DE2521169A1 - Verfahren und vorrichtung zum stossfreien umschalten einer last - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum stossfreien umschalten einer last

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Description

ό -Λ ' A' J f
t,
G 49 874 -su
Firma ESB INCORPORATED, 5 Penn Plaza,
PHILADELPHIA, Pennsylvania 191o3 (USA)
Verfahren und Vorrichtung zum stoßfreien Umschalten einer Last
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und ein statisches Schaltsystem zum Umschalten einer elektrischen Last von einer ersten zu einer zweiten elektrischen Speisung und zum Zurückschalten der Last zur ersten elektrischen Speisung entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen und unter Ausschaltung von Einschwingvorgängen bei dem Zurückschalten. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum stoßfreien Umschalten einer Last, insbesondere von einer zweiten elektrischen Speisung zu einer ersten elektrischen Speisung in Form eines Umformers oder Wechselrichters mit Spannungsregelungsmitteln zum Regeln der Ausgangsspannung desselben, ohne Auftreten von Übergangs- bzw. Einschwingveränderungen bezüglich der oder des der Last zugeführten Spannung oder Stroms, für ein zum Zuführen elektrischer Energie von den beiden Speisungen zu der Last bestimmtes elektrisches System mit ersten und zweiten Schaltmitteln zum Anschließen der Last an die ersten und zweiten Speisungen, und auf eine hierzu geeignete Vorrichtung.
Bei Anwendungen von nicht zu unterbrechenden LeistungsSpeisungen bzw. UPS (uninterruptible power supplies) auf größere kritische Lasten, beispielsweise einen digitalen Rechner, muß die der Last zugeführte elektrische Leistung auf vorbestimmten Angaben gehalten
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werden, und zwar trotz 1) aller Arten von Belastungsübergängen, 2) Fehlern der UPS, 3) Überlastungen jeglicher Art und 4) Verzwei- . gungsfehlern bzw. -Sprüngen in der Belastungseinrichtung.
Ein typisches bekanntes Schaltsystem ist im Blockdiagramm in Figur 1 dargestellt. Es ist zwar eine Thyristorumschaltung aufgezeigt, doch können auch andere Schaltvorrichtungen, einschließlich elektromechanischen benutzt werden, was auch häufig geschieht. Im System aus Figur 1 werden die kritischen Lasten normalerweise von einer Leistungsbearbeitungseinrichtung gespeist, die typischerweise einen Wechselrichter (static inverter) aufweist, welcher von einer ständig zur Verfügung stehenden Quelle, wie einer Batterie und einem Ladegerät, gespeist wird. Nach einem Ausfallen einer im übrigen verwendeten Gebrauchsquelle wird die in der Batterie gespeicherte Energie vom Wechselrichter in einen geregelten Wechselstrom umgewandelt, so daß die Leistungskontinuität an den kritischen oder Grenzlasten aufrechterhalten wird, wobei die Schaltmittel S1 geschlossen und S„ geöffnet bleiben.
Der Umschalter wird dazu benutzt, die Last während folgender Fälle von der Gebrauchswechselstromquelle aus zu speisen:
a) Ausfall des Wechselrichters aufgrund eines inneren Fehlers oder einer Routineuntersuchung anderer Glieder in der Leistungsbearbeitungskette und
b) Notwendigkeit einer Ausnutzung der großen Leistungskapazität der Gebrauchsweehselstromquelle, um Anlauf- bzw. Beschleunigungslasten sehr schnell zu starten oder Belastungsstörungen aufzuheben, wobei beide Fälle die normale Fähigkeit der nicht zu unterbrechenden Leistungsbehandlungseinrichtung übersteigen.
Während des Betriebes der Gebrauchsweehselstromquelle sind S, geöffnet und S2 geschlossen. Wenn erneut ein Betrieb am Wechselrichter erwünscht ist, werden die Umschalterpole in ihren ursprünglichen Zustand zurückgebracht, so daß S, geschlossen und S2 geöffnet sind.
Ein besonderes Problem bestand bisher im Augenblick des Umschal-
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tens oder Übergangs von der Gebrauchswechselstromguelle zum Wechselrichterausgang. Dabei entstehen die bekannten Übergangs- bzw. Einschwingspannungseinsenkungen, die dann auftreten, wenn eine plötzliche Belastung auf eine Leistungsquelle, wie einen Wechselrichter, ausgeübt wird, die bzw. der unvermeidbare innere Impedanzen in den Wandlern, Filtern, in der Verdrahtung und dergleichen aufweist. In Figur 2 ist der typische Effekt der Übergangsspannungseinsenkung dargestellt. In der Vergangenheit wurden in Versuchen verschiedene Mittel angewendet, um dieses Problem zu verringern:
a) Überdimensionierung des Wechselrichters oder anderer Leistungsbehandlungsmittel, um den Belastungsschritt pro Einheit zu vermindern, so daß auch die prozentuale Übergangsbzw. Einschwingamplitude verringert wird;
b) Verwendung spezieller Wechselrichterausbildungen, wie unter Benutzung von Stufenwellen- oder Impulsbreitenmodulationslösungen, mit denen die Innenimpedanzen in der Leistungsbehandlungseinrichtung vermindert werden. Diese Lösung vermindert ebenfalls nur die Wirkung um einen gegebenen Wert, und das problematische Übergangsverhalten beim Umschalten tritt nach wie vor auf; und
c) Einsetzen spezieller !CompensationsSteuerungen, die dem Wechselrichter-Spannungsregler einen Impuls zuleiten, und zwar genau zu der richtigen Zeit und in der richtigen Größe, die erforderlich ist, um den Übergangs- bzw. Einschwingeinfluß auf die Last zu verringern. Während zwar spezielle Steuerungen wie diese manchmal so eingestellt werden können, daß sie zu einer bedeutenden Verbesserung des Übergangs- bzw. Einschwingverhaltens beim Zurückschalten führen, sind jedoch für jede einzelne Einrichtung und Anwendung sorgfältige Trimmeinstellungen erforderlich, so daß die praktische Verwendbarkeit dieser Lösung stark beeinträchtigt wird.
Somit treten auch bei den bekannten Versuchen zum Lösen des Umschaltübergangsproblems die in Figur 2 dargestellten Übergangsoder Einschwingeinflüsse nach wie vor auf (selbstverständlich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Erfolg der obigen Lösungen in einem größeren oder kleineren Maiße) . - 4 -
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der genannten Art bzw. ein Umschaltsystem zu schaffen, wobei die Umschaltübergangs- bzw. -einschwingeinflüsse vollständig ausgeschaltet sind. Dies soll sogar dann zutreffen, wenn das Umschaltsystem in Verbindung mit herkömmlichen Arten einer Leistungsbehandlungseinrichtung benutzt wird, die ein langsames Steuerungsansprechverhalten hat und relativ große elektrische Innenimpedanzen aufweist, so daß sie an sich ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen ganz besonders zu Übergangs- bzw. Einschwingeinflüssen bei einer Stufenbelastung neigt. Erfindungsgemäß soll auch eine derartige Einrichtung von den obigen Problemen sowie Nachteilen losgelöst betrieben werden können.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umschalten einer elektrischen Last zu einer ersten elektrischen Versorgung bzw. Speisung mit einem Wechselrichter sowie Spannungsund Phasenregelungsmitteln vorgeschlagen, wobei die Umschaltung von einer zweiten elektrischen Versorgung oder Speisung mit einer Gebrauchswechselstromquelle erfolgt. Es wird ein statisches Umschalten durchgeführt, um zunächst den Wechselrichter und die Gebrauchswechselstromquelle vor dem vollständigen Umschalten parallel an die Last zu legen. Der Ausgangsstrom der Gebrauchswechselstromquelle wird erfaßt und dazu benutzt, den Betrieb der Spannungsregelungs- und Phasensteuerungsmittel des Wechselrichters zu beeinflussen und die Ausgangsspannung des letzteren sowie die relative Phase derselben so einzustellen, daß der Ausgangsstrom der Gebrauchswechselstromquelle zu Null gemacht und die gesamte Verbrauchsenergie der Last vom Wechselrichter zugeführt werden. Danach wird die statische Umschaltung durchgeführt, um die Last von der Gebrauchswechselstromquelle abzutrennen.
Im einzelnen wird bei einem Verfahren der oben genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im Betriebszustand einer Verbindung der Last mit der zweiten elektrischen Speisung die ersten Schaltmittffil betätigt werden, um den Wechselrichter an die Last anzuschalten und somit den Wechselrichter und die zweite elektrische Speisung parallelzuschalten, daß der Ausgangsstrom der zwei-
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ten elektrischen Speisung erfaßt wird, um in Abhängigkeit von diesem Steuersignale für die Spannungsregelungsmittel des Wechselrichters zu bilden, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters in Abhängigkeit von den Steuersignalen verändert wird, um den Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu Null zu machen und somit die Last vollständig durch den Wechselrichter zu speisen, und daß die zweiten Schaltmittel zum Abtrennen der Last von der zweiten elektrischen Speisung betätigt werden, wenn deren Ausgangsstrom zu Null gemacht ist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum stoßfreien Umschalten der Last zeichnet sich aus durch mit den ersten sowie zweiten Schaltmitteln gekoppelte Steuerungsmittel zum abwechselnden oder gleichzeitigen Betätigen der Schaltmittel, um der Last von den ersten oder zweiten oder beiden elektrischen Speisungen elektrische Energie zuzuführen, und durch betriebsmässig mit den Spannungsregelungsmitteln des Wechselrichters und mit der zweiten elektrischen Speisung gekoppelte Stromerfassungsmittel, um den Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu erfassen, wenn beide Speisungen gleichzeitig die Last versorgen um in Abhängigkeit von diesem Ausgangsstrom Steuersignale für Spannungsregelungsmittel zu bilden, wobei die letzteren au<£V die Steuersignale von den Stromerfassungsmitteln ansprechen und die Ausgangsspannung des Wechselrichters verändern, um den Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu Null zu machen und die Last ausschließlich durch die erste elektrische Speisung zu versorgen, und wobei die Steuerungsmittel die zweiten Schaltmittel betätigen können, um die Last vollständig auf die erste elektrische Speisung umzuschalten, wenn der Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu Null geworden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - ein typisches bekanntes Wechselrichter- und Umschaltsystem,
Figur 2 - ein typisches bei dem bekannten System aus Figur 1 auftretendes Übergangs- bzw. Einschwingverhalten,
Figur 3 - ein erfindungsgemäßes Wechselrichter- und Umschaltsysten nach der vorliegenden Erfindung in Blockdarstellung,
fen, und) :ür die
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Figuren
4 und 5 - Diagramme zur Erläuterung der Erfindung und Figur 6 - eine Darstellung, aus der ersichtlich ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter- und Umschaltsystem kein ümschaltübergangs- bzw. -einschwingverhalten auftritt.
Als Grundlage für eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Vorgang einer Ausschaltung der Übergangs- bzw. Einschwingeinflüsse für UPS bei einer Umschaltung einer kritischen oder Grenzlast werden zunächst in kurzen Zügen die diesbezüglichen Eigenschaften in Verbindung mit einer Teilbeschreibung der Funktionen bestimmter Komponenten aus Figur 3 angegeben. Die Funktionen verschiedener und in diesem Zusammenhang nicht erörterter Komponenten ergeben sich jedoch aus der Beschreibung des Betriebes des erfindungsgemäßen UmschaItsystems.
In der Ausführungsform aus Figur 3 stellt eine Leitung Io den Ausgang einer bevorzugten Speisung, nämlich eines Wechselrichters 12, dar, während die Leitung 14 den Ausgang einer nicht bevorzugten Speisung, nämlich einer Gebrauchswechselstromquelle 16, repräsentiert. Eine mit 18 bezeichnete Lastkomponente wird normalerweise von der bevorzugten Speisung bzw. dem Wechselrichter 12 versorgt. Bei einem Ausfallen oder einer anderen aufgegebenen Betriebebedingung der bevorzugten Speisung empfängt die Lastkomponente die Energie von der nicht bevorzugten Speisung bzw. der GebrauchswechseIstromquelle 16. Eine statische Umschaltkomponente ist mit 19 bezeichnet. Einfache einpolige Schalter sind zur Durchführung der Funktion in Figur 3 dargestellt, jedoch können auch andere Schaltvorrichtungen, wie Thyristoren, beim Aufbauen des Umschaltsystems nach der Erfindung angewendet werden. Beispielsweise sind in Figur 1 verschiedene Thyristorkomponenten für diesen Zweck dargestellt.
Gemäß Figur 1 enthält eine bevorzugte Thyristorkomponente 2o geeignete steuerbare statische Schaltkomponenten, wie siliziungesteuerte Gleichrichter 22 sowie 24. Eine nicht bevorzugte Thyri-
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storkomponente 26 kann irgendwelche statischen Schaltkomponenten, wie siliziumgesteuerte Gleichrichter 28 und 3o, enthalten.
Gemäß Figur 3 ist eine Tor- bzw. Steuertreiberlogik 32 mittels einer Leitung 34 mit der Umschaltkomponente 19 gekoppelt. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß in der Praxis zwei Steuertreiberlogikkomponenten benutzt werden können, und zwar eine für die bevorzugte Thyristorkomponente und eine für die nicht bevorzugte Thyristorkomponente.
Die bevorzugten und nicht bevorzugten Thyristorkomponenten wie auch die statischen Umschaltkomponenten sind bekannt, und eine weitere Beschreibung sowie Darstellung dieser Glieder sind aus dem US-Patent 3 3oo 651 ersichtlich, auf das hiermit Bezug genommen wird. Die grundsätzlichen Prinzipien und Betriebsweisen solcher Komponenten ergeben sich vollständig aus der genannten Patentschrift. Für die vorliegende Erörterung ist es jedoch wichtig zu verstehen, daß bei den bekannten Systemen beispielsweise beim Ausfallen der bevorzugten Speisung 12 die Steuertreiberkomponente 32 automatisch die bevorzugte Thyristorkomponente S1 aus Figur 3 abschaltet und die nicht bevorzugte Thyristorkomponente S2 aus Figur 3 aktiviert, um die Last 18 von der Gebrauchswechselstromquelle 16 zu speisen. Nach Wiederherstellen bzw. Rückkehren der bevorzugten Speisung 12 aktiviert die Steuertreiberkomponente 32 automatisch die bevorzugte Thyristorkomponente» um nach einem in der beschriebenen Weise stoßfrei gesteuerten Lastübergang zum Wechselrichter automatisch die nicht bevorzugte Thyristorkomponente abzuschalten.
Der in Figur 3 als Block dargestellte Wechselrichter 12 enthält einen Leistungsabschnitt 41, der unter anderem eine Voreilleistungsstufe 42 und eine Nacheilleistungsstufe 44 aufweist. Die AusgangsSignaIe dieser beiden Stufen werden in einem Summier- und Filternetzwerk 46 aufsummiert und gefiltert, wobei das dann entstehende Ausgangssignal am Umformer- bzw. Wechselrichterausgang an der Leitung Io auftritt. Die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom des Inverters oder Umformers werden durch normale analoge
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Mittel erfaßt. Durch einen Spannungsregler 47 wird der Spannungsregelungsvorgang des Wechselrichters 12 erzielt. Die Ausgangsspannung desselben wird am Punkt 48 in der Leitung Io erfaßt und über eine Impedanz Z~f normalerweise geschlossene Kontakte IKIoI sowie eine Leitung 2oo an ein AC/DC Umwandlungs- bzw. Erfassungsnetzwerk 5o angekoppelt. Die erfaßte Spannung wird in einem Summie'rnetzwerk 52 mit einer Bezugsgleichspannung verglichen, die von einem Referenzspannungsnetzwerk 51 geliefert wird. Der Ausgang des Summiernetzwerkes 52 ist über eine Leitung 2o2 an ein Voreil-Nacheil-Steuernetzwerk 54 angekoppelt, das seinerseits über eine Leitung 2o4 mit einem Voreiltreibernetzwerk 56 und über eine Leitung 2o6 mit einem Nacheiltreibernetzwerk 58 verbunden ist. Die Frequenz des Wechselrichterausgangs wird durch einen Steueroszillator 6o bestimmt, und die Synchronisation des Umformers gegenüber der Gebrauchswechselstromquelle 16 ergibt sich durch ein Phasenvergleichsnetzwerk 62.
Zur weiteren Erörterung des Wechselrichterteils 12 aus Figur 3 wird auf das US-Patent 3 75o oo4 Bezug genommen. Dort sind die Prinzipien und die Betriebsweise des Wechselrichters 12 vollständig beschrieben. Für die vorliegende Erörterung ist es jedoch nur wichtig zu wissen, daß das Ausgangssignal des Umformers 12 aus zwei Wellen besteht, von denen die eine durch die Voreilleistungsstufe 42 und die andere durch die Nacheilleistungsstufe 44 erzeugt werden. Die beiden Wellen werden mit variabler Phasenverlagerung in bezug aufeinander betrieben, und miteinander vereinigt, um eine Ausgangswelle zu erzeugen, deren Amplitude durch den Wert der relativen Phasenverlagerung gesteuert wird. Der Spannungsregler 47 des Umformers 12 begründet Änderungen bezüglich der ausgangsseitigen Wellenform der Voreil- und Nacheilleistungsstufen 42 und 44, so daß die Wellenformen derselben an allen Positionen der Spannungsregelungsfunktion weitgehend identisch bleiben.+) relativen
Nunmehr wird der erfindungsgemäße Gesichtspunkt einer Ausschaltung eines Übergangs- bzw. Einschwingverhaltens erläutert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Komponenten, die das erfindungsgemäße Einschwingausschaltungsmerkmal ausmachen, hauptsächlich in
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den Spannungs- und Phasenregelschleifen des Umformers 12 eingebaut sind. Mit Ausnahme der durch die Komponenten gegebenen Modifikationen, wie es nachfolgend erläutert wird, arbeiten der Umformer 12 und die Umschaltkomponente 19 im wesentlichen in der in den
oben erwähnten beiden US-Patenten beschriebenen Weise.
Die die Einschwingvorgänge ausschaltenden Komponenten umfassen
einen Stromwandler CT5ol, Bürdenimpedanzen Z, und Z2, eine parallele Steuer- oder 'überlappungs'-Relaisspule Klol sowie ihre zugeordneten Kontakte, die normalerweise geschlossenen Kontakte
lKlol und normalerweise offenen Kontakte 2KIoI, wobei alle diese Glieder in der in Figur 3 dargestellten Weise verbunden sind. Der Erregungs- oder Steuerstrom für die Relaisspule Klol wird über
eine Leitung 21o von der Tor- bzw. Steuertreiberlogik 32 abgeleitet. Außer dem Bilden von Torsignalen in Abhängigkeit von Steuerlogikbefehlen zum Begründen einer Durchschaltung der siliziumgesteuerten Gleichrichter der Umschaltkomponente 19 sorgt die Tortreiberlogik 32 für eine Mechanisierung bzw. Durchführung der
Booleschen Logikfunktion KIoI=S1-S-, wobei dieser Ausdruck bloß bedeutet, daß die Relaisspule Klol zu erregen ist, wenn immer beide Abschnitte des statischen Schalters durchgeschaltet sind, das heißt wenn beide Schalter S, und S„ geschlossen sind. Ferner sorgt die Tortreiberlogikkomponente 32 für die erwünschte Systemerfassung über die Leitungen 2o9 und 211, um den Umschaltvorgang des
statischen oder ruhenden Schalters einzuleiten. Dies kann in einer passenden sowie im obigen US-Patent 3 3oo 651 beschriebenen Form erfolgen. Selbstverständlich ist in der Tortreiberlogik 32 auch
eine komplexere Systemsteuerlogik möglich. So kann sie beispielsweise für ein Erfassen einer durchgebrannten Umformersicherung,
der Synchronisationsverwirklichung, einer Über/Unterspannung sowie einer zu hohen/zu kleinen Frequenz der Gebrauchswechselstromquelle, einer Über/Unterspannung des Wechselrichters und eines
Schwingens des Laststroms sorgen. Jede dieser Funktionen würde
einen passenden Umschaltvorgang des statischen oder ruhenden Umschalters einleiten, nämlich ein Öffnen und Schließen der Schalter S1 und S9.
- Io -
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- Io -
Nunmehr wird der Übergangs- bzw. Schwingungseliminationsgesichtspunkt der Erfindung beschrieben. Im Betrieb wird während des Übergangs von der Gebrauchswechselstromquelle zur Umformerspeisung absichtlich ein Überlappungsvorgang in der Weise bewirkt, daß beide Schalter S1 und S2 der Umschaltkomponente 19 während eines vorbestimmten Zeitintervalls geschlossen gehalten werden. Vor einer weiteren Beschreibung des Schwingungseliminationsgesichtspunktes wird darauf hingewiesen, daß die Tortreiberlogikkomponente 32 während des Betriebes der Gebrauchswechselstromquelle zu den dieser zugeordneten oder nicht bevorzugten Thyristoren (S~) Torsteuersignale leitet. Unter diesen Bedingungen undf wenn der Gebrauchsstrom noch nicht verschwunden ist, ergibt sich der logische Zustand für die Überlappung, wobei die Tortreiberlogikkomponente 32 Torsteuersignale zu beiden bevorzugten und nicht bevorzugten Thyristoren leitet. Dadurch sind die Schalter S, sowie S2 geschlossen, und der Wechselrichter sowie die Gebrauchswechselstromquelle sind während des Intervalls parallelgeschaltet, in dem die Last stoßfrei bzw. weich von der letzteren zum Wechselrichter umgeschaltet wird.
Der Stromwandler CT5ol erfaßt den Gebrauchswechselstrom, indem eine Stromproportionale Spannung an der Bürdenimpedanz Z. erzeugt wird, wenn diese durch das parallele Steuerrelais Klol in Betrieb gesetzt ist. Diese strompcoportionale Spannung wird einfach in Reihe mit der vom Wechselrichter-Phasenvergleichskreis 62 erfaßten Spannung und dem Spannungsregler 47 geschaltet.
Wenn die Last 18 durch den Wechselrichter oder die Gebrauchswechselstromquelle allein gespeist wird, ist die Relaisspule Klol aberregt. Daher befinden sich die Kontakte IKlol und 2KIoI in der in Figur 3 dargestellten Stellung, wobei der Stromwandler CTSoI kurzgeschlossen und die Ersatzbürdenimpedanz Z2 in die Erfassungsleitung 2oo eingeschaltet sind. Während des Parallelbetriebs oder ÜberlappungsintervalIs ist die Relaisspule Klol durch die Tortreiberlogik 32 erregt, wobei die Ersatzbürdenimpedanz Z2 kurzgeschlossen und das Gebrauchswechselstromsignal in den Rückführungspfad für die Spannungsregler- und Phasenvergleichskreise 47 und 62 eingeführt sind.
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Aus den Figuren 4 und 5 ist ersichtlich, daß die so erzeugten Signale die Wechselrichterspannung und -phase dazu veranlassen, in den Richtungen vorgespannt zu werden, um den Gebrauchswechselstrom zu Null zu machen. Im Nullzustand des Gebrauchswechselstroms können die nicht bevorzugten siliziumgesteuerten Gleichrichter (S-) ohne Störung der Last abgeschaltet werden, da die Last in diesem Zustand ganz auf den Wechselrichter umgeschaltet ist. Es ergeben sich deshalb keine Übergangs- oder Einschwingvorgänge, wenn der nicht bevorzugte Thyristoransteuervorgang aufgehoben wird. Es ist wichtig, daß nach der vorliegenden Erfindung die nicht bevorzugten Thyristoren (S2) angeschaltet bleiben, bis der Gebrauchswechselstrom zu Null geworden ist, und daß erst dann ein vollständiges Umschalten auf den Wechselrichter erfolgt.
Zur weiteren Erläuterung der Figuren 4 und 5 und zunächst der Figur 4 wird die folgende Bedingung im Erregungszustand des Relais Klol und im Schließzustand beider Schalter S1 und S2 und damit im Durchschaltzustand aller Thyristoren angenommen: Die innere Spannung des Wechselrichters ist klein, so daß unter Annahme einer Ohm1sehen Innenimpedanz die Gebrauchswechselstromquelle eine entsprechende Größe an Wirkstrom liefert. Die erfaßte Spannung, das heißt die Spannung zwischen den Punkten A und G aus Figur 3 (VAG_ ^ ß,), erscheint dem Wechselrichter-Spannungsregler 47 klein; die Spannung der Gebrauchswechselstromquelle Vr3n, ~. , ,
ü (j—(jeßraucn
erscheint zwischen den Punkten B und G aus Figur 3, während die Spannung an der Impedanz Z1, nämlich V ' „ , zwischen den Punkten
1 AtS-Λ ι
A und B aus Figur 3 auftritt. Wenn v AG_erfaßt dem Wechselrichter-Spannungsregler 47 niedrig bzw. klein erscheint, treibt dieser die Spannung des Wechselrichters 12 hoch, um den Gebrauchswechselstrom auf Null zu bringen. Zur Vereinfachung ist bei dieser ersten Annahme kein Phasenfehler vorhanden.
Bei Figur 5 sei die folgende Bedingung angenommen: Die Spannungen der Gebrauchswechselstromquelle und des Wechselrichters sind angepaßt, bzw. angeglichen, weshalb die Gebrauchswechselstromquelle einen Nacheilstrom liefert. Somit erscheint VAG_ f ß. dem Spannungsregler 47 als richtig, und der Fehler ist unbedeutend. Jedoch
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erfaßt das Phasenvergleichsnetzwerk 62 unter diesen Bedingungen einen offenbaren Fehler, was zu einer passenden Vorspannung führt, um die Phase des Wechselrichters zu verzögern und den Gebrauchswechselstrom auf Null zu bringen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Figuren 4 und 5 den speziellen Fall zeigen, bei dem die Innenimpedanz des Wechselrichters vornehmlich Ohm1sehen Charakter hat. Daher werden für Z und Z2 ebenfalls Ohm'sche Elemente ausgewählt, um die geeignete Vorspann-bzw. Steuerwirkung auf die Spannungs- und Phasensteuerglieder zu erhalten. Dem Fachmann ist es geläufig, daß bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Wechselrichter mit einer Innenimpedanz von vorwiegend Blindcharakter eine passende Steuerung bzw. Regelung erzielt wird, indem Z, und Z2 entsprechend als Blindkomponenten ausgebildet werden. Daher läßt sich die vorliegende Erfindung sehr leicht auf Umformer oder Wechselrichter mit einer allgemeinen oder beliebigen Innenimpedanz anwenden, was aus Gründen einer einfachen Erklärung speziell dargestellt ist. +) nicht
Figur 6 zeigt den Betrieb und die Strom- sowie Spannungswellenformen des Umformers bzw. Wechselrichters und der Gebrauchs- bzw. Bereitschaftswechselstromquelle unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Gesichtspunktes der Elimination eines Einschwingverhaltens. Bei einem Vergleich der Figuren 2 und 6 ergibt sich, daß der typische Einsenkungseffekt der Einschwingspannung aus Figur 2 in Figur 6 nicht vorhanden ist.
Dem Fachmann ist es geläufig, daß jede der in Blockform in den verschiedenen Figuren dargestellten Komponenten leicht mit handeis üblich erhältlichen Komponenten oder unter Verwendung von normalem Buchwissen gebildet werden kann, da die Funktion eines jeden Blocks der verschiedenen Zeichnungen erläutert wurde.
- Patentansprüche -
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Claims (4)

- 13 Patentansprüche
1. »Verfahren zum stoßfreien Umschalten einer Last, insbesondere
on einer zweiten elektrischen Speisung zu einer ersten elektrischen Speisung in Form eines Umformers oder Wechselrichters mit Spannungsregelungsmitteln zum Regeln der Ausgangsspannung desselben, ohne Auftreten von Übergangs- bzw. Einschwingveränderungen bezüglich der oder des der Last zugeführten Spannung oder Stroms, für ein zum Zuführen elektrischer Energie von den beiden Speisungen zu der Last bestimmtes elektrisches System mit ersten und zweiten Schaltmitteln zum Anschließen der Last an die ersten und zweiten Speisungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand einer Verbindung der Last mit der zweiten elektrischen Speisung die ersten Schaltmittel· betätigt werden, um den Wechselrichter an die Last anzuschalten und somit den Wechselrichter und die zweite elektrische Speisung parallelzuschalten, daß der Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung erfaßt wird, um in Abhängigkeit von diesem Steuersignale für die Spannungsregelungsmittel des Wechselrichters zu bilden, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters in Abhängigkeit von den Steuersignalen verändert wird, um den Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu Null zu machen und somit die Last vollständig durch den Wechselrichter zu speisen, und daß die zweiten Schaitmittel· zum Abtrennen der Last von der zweiten elektrischen Speisung betätigt werden, wenn deren Ausgangsstrom zu Null gemacht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für ein elektrisches System mit zusätzlichen Phasensteuerungs- bzw. -regelungsmittein zum Synchronisieren des Wechselrichters mit der zweiten elektrischen Speisung, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung gebildeten Steuersignale auch für die Phasensteuerungs- bzw. «wegelungsmittel verwendet werden.
3. Elektrische Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer ersten und zweiten
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elektrischen Speisung zum Zuführen elektrischer Energie zu einer Last, ferner mit ersten Schaltmitteln zum Umschalten der Last von der zweiten zur ersten elektrischen Speisung und mit zweiten Schaltmitteln zum Umschalten der Last von der ersten zur zweiten elektrischen Speisung, wobei die erste elektrische Speisung einen Umformer oder Wechselrichter mit Spannungsregelungsmitteln zum Regeln der Ausgangsspannung desselben aufweist, gekennzeichnet durch mit den ersten sowie zweiten Schaltmitteln (19) gekoppelte Steuerungsmittel (32) zum abwechselnden oder gleichzeitigen Betätigen der Schaltmittel, um der Last (18) von den ersten oder zweiten oder beiden elektrischen Speisungen (12, 16) elektrische Energie zuzuführen, und durch betriebsmäßig mit den Spannungsregelungsmitteln (47) des Wechselrichters (12) und mit der zweiten elektrischen Speisung (16) gekoppelte Stromerfassungsmittel (CT5ol), um den Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu erfassen, wenn beide Speisungen gleichzeitig die Last versorgen, und um in Abhängigkeit von diesem Ausgangsstrom Steuersignale für die Spannungsregelungsmittel zu bilden, wobei die letzteren auf die Steuersignale von den Stromerfassungsmitteln ansprechen und die Ausgangsspannung des Wechselrichters (12) verändern, um den Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu Null zu machen und die Last ausschließlich durch die erste elektrische Speisung zu versorgen, und wobei die Steuerungsmittel die zweiten Schaltmittel betätigen können, um die Last vollständig auf die erste elektrische Speisung umzuschalten, wenn der Ausgangsstrom der zweiten elektrischen Speisung zu Null geworden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit zusätzlichen Phasensteuerungsmitteln zum Synchronisieren des Wechselrichters mit der zweiten elektrischen Speisung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsmittel auch mit den Phasensteuerungsmitteln des Wechselrichters (12) gekoppelt sind und diesem Steuerungssignale zuleiten.
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DE2521169A 1974-05-15 1975-05-13 Vorrichtung zum stoßfreien Umschalten eines Verbrauchers von Betriebsstromversorgung auf Netzstromversorgung und umgekehrt Withdrawn DE2521169B2 (de)

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