-
Stromversorgungsanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsanordnung,
und insbesondere auf eine Stromversorgungsanordnung, bei der ein Parallelbetrieb
von mehreren Konstantspannung s-Konstantfrequenz-Netzteilen (im folgenden als CVCF-Einheiten
bezeichnet) normalerweise durch die von einer gemeinsamen Wechselstromquelle über
Gleichrichter oder Stromrichter eingespeiste Leistung durchgeführt wird, während
nach einem Ausfall oder einer Unterbrechung der Wechselstromquelle ein derartiger
Betrieb mit der von einer gemeinsamen Gleichstromquelle eingespeisten leistung möglich
ist.
-
CVCF-Einheiten in der Form von Thyristor-Wechselrichtern werden auf
zahlreichen Anwendungsgebieten einschließlich Rechenanlagen, Funk- und Nachrichtengeräten
und industriellen Anlagen verwendet.
-
Mit der zahlreichen Verwendung von Direkt-Eichtzeit-Datenverarbeitungssystemen,
die in den letzten Jahren elektronische Großrechner benutzen, müssen die Rechner
kompliziertere Daten verarbeiten, weshalb eine Notstromversorgung bei Netzausfall
unbedingt erforderlich ist.
-
Deshalb wird immer mehr ein Parallelbetrieb von mehreren CVCF-Einheiten
in einer Stromversorgungsanordnung zur kontinuierlichen Einspeisung einer leistung
in einen Rechner verwendet, um die Betriebszuverlässigkeit zu verbessern und auch
Stromversorgungsreserven für anwachsenden Bedarf vorzusehen. Weiterhin sollen die
Abmessungen dieser Stromversorgungsanordnungen möglichst klein sein, da sie in zahlreichen
Fällen im allgemeinen im Gebäudekeller installiert sind.
-
In einer Stromversorgungsanordnung, bei der zahlreiche CVCF-Einheiten
in der Form von Thyristor-Wechselrichtern verwendet werden und diese CVCF-Einheiten
parallel vorgesehen sind, werden diese CVCF-Einheiten normalerweise durch die von
einer Wechselstromquelle über Gleichrichter oder Strom richter eingespeiste leistung
betrieben, während sie nach einem Ausfall der Wechselstrom quelle durch die von
einer Batterie eingespeiste leistung versorgt werden. Bei einem derartigen System
ist es allgemein üblich, Transformatoren (beispielsweise Gleichrichtertransformatoren)
zwischen der Wechselstromquelle und den Stromrichtern vorzusehen. Das Übertragungsverhiltnis
dieser Transformatoren
ist so ausgewählt, daß eine geeignete Gleichspannung
von beispielsweise 200 V am Ausgang des Stromrichters erhalten wird, und dieser
Transformator ist im allgemeinen ein normaler oder isolierender Transformator, der
zur elektrischen Isolation des Stromrichters von der Wechselstromquelle verwendet
wird.
-
Diese Transformatoren können jedoch weggelassen werden, wenn vorausgesetzt
wird, daß die gewünschte Gleichspannung am Ausgang der Stromrichter erhalten werden
kann. Es können aber auch Spartransformatoren anstelle von diesen normalen Transformatoren
verwendet werden. Der Ausschluß der normalen Transformatoren oder die Verwendung
von Spartransformatoren an der Stelle dieser Transformatoren ist vorteilhaft, da
die Größe der Stromversorgungsanordnung im Vergleich mit herkömmlichen Systemen
verringert werden kann. Wenn jedoch die normalen Transformatoren nicht vorgesehen
sind oder Spartransform atoren an deren Stelle verwendet werden, dann besteht keine
elektrische Trennung zwischen der gemeinsamen Wechselstromquelle und den Stromrichtern,
obwohl die Größe der Stromversorgungsanordnung verringert werden kann. Wenn so beispielsweise
drei CVCF-Einheiten mit der gemeinsamen Wechselstromquelle für einen gemeinsamen
Betrieb verbunden sind und eine dieser drei CVCF-Einheiten als überflüssiye oder
Reserve-Einheit vorbehalten bleibt, dann wird ein überflüssiger Strom in den mit
dieser überflüssigen CVCF-Einheit verbundenen Strom richter eingespeist, und ein
verringerter Strom wird den mit den übrigen beiden betriebenen CVCF-Einheiten verbundenen
Stromrichtern zugeführt. Dies ist unerwünscht, da sich die CVCF-Einheiten bei einem
Parallelbetrieb gegenseitig beim Starten, Anhalten und bei anderen Übergangsbedingungen
stören,
was eine Instabilität des Betriebes bewirkt. Während dieses Problem durch die Anordnung
eines normalen Transformators, wie oben beschrieben, gelöst werden kann, ist es
unmöglich, die gewünschte Verringerung der Größe der Stromversorgungsanordnung zu
erhalten, wenn derartige Transformatoren vorgesehen sind.
-
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsanordnung
mit kleinen Abmessungen anzugeben, bei der Spartransformatoren anstelle von normalen
Transformatoren oder keine derartigen normalen Transformatoren verwendet werden,
und bei der mehrere für einen Parallelbetrieb angeordnete CVCF-Einheiten daran gehindert
sind, sich in unerwünschter Weise gegenseitig zu stören.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wechselstromquelle,
mehrere Gleichrichter, die gemeinsam mit der Wechselstromquelle zur Umwandlung eines
Eingangswechselstromes in eine Gleichspannung verbunden sind, mehrere Wechselrichter,
die jeweils mit den Gleichrichtern zur Umsetzung der Ausgangssignale der Gleichrichter
in Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Signale verbunden sind, einen Schalter einschließlich
eines Thyristors, der mit einem Anschluß mit einem der beiden Eingänge jedes Gleichrichters
verbunden ist, eine Diode, die mit einem Anschluß mit dem anderen Eingangsanschluß
jedes Wechselrichters in einer mit der Polarität des Thyristors übereinstimmenden
Polarität verbunden ist, und eine gemeinsame Gleichstromquelle, die über die anderen
Anschlüsse des Schalters und der Dioden verbunden ist.
-
Dabei sind erfindungsgemäß die Schalter eingeschaltet, wenn die Wechselrichter
durch den von der Gleichstromquelle eingespeisten Strom betrieben werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungsanordnung, bei der die
vorliegende Erfindung verwendet wird, und Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
-
In Fig. 1, die ein Blockschaltbild einer Stromversorgungsanordnung
zeigt, bei der die vorliegende Erfindung verwendet wird, sind drei CVCF-Einheiten
für einen Parallelbetrieb dargestellt. In Fig. 1 wandeln Gleichrichter oder Stromrichter
la bis 1 c einen Eingangswechselstrom von einer Wechselstromquelle in einen A.usgangsgleichstrom
um. Wechselrichter 2 a bis 2 c setzen den Ausgangsgleichstrom der Stromrichter la
bis 1 c in einen Konstantspannungs-Konstantfrequenz-Strom um.
-
Leistungsschalter 3 a bis 3 c dienen zur Erfassung eines Überstromes
oder einer in einem der Wechselrichter 2 a bis 2 c auftretenden Störung, um den
fehlerhaften Wechselrichter unter den parallel betriebenen Wechselrichtern abzutrennen,
wenn ein derartiger Fehler auftritt. Wenn ein in die Stromrichter 1 a bis 1 c eingespeister
Eingangswechselstrom auf einen geringeren Wert als einen vorbestimmten Pegel verringert
ist,
dann werden Gleichstromschalter 4 a bis 4c geschlossen, um
die Wechselrichter 2 a bis 2 c mit einer gemeinsamen Gleichstromquelle 8 zu verbinden,
während die Gleichstromschalter 4 a bis 4c automatisch geöffnet werden, um die Wechselrichter
2 a bis 2 c von der Gleichstromquelle 8 zu trennen, wenn der Eingangswechselstrom
in die Stromrichter 1 a bis 1 c seinen ursprünglichen Pegel erreicht.
-
Ein Ladegerät 6 ist vorgesehen, um normalerweise einen Leistungsverlust
der Gleichstromquelle 8 aufgrund einer natürlichen Entladung zu kompensieren. Dieses
Ladegerät 6 lädt die Gleichstromquelle 8 auf, wenn die Trennung oder Unterbrechung
der Wechselstromquelle aufhört, und bewirkt ebenfalls eine periodische gleichmäßige
Aufladung der Gleichstromquelle 8. Leistungsschalter 5 a bis 5c und 7 liegen jeweils
zwischen der Wechselstromquelle und den Stromrichtern la bis 1 c und zwischen der
Wechselstromquelle und dem Ladegerät 6.
-
Normalerweise sind die Wechselrichter 2 a bis 2 c abhängig von der
Einspeisung des Ausgangsgleichstromes der Stromrichter 1 a bis 1 c parallel betrieben.
Wenn jedoch der in die Stromrichter 1 a bis 1 c eingespeiste Eingangswechselstrom
aufgrund einer Unterbrechung oder eines Ausfalls der Wechselstromquelle verringert
ist, dann werden die Gleichstromschalter 4 a bis 4c geschlossen, und die Gleichstromquelle
8 speist den erforderlichen Gleichstrom zu den Wechselrichtern 2 a bis 2 c anstelle
zu den Stromrichtern la bis lc, so daß die Wechselrichter 2 a bis 2 c kontinuierlich
die erforderljche Leistung zur Last trotz der Unterbrechung der Wechselstromquelle
speisen können Nach der Wiederherstellung der Wechselstromquelle werden die Gleichstromschalter
4
a bis 4c automatisch geöffnet, so daß der erforderliche Gleichstrom zu den Wechselrichtern
2 a bis 2 c von den Stromrichtern la bis 1 c anstelle von der Gleichstromquelle
8 gespeist werden kann.
-
In der Fig. 1 sind Steuerschaltungen für die Wechselrichter 2 a bis
2 c, die Leistungsschalter 3 a bis 3 c, die Gleichstromschalter 4 a bis 4 c, das
Ladegerät 6 und andere Bauelemente einschließlich Filtern zur Vereinfachung der
Darstellung nicht gezeigt.
-
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und die Anordnung der auf der Gleichstromeingangsseite der beiden Wechselrichter
2 a und 2 b (Fig. 1) vorgesehenen Bauelemente ist in Einzelheiten gezeigt. In Fig
2 besitzt die Wechselstromquelle drei Phasen¢ und die Stromrichter 1 a und 1 b sind
in der Form einer Dreiphasenbrückenschaltung mit Dioder vorgesehen.
-
Spartransformatoren 9 a und 9b ersetzen herkömmliche normale Transformatoren.
Der Gleichstromschalter 4 a in Fig. 1 besteht aus einem Thyristor 40 a und einem
parallel dazu vorgesehenen Schalter 41 a, und der Gleichstromschalter 4b ist auf
ähnliche Weise aus einem Thyristor 40b und einem parallel angeordneten Schalter
41b zusammengesetzt. Die Thyristoren 40 a und 40b sind mit ihrer Kathode mit den
Positivelektroden-Gleichstromeingängen der Wechselrichter 2 a und 2b und damit mit
den entsprechenden Gleichstromausgängen der Stromrichter la und lb verbunden, und
die Anoden sind gemeinsam mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 8 verbunden.
Dioden 10 a
und 10 b verhindern einerseits einen Rückfluß des Ausgangsgleichstromes
der Stromrichter 1 a und lb in die Gleichstromquelle 8 nach der Wiederherstellung
der Wechselstrom quelle und andererseits ebenfalls eine unerwünschte gegenseitige
Störung der Wechselrichter 2 a und 2 b während eines Parallelbetriebes. Die Dioden
10 a und 10b sind mit ihren Anoden mit den Negativelektroden-Gleichstromeingängen
der Wechselrichter 2 a und 2 b und damit mit dem entsprechenden Gleichstromausgang
der Stromrichter 1 a und lb verbunden, und die Kathoden sind gemeinsam jeweils mit
dem negativen Anschluß der Gleichstromquelle 8 verbunden. Die Anordnung dieser Dioden
10 a und lOb ist ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung im Vergleich
zu bereits diskutierten Systemen, bei denen die Negativelektroden-Gleichstromeingänge
der Wechselrichter direkt mit dem negativen Anschluß der Gleichstromquelle 8 verbunden
sind.
-
Während eines normalen Parallelbetriebes der beiden Wechselrichter
2 a und 2 b wird der Eingangswechselstrom von der Wechselstromquelle durch die Spartransformatoren
9 a und 9b auf einen geeigneten Pegel transformiert und dann über die Stromrichter
1 a und 1 b geführt, um als Eingangsgleichstrom in die Wechselrichter 2 a und 2
b eingespeist zu werden. Nach der Unterbrechung der Wechselstromversorgung leiten
die Thyristoren 40a und 40b, um den erforderlichen Gleichstrom von der Gleichstromquelle
8 in die Wechselrichter 2 a und 2 b einzuspeisen. Die Schalter 41 a und 41b sind
danach geschlossen, um die Thyristoren 40 a und 40b kurzzuschließen, so daß die
Gleichstromquelle 8 fortlaufend den erforderlichen Gleichstrom in die Wechselrichter
2a und 2b über die geschlossenen Schalter 41a und 41b
und die abgeschalteten
Thyristoren 40 a und 40 b einspeist. Nach der Wiederherstellung der Wechselstromversorgung
wird der erforderliche Gleichstrom in die Wechselrichter 2 a und 2 b wieder von
den Stromrichtern la und lb eingespeist. Obwohl die Schalter 41 a und 41b geschlossen
sind, wenn die Unterbrechung der Wechselstromversorgung aufhört, verhindern die
Dioden 10a und 10b einen Rückfluß des Ausgangsgleichstromes der Stromrichter la
und lb zur Gleichstromquelle 8.
-
Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Umschaltung der Stromversorgung
von der Wechselstromquelle zur Gleichstromquelle so, daß die Thyristoren 40a und
40b in den Gleichstromschaltern 4 a und 4b anfänglich eingeschaltet und dann die
Schalter 41 a und 41 b geschlossen sind. Dies bedeutet eine Umschaltung der Stromversorgung
mit einer hohen Geschwindigkeit, ein funkenloses Schließen und Öffnen der Schalter
und eine Verringerung in der Kapazität der Thyristoren.
-
Es soll angenommen werden, daß einer der beiden Wechselrichter 2
a und 2 b, beispielsweise der Wechselrichter 2 b, überflüssig und nicht im Betrieb
ist. In einem derartigen Fall ist der Leistungsschalter 5b geschlossen. Bei den
bereits diskutierten Systemen, bei denen die Dioden 10 a und 10 b nicht vorgesehen
und die Strom richter 1 a und 1 b direkt mit der Gleichstromquelle 8 verbunden sind,
ist das Potential am Negativelektroden-Gleichstromausgang des Strom richters 1 a
gleich zum Potential am Negativelektroden-Gleichstromausgang des Stromrichters 1
b. Es ist keine elektrische Isolation zwischen der Wechselstrom quelle und den Strom
richtern vorgesehen, wenn Spartransformatoren
anstelle von normalen
Transformatoren in einem derartigen System verwendet werden. Deshalb tritt eine
zur Potentialdifferenz aufgrund der Schaltungsimpedanz zwischen der Wechselstromquelle
und den Negativelektroden-Gleichstromausgang des Stromrichters 1 a gleiche Potentialdifferenz
ebenfalls zwischen der Wechselstromquelle und dem Negativelektroden-Gleichstromausgang
des Stromrichters 1 b auf, und der zum Negativelektroden-Gleichstromausgang des
Stromrichters 1 a fließende Strom ist gleich zu dem zum Strom richter 1 b fließenden
Strom. Auf diese Weise fließt ein überflüssiger Strom durch den Stromrichter lb,
was einen unerwünschten Stromfluß durch den Strom richter 1 a bewirkt, und es tritt
die Schwierigkeit der oben beschriebenen gegenseitigen Störung auf.
-
Die Anordnung der in der Fig. 2 dargestellten Dioden 10 a und 10b
ist vorteilhaft, da der Ausgangsgleichstrom des Stromrichters 1 a durch die Diode
10 b und des Stromrichters 1 b durch die Diode 10 a abgefangen wird. Dadurch können
unabhängige Potentiale auf den Gleichstromausgangsseiten der jeweilen Stromrichter
1 a und 1 b selbst bei Verwendung der Spartransformatoren 9 a und 9b aufrecht erhalten
werden, und die Schwierigkeit der gegenseitigen Störung, die oben beschrieben wurde,
kann ausgeschlossen werden.
-
Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung Spartransformatoren an der Stelle von normalen Transformatoren verwendet
werden, müssen derartige Transformatoren nicht vorgesehen sein, und der von der
Wechselstromquelle eingespeiste Eingangswechselstrom
kann direkt
durch die Strom richter gleichgerichtet werden. Weiterhin kann die Anordnung des
Gleichstromschalters 4a aus dem Thyristor 40a und dem Schalter 41a und der Diode
10a gegenüber der in der Fig. 2 dargestellten Form umgekehrt werden.
-
Dies gilt auch für den Gleichstromschalter 4 a und die Diode 10 b.
-
Weiterhin kann ein Thyristor anstelle der Diode 10a vorgesehen sein.
-
In diesem Fall nNuß jedoch die Zündung dieses Thyristors gleichzeitig
mit der Zündung des Thyristors 40a im Gleichstromschalter 4 a erfolgen. Dies gilt
auch für die Diode 10 b.