DE2452921B2 - Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien stromversorgung von wechselstromverbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern mit einer einen Wechselstromeingang und einen Gleichstromeingang aufweisenden Stromumformerschaltung, bei der der Wechselstromeingang an die Wechselstromversorgung und der Gleichstromeingang an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, die zur Kopplung des Wechselstromeingangs mit dem Gleichstromeingang einen Schaltelemente enthaltenden Stromkreis enthält und die derart arbeitet, daß bei Speisung des Wechselstromeingangs durch die Wechselstromversorgung am Gleichstromeingang ein Gleichstrom entnehmbar und bei Unterbrechung der Wechselstromversorgung ein von der Gleichstromquelle abhängiger Wechselstrom am Wechselstromeingang entnehmbar ist.

Es sind bereits zahlreiche Arten von Umformern zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom sowie verschiedene Arten von Wechselrichtern zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom bekannt. Beispiele für derartige Umformer sind Gleichrichtervorrichtungen.

Bei bestimmten elektrischen Vorrichtungen, z. B. bei nichtunterbrechbaren Stromversorgungen oder Reservestromversorgungen, ist es erforderlich, sowohl einen Wechsel- in einen Gleichstrom als auch einen Gleich- in einen Wechselstrom umzuformen. Die herkömmlichen elektrischen Vorrichtungen, welche die Fähigkeit zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt besitzen, weisen im allgemeinen sowohl einen Umformer zum Umformen des Wechselstroms in einen Gleichstrom als auch einen Wechselrichter zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom auf. Die Kosten für Umformer sind dabei im allgemeinen gleich hoch oder höher als die Kosten für Wechselrichter. Die Verwendung von zwei Umformervorrichtungen, nämlich eines Umformers und eines Wechselrichters, führte daher zu einer aufwendigen und großen elektrischen Vorrichtung.

Zur Ausschaltung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, selektiv eine einzige Umformervorrichtung als Umformer und als Wechselrichter zu verwenden, indem die elektrische Verbindung der Vorrichtung zwischen den Wechselstrom: Gleichstrom- und den Gleichstrom : Wechselstrom-Uniformbetriebsarten umgeschaltet wird. Dieses Verfahren eignet sich für elektrische Vorrichtungen, bei denen sich die Zeitspanne, in welcher sie in der Wechselstrom : Gleichstrom-Betriebsart arbeiten, nicht mit der Zeitjipanne überschneidet, in welcher die Vorrichtungen in der Gleichstrom : Wechselstrom-Betriebsart arbeiten. Die vorstehend erwähnten, nichtunterbrechbaren und Reserve- oder Notstromversorgungen stellen derartige Vorrichtungen dar. Bei derartigen elektrischen Vorrichtungen kann durch die selektive Verwen-

iung einer einzigen Umformervorrichtung als Umformer und als Wechselrichter die Größe der Vorrichtung verringert werden, während die Kosten für diese Vorrichtung gleichzeitig nahezu halbiert werden. Da jedoch dabei die elektrische Stromverbindung zwischen den beiden Umformbetriebsarten umgeschaltet werden muß, vergeht eine bestimmte Zeitspanne, bis die Wechselstrom : Gleichstrom-Betriebsart auf die Gleichstrom : Wechselstrom-Betriebsart und umgekehrt umgeschaltet ist. Dies führte bei nichtunterbrechbaren Stromquellen zu einem Stromausfall während dieser Umschaltzeit. Zudem ist für das Umschalten eine zusätzliche Steuerschaltung erforderlich.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 37 666 ist eine selbsttätige Notstromschaltanordnung mit einer einen Verbraucherkreis speisenden Wechselstromquelle und einer über einen Gleichrichter von der Wechselstromquelle aufladbaren Notstrombatterie bekannt. Bei spannungsführender Wechselstromquelle wird diese mit Hilfe von Schaltkontakten eines Schützes an den Verbraucherkreis und über den Gleichrichter an die Notstrombatterie angeschlossen, bei Ausfall der Wechselstromquelle wird jedoch die Notstrombatterie an den von der Wechselstromquelle abgetrennten Verbraucherkreis angeschlossen. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist somit wenigstens ein Schütz erforderlich, der die erforderlichen elektrischen Verbindungen herstellt bzw. die bestehenden Verbindungen abändert.

Durch diese bekannte Schaltungsanordnung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Notstromschaltanordnung zu schaffen, bei der ein besonderer Notstromkreis und trotz Einspeisung der Notstrombatterie in den bereits vorhandenen Verbraucherkreis ein Wechselrichter nicht erforderlich ist Um dies zu erreichen, ist der Gleichrichter als Transistorschaltkreis ausgeführt, der bei Ausfall der Wechselstromquelle und Speisung durch die Notstfombatterie als Wechselrichter arbeitet, über welchen gleichzeitig der Verbraucherkreis an die Notstrombatterie angeschlossen ist Der Transistorkreis erfüllt somit eine Doppelfunktion als Gleichrichter und als Wechselrichter, wodurch der gesamte technische Aufwand verringert wird. Auch bei dieser bekannten Notstromschaltanordnung wird während des Umschaltvorgangs die Stromversorgung der zu speisenden Last bzw. des Verbrauchers kurzzeitig unterbrochen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 85 599 ist eine Anordnung zur selbsttätigen Schnellumschaltung von Wechselstromverbrauchern auf Netzbetrieb bei gleichzeitiger Batterieladung oder Wechselrichterbetrieb mit einem Wechselrichter, z. B. Thyristor-Wechselrichter, der bei vorhandener Netzspannung abgeschaltet ist, bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung sollen wesentliche Teile der Wechselrichterschaltung, wie beispielsweise Transformator und Blindstromdioden, auch für die Batterieladung herangezogen werden. Dadurch wird ein besonderes Ladegerät für die Batterie überflüssig. Um dies zu erreichen, erfolgt bei dieser bekannten Anordnung die Umschaltung durch mindestens zwei vom Netz erregte Relais mit Ruhe- und Arbeitskontakten, wobei das zweite oder folgende Relais in zeitlich abgestufter Folge jeweils über Arbeitskontakte des vorgeschalteten Relais an das Netz angeschlossen wird. Die Batterie ist unmittelbar an einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Wechselrichtertransformators und an die Kommutierungsdrossel des Wechselrichters angeschlossen. So werden für den Ladebetrieb bei abgeschaltetem Wechselrichter der Wechselrichtertransformator und die Blindstromdioden des Wechselrichters durch entsprechende Anordnung der Reiaiskontakte für die Ladestromlieferung ausgenutzt.

Demnach wird auch bei dieser bekannten Anordnung zur gemeinsamen Verwendung von Bauteilen sowohl für die Gleichrichtung als auch für die Wechselrichtung eine oder mehrere Schaltungsverbindungen umgeändert, was mit Hilfe eines Relais geschieht.

ίο Aus der US-Patentschrift 32 55 358 ist schließlich eine selbsttätige Notstromschaltanordnung bekannt, bei der ebenfalls ein Transistorkreis zur Anwendung gelangt, der die Funktion einer Wechselrichtung übernimmt, wobei jedoch auch bei dieser bekannten Notstromschaltanordnung mehrere Schalter und Relais für die Umschaltung von der einen Betriebsart in die andere Betriebsart vorgesehen sind, um Schaltungsverbindungen entsprechend abzuändern. Da jedoch zum Betätigen der Schalter in jedem Fall Zeit benötigt wird, entsteht auch bei dieser bekannten Notstromschaltanordnung eine kurzzeitige Unterbrechung der Stromversorgung des Verbrauchers.

Die de'· Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß sie sowohl für die Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom als auch von Gleichstrom in Wechselstrom verwendet werden kann, ohne daß dabei irgendwelche elektrische Verbindungen oder Schaltungen geändert oder hergestellt werden müssen.

Ausgehend von der Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Wechselstromeingang eine Energiespeicherschaltung vorhanden ist, daß ein Steuerkreis vorgesehen ist, der die Spannungen am Wechselstromeingang und am Gleichstromeingang abtastet, daß der die Schaltelemente enthaltende Stromkreis Stromschleifen und mindestens eine Kommutierungsschaltung enthält, die durch den Steuerkreis derart steuerbar sind, daß bei Wechselstromspeisung während einer ersten Zeitspanne entsprechend dem geschlossenen Zustand einer der Stromschleifen in der Energiespeicherschaltung Energie gespeichert wird und während einer zweiten Zeitspanne entsprechend dem geschlossenen Zustand einer anderen Stromschleife am Gleichstromeingang ein Gleichstrom in Abhängigkeit von der in der Energiespeicherschaltung gespeicherten Energie entnehmbar ist, während bei Gleichstromspeisung die Steuerung der Stromschleifen und der wenigstens einen Kommutierungsschaltung durch den Steuerkreis in einer abgeänderten Steuerfolge erfolgt.

Während es bei allen bekannten Stromumformern der vorliegenden Art erforderlich ist, beim Umschalten von dem einen Betrieb auf den anderen Betrieb irgendwelche Schalter oder elektrische Verbindungen zu schließen bzw. zu öffnen, besteht diese Forderung bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung nicht, und es entsteht auch insbesondere während des Umschaltens von dem einen Betrieb in den anderen Betrieb

<>o keine Unterbrechung der Stromversorgung zum Verbraucher, was in vielen Fällen von ausschlaggebender Bedeutung sein kann, beispielsweise bei der Stromversorgung von irgendwelchen Laboranordnungen, bei welchen eine auch nur äußerst kurzzeitige Unterseil"; chung der Stromversorgung zu fehlerhaften Meßergebnissen führen könnte.

Besonders zweckmäßige Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den

Ansprüchen 2 bis 8.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Notstromquelle gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer nichtunterbrechbaren Stromquelle gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform mit einer Umformervorrichtung gemaß der Erfindung,

F i g. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3,

Fig.5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung is der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3,

Fig.6 eine graphische Darstellung von Wellenformen des Stroms und der Spannung, die bei der nach der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformbetriebsart arbeitenden Schaltungsanordnung gemäß Fig.3 erzeugt werden.

F i g. 7 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen einer Ausgangs-Gleichspannung und dem Pausenwinkel bei der mit Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung arbeitenden Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3.

F i g. 8 eine F i g. 6 ähnelnde graphische Darstellung, welche die in einer etwas anderen Betriebsart der Schaltungsanordnung erzeugten Wellenformen zeigt,

F i g. 9 ein Teilschaltbild einer anderen Ausführungsform der bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendeten Stromumformerschaltung,

Fig. IO eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9.

Fig.il cine Fig. IO ähnelnde graphische Darstellung, welche jedoch eine etwas andere Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig.9 als in Fig. 10 veranschaulicht,

Fig. 12 ein Schaltbild einer an die Schaltungsanordnung gemäß Fig.9 angeschlossenen Kommuticrungsschaltung,

Fig. 13 ein Fig. 12 ähnelndes Schaltbild, das jedoch eine Abwandlung der Schaltungsanordnung gemäß 4s Fig. 12zeigt,

F i g. 14 ein Blockschaltbild der grundsätzlichen Form einer Stromumformervorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 15 ein Blockschaltbild einer nichtunterbrechba ren elektrischen Stromquelle mit Merkmalen nach der Erfindung.

Zum besseren Verständnis des Aufbaue und der Arbeitsweise der Erfindung sind im folgenden bereits verwendete ntchtunterbrechbarc Notstromquellen zur Lieferung von elektrischem Strom erläutert Wie eingangs erwähnt, sind bei diesen bekannten elektrischen Stromquellen der Umformer und der Wechsel richter getrennt voneinander vorgesehen. Bei der bekannten elektrischen Notstromquelle gemäß F i g. 1 oo ist eine Gleichstromquelle 10, im dargestellten Fall eine Batterie, mittels eines Umformers 14 Ober eine Wechselstromquelle 12 geschaltet und außerdem mit einem Schalter 16/V verbunden, der anschließend an einen Wechselrichter 18 angeschlossen ist Der Wech- μ selrichter 18 ist mittels eines mit dem Schalter 164 gekoppelten Umschalters 16 mit einem Wechselstrom ausgang 20 verbindbar. Gemäß F i g. 1 ist die Wechselstromquelle 12 außerdem über den Umschalter 16 unmittelbar mit dem Wechselstromausgang 20 verbunden.

In der Normalbetriebsart liefert die Wechselstromquelle 12 über den Umschalter 16 unmittelbar einen Wechselstrom zum Wechselstromausgang 20, während gleichzeitig der von der Wechselstromquelle 12 gespeiste Umformer 14 den Wechselstrom in einen Gleichstrom umformt, der zum Aufladen der Batterie 10 benutzt wird. Beim Auftreten einer Störung in der Wechselstromquelle 12 schaltet der Umschalter 16 um, so daß der Wechselrichter 18 mit dem Wechselstromausgang 20 verbunden ist, während gleichzeitig der Schalter 16/4 in seine Schließstellung gebracht wird, in welcher er die Batterie 10 mit dem Wechselrichter 18 verbindet. Der Wechselrichter 18 wandelt dabei den von der Batterie 10 gelieferten Gleichstrom in einen Wechselstrom um. Dieser Wechselstrom wird über den geschlossenen Umschalter 16 an den Wechselstromausgang 20 angelegt.

In Fig.2, in welcher die den Teilen von Fig. t entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist eine nichtunterbrechbare elektrische Stromquelle dargestellt, welche der Notstromquelle gemäß Fig. 1 mit dem Unterschied entspricht, daß die Schalter 16 und 16/4 weggelassen sind. Die Wechselstromquelle 12 liefert normalerweise einen Wechselstrom zum Umformer 14. in welchem der Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt wird. Der umgewandelte Gleichstrom wird in der Batterie 10 gespeichert und gleichzeitig am Wechselrichter 18 angelegt, durch welchen er wieder in einen Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser umgeformte Wechselstrom wird an den Wechselstromausgang 20 geliefert. Wenn eine Störung der Wechselsiromquelle 12 auftritt, wird der Gleichstrom von der Batterie 10 dem Wechselrichter 18 zugeführt, um zu einem Wechselstrom umgeformt zu werden. Der umgeformte Wechselstrom wird dann wiederum an den Wcchsclstromausgang 20 angelegt.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen gemäß den l· i g. 1 und 2 sind jedoch ein Umformer und ein Wechselrichter erforderlich, die unabhängig voneinander ausgebildet sind, wodurch die Schaltung teuer wird, weil die Kosten für den Umformer normalerweise gleich hoch oder höher sind als die Kosten für den Wechselrichter. Zur Senkung der Kosten für derartige Stromquellen kann der Wechselrichter so modifiziert werden, daß einige seiner Bauteile als Teile des Umformers benutzt werden können, und es kann gleichzeitig ein Umschalter verwendet werden, um die Schaltkreisvcrbtndung zu andern, so daß der Wechsel richter zum Umformer umgeschaltet wird. Dieses Vorgehen ist jedoch insofern zu beanstanden, als infolge der Änderung der Schaltkreisverbindung während des Obergangs von der Wechselstromumformung auf die Gleichstromumformung und umgekehrt notwendigerweise eine Unterbrechung auftritt.

In F i g. J ist eine Schaltungsanordnung mit Merkmalen der Erfindung dargestellt. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist eine Oleichstromquelle 10 in Form einer Batterie vorgesehen, die zwischen eine Plusklemme 22 und eine Minusklemme 24 geschaltet Ist. Die Batterie kann selektiv als Gleichstromquelle bei der Gleichstrom: Wechselstrom-Umformung oder als Gleichstromlast bei der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung verwendet werden. Die dargestellte Aus führungsform weist außerdem einen allgemeinen mit 30 bezeichneten Stromkreis auf, der seinerseits mehrere

Stromschleifen entsprechend einem Hauptschaltkreis, einen Hilfs· bzw. Nebenschaltkreis und eine Kommutierungsschaltung aufweist, die mit 40, 50 bzw. 60 bezeichnet sind. Genauer gesagt, weist der Hauptschaltkreis 40 zwei Hauptschaltelemente 42 und 44 auf, bei der dargestellten Ausführungsform Thyristoren, deren Anoden über ihre Verzweigung 32 mit der Plusklemme 22 der Gleichstromquelle 10 verbunden sind, sowie zwei Halbleiterdioden 46 und 48, die in Antiparallelschaltung über die zugeordneten Thyristoren 42 bzw. 44 geschaltet sind.

Der Hilfsschaltkreis 50 enthält zwei Hilfsschaltelemente 52 und 54, bei der dargestellten Ausführungsform Thyristoren, deren Anoden über eine Verzweigung 34 zusammengeschaltet sind, sowie zwei Halbleiterdioden 56 und 58, die in Antiparallelschaltung über die Thyristoren 52 bzw. 54 geschaltet sind. Die Kathode des Thyristors 52 und die Anode der Diode 56 sind mit einer Verzweigung 36 verbunden, an welche auch die Kathode des Hauptihyristors 42 und die Anode der Diode 46 angeschlossen sind. Auf ähnliche Weise sind die Kathoden des Thyristors 54 und die Anode der Diode 58 an die Verzweigung 38 zwischen der Kathode des Hauptthyristors 48 und der Anode der Diode 48 angeschlossen.

Der über die Verzweigung 32 und 34 geschaltete Kommutierungsschaltkreis 60 weist eine Kommutie· rungsdrossrl 62 und einen Kommutierungskondensator 64 auf. die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die nahe der Verzweigung 32 befindliche Klemme des Kondensators 64 wird im folgenden als »Klemme a« bezeichnet, während seine andere Klemme im folgenden als »Klemme 6« bezeichnet wird.

Die Schaltelemente 42, 44, 54 und 52 können auch durch beliebige andere Transistoren als die Thyristoren gebildet werden. Außerdem kann jede Antiparallelkombination aus Thyristor und Diode durch einen in Gegenrichtung leitenden Thyristor ersetzt werden.

Gemäß F"ig. 3 ist der Stromkreis an einem mit 70 bezeichneten Transformator angeschlossen. Genauer gesagt, weist der Transformator 70 zwei in Reihe geschaltete Primärwicklungen 72 und 73, deren Endanschlüsse 74 und 78 mit den Verzweigungen 36 bzw. 38 verbunden sind, sowie eine Miitenan/.apfung 76 auf, die über ein stromführendes Impcdanzclemenl 80 mit der Minusklcmme 24 der Gleichstromquelle 10 verbunden ist. Außerdem weist der Transformator 70 eine einzige Sekundärwicklung 82 mit zwei Anschlüssen 84 und 86 auf

Die Klemme 84 der TransformaiorSckundarwick ν lung 82 ist mit einem mn 90 bezeichneten Energie speicherkreis verbunden, der eine mit dem Kondensator 94 in Reihe geschaltete Drossel 92 aufweist. Der Kondensator 94 ist dabei an einer Wechselstromklemme 102 mit einer allgemein bei 100 angedeuteten $5 Wechsclstromvorrichtung verbunden. Die Klemme 86 der Transformator-Sekundärwicklung 82 ist unmittelbar mit der anderen Wechselstromklemmc 104 der Wech Seistromvorrichtung 100 verbunden.

Die Wechselstromvorrichtung 100 besteht aus einer *' üblichen Wcchselstromquclle 106, die mittel» eines Schalters HO über eine Wechselstromlast 108 gcschal tetist.

Gemäß F1 g. J ist ein mit 120 bezeichneter f iltcrkms über die Wcchsehtromklemme 102 und 104 an du· Wechselsiromvorrichtung 100 angeschlossen. Der FiI lerkcis 120 weist ?wei parallele Stromkrer'weige 120« und 1206 auf. Der Stromkrcis/weig 120« wird durch eine mit einem Kondensator 124 in Reihe geschaltete Drossel 122 gebildet, während der Zweig 1206 durch einen einzelnen Kondensator 126 gebildet wird.

Zur Ansteuerung der Schaltelemente bzw. der Thyristoren 42, 44, 52 und 54 weist die dargestellte Ausführungsform weiterhin einen allgemein mit 130 bezeichneten Steuerkreis auf. Der Steuerkreis 130 enthält vier Ausgangsabschnitte 132, 134, 136 und 138, über welche Steuer- bzw. Triggersignale 542, S44, 552 bzw. 554 an die Schaltelemente bzw. Thyristoren 42,44, 52 bzw. 54 angelegt werden. Wenn die Schaltelemente durch Thyristoren gebildet sind, sind die jeweiligen Ausgangsabschnitte ersichtlicherweise über die Gate-Elektrode und die Kathode der zugeordneten Thyristoren geschaltet, obgleich diese Verbindungen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht veranschaulicht sind.

An den Steuerkreis 130 sind außerdem drei Detektorleitungen 140, 142 und 144 angeschlossen. Die erste Detektorleitung HO vermag eine Gleichspannung an den Gleichstromklemmen 22 und 24 festzustellen, während die zweite Detektorleitung 142 eine Wechselspannung an den Wechselstromklemmen 102 und 104 und die dritte Detektorleitung 144 einen Gleichstrom feststellt, welcher über das Impedanzelement 80 infolge eines Spannungsabfalls über dieses fließt. Diese Detcktorleitungen steuern die Triggcrsignalc vom Steuerkreis 130 in Abhängigkeit von den festgestellten Spannungen bzw. vom festgestellten Strom.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. J in der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformbetriebsart anhand von Fig.4 näher erläutert. Hierbei sei angenommen, daß die Schaltelemente 42, 44, 52 und 54 durch die Thyristoren gebildet sind. In F i g. 4 bezeichnen die Wellenformcn (a), (b), (c) und (c^die von den Ausgangsabschnitten 132, 134, 136 bzw. 138desSteuerkreises 130 an die Thyristoren 42,44, 52 bzw. 54 angelegten Triggersignale 542, 544, 552 bzw. 554, die so hohe Pegel besitzen, daß die zugeordneten Thyristoren in ihren Durchschallzustand getriggert werden. In Fig.4 (e) ist bei V« eine an der Transformator-Sekundärwicklung 82 anliegende Spannung in Verbindung mit einem gefilterten Strom U dargestellt, welcher infolge dieser Spannung V« über den Energicspeichcrkrcis 90 fließt. Der Strom Ii stellt bei der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung einen Ausgangssirom dar. Der Strom // ist lediglich zur Erleichterung des Verständnisses der Arbeitsweise der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung als cine Sinuswelle dargestellt, wahrend er tatsächlich häufig ein« komplizierte Wellenform besitzt. In F1 g, 4 (c) bczeich net uuQerdem das Symbol θ eine Schaltpenodc bzw einen Leitwinkel. wahrend welcher bzw. über den du Thyristoren 42 und 44 mit den Dioden 46 und 4i zusammenwirken und einen Strom zwischen dei Gleichstromquelle 10 und dem Transformator 70 leiten wahrend das Symbol Φ eine Pausenperiode cntspre chcnd einem Intervall zwischen je zwei nebeneinander liegenden Durchschaltpcriodcn bzw. einem Pausenwin kel zwischen je zwei ncbeneinanderliegcndcn Leilwin kein angibt.

Bei der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformuni wird ein (ilcichsirom von der Gleichstromquelle 10, ζ. Ε einer über die Gleichstromklemmen 22 und 2 geschalteten Batterie, in einen Wechselstrom umgc formt, der seinerseits an die Über die Wechselstrom klemmen 102 und 104 geschaltete WechjelstromloM 10 angelegt wird Dies kann 1. B. erfolgen, wenn die übe

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die Wechselstromklemmen 102 und 104 geschaltete Wechselstromquelle 106 beim Auftreten einer Störung in der Wechselstromquelle 106 durch den Schalter 110 von der Last 108 getrennt wird.

Es sei angenommen, daß der Kommutierungskondensator 64 mit einer der Spannung an der Gleichstromquelle 10 entsprechenden Spannung mit solcher Polarität aufgeladen wird, daß die Klemme a (vgl. Fig. 3) zum Zeitpunkt I₁ gemäß Fig.4 gegenüber der Klemme b positiv ist. Diese Polarität wird im folgenden als »Daucrzustandspolarität« bezeichnet. Wenn ein dem Thyristor 42 zugeordnetes Ansteuersignal 542 zum Zeitpunkt /ι auf seinen hohen Pegel ansteigt, wird der Thyristor 42 gemäß F i g. 4 (f) durchgeschaltet. Durch dieses Durchschalten des Thyristors 42 wird ein Schaltkreis geschlossen, der aus folgenden Abschnitten besteht: Gleichstromquelle 10, Klemme 22. Verzweigung 32, Thyristor 42, Verzweigung 36. Endklemme 74, Primärwicklung 72, Mittenanzapfung 76, Impedanzelement 80, Klemme 24. Infolgedessen wird die Spannung an der Gleichstromquelle 10 an die Primärwicklung 72 gelegt. Aus diesem Grund erhöht sich die Größe der an der Sekundärwicklung 82 induzierten Spannung V« mit vorbestimmter Polarität gemäß Fig.4 (e). Gleichzeitig kann sich infolge des Durchschaltens des Thyristors 42 der Kondensator 64 über einen geschlossenen Schaltkreis entladen, der aus folgenden Abschnitten besteht: Kondensator 64, Klemme .ι. Drossel 62, Verzweigung 32, Thyristor 42. Verzweigung 36, Diode 56, Verzweigung 34, Klemme b. Diese Entladung wird infolge des Zusammenwirkens zwischen der Drossel 62 und dem Kondensator 64 oszillierend. Infolgedessen wird die Polarität der am Kondensator 64 anliegenden Spannung umgekehrt. Dies bedeutet, daß diese Spannung eine solche Polarität besitzt, daß die Klemme b nunmehr gegenüber der Klemme α positiv ist. Diese Polarität wird im folgenden als »Utnkehrpoiarität« bezeichnet.

Zum Zeitpunkt ti fällt das Ansteuersignal S42 für den Thyristor 42 auf seinen Wert Null ab, während gleich/eilig das dem Hilfsthyristor 52 zugeordnete Ansteuersignal 552 auf seinen hohen Wert bzw. Pegel ansteigt [vgl. Wellenform (b). Fig.4]. Dieser Vorgang hat auf ähnliche Weise ein Durchschalten des Thyristors 52 /ur Folge, wie dies in F ι g. 4 ^dargestellt ist. Infolge dieses Durchschiiltcns des Thyristors 52 kann sich der Kondensator 64 über einen geschlossenen Schaltkreis aus dem Kondensator 64, der Klemme b, dem Thyristor 52, der Verzweigung 36, der Diode 46 oder dem Thyristor 42. der Verzweigung 32, der Drossel 64 und der Klemme α entladen. Wenn dieser Entladungsstrom hoher ist als cm zu diesem Zeitpunkt über dem Thyristor 42 fließender Vorwärts- bzw. Durchlaßstrom, wahrend die Doucr. während welcher der Entladungsstrom hoher 1st als der Durchlaüsirom. die durch den Thyristor 42 bestimmte Abschaltreit übersteigt, wird der Thyristor 42 in den Sperrzustand gebracht. Es ist jedoch zu beachten, daß nach dem Sperren des Thyristors 42 ein Entladungsstrom über die Diode 46 von ihrer Anode zu ihrer Kathode NicQt. Die Diode 46 befindet sich mithin in ihrem Durchschaltzustand. wie dies in Fig.4 (j) dargestellt ist. Aus diesem Grund fließt der Strom von der Gleichstromquelle 10 wetter über die Primflrwick lung 72, bis dieser St rom flu B zum Zeltpunkt I₁ (F ig. 4) beendet wird. Der Kondensator 64 wird infolge der vorstehend beschriebenen Entladung wiederum mit der Douerzustandspolaritat aufgeladen. Zum Zeitpunkt zu welchem d'C Diode 46 sperrt, fallt die Spannung Vn, an der Sekundärwicklung 82 auf ihren Wert Null ab.

worauf eine zum Zeitpunkt h beginnende Durchschaltperiode θ abgeschlossen ist. Dies bedeutet, daß die Leitzustandsperiode θ dem Intervall zwischen dem Zeitpunkt Λ und ^entspricht.

Während dieser Leitzustandsperiode θ fließt ein Strom //[F i g. 4 (ej\ über die Transformator-Sekundärwicklung 82, während ein entsprechender Primärstrom während des Intervalls (t\ — ti) bzw. zwischen den Zeitpunkten Λ und h über folgenden Strompfad fließt: ίο Gleichstromquelle 10, Klemme 22, Verzweigung 32, Thyristor 42 oder Diode 46, Verzweigung 36, Endklem· me 74, Primärwicklung 72, Mittenanzapfung 76, Impedanzelement 80, Klemme 24. Während die Leitperiode Θ zum Zeitpunkt t_s abgeschlossen ist, bleibt der Thyristor 52 in seinem Durchschaltzustand und bildet somit eine erste geschlossene Stromschleife I. die von der Verzweigung 34 über den Thyristor 52, die Verzweigung 36, die Endklemme 74, die Primärwicklungen 72 und 73. die Endklemme 78 sowie die Diode 58 und von dieser zurück zur Verzweigung 34 verläuft. Da ein an der Sekundärwicklungsseite des Transformators 70 befindlicher Lastkreis Drosselkomponenten aufweist, fließt der Strom //- während eines Intervalls zwischen den Zeitpunkten fj und u mit unveränderter Polarität weiter über diesen Lastkreis, während — wie erwähnt — ein entsprechender Primärstrom über die erste Stromschleife I fließt.

Zum Ze'tpunkt /₄ wird der Strom /; in seine Polarität umgekehrt, doch hat dabei das Ansteuersignal S54 für den Thyristor 54 bereits einen hohen Pegel erreicht, um diesen Thyristor durchzuschalten. Hierdurch wird eine zweite geschlossene Stromschleifc Il gebildet, die von der Verzweigung 34 über den Thyristor 54, die Verzweigung 38, die Endklemme 78, die Primärwicklung 73 und 72, die Endklemmc 74 sowie die Diode 56 und zurück /ur Verzweigung 34 verläuft. Die Polarität dieser zweiten Stromschleife Il ist gegenüber derjenigen der ersten Stromschleife I praktisch umgekehrt. Infolgedessen kann ein dem Strom // entsprechender Primärstrom mit umgekehrter Polarität nach dem Zeitpunkt u über die zweite geschlossene Stromschleifc Il fließen. Gemäß Fig. A(h) bleibt der Thyristor 54 bis zum Zeitpunkt hin seinem Durchschalt/ustand.

Die Thyristoren 52 und 54 können während des Intervalls (t> - /,) in unterschiedlich variabler Weise nut den betreffenden Anstcucrsignalen 552 und S'54 beaufschlugi werden. Beispielsweise besitzt der Thyristor 52 in diesem Fall einen Anstiegszeilpunkt von f.„ der mit dem Zeitpunkt t_} übereinstimmt, an welchem der jo Thyristor 42 in seinem Sperrzustand gebracht wird. Dieser Anstiegszeitpunkt f, kunn durch Änderung des Zeitpunkts ti, zu welchem die Leitzustandsperiode θ abgeschlossen ist. variiert werden. Dabei ist jedoch zu beachten, daß ein auf den Anstiegszcitpunkl t. folgender $5 Ausschwingzeitpunkt unbedeutend ist. Mit anderen Worten: das Anstcucrsignal 552 kann /u jedem gewünschten Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt h und ^vor dem Zeitpunkt t\ ausschwingen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Strom // zum Zeitpunk« U-βο wenn die Polarität dieses Stroms umgekehrt wird, automatisch auf seinen Wert Null abfnllt. auch wenn dabei das Ansteucrsignal S 52 seinen hohen Pegel besitzt. Der Auischwingzcitpunkt wird jedoch normalerweise so gewähh. daß er nahezu mit dem *5 Zeitpunkt fι zusammenfallt. Das Ansteuersignal S 54 für den Thyristor 54 kenn einen Anstiegszeitpunkt von /» besitzen, der so gewählt ist. daß er mit einem beliebigen Zeitpunkt /wischen den Zoltounkten ti und U *usam

menfüllt oder innerhalb eines Intervalls (ty—u) liegt. GemiiB Fig.4 ist der Anslicgszeitpunkt tt, so gewählt worden, da(3 er praktisch mit dem Zeitpunkt f₃ zusammenfällt. Das Ansteuersignal 554 für den Thyristor 54 besitzt vorzugsweise einen mit dem ^s Zeitpunkt ^ zusammenfallenden Ausschwingzeitpunkt. Hierdurch wird das Durchschalten des Thyristors 54 auch dann sichergestellt, wenn die Wellenform des l.aststroms so geändert wird, daß sich der Zeitpunkt u für die Polaritätsumkehrung dem Zeitpunkt I₅ annähert. «0

Zum Zeitpunkt is fällt das Steuersignal S54 für den Thyristor 54 auf seinen Pegel Null ab, während das Ansteuersignal 544 für den Thyristor 44 auf seinen hohen Pegel ansteigt. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 ist zwischen den Zeitpunkten h und /ι grundsätzlich dieselbe wie /wischen den Zeitpunkten fi und fs, jedoch mit folgenden Ausnahmen: Der Thyristor 44 wird während eines Intervalls (h—t_b) [Fig.4 (■//) in seinen Durchschaltzustand versetzt, und zwar ebenso wie die Diode 48 während eines Intervalls (tt— /7) [vg!. F i g. 4 (kj\ durchgcschaltct wird. Während eines Zeitintervall (t_b- f₈) befindet sich der Thyristor 54 außerdem in seinem Durchschaltzustand, in welchem der — wie erwähnt — die zweite Stromschleife U bildet, während sich der Thyristor 52 während eines Intervalls zs (tu—1\) in seinem Durchschaltzustand befindet, in welchem er die vorher beschriebene erste Stromschleifc I herstellt. Wahrend eines Intervalls (ts—ti) fließt zudem ein Strom von der Gleichstromquelle 10 auf der Primärwicklungsseite des Transformators 70 über einen Strompfad aus folgenden Teilen: Klemme 22, Verzweigung 32, Thyristor 44, Verzweigung 38, Endklemme 78, Primärwicklung 73, Mittenanzapfung 76. lmpcdanzclcment 80, Klemme 24. Der Strom fließt dabei über die zweite, beschriebene geschlossene Stromschlcife Il während eines Intervalls (ti — fe) und über die beschriebene erste, geschlossene Stromschlcife I während eines Intervalls (t»—i\). Die Polarität des Stromes /; wird ebenso wie /um Zeitpunkt i< /um Zeitpunkt t» umgekehrt.

Während eines Intervalls (t_b- /1) wird das Anstcucrsignal S 52 für den Thyristor 52 während des Intervalls (!<-<',) an dem Thyristor 54 angelegt, und das Ansteuersignal 554 den Thyristor 54 wird während des Intervalls (tj—h) anstelle des Anstcucrsignals 552 für den Thyristor 52 benutzt.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß bei der Anordnung gemäß Fig. 3 eine Rechteckspannung Vh; erzeugt wird, deren l.ciizustandspcriodcn ö sich mit ihren Pausenperioden abwechseln, und dal) *u diese Spannung V_n! einen StromfluB h auch wahrend der Pausenperioden bewirkt, was zu einem stabilen Betrieb bei der Umformung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom fuhrt.

Die Energicspcicherschaltung 90 wcim die Drossel 92 und den Kondensator 94 auf, die so gewählt sind, daß sie einen Reihcnresonunzkreis bilden, der bei der Frequenz der Wechselstromlust 108 oder bei der Grundfrequenz der üblichen Wechselstromquellc 106 mitschwingt. Bei der Gleichstrom ; Wechselstrom· Umformung dient die Ao Encrgiespeichcrschallung 90 zur Ableitung der Grund frcquenzkomponentc. Der vorstehend beschriebene Strom I) ist cm durch die Energiespeicher*haltung 90 gefilterter Strom, welcher diese Grundfroqucn/ besitzt. Die Dctektorleitung 142 dient zur Überwachung einer 6s Wechselspannung an den Wcchsclstrnmklcmmcn 102 und 104, wahrend die Dctektorleitung 144 einen Fingongsstrom von der Gleichstromquelle IO Ober wacht, um den Steuerkreis 130 so zu steuern, daß die festgestellte Wechselspannung und der Eingangsstrom auf vorbestimmte Größen eingestellt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht außerdem hervor, daß sich die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 dadurch auszeichnet, daß die Schaltelemente im Hauptschallkreis 40 intermittierend in ihren Durchschaltzustand versetzt werden, so daß eine Intervallbzw. Pausendiode zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Durchschaltzuständen festlegen, und daß die geschlossenen Siromschleifen während jeder dieser Pausenperioden gebildet werden.

Es hat sich herausgestellt, daß die Stromumformerschaltung gemäß Fig. 3 mit den eben beschriebenen kennzeichnenden Merkmalen effektiv einen Wechselstrom mit hohem Wirkungsgrad in einen Gleichstrom umzuformen vermag. Dieser sehr hohe Wirkungsgrad trägt zur Erzeugung eines Gleichstroms mit im Vergleich zu einem entsprechenden Eingangswcchselstrom ausreichend hohe Größe bei, wobei die elektrischen Verbindungen der Stromumformerschaltung grundsätzlich unverändert bleiben.

Im folgenden ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3 in Verbindung mit ihrer Arbeitsweise bei der Wechselstrom :Gleichstrom-Umformung anhand der Fig. 5 und 6 näher erläutert. Wenn ein Wechselstrom in einen Gleichstrom umgeformt worden soll, wird zunächst der Schaller 110 geschlossen, um die Wechselstromquelle 106 über die Wechsclslromklemmen 102 und 104 zu schalten. Außerdem wird eine Gleichstromlast, etwa die Batterie 10, über die Gleichstromklemmen 22 und 24 geschaltet. Die Steuersignale für d'e Schaltelemente 42, 44,52 und 54, bei der dargestellten Ausführungsform die Thyristoren, sind dabei clic gleichen wie bei der Umformung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom. Außerdem sei dabei vorausgesetzt, daß die Energiespeicherschaltung 90 eine Drossel 92 mit einer Induktivität von 117 Millihenry und einen Kondensator 94 mit einer Kapazität von 600 ρF besitzt und daß die Wechsclslromklemmen 102 und 104 über eine übliche Wcchsclslromquellc, etwu ein Wechselstromnetz mit einer Frequenz, von 60 Hz und einer Spannung von 100 V geschaltet sind. F1 g. 5 (i\) und F i g. 6 veranschaulichen für die angenommenen Bedingungen eilten über die Energiespeichcrschaltung 90 fließenden Strom /,■' und eine an der Sekundärwicklung 82 des Transformators 70 anliegende Spannung V« Außerdem veranschaulicht F i g 5 (11) die Wellenform bei einem über das Impcdanzelcment 80 fließenden Gleichstrom von 10 Λ, während Fig.6 die Wellenform bei einem über das Impedanzclemcnt 80 fließenden Gleichstrom mit einer Größe von praktisch gleich Null darstellt.

Die Anstcuersignnlc 542. S44. 552 und 554 für die Thyristoren 42, 44, 52 und 54 besitzen die Wellenform (b), (el (d) bzw. (e) gemäß Fig.5. welche im wesentlichen den gleichen Wellcnformen (a) bis (d) gemäß Kig.4 entsprechen. Fig.5 (() zeigt die Durchschalt· und Sperrzustttndc der Dioden 40 in Abhängigkeit von der Zeit, die F i g. 5 (g) und 3 (h) veranschaulichen die Durchschalt· und Sperrzustttndc der Thyristoren 52 und 54 in Abhängigkeit von der Zeit, und F1 g 5 (i) zeigt ebenso wie F i g. 4 (k) die Durchschall- und Spcrrzustandc der Diode 48.

Die weiteren Zeitpunkte tu h. U 'ν ft. und t? gemäß Fig¹) entsprechen den mit den gleichen Bezeichnungen versehenen ZHtpunklen gemnß Fig 4. Wehrend die Zeitpunkte W und OT gemäß Fig. 5 und 6 den Zeitpunkten U und t» gcmüO F i g 4 entsprechen, können

jrstere von letzteren abweichen und sind daher mit einem zusätzlichen Indexstrich bezeichnet.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 anhand von F i g. 5, beginnend mit dem Zeitpunkt b, beschrieben, zu welchem der s Thyristor 44 gesperrt ist Es ist zu beachten, daß bei der Umformung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom der über die Energiespeicherschaltung 90 fließende Strom eine gegenüber der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung umgekehrte Polarität besitzt Dieser Strom to ist daher mit // bezeichnet Zum Zeitpunkt (7 werden die Transformator-Primärwicklungen 72 und 73 somit von einem Strom mit einer solchen Polarität durchflossen, daß die Endklemme 78 gegenüber der Endklemme 74 positiv ist. Da das Ansteuersignal 552 für den Thyristor 52 zum Zeitpunkt ti auf seinen hohen Wert ansteigt, wird der Thyristor 52 durchgeschattet. Wie vorher beschrieben, wird durch das Durchschalten des Thyristors 52 die erste Stromschleife I geschlossen, die aus folgenden Teilen besteht: Verzweigung 34, Endklemme 74, Primärwicklungen 72 und 73, Endklemme 78 und Diode 58. Das Schließen dieser ersten Stromschleife I führt praktisch zu einem Kurzschließen der Primärwicklungen 72 und 73 zwischen den Endklemmen 74 und 76, was gleichwertig dasselbe Ergebnis liefert, als wenn die Sekundärwicklung 82 zwischen den Sekundärklemmen 84 und 86 praktisch kurzgeschlossen wäre. Während eines Intervalls ^7 — ie') fließt somit von der Wechselstromquelle 106 über die Energiespeicherschaltung 90 ein Strom, dessen Größe unmittelbar vor dem Zeitpunkt tj' den Anfangszustand darstellt. Dies hat eine Speicherung von elektrischer Energie in der Energiespeicherschaltung 90 während des Intervalls (ti- ig') zur Folge.

Zum Zeitpunkt i₈' wird die Polarität des Stroms V umgekehrt, um den Thyristor 52 in den Sperrzustand zu versetzen. Infolgedessen wird die erste geschlossene Stromschleife I unterbrochen und aufgehoben. Während sich alle restlichen Thyristoren zum Zeitpunkt fc' in ihrem Sperrzustand befinden, wird ein Speisekreis zur Primärwicklung 72 durch folgende Abschnitte gebildet: Endklemme 74, Diode 56, Verzweigung 34, Kommutierungsschaltung 60, Verzweigung 32, Klemme 22, Batterie 10, Klemme 24, Impedanzelement 80, Mittenanzapfung 76. Während der Kommutierungskondensator 64 mit einer solchen Polarität aufgeladen wird, daß die Klemme a gegenüber der Klemme b positiv ist wird die Polarität des Stroms V zum Zeitpunkt &' umgekehrt, so daß ein entsprechender Strom über diesen Speisekreis fließt und somit der Strom der Batterie 10 zugeführt wird. Der der Batterie 10 zugeführte Strom wird durch die elektrische Energie geliefert, die während des Intervalls (W - r₈') in der Speicherschaltung 90 gespeichert worden ist.

Sodann steigt ein Ansteuersignal 542 für den Thyristor 42 zum Zeitpunkt fi auf seinen hohen Wert an, um den Thyristor durchzuschalten. Dabei entlädt sich der vorher mit der Dauerzustandspolarität bzw. bei gegenüber der Klemme b positiver Klemme a aufgeladene Kondensator 62 über einen Strompfad aus dem Kondensator 64, der Klemme a, der Drossel 62, der Verzweigung 32, dem Thyristoi 42, der Verzweigung 36, der Diode 56 und der Klemme b. Folglich wird der Kondensator 64 mit umgekehrter Polarität aufgeladen.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Thyristor 42 durchgeschaltet, während ein Strom auf der Primärwicklungsseite des Transformators 70 in der Weise fließt, daß die Endklemme 74 gegenüber der Mittenanzapfung 76 positiv wird. Dies bedeutet, daß der Strom von der Endklemme 74 Ober einen Strompfad aus der Diode 46, der Verzweigung 32, der Klemme 22, der Batterie 10, der Klemme 24, dem Impedanzelement 80 und der Mittenanzapfung 76 fließt.

Aus diesem Grund wird der Strom der Batterie 10 weiterhin mit einer Polarität zugeführt, bei welcher die Klemme 22 gegenüber der Klemme 24 positiv ist

Zum Zeitpunkt h schwingt das Ansteuersignal 542 für den Thyristor 42 auf seinen Wert Null aus, während statt dessen das Ansteuersignal S 52 für den Thyristor 52 auf seinen hohen Wert ansteigt. Aus diesem Grund wird der Thyristor 42 zum Sperren gebracht, während der Thyristor52 durchgeschaltet wird. Infolgedessen entlädt sich die umgekehrte Polarität besitzende Ladung des Kondensators über den Thyristor 52, die Diode 56 und die Drossel 62, um den Thyristor 42 zu sperren; während dieser Entladung wird der Kondensator 64 wiederum mit der Dauerzustandspolarität aufgeladen.

Während des Intervalls (h—h) fließt außerdem der Strom, bei welchen die Endklemme 74 gegenüber der Mittenanzapfung 76 positiv ist, weiterhin über die Diode 46 in die Batterie 10. Dieser Strom stammt ebenfalls von der elektrischen Energie her, die während eines Intervalls (V - fe') in der Energiespeicherschaltung 90 gespeichert worden ist. Folglich wird die in der Speicherschaltung 90 während des Intervalls (h-t») gespeicherte elektrische Energie während des Intervall s (V - ts) der Batterie 10 zugeführt. Während ein Strom weiterhin durch die Endklemme 74 fließt, so daß diese während des Intervalls (h- h) gegenüber der Mittenanzapfung 76 positiv ist, bewirkt der Thyristor 52 die Aufladung des Kondensators 64 mit der Dauerzustandspolarität um unmittelbar darauf zu sperren. Während in F i g. 5 der Thyristor 52 während des Intervalls (t₂— fj) nur zur Erläuterung in seinem Durchschaltzustand dargestellt ist, ist darauf hinzuweisen, daß der Thyristor 52 eine äußerst kurze Durchschaltperiode besitzt.

Danach erreicht ein Ansteuersignal 554 für den Thyristor 54 am Zeitpunkt f) seinen hohen Wert. Hierdurch wird der Thyristor 54 wegen des Vorhandenseins der Strompolarität, bei welcher die Klemme 74 zu diesem Zeitpunkt gegenüber der Klemme 78 positiv ist, unmittelbar durchgeschaltet. Durch das Durchschalten des Thyristors 54 wird die vorstehend beschriebene, zweite geschlossene Stromschleife H vervollständigt, die folgende Abschnitte umfaßt: Verzweigung 34, Thyristor 54. Verzweigung 38, Endklemme 78. Primärwicklungen 73 und 7Z Endklemme 74 und Diode 56. Wie erwähnt, führt das Schließen der zweiten Siromschleife 11 somit zu dem gleichen Ergebnis wie in dem Fall, in welchem die Primärwicklungen 72 und 73 und mithin die Sekundärwicklung 82 kurzgeschlossen sind. Aus diesem Grund kann wiederum in der Energiespeicherschaltung 90 eine elektrische Energie gespeichert werden, die so lange in der Speicherschaltung 90 gespeichert wird, bis die Polarität des Stroms Ir zum Zeitpunkt f,' umgekehrt wird.

Während des Intervalls (W - ts) bewirkt die in der Energiespeicherschaltung 90 gespeicherte elektrische Energie einen Stromfluß durch folgenden Strompfad: Endklemme 78, Diode 58, Verzweigung 34, Kommutierschaltung 60, Verzweigung 32, Klemme 22, Batterie 10, Klemme 24, Impedanzelement 80, Mittenanzapfung 76.

Während eines Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt fs, zu welchem der Thyristor 44 durchgeschaltet wird, und dem Zeitpunkt ty, an welchem die Diode 48 sperrt, fließt ein Strom von der Primärwicklung 13 über

folgenden Strompfad: Endklemme 78, Verzweigung 38, Diode 48, Verzweigung 32, Klemme 22, Batterie 10 Klemme 24, Impedanzelement 80 »nd Mittenanzapfung 76. Dies bedeutet, daß der Strom der Batterie 10 mit einer solchen Polarität zugeführt wird, bei welcher die Klemme 22 gegenüber der Klemme 24 positiv ist. Dieser Strom stammt von der elektrischen Energie her, die während des Intervalls (h-W) in der Energiespeicherschaltung 90 gespeichert worden ist. Es ist zu beachten daß während des Intervalls Cf₈'- f₃) sowie während des Intervalls (U' — ti) der der Batterie 10 zugeführte Gleichstrom gleichgerichtet wird, so daß er eine Polarität besitzt, bei welcher die Klemme 22 gegenüber der Klemme 24 positiv ist. Diese Gleichrichtung wird effektiv durch die Dioden 46 und 48 bewirkt.

Bei der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung, wie vorstehend in Verbindung mit F i g. 5 beschrieben, wird die in der Speicherschaltung 90 gespeicherte elektrische Energie in der Pausenperiode und speziell während des Intervalls (t_}~W) sowie während des Intervalls (h-ts) während der Leitzustandsperiode θ sowie während der Intervalle (V- f₅) und (ti-ti) in der Pausenperiode Φ zur Seite der Gleichstromlast geliefert.

Aus einem Vergleich von F i g. 6 mit F i g. 5 (a) ist ersichtlich, daß der während der Leitzustandsperiode θ über die Energiespeicherschaltung 90 fließende Strom zwischen dem Zustand von Fig.5, welcher einen über das Impedanzelement 80 fließenden Gleichstrom von 10 Ä zeigt, und F i g. 6 sehr verschieden ist, welcher das gleiche Impedan/element zeigt, das von einem Gleichstrom mit einer Größe von praktisch Null durchflossen wird. In F i g. 6 sind die Zeitpunkte fi, f₅, u', f₅, ti und f₈' die gleichen wie die entsprechenden Zeitpunkte gemäß F i g. 5.

Gemäß Fig.6 wird die Polarität des Stroms h^! zum Zeitpunkt /10 in der Leitzustandsperiode θ zwischen den Zeitpunkten fi und fi sowie zum Zeitpunkt /,, in der Leitzustandsperiode Θ zwischen den Zeitpunkten f₅ und /7 umgekehrt. Während eines Intervalls f'io— {3) wird die den Gleichstromklemmen 22 und 25 zugeführte elektrische Energie, die von der in der Speicherschaltung 90 gespeicherten Energie herrührt, über den zu diesem Zeitpunkt in seinem Durchschaltzustand befindlichen Thyristor 42 zur Seite der Wechselstromquelle zurückgekoppeh. Dies trifft für den Fall eines Intervalls (U \ — h) zu, unter der Voraussetzung, daß die Rückkopplung über den zu diesem Zeitpunkt durchgeschalteten Thyristor 44 erfolgt. Die vorstehend beschriebene Rückkopplung erfolgt zum Teil auch dann, wenn die in der Speicherschaltung 90 gespeicherte Energie während der Intervalle ('3— u') und (ti—ti) in der Pausenperiode höher ist als die für die über die Gleichstromklemmen 22 und 24 geschaltete Gleichstromlast erforderliche Energie, d. h. wenn die Gleichstromlast niedrig ist. Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 kann zwangsläufig ein Strompfad gebildet werden, über den die Rückkopplung erfolgt. Unter Ausnutzung der Rückkopplung der elektrischen Energie kann somit die Schwankung der Spannung an den Klemmen 22 und 24 verringert werden, während der Wirkungsgrad der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung verbessert werden kann.

Durch Änderung der Zwischen- bzw. Pausenperiode Φ oder der Intervalle (ti—h) und (fy—U) kann die Spannung an den Gleichstromklemmen 22 und 24 auf die in Fig.7 gezeigte Weise variiert werden. In F i g. 7 ist die Spannung an den Gleichstromklcmmcn (in Volt)

auf der Ordinate in Abhängigkeit vom Pausenwinkel (in Grad) entsprechend der Pausenperiode auf der Abszisse aufgetragen, und zwar für eine Energiespeicherschaltung 90 mit den gleichen Schaltkreisparametern, wie sie vorher in Verbindung mit Fig.5 und 6 beschrieben worden sind. Über die Wechselstromklemmen 102 und 104 ist dabei eine übliche Wechselstromquelle mit 60 Hz und 100 V geschaltet.

Die Kurve A gilt für den durch öffnen der Cieichstromklemmen 22 und 24 erreichen Nullzustand der Gleichstromlast, während die Kurve B mit einem die Gleichstromlast durchfließenden Gleichstrom von 10 Ä erzielt wurde. Auf ähnliche Weise gilt die Kurve C für einen die Gleichstromlast durchfließenden Gleichstrom von 20 A. In jedem Fall ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei einer Vergrößerung des Pausenwinkels eine hohe Spannung über die Klemmen 22 und 24 erzeugt wird. F i g. 7 zeigt, daß ein über die Klemmen 22 und 24 anliegender Gleichstrom durch Änderung des Pausenwinkels bzw. der Pausenperiode geregelt werden kann. Dies ist für die Regelung des Gleichstroms wichtig, der bei der Wechselstrom -.Gleichstrom-Umformung geliefert wird.

Der Pausenwinkel Φ kann wie folgt eingestellt werden: Wenn der Pausenwinkel Φ verkleinert werden soll, kann der Anstiegszeitpunkt it. der Thyristoren 52 und 54 innerhalb der Pausenperiode Φ verzögert werden. Bezüglich des Intervalls (h—U') veranschaulicht z. B. F i g. 5 (d), daß das Ansteuersignal S54 für den Thyristor 54 am Zeitpunkt f/, ansteigt, welcher praktisch mit dem Zeitpunkt 13 zusammenfällt, an welchem die Leitzustandsperiode θ beendet ist. Dieser Anstiegszeitpunkt ft, kann zur Verkürzung der Pausenperiode hinter dem Zeitpunkt fj nacheilen. In diesem zuletzt genannten Fall wird die elektrische Energie in der Energiespeicherschaltung 90 weiterhin über die Diode 46 an die Klemmen 22 und 24 angelegt, bis das Ansteuersignal für den Thyristor 54 auf seinen hohen Pegel ansteigt. Gleichzeitig damit wird der Thyristor 54 durchgeschaltet, so daß er die Primärwicklungen 72 und 73 und mithin die Sekundärwicklung 82 praktisch kurzschließt. Dies führt zu einer Verlängerung der Leitzustandsperiode Θ bei gleichzeitiger Verkürzung der Pausenperiode Φ. Dies gilt für das im Intervall (ti— ti) erzeugte Ansteuersignal S 52 für den Thyristor 52.

Eine Vergrößerung des Pausenwinkels Φ kann dagegen erreicht werden, indem die Zeitpunkte f2 oder fa und fb den Zeitpunkten fi und ft (vgl. F1 g. 5) angenähert werden, um dadurch den Anstiegszeitpunkt h des Ansteuersignals für jeden Thyristor 54 und 52 vorzuverlegen. Die Leitzustandsperiode Θ wird durch Vorverschiebung des Zeitpunkts f2 oder f„ verkürzt, während der Pausenwinkel Φ durch Vorverlegung des Zeitpunkts ft, größer wird.

Fig.8 veranschaulicht eine Spannung V₆₂ über die Transformator-Sekundärwicklung 82 und einen entsprechenden Strom W. wobei die Ansteuersignale S 42 und S44 für die Thyristoren 42 und 44 stets auf ihrerr Null-Pegel gehalten werden und die Ansteuersignalc 552 und S54 für die Thyristoren 52 und 54 den vorher ir Verbindung mit F i g. 5 beschriebenen Signalen entspre chen. Spannung und Strom wurden in der Weise gemessen, daß die Klemmen 22 und 24 der Einfachhei halber anstatt an die Batterie 10 an einen Kondensato mit hoher Kapazität angeschlossen wurden. Gemäi Fig. 5 endet die Leitzustandsperiode an jedem de Zeitpunkte t_s und (7, und die Polarität des Stroms wird 7.1 den Zeitpunkten u' und ti umgekehrt. Es ist /j

beachten, daß in F i g. 8 keine Zeitpunkte entsprechend den Zeitpunkten h, ti, h und % gemäß F ί g. 5 dargestellt sind, da die Thyristoren 42 und 44 stets in ihrem Sperrzustand verbleiben. Statt dessen sind in Fig.8 zwischen den Zeitpunkten tu' und h sowie zwischen den Zeitpunkten U und /? neue Zeitpunkte tu und tu dargestellt, an denen der Strom l)f seinen Nullpunkt erreicht.

Da die Thyristoren 42 und 44 — wie erwähnt — stets in ihrem Sperrzustand verbleiben, wird die gelieferte ι ο Energie nicht zur Seite der Wechselstromquelle zurückgeführt, wie dies vorher in Verbindung mit den Intervallen (t_w— h) und (tu — ti) gemäß Fi g. 5 beschrieben worden ist. Infolgedessen kann an den Klemmen 22 und TA eine Gleichspannung geliefert werden, deren Größe im Vergleich zu Fig.6 um den Faktor i,7 höher ist. Die in F i g. 8 veranschaulichte Arbeitsweise eignet sich effektiv zur Vergrößerung eines Bereichs, in welchem die Gleichspannung steuerbar bzw. regelbar ist.

Aus Fig.8 geht hervor, daß zu den Zeitpunkten /12 und tu der über die Klemmen 22 und 24 geschaltete Kondensator aufgeladen ist. so daß eine Gegenvorspannung über die Dioden 46 und 48 angelegt wird, während zu diesen Zeitpunkten keiner der Thyristoren 52 und 54 durchschaltet. Dies hat zur Folge, daß an der Primärwicklungsseite des Transformators 79 kein geschlossener Schaltkreis gebildet wird. Infolgedessen wird an der Sekundärwicklungsseite des Transformators 70 die intakte bzw. vollständige, einer lastfreien Spannung entsprechende Spannung erzeugt, was zu der Erscheinung führt, daß die Spannung V₈2 zu den Zeitpunkten tu und /12, an denen der Strom h¹ auf beschriebene Weise seinen Nullpunkt erreicht, plötzlich verringert wird.

Bei der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung stellt die Detektorleitung 140 eine über die Gleichstromklemmen 22 und 24 anliegende Spannung zur Steuerung des Steuerkreises 130 fest, wobei die festgestellte Spannung beispielsweise auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Ebenso stellt die Detektorleitung 144 einen in die über die Klemmen 22 und 24 geschaltete Last fließenden Strom zur Steuerung des Steuerkreises 130 fest, wobei dieser gemessene Strom beispielsweise auf eine vorbestimmte Größe eingestellt wird.

Bei gemeinsamer Betrachtung der Wechselstrom !Gleichstrom- und Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung ist ersichtlich, daß letztere um die Leitzustandsperiode θ herum durchgeführt wird, 5a während erstere um die Pausenperiode Φ herum erfolgt. Dies bedeutet, daß bei der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung die Steuerung erfolgt, indem der Leitperiode θ Vorrang eingeräumt wird, während bei der Wechselstrom. Gleichstrom-Umformung die Steuerung oder Regelung mit Vorrang der Pausenperiode Φ erfolgt.

In F i g. 9 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Die dargestellte Schaltungsanordnung entspricht praklisch derjenigen gemäß F i g. 3, mit Ausnahme der Schaltkreiskonfiguration an der Primärwicklungsseitc des Transformators. Genauer gesagt ist eine — ebenfalls als Batterie dargestellte — Gleichstromlast 10 durch zwei Gleichstromklemmen 22 und 24 über eine Parallclkombination aus zwei Schaltkreisen 140 und 150 geschaltet. Der Schaltkreis 140 weist zwei Schaltelemente 142 und 144. im dargestellten Fall in Reihe miteinander geschaltete Thyristoren, sowie eine Halb- Eiterdiode 146 oder 148 auf, die antiparallel über jeden Thyristor 142 oder 144 geschaltei ist. Der Strom von der Batterie 10 kann durch die Klemme 22 in die Reihenschaltung aus den Thyristoren 142 und 144 fließen wenn diese durchgeschaltet sind. Auf ähnliche Weise weist der Schallkreis 150 zwei als Thyristoren dargestellte Schaltelemente 152 und 154 sowie zwei Halbleiterdioden 156 und 158 auf, die auf die gleiche Weise wie die entsprechenden Bauteile des Schaltkreises 140 geschaltet sind. ..„,...

Der Transformator 70 weist eine einzige Primärwicklung 72' auf, die über die Verzweigung 25a der Bauteile 142 144 146 und 148 sowie über die Verzweigung 256 der Bauteile 152,154.156 und 158 geschaltet ist.

In jeder anderen Hinsicht entspricht diese Schaltkreisanordnung derjenigen gemäß Fig. 3, weshalb den Teilen von Fig.3 entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Auf F i g. 9 ist ersichtlich, daß die Kommutierungs- und Steuerkreise, wie die Schaltkreise 60 und 130 gemäß Fig.3, für die Thyristoren 142,144,152 und 154 lediglich aus Gründen der besseren Darstellung weggelassen sind.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der abgewandelten Schaltungsanordnung an Hand von Fig. 10 erläutert. Die dicken, ausgezogenen Linien in F1 g. 10 (a)b\s \Q(d) bezeichnen ein Zeitintervall, während welchem der entsprechende Thyristor tatsächlich oder möglicherweise in seinem Durchschaltzustand ist, wenn sein Steuersignal einen hohen Wert besitzt. In Fig. lOfej bedeutet die ausgezogene Linie die Spannung V₈₂, die an der Sekundärwicklung 82 des Transformators 70 erzeugt wird, und die gestrichelte linie einen Strom /_f, welcher bei der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung durch die Energiespeicherschaltung 90 fließt. Die Zeitpunkte fi, fj, W, h. ti und fe' entsprechen dabei den auf gleicher Weise bezeichneten Zeitpunkten gemäß F i g. 5.

Aus den Fig. 10(a) bis \0(d) geht hervor, daß die Thyristoren 142 und 144 ebenso wie die Thyristoren 152 und 154 jeweils abwechselnd aktiviert werden. Dies bedeutet, daß jeder Thyristor 142 und 152 im Durchschaltzustand ist. während sich der zugeordnete Thyristor 144 bzw. 154 im Schwerzustand befindet und umgekehrt. Außerdem eilt der Thyristor 154 bezüglich seiner Betätigung hinter dem Thyristor 142 um die Periode Φ nach, während der Betätigungszeitpunkt des Thyristors 152 um die Periode Φ hinter dem Thyristor 142 nacheilt.

Im folgenden sei angenommen, daß sich die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 9 im Betriebszustand für die Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung befindet. Während eines Intervalls (h — h) befinden sich die Thyristoren 142 und 154 im Durchschaltzustand, so daO ein Strom von der Wechselstromquelle 10 über einer Strompfad aus der Klemme 11, dem Thyristor 142. dei Verzweigung 136. die Primärwicklung 72', der Verzwei gung 138, dem Thyristor 154 und der Klemme 24 fließer kann. Folglich wird eine Spannung mit einer vorbe stimmten Polarität über die Primärwicklung 72 angelegt. Während des nachfolgenden Intervalls (ti— fs sind die Thyristoren 144 und 154 möglicherweist durchgeschaltet, doch wird die Spannung von dei Gleichstromquelle 10 nicht über die Primärwicklung 72 angelegt. Unter diesen Bedingungen wird eine crslt geschlossene Siromsohleife Γ gebildet, die von dei Verzweigung 136 über den Thyristor 144, die Diode 158 die Verzweigung 138. die Primärwicklung 72' und vot

dieser zurück zur Verzweigung 136 verläuft. Wahlweise kann eine zweite geschlossene Stromschleife IΓ gebildet werden, die von der Verzweigung 133 über den Thyristor 154, die Diode 148, die Verzweigung 136 und die Primärwicklung 72' und von dieser zurück zur Verzweigung 138 verläuft. Infolgedessen kann ein einer reaktiven Komponente eines über die Energiespeicherschaltung 90 fließenden Stroms //.· entsprechender Primiirstrom fließen.

Während des Intervalls (h- ti) befinden sich die Thyristoren 144 und 152 in Durchschaltzustand, und die Gleichstromquelle 10 legt über einen Strompfad aus der Klemme 22. dem Thyristor 152, der Verzweigung 138. der Primärwicklung 72', der Verzweigung 136, dem Thyristor 144 und der Klemme 24 über die Primärwicklung 72' eine Spannung mit gegenüber der vorher beschriebenen Spannung umgekehrter Polarität an.

Während des nächsten Intervalls (ti —u) sind die Thyristoren 142 und 152 möglicherweise durchgeschaltet, doch wird die Spannung von der Gleichstromquelle *o 10 nicht über die Primärwicklung 72' angelegt. Unter diesen Bedingungen wird eine dritte geschlossene Stromschleife 111 gebildet.die von der Verzweigung 136 über die Primärwicklung 72'. die Verzweigung 138. die Diode 156, den Thyristor 142 und von diesem zurück zur Verzweigung 136 verläuft Wahlweise kann eine vierte geschlossene Stromschleife IV gebildet werden, die von der Verzweigung 138 über die Primärwicklung 72', die Verzweigung 136, die Diode 146. den Thyristor 152 und von diesem zurück zur Verzweigung 138 verläuft. Hierdurch wird ein Primärstromfluß ermöglicht, welcher einer reaktiven Komponente des Stroms I? entspricht.

Wenn die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 9 in der Betriebsweise der Wechselstrom : Gleichstrom-Umformung arbeitet, muß ein Primärstrom mit einer Polarität, bei welcher die Verzweigung 138 gegenüber der Verzweigung 136 positiv ist, entsprechend einem Sekundärstrom /_f in einem Intervall (ti —U) und bis zum Zeitpunkt ti fließen, an wlechem die Polarität des Stroms // umgekehrt wird. Dieser Strom fließt dabei über die vorher beschriebene, dritte geschlossene Stromschleife III. Während dieser Zeitspanne bewirkt die dritte Stromschleife 111 daher p/aktiseh ein Kurzschließen der Primärwicklung 72' und somit auch der Sekundärwicklung 82. Infolgedessen wird, ebenso wie wahrend des Intervalls (u —r₈) gemäß Fig. 5, eine elektrische Energie in der Energiespeicherschaltung 90 gespeichert. Die gespeicherte Energie der Speicherschaltung 90 wird mit einer Polarität, bei welcher die Verzweigung 136 gegenüber der Verzweigung 138 positiv ist. während eines Intervalls (U-U) über einen Strompfad aus der Verzweigung 136, der Diode 146, der Klemme 22, der Batterie 10, der Klemme 24, der Diode 158, der Verzweigung 138 und der Primärwicklung 72' geliefert. Dies hat eine Speisung der Batterie 10 zur Folge.

Während eines Intervalls (ti— (5) muß außerdem ein Primärstrom mit einer Polarität, bei welcher die Verzweigung 136 gegenüber der Verzweigung 138 positiv ist. entsprechend dem Sekundärstrom //und bis zum Zeitpunkt /V fließen, an welchem die Polarität des Stroms // umgekehrt wird. Dieser Primärstrom fließt dabei über die vorher beschriebene, erste geschlossene Siromschleife 1'. Während des Intervalls (u—u') bewirkt die erste .Stromschleife I' praktisch ein Kur/schließen der Primärwicklung 72' und somit der SrlcntulärwickluiiK 82 des Transformators 70. Ebenso

wie während der Zeitspanne (t₃— W) gemäß F i g. 5 wird daher in der Energiespeicherschaltung 90 eine elektrische Energie gespeichert. Während eines Intervalls (ti—ti) wird diese gespeicherte Energie von der Speicherschaltung 90 mit einer Polarität, bei welcher die Verzweigung 138 gegenüber der Verzweigung 136 positiv ist. über einen Strompfad geliefert, welcher die Verzweigung 138, die Diode 156, die Klemme 22, die Batterie 10, die Klemme 24, die Diode 148, die Verzweigung 138, und die Primärwicklung 72' umfaßt. Dies bewirkt eine Speisung der Batterie 10.

Bei der ersten Betriebsart gemäß Fig. 10 kann, ebenso wie bei der Betriebsart gemäß F i g. 5, auch während des Intervalls (u' —h) oder (ti—U) keine elektrische Energie zur Batterie 10 geliefert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Thyristor 154 gemäß F i g. 10 während des Intervalls (W-b) durchgeschaltet ist und die zweite geschlossene Stromschleife IΓ fließt, während der Thyristor 152 während des Iniervalls (ti - /ι) ebenfalls durchgeschaltet ist und die vierte geschlossene Stromschleife IV schließt.

Durch Betätigung der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 9 in der zweiten Betriebsart gemäß F i g. 11 ist es jedoch möglich, auch während dieser Intervalle bzw. Zeitspannen die Batterie mit elektrischer Energie zu beschicken. Aus einem Vergleich von F i g. 11 mit F i g. 10 geht hervor, daß die Aktivierung der Thyristoren 152 und 154 gemäß Fig. 11 auf die Hälfte ihrer Durchschaltperiode gemäß Fig. 10 besonders modifiziert ist; genauer gesagt, wird die Durchschaltperiode dieser Thyristoren frühzeitig beende;, so daß die Thyristoren 152 und 154 gleichzeitig mit dem Sperren der Thyristoren 142 bzw. 144 in ihrem Sperrzustand getriggert werden. Durch diese Maßnahme wird das Schließen der zweiten und vierten geschlossenen Stromschleife während der Intervalle (W-h) und (ti—U) verhindert. Die Energie von der Speicherschaltung 90 kann daher während dieser Intervalle der Batterie 10 zugeführt werden.

Aus Fig. It ist auch ersichtlich, daß die Thyristoren 142 und 144 eine mögliche Durchschaltperiode besitzen, deren Dauer der Summe aus der Pausenperiode Φ und der Leitperiode θ entspricht, während die Thyristoren 152 und 154 eine mögliche Durchschaltperiode besitzen, deren Dauer derjenigen der Leitperiode θ entspricht. Es ist jedoch zu beachten, daß die Thyristoren 142 und 152 auch längere mögliche Durchschaltperioden und die Thyristoren 144 und 154 kürzere mögliche Durchschaltperioden besitzen können und umgekehrt.

Obgleich in Fig.9 keine Kommutierungsschaltung für die Thyristoren 142,144,152 und 154 dargestellt ist, sind verschiedene Arten von Kommutierungsschaltungen bekannt. In den F1 g. 12 und 13, in denen den Teilen von Fig.9 entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, sind beispielhaft zwei verschiedene Ausführungsformen von Kommutierungsschaltungen dargestellt.

Gemäß Fig. 12 weist eine Kommutierungsdrossel 200 eine Spule bzw. Wicklung mit einer Mittenanzapfung 202 auf, die über die Kathode und die Anode von Thyristoren 142 bzw. 144 geschaltet ist, und eine andere Kommutierungsdrossel 204 weist eine Wicklung mit einer Mittenanzapfung 206 auf, welche über die Kathode und die Anode von Thyristoren 152 bzw. 154 geschaltet ist. Die Mittenanzapfungen 202 und 206 sind an die Endklemmcn bzw. Endanschliissc 74 bzw. 78 der Transformator-Primärwicklung 72' angeschlossen.

Über die Gleichstromklemmen 22 und 24 sind

außerdem zwei in Reihe geschaltete Kommutierungskondensatoren 208 und 210 sowie zwei weitere in Reihe geschaltete Kommutierungskondensatoren 212 und 214 geschaltet. Die Verzweigung 32' zwischen den Kondensatoren 208 und 210 ist mit der Mittenanzapfung 202 der Drossel 200 verbunden, während die Verzweigung 34' zwischen den Kondensatoren 212 und 214 an die Mittenanzapfung 206 der Drosselwicklung 204 angeschlossen ist. Außerdem ist die Verzweigung zwischen den Dioden 146 und 148 an eine Zwischenanzapfung 76a der Transformator-Primärwicklung 72' und die Verzweigung zwischen den Dioden 156 und 158 an eine weitere Zwischenanzapfung 766der Primärwicklung 72' angeschlossen.

Gemäß Fig. 13 ist eine allgemein mit 250A bezeichnete Kommutierungsschaltung über eine Reihenkombination aus Thyristoren 142 und 144 geschaltet, während eine andere, allgemein mit 250ß bezeichnete Kommutierungsschaltung über eine Reihenkombination aus Thyristoren 152 und 154 geschaltet ist. Die Kommutierungsschaltung 250-4 weist eine Kommutierungsdrossel 252/4 auf, die mit einem Kommutierungskondensator 254/4 in Reihe geschaltet ist, welcher seinerseits an die Verzweigung 136 zwischen den Thyristoren 142 und 144 angeschlossen ist. Die Kommulierungsschaltung weist weiterhin einen zusätzlichen bzw. Hilfsthyristor 256.4 für Kommutierungszwecke auf. dessen Anode mit der Gleichstromklemmc 22 und dessen Kathode mit einer Anode eines weiteren zusätzlichen bzw. Hilfsthyristors 258Λ für Kommuticrungszwecke verbunden ist, an den die Drossel 252/4 an einer Verzweigung 28a angeschlossen ist. Die Kathode des Hilfsthyristors 258/4 ist mit dcrGluichstromklemme 24 verbunden. Die Kommutierungsschaltung 250ß entspricht im Aufbau der Kommutierungsschaltung 250-4, weshalb seine den Teilen der Kommuticrungsschaltung 250/4 entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugs/iffcrn. jedoch mit einem angehängten ö anstelle eines angehängten A bezeichnet sind. Beispielsweise bezeichnet die Bezugsziffer 256ß einen dem Thyristor 256,4 entsprechenden Thyristor. Der Thyristor 256ß ist mit dem Thyristor 258Ö über eine Verzweigung 28i> zwischen beiden verbunden.

Die Kommuticrungsschaltung gemäß F i g. 12 ist in B. D. Bedford und R. G. H oft »Principles of Inverter Circuits«. S. 190 bis 207.1974. |ohn Wiley and Sons Inc. New York, N. Y., beschrieben, während die Kommuticrungsschaltung gemäß Fig. IJ im gleichen Buch auf den Seiten Ib5 bis 183 beschrieben ist. Die von beiden Kommulicrungsschaliungen durchgeführte Kommuta tion braucht daher nicht naher erläutert zu werden.

Die vorstehend beschriebenen Stromumformerschaltungen lassen sich gemäß Fig. 14 in Blockschaltbild form darstellen. In F i g. 14 ist die Stromumformerschaltung durch den strichpunktierten Block 500 dargestellt, der einen an der einen Seite mit einem Block 100 verbundenen Block 510 aufweist, welcher seinerseits einen F.ncrgiespcicherkreis gemäß Fig.) und 9 darstellt, während der Block 100 die Wechselst rom vor richtung gemäß Fig.3 bildet. Der Block 510 ist an seiner anderen Seile mit einem Block 320 verbunden, der seinerseits über einen Block 530 mit einem Block 10 verbunden ist. welcher die üleichsiromlesi b/w. Batterie 10 gemäß F i g. 3 darstellt. Der Block 520 stellt einen Schaltkreis /ur Bildung der geschlossenen Stromschienen I und Il gcmfiU Fig. 3 oder der geschlossenen Stromschlcifcn Γ. Il. IM und IV gcmaU ΪΊa *> dnr. welche von der (ileichMrommielle 10 getrennt bzw. unabhängig oder in dieser nicht enthalten sind.

Der Block 530 enthält ein Schaltelement 532 und eine Halbleiterdiode 534, und er führt die von der Wechselstrom: Gleichstrom- und der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung verschiedenen Funktionen durch. Bei der Gleichstrom : Wechselstrom-Umformung vermag das Schaltelement 532 effektiv auf vorher beschriebene Weise die Pausen- und Leitperio·

ίο den abwechselnd zu liefern, so daß es den Schaltelementen 42 und 44 gemäß F i g. 3 bzw. den Schaltelementen 142, 144, 152 und 154 gemäß Fig.9 entspricht. Die bei der Wechselstrom: Gleichstrom-Umformung eine Gleichrichtung bewirkende Diode 534 entspricht den Dioden 46 und 48 gemäß Fig.3 bzw. den Dioden 146, 148,156 und 158 gemäß F i g. 9.

Fig. 14 veranschaulicht in Blockschaltbildform eine Notstromquelle bzw. eine nichtunterbrechbare Stromquelle mit Merkmalen nach der Erfindung. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der dem Block 500 gemäß F i g. 14 entsprechende Block 500 zwischen eine als Batterie dargestellte Gleichstromquelle 10 und eine Wechselstromlast 108 geschaltet, die über einen Schalter 110 mit einer üblichen Wechselstromquelle 106 bzw. einem Wechselstromnetz verbunden ist. Wenn die Wechselslromquelle 106 in Ordnung ist, ist der Schalter 110 geschlossen, so daß er, wie durch die gestrichelten Pfeile in Fig. 15 dargestellt, einen Wechselstrom von der Wechselstromquelle 106 zur Wcchselstromlast 108 liefert. Gleichzeitig bewirkt die Slromumformerschaltung 500 eine Wechselstrom ι Gleichstrom-Umformung zum Aufladen der Batterie 10. wie dies ebenfalls durch den gestrichelten Pfeil in Fig. 15 dargestellt ist. Beim Auftreten einer Störung in der Wcchselstromquellc 106 kann der Schalter 110 geöffnet werden. Durch dieses öffnen des Schalters 110 wird die Schaltung 500 von der Wechselstrom : Gleichstrom- auf die Gleich strom : Wechselstrom-Umformbctncbsart umgeschaltet. Infolgedessen wird, wie durch die ausgezogenen Pfeile in Fig. 15 angedeutet, ein Wechselstrom /ur Wcchselstromlast 108 geschickt. Während dieses Umschaltens /wischen den verschiedenen Betriebsarten kann die Wcchscistromlast crsichilicherweise ohne Unterbrechung weiter mit Wechselstrom beschickt werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 15 kenn/eichnci sich durch die Verwendung einer einzigen Stromumformer schaltung 500. mit dem F.rgcbnis, daß die gesamte Vorrichtung 1111 Vergleich zu den bckunntcn Vorrichtun gen, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, mit höchstens halbem Kostenaufwand hergestellt werden kann. Außerdem kann bei der Schaltung 500 das Umschalten von der Gleichstrom Wechselstrom- auf die Wechselstrom : Gleich·

SS strom-Umformung und umgekehrt erfolgen, ohne daß spezielle Änderungen der Schaltkrciskonfiguration erforderlich waren. Hierdurch wird die Bedienung der Vorrichtung erleichtert, wahrend außerdem Stromaus falle wahrend der Übergange zwischen den einzelnen

to Betriebsarten effektiv ausgeschaltet werden können.

Der Wirkungsgrad bei der Umformung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom kann dadurch erhöht werden, daß wahrend einer bestimmten Zeil· spannt' elektrische Bncrgic gespeichert und während

6) der nächsten Zeitspanne frcigesct/t wird. Außerdem kann die frcitrcsctrtc F.nergic ohne weiteres durch Steuerung eines Intervalls der Speicherung der elektrischen (-!norgir gesteuert bzw gereget werden

! ²³ T

;j Da die erfindungsgemäße Umformerschaltung selektiv

I als Umformer und als Wechselrichter eingesetzt werden

:\ kann, wie es vorher beschrieben wurde, lassen sich mit

* ihr kostensparende, nichtunterbrechbare und Not- bzw.

Reservestromvorrichtungen schaffen.

t

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur unterbrechmngsfreien Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern .-> mit einer einen Wechselstromeingang und einen Gleichstromeingang aufweisenden Stromumformerschaltung, bei der der Wechselstromeingang an die Wechselstromversorgung und der Gleichstromeingang an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, ic die zur Kopplung des Wechselstromeingangs mit dem Gleichstromeingang einen Schaltelemente enthaltenden Stromkreis enthält und die derart arbeitet, daß bei Speisung des Wechselstromeingangs durch die Wechselstromversorgung am Gleichsiromeingang ein Gleichstrom entnehmbar und bei Unterbrechung der Wechselstromversorgung ein von der Gleichstromquelle abhängiger Wechselstrom am Wechselstromeingang entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Wechselstromeingang (102, 104) eine Energiespeicherschaltung (90) vorhanden ist, daß ein Steuerkreis (130) vorgesehen ist, der die Spannungen am Wechselstromeingang und am Gleichstromeingang (22,24) abtastet, daß der die Schaltelemente enthaltende Stromkreis (30) Stromschleifen (1, II; III, IV) und mindestens eine Kommutierungsschaltung (60) enthält, die durch den Steuerkreis (130) derart steuerbar sind, daß bei Wechselstromspeisung während einer ersten Zeitspanne entsprechend dem geschlossenen Zustand einer der Stromschleifen (I) in der Energiespeicherschaltung (90) Energie gespeichert wird und während einer zweiten Zeitspanne entsprechend dem geschlossenen Zustand einer anderen Stromschleife am Gleichstromeingang (22, 24) ein Gleichstrom in Abhängigkeit von der in der Energiespeicherschaltung (90) gespeicherien Energie entnehmbar ist, während bei Gleichstromspeisung die Steuerung der Stromschleifen und der wenigstens einen Kommutierungsschaltung (60) durch den Steuerkreis (130) in einer abgeänderten Steuerfolge erfolgt.

2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente der Stromschleifen (I. II; III, IV) aus Thyristoren (42,44,52,54) bestehen, an die in Antiparallelschaltung jeweils Dioden (46,48,56,58) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transformator (70) mit einer mit der Energiespeicherschaltung (90) verbundenen Sekundärwicklung (82) und einer mittenangezapten Primärwicklung (72,73), an die die Stromschleifen (I, II; III. IV) angeschlossen sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (60) aus einer Reihenschaltung einer Drosselspule (62) und eines Kondensators (64) besteht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Stromschleifen ein stromführendes ho Impedanzelement (80) eingeschaltet ist, welches mit der Minusklemme (24) des Gleichstromeingangs verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Wechselstromein- < >s gang(102,104) ein Filter (t20) angeschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch eekennzeichnet, daß die Primärwicklung (72') des Transformators (70) mehrere Anzapfungen (76a, 76b) aufweist, an die die Stromschleifen angeschlossen sind.

E. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kommutierungsschaltungen (252A 254A-250ß, 254Sj vorgesehen sind und jeweils an ein Ende der Primärwicklung (72') des Transformators (70) angeschlossen sind.