DE2462290C3

DE2462290C3 - Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers

Info

Publication number: DE2462290C3
Application number: DE2462290A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.- Ing. 8521 Tennenlohe Meissen; Janos Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Udvardi-Lakos
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1974-10-10
Publication date: 1979-07-26
Also published as: DE2462290B2; DE2462290A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers, der aus einem Netz bzw. aus einem Ersatzstromaggregat mit einer Ersatzstromquelle und einem Wechselrichter gespeist ist, wobei dem Verbraucher ein Energiespeicher enthaltendes Filter vorgeschaltet ist, das eingangsseitig über gesteuerte Schaltmittel im Normalbetrieb mit dem speisenden Netz bzw. im Störungsfalle der Netzspannung mit dem Ersatzstromaggregat verbunden ist, und eine Steuereinrichtung die Spannung am Eingang des Filters überwacht und die Schaltmittel sowie den Wechselrichter steuert.

Bei einer aus der DE-PS 9 57 494 bekannten derartigen Schaltungsanordnung ist ein als Parallel-Resonanzkreis Gud 2 Bim/2.5.1978 ausgebildetes Filter vorgesehen. Der Filtereingang ist einerseits über Kontakte mit dem Speisenetz und andererseits mit dem Ausgang eines Wechselrichters verbunden. Wenn bei dieser bekannten Schaltungsanordnung elektronische Schalter an Stelle von kontaktbehafteten Schaltern eingesetzt werden, so besteht die Möglichkeit von Ausgleichsströmen zwischen der Ersatzstromquelle und dem Speisenetz, da ein elektronischer Schalter erst beim nächsten Nulldurchgang der Wechselspannung in den stromsperrenden Zustand kommt.

Ferner ist bei einer unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung ein Kippdrosselgerät bekannt, bei dem im Normalbetrieb ein Verbraucher über ein Gegenzellenschütz als gesteuertes Schaltmittel, einen Hauptgleichrichter, eine Siebdrossel und eine Kippdrossel mit einem speisenden Wechselspannungsnetz verbunden ist (Elektrotechnik und Maschinenbau, 1961, Seite 94). Im Störungsfalle der Netzspannung wird der Verbraucher durch Umsteuerung des Gegenzellenschützes unmittelbar mit einer Batterie als Ersatzstromaggregat verbunden. Bei dem bekannten Kippdrosselgerät ist die Siebdrossel somit im Notbetrieb nicht im

ίο Eingriff, sondern der Verbraucher ist im Notbetrieb unmittelbar an eine Batterie angeschlossen. Dadurch besteht nicht die Gefahr, daß bei Umschaltungen zwischen den beiden Stromquellen Ausgleichsströme in der Siebdrossel auftreten. Bei dem bekannten Kippdros-

is seigerät ist somit die bei der aus der DE-PS 9 57 494 bekannten Schaltungsanordnung bestehenden Möglichkeit von Ausgleichsströmeii zwischen den Stromquellen überhaupt nicht gegeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die bei Umschaltungen zwischen den Stromquellen auftretenden Ausgleichsströme mit geringem Schaltungsaufwand zu begrenzea Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, daß das Filter einen ersten, über ein gesteuertes Schaltmittel mit dem Netz und einen zweiten, über ein gesteuertes Schaltmittel mit den Ersatzstromaggregat verbundenen Eingang aufweist, zwischen denen strombegrenzende Elemente angeordnet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen näher gekennzeichneten Ausgestaltungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung. Ein Verbraucher 1 ist über ein Filter 2a und einen im Normalbetrieb geschlossenen Netzschalter 3 mit einem speisenden Netz 9 verbunden. Niederfrequente und hochfrequente Störungen in der Netzspannung werden vom Filter 2a gedämpft und können den Verbraucher 1 nicht störend beeinflussen. Das Netz 9 wird von einem Meßfühler überwacht, der die Amplitude und/oder die Frequenz der Netzspannung erfaßt. Die Signale des Meßfühlers sind einer Steuereinrichtung 5 zugeführt, die bei einer unzulässigen Abweichung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz vom Nennwert den Umschaltvorgang einleitet Zunächst wird der Netzschalter 3 in Sperrung gesteuert und der Wechselrichter 6 über seine Steuereinheit 7 gestartet Der Wechselrich ter 6 bezieht seine Energie aus einer Ersatzstromquelle 8. Sobald der Wechselrichter 6 die erforderliche Ausgangsspannung phasenrichtig erzeugt, wird der Wechselrichterschalter 4 durchlässig gesteuert. Der Verbraucher 1 wird jetzt aus der Ersatzstromquelle 8 über den Wechselrichter 6, den durchlässig gesteuerten Wechselrichterschalter 4 und das Filter 2a mit Energie versorgt Das Filter 2a siebt die Ausgangsspannung des Wechselrichters 6, um dem Verbraucher 1 eine Spannung mit geringem Oberwellengehalt zur Verfü gung zu stellen. Während des Unschaltvorganges liefert das Filter 2a, das entsprechende energiespeichernde Elemente, wie Kondensatoren und/oder Drosselspulen enthält, die Energie für den Verbraucher. Bei geeigneter Dimensionierung der Elemente des Filters — gegebe-

<>5 nenfalls unter Einbezug energiespeichernder Elemente im Verbraucher selbst beispielsweise Impedanzen — läßt sich die Versorgung des Verbrauchers so gewährleisten, daß für ihn zulässige Abweichungen

nicht überschritten werden, obwohl beim Umschaltvorgang eine kurzzeitige Unterbrechung am Filtereingang auftritt

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist das Filter 2a stets dem Verbraucher 1 vorgeschaltet Beim Normalbetrieb dämpft es die nieder- und hochfrequenten Verzerrungen der Netzspannung. Beim Umschaltvorgang vom Normalbetrieb zum Betrieb aus der Ersatzstromquelle und zurück zum Normalbetrieb wirkt, es als kurzzeitiger Energiespeicher. Beim Betrieb über den Wechselrichter siebt es die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Da sich diese Forderungen nicht widersprechen, ist eine geeignete Dimensionierung der Elemente des Filters möglich.

Die Ersatzstromquelle 8 ist mit dem Symbol einer Batterie dargestellt Als Ersatzstromquellen können jedoch nicht nur Batterien oder Akkumulatoren dienen, sondern beispielsweise auch Kondensatoren, Brennstoffzellen oder Schwungräder und Dieselmotoren mit gekuppelten Generatoren. Es ist auch möglich, ein anderes Netz als Ersatzstromquelle einzusetzen, beispielsweise ein Gleichstromnetz oder ein Netz mit anderer Frequenz, beispielsweise ein Bahnstromnetz.

Der Wechselrichterschalter 4 ist vorteilhaft als schnellschließender Schalter ausgebildet, beispielsweise als mechanischer Schalter oder Schütz oder als Halbleiterschalter mit Thyristoren, Triacs oder Ignitrons. Es sind auch Kombinationen von verschiedenen Schalteinrichtungen in Reihen- oder Parallelschaltung möglich.

Bei üblichen Wechselrichtern sind bei nicht gezündeten Ventilen in einem durch die Rückarbeitsdioden bestimmten Spannungsbereich keine Rückströme möglich. In diesem Fall kann ein gesonderter Wechselrichterschalter entfallen. Der Wechselrichter ist dann ständig mit dem Filtereingang verbunden. Die gesteuerten Wechselrichterventile erfüllen die Schaltfunktion des Wechselrichterschalters. Ein eigener Wechselrichterschalter ist für Wartungsarbeiten zweckmäßig.

Der Netzschalter 3 ist zweckmäßigerweise als schnell öffnender Schalter ausgeführt Es können mechanische Schnellschalter oder Schütze verwendet werden, gegebenenfalls mit besonderen Auslösemechanismen, oder schnelltrennende Schalter mit Sprengladungen.

Möglich sind auch Halbleiterschalter mit natürlicher Kommutierung oder mit Zwangskommuüerung, die mit Thyristoren, Turn-off-Thyristoren, Triacs, Ignitrons oder Entladungsventilen bestückt sein können. Kombinationen von verschiedenen Schalteinrichtungen in Reihen- oder Parallelschaltung sind ebenfalls geeignet

Für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind rasch startbare Wechselrichter geeignet Besonders vorteilhaft sind Wechselrichter, die sofort, phasenrichtig

ίο und mit vollem Laststrom gestartet werden können.

Eine Steuereinrichtung 5 kann auch so ausgestaltet sein, daß sie nach einer aufgrund einer Störung der Spannung am Filtereingang erfolgten Umschaltung vom Netz auf den Wechselrichter die Netzspannung weiterhin fiberwacht und bei einer Widerkehr der ordnungsgemäßen Netzspannung eine Umschaltung des Verbrauchers vom Wechselrichterbetrieb zurück auf Netzbetrieb durchführt Hierzu ist die Steuereinrichtung 5 eingangsseitig mit einem Meßfühler für die Netzspannung verbunden. Die Steuereinrichtung stellt fest ob Amplitude und Phasen der Netzspannung und der Wechselrichterspannung übereinstimmen. Ist dies der Fall, so wird der Wechselrichterschalter 4 in Sperrung und der Netzschalter 3 durchlässig gesteuert

Das Filter 2a ist zur Begrenzung des Ausgleichsstromes geeignet ausgestaltet Das Filter ist als Bandfilter aufgebaut und enthält im Längszweig eine Serienschaltung mit einer Drosselspule 20 mit Anzapfung und einem Kondensator 21, sowie im Querzweig eine Parallelschaltung mit einer Drosselspule 22 und einem Kondensator 23. Ein derartiges Bandfilter verursacht keine Phasendrehung. In einem mehrphasigen System treten daher keine Asymmetrien in der Phasenlage auf. Die über die Anzapfung der Drosselspule dem Filtereingang zugeordnete Impedanz, sowie die Streuimpedanz begrenzt einen etwaigen Ausgleichsstrom zwischen den Schaltern 3 und 4.

Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Filters 2b. Zur Begrenzung eines etwaigen Ausgleichsstromes ist der Kondensator im Längszweig des Filters doppelt vorhanden. Damit ist sowohl der Netzschalter 3 über einen Kondensator 24 als auch der Netzschalter 4 über einen Kondensator 25 beschaltet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers, der aus einem Netz bzw. aus einem Ersatzstromaggregat mit einer Ersatzstromquelle und einem Wechselrichter gespeist ist, wobei dem Verbraucher ein Energiespeicher enthaltendes Filter vorgeschaltet ist, das eingangsseitig Ober gesteuerte Schaltmittel im Normalbetrieb mit dem speisenden Netz bzw. im Störungsfalle der Netzspannung mit dem Ersatzstromaggregat verbunden ist, und eine Steuereinrichtung die Spannung am Eingang des Filters überwacht und die Schaltmittel sowie den Wechselrichter steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (2a; 2b) einen ersten, über ein gesteuertes Schaltmittel (3) mit dem Netz (9) und einen zweiten, über ein gesteuertes Schaltmittel (4) mit dem Ersatzstromaggregat (6) verbundenen Eingang aufweist, zwischen denen strombegrenzende Elemente (20; 24; 25) angeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (2a) als Bandfilter aufgebaut ist und im Längszweig eine Serienschaltung mit einem Kondensator (21) und einer Drosselspule (20) mit Anzapfung enthält, wobei die Anzapfung und der dem Kondensator abgewandte Endanschluß der Drosselspule (20) mit den Filtereingängen verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (2b) als Bandfilter aufgebaut ist und im Längszweig eine Serienschaltung mit einer Drosselspule und zwei Kondensatoren (24,25) enthält, die jeweils mit einem Belag mit der Drosselspule und mit dem anderen Belag mit einem der Filtereingänge verbunden sind.