgangsklemmen G19, KI9, G20, K20, G21, K21, G22 und K22 dienen, die mit den Steuerelektroden der Thyristoren 19, 20, 21 und 22 verbindbar sind. Damit die SteuerSchaltungsanordnungen, wie sie in den Fig. 7 und 9 gezeigt sind, in erforderlicher Weise arbeiten, muß durch die Last 10 ein Strom fließen. Ein Anfangsstrom, der die Steueranordnung in Betrieb setzt, wird aufgrund der RC-Kreise R,., C-j, R2» C2 erhalten, die den verschiedenen Spannungsquellen zugeordneten Thyristorpaaren parallelgeschaltet sind. Diese RC-Kreise erlauben einen derartig großen Stromfluß durch die Last, daß die Steueranordnung in Betrieb gesetzt werden kann und daß die Thyristoren zu leiten beginnen.

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In Fig. 7 ist der Übertrager 63 als Stromübertrager dargestellt, dessen Primärwicklung 64 mit der Last 10 in Reihe liegt. Als Alternative zu dieser Verbindungsweise kann eine Impedanz mit der Last 10 in Reihe liegen und die Verbindung zur Primärwicklung eines Spannungsübertragers herstellen. In Fig. 10 ist die Primärwicklung eines Spannungsübertragers 63a durch eine Verbindungsanordnung verbunden dargestellt, die aus zwei Dioden 82 und 83 in Antiparallelschaltung besteht. Diese Dioden haben einen Schwellwert in Durchlaßrichtung von ungefähr 0,8 Volt, so daß eine Spannung von nahezu Rechteckform und 0,8 Volt Amplitude über dieser Impedanz auftritt, wenn sie von einem Wechselstrom durchflossen wird. Diese Spannung wird durch den Übertrager 63a hochtrans&rmiert, so daß über dessen Sekundärwicklung geeignete Spannungswerte erhalten werden. Bei dieser Schaltungsanordnung sind keine derartigen Begrenzerdioden erforderlich, wie sie die Dioden 66, 67 in Fig. 7 darstellen. Mit Hilfe eines Spannungsübertragers gemäß Fig. 10 ist es leichter, eine unerwünschte Phasenverschiebung zwischen der Primär- und der Sekundärspannung des Übertragers zu vermeiden, als dies bei Verwendung eines Stromtransformators möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

1. !Vorrichtung zur ununterbrochenen Stromversorgung einer Last durch zwei oder mehr Wechselstromversorgungsquellen, die Ausgangsspannungen gleicher Frequenz und im wesentlichen gleicher Phase abgeben, bei der jede Spannungsquelle über zwei Gleichrichter in Form von Thyristoren, Thyratrons oder Ähnlichem, die parallelgeschaltet sind, mit der Last verbunden·ist, wobei diese Gleichrichter mit ungleichen Anschlüssen an einen Anschluß jeder Spannungsquelle und mit ihren entgegengesetzt ungleichen Anschlüssen an die Last gelegt sind, und an ihren Steuerelektroden mit Steuerimpulsen versorgt werden, deren Wiederholfrequenz derjenigen der Ausgangsspannung der Wechselstromversorgungsquellen gleicht, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Anzahl der Wechselspannungsquellen (11, 12) mit der Last (10) zwei oder mehr Gleichrichter (19, 21) verbunden sind, die mit gleichartigen Anschlüssen an den betreffenden Spannungsquellen liegen und die Anschlüsse für die im wesentlichen gleichzeitige und während eines bestimmten Teils einer Halbperiode der Wechselspannung erfolgende Zufuhr von Steuerimpulsen aufweisen, während die anderen Gleichrichter (20, 22), die ebenfalls mit gleichartigen Anschlüssen an den Wechselspannungsquellen liegen, Anschlüsse für die während des entsprechenden Teils der nachfolgenden Halbperiode erfolgenden Zufuhr von Steuerimpulsen aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wirkwiderstandslast die Steuerimpulse während der gesamten Halbperiode der Wechselspannung zugeführt werden, wogegen bei einer Last aus einem Wirkwiderstand und einem induktiven Blindwiderstand die Steuerimpulse lediglich während desjenigen Teils der Halbperiode zugeführt werden, während

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dessen Verlauf sowohl die Spannung über der Last als auch der Strom durch die Last dieselbe Polarität aufweisen, wodurch bei einer Spannungserniedrigung oder bei einem Kurzschluß in einer der Spannungsquellen die Spannung über der Last unbeeinflußt bleibt und die Stromversorgung für die Last von anderen Spannungsquellen übernommen wird, ohne daß Ausgleichsströme zwischen den Spannungsquellen auftreten.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Paar von Gleichrichtern (19, 20 und 21, 22) die mit ungleichartigen Anschlüssen an dieselbe Wechselspannungsquelle (11, 12) angeschlossen sind, die Reihenschaltung eines Kondensators (C1) und eines Widerstands (R1) mit dem Zwecke parallel liegt, die Inbetriebnahme der Anordnung zu erleichtern und zu verhindern, daß über den Gleichrichtern schnelle Spannungsänderungen auftreten.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung der Steuerimpulse für die gesteuerten Schaltelemente einen ersten Übertrager (30, 51, 80) aufweist, dessen Primärwicklung (31, 52, 81) mit einer oder mehreren Impedanzen (36, 53, 81a) in Reihe liegend an die Pole einer oder mehrerer Spannungsquellen (11, 12) angeschlossen ist und an dessen Mehrzahl von Sekundärwicklungen (38, 39, 55, 56, S19-S22), Spannungen abgenommen werden, die gegeneinander um 180° in der Phase verschoben sind, und daß die Anordnung zur Erzeugung der Steuerimpulse eine Reihe von Gleichrichtern (40, 41, 59, 60) aufweist, die mit gleichartigen Anschlüssen jeweils an einem anderen gleichpoligen Spannungsausgang liegen, und deren entgegengesetzt andersartigen Anschlüsse mit den Steuerelektroden der Gleichrichter (19-22) verbunden sind, die die betreffende Spannungsquelle

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(11, 12) periodisch mit der Last (10) verbinden.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsbegrenzer vorgesehen ist, der aus zwei gegensinnig zusammengeschalteten Dioden (42, 42a, 57, 58) besteht, die an den Übertrager angeschlossen sind, um die Impulse in Rechteckimpulse umzuwandeln.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß gesteuerte elektronische Gleichrichter, z.B. Transistoren (61, 70) zu den Anschlüssen für die Steuerspannungsimpulse in Reihe liegen und daß die Steuerelektroden dieser Gleichrichter mit einer von einem weiteren Übertrager (63, 63a) gelieferten Steuerspannung versorgt werden, dessen Primärwicklung (64, 64a) in Reihe zu der Last (10) liegt und der Steuerimpuls an die elektronischen Gleichrichter (61, 70) in der Weise abgibt, daß diese lediglich während desjenigen Teils einer Halbperiode leitend sind, während der die an der Last liegende Spannung und der durch die Last fliessende Strom die gleiche Polarität aufweisen.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge-? kennzeichnet, daß die Primärwicklung des ersten Übertragers (30, 51, 80) parallel zur Last (10) liegt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des zweiten Übertragers (63, 63a) parallel zu einem Verbindungselement (82, 83) liegt, das in R_eihe zur Last (10) geschaltet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement aus zwei Dioden (82, 83) besteht, die gegensinnig parallelgeschaltet sind und die in wesentlichen gleiche Schwellwerte aufweisen.

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