-
Stromrichteranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromrichteranordnung,
die gleichstromseitig an einen aufladbaren Energiespeicher und wechselstromseitig
über einen Stromrichter-Transformator an ein Wechsel- oder Drehspannungsnetz angeschlossen
ist.
-
Zur Aufladung des Energiespeichers, der als Akkumulator oder als Kondensatorbatterie
ausgebildet sein kann, ist Ublicherweise ein getrenntes Ladegerät vorgesehen, das
eingangsseitig über einen Ladetransformator an ein Wechsel- oder Drehspannungsnetz
angeschlossen ist. Ladegerät und Ladetransformator erfordern einen zusätzlichen
Aufwand.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stromrichteranordnung
der eingangs genannten Art eine Aufladung des Energiespeichers mit gutem Wirkungsgrad
und geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand zu ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ladeeinrichtung
für den Energiespeicher den Stromrichter-Transformator, eine Gleichrichterschaltung
und eine Einrichtung zur Einstellung des Ladestroms im Ladebetrieb umfaßt, wobei
die gesteuerten Hauptstromventile des Stromrichters im Ladebetrieb gesperrt gesteuert
sind.
-
Erfindungsgemäß sind beim Ladebetrieb die gesteuerten Hauptstromventile
des Stromrichters nicht angesteuert, Es entstehen keine Kommutierungsverluste. Die
Gleichrichterschaltung wird über den Stromrichter-Transformator mit Wechselspannung
gespeist. Es ist daher kein eigener Ladetransformator erforderlich. Mit Hilfe einer
Einrichtung zur Einstellung des Ladestroms läßt sich dieser entweder auf einen fest
vorgegebenen Wert einstellen, der für eine Erhaltungsladung im allgemeinen
etwa
zwei Orößenordnungen kleiner ist als der Entladestrom.
-
Es können auch unterschiedliche Stromstärken des Ladestromes für eine
Starkladung, eine normale Ladung und eine Erhaltungsladung eingestellt werden. Schließlich
ist es auch möglich, den Ladestrom in Abhängigkeit von Spannungswerten des Energiespeichers
nach vorgegebenen Ladekennlinien zu regeln, sowie auch in Abhängigkeit von weiteren
Einflußgrößen, beispielsweise von Temperatureinflüssen.
-
Um den Energiespeicher auf volle Spannung aufzuladen, wird man im
Ladebetrieb an die netzseitige Wicklung des Stromrichter-Transformators eine Spannung
anlegen, deren Effektivwert höher ist als die im Leistungsbetrieb vom Stromrichter
erzeugte Spannung. In vielen Anwendungsfällen wird das Anlegen einer solchen höheren
Spannung im Ladebetrieb unerwünscht sein.
-
Wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Energiespeicher
aus zwei Teilspeichern aufgebaut ist, die im Ladebetrieb parallel und im Entladebetrieb
btromrichterbetrieb) in Reihe geschaltet sind, so kann für den Ladebetrieb eine
Wechselspannung mit dem gleichen Effektivwert verwendet werden, wie sie der Stromrichter
im Leistungsbetrieb abgibt. Eine andere Möglichkeit, um einen Ladebetrieb mit dem
gleichen ESEktivwert der Wechselspannung wie im Leistungsbetrieb zu ermöglichen,
sieht vor, daß der Stromrichter-Transformator wenigstens eine stromrichterseitige
Zusatzwicklung aufweist, wobei der äußere Anschluß der Zusatzwicklung, bzw. die
äußeren Anschlüsse der Zusatzwicklungen, an die gleichspannungsseitigen Einspeisepunkte
der Gleichrichterschaltung gelegt sind. Ein Ladebetrieb mit dem gleichen Effektivwert
der Wechselspannung wie im Leistungsbetrieb ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
der betreffende Stromrichter in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage
eingesetzt ist, bei der ein Verbraucher nornalerweise aus einem Wechsel- oder Drehspannungsnetz
gespeist ist und bei einer Netz störung auf einen Wechselrichter umgeschaltet wird.
Die Aufladung des dem Wechselrichter vorgeschalteten Energiespeichers kann dann
vom gleichen Wechselspannungsnetz erfolgen, von dem auch der Verbraucher normalerweise
gespeist wird.
-
Die in der Ladeeinrichtung vorgesehene Gleichrichterschaltung kann
aus zusätzlichen elektrischen Ventilen aufgebaut sein.
-
Es sind sowohl ungesteuerte Gleichrichterschaltungen mit Dioden als
auch gesteuerte Gleichrichterschaltungen mit Thyristoren oder Transistoren möglich.
-
Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei Parallelwechselrichtern
anwenden, die Brückenzweige mit gesteuerten Hauptstromventilen und Brückenzweige
mit antiparallel geschalteten Rückstromventilen aufweisen, wobei die Mittelpunkte
der Brückenzweige mit Rückstromventilen jeweils an Endanschlüssen oder an Anzapfungen
der stromrichterseitigen Wicklung des Stromrichter-Transbrmators liegen. Durch die
Pnordnung derartiger Rückstromdioden (Petersen-Dioden) wird der Wechselrichter in
die Lage versetzt, Ströme beliebiger Phasenlage zu liefern, wodurch das Problem
der Blindstromerzeugung für induktive Verbraucher gelöst und außerdem auch eine
Umkehr der Energierichtung ermöglicht wird, wobei Energie von der Lastseite in die
Laststromquelle fließen kann. Die durch die Rückstromdioden gegebene Möglichkeit
der Umkehr der Energierichtung wurde bislang lediglich im Leistungabetrieb eines
Stromrichters zur Speisung induktiver Verbraucher ausgenutzt.
-
Erfindungsgemäß wird Jedoch auch im Ladebetrieb die aus den Rückstromventilen
aufgebaute Gleichrichterschaltung zur Aufladung des Energiespeichers benutzt. Hierdurch
wird der Aufwand an benötigten Ventilen entscheidend verringert. Wenn beispielsweise
in einem Parallelwechselrichter Rückstromdioden als Rückstromventile vorgesehen
sind, so bilden diese eine ungesteuerte Gleichrichterschaltung. Es ist Jedoch auch
möglich, gesteuerte Ventile,insbesondere Thyristoren, als Rückstromventile in einem
Parallelwechselrichter einzusetzen.
-
Im Wechselrichterbetrieb werden diese steuerbaren RUckstromventile
entweder ständig mit Zündimpulsen angesteuert oder im funktionsmäßigen Zusammenhang
mit den gesteuerten Hauptstromventilen des Wechselrichters angesteuert. Im Ladebetrieb
werden die gesteuerten RUckstromventile wie bei einer gesteuerten Gleichrichterscltung
mit einer Anschnittsteuerung oder einer Pulssteuerung angesteuert. Im Ladebetrieb
kann der Zündwinkel
der Zündimpulse für die gesteuerten Rückstromventile
insbesondere von einer Lade-Regeleinrichtung nach beliebigen Ladekennlinien bestimmt
werden.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung für einen Parallelwechselrichter
sieht eine Gleichrichterschaltung in der Ladeeinrichtung vor, die aus einem Brückenzweig
des Wechselrichters mit ungesteuerten Rückstromventilen und einem zusätzlichen Brückenzweig
mit zusätzlichen elektrischen Ventilen aufgebaut ist. Die zusätzlichen elektrischen
Ventile werden vorzugsweise als steuerbare Ventile ausgeführt, insbesondere als
Thyristoren.
-
Die Gleichrichterschaltung stellt dann eine halbgesteuerte Gleichrichterbrücke
dar. Der Vorteil liegt darin, daß beim Wechselrichterbetrieb die Rückstromdioden
ohne weitere Maßnahmen in der üblichen Weise betrieben werden können, während beim
Ladebetrieb eine Regelung des Ladestroms nach einer vorgegebenen Ladekennlinie möglich
ist.
-
Die Erfindung und ihre in den Unteransprüchen näher gekennzeichneten
Ausfuhrungsformen wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben: Fig. 1 zeigt eine
unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage, bei der ein Verbraucher 1 über ein vorgeschaltetes
Filter 2 und eine Schalteinrichtung 3 mit einem Wechselspannungsnetz 4 verbunden
ist. Weiterhin ist als Stromrichter ein Wechselrichter 5 vorgesehen, der gleichspannungsseitig
an einen Akkumulator 7 als Energiespeicher angeschlossen ist und der wechselspannungsseitig
über einen Stromrichtertransformator 8 und eine weitere Schalteinrichtung 6 mit
dem Eingang des Filters 2 und damit mit dem Verbraucher 1 verbunden ist. Der Transformator
8 umfaßt eine netzseitige Wicklung 8a mit den Anschlußklemmen 9 und 10 und eine
stromrichterseitige Wicklung 8b.
-
Im Netzbetrieb wird der Verbraucher 1 aus dem Wechselspannungsnetz
4 über das Filter 2 gespeist. Das Filter 2 siebt die hoch-und niederfrequenten Störungen
der Netzspannung. Bei einem Zusammenbruch der Netzspannung wird auf Wechselrichterbetrieb
umgeschaltet. Das Filter 2 siebt im Wechselrichterbetrieb die Ausgangsspannung des
Wechselrichters 5. Beim Umschalten von Netzbetrieb auf Wechselrichterbetrieb und
zurück auf Netzbetrieb überbrückt die in den Filterelementen gespeicherte Energie
die Umschaltpausen, so daß der Verbraucher 1 ohne Unterbrechung mit Energie versorgt
wird.
-
Die Schalteinrichtungen 3 bzw. 6 enthalten Jeweils einen Aufzugmechanismus
3c bzw. 6c zum Schließen ihrer Schaltkontakte 3a bzw. 6a und einen Auslösemechanismus
3b bzw. 6b zum schnellen Öffnen ihrer Schaltkontakte 3a bzw. 6a. Im Netzbetrieb
ist der Verbraucher 1 über das Filter 2 und die geschlossenen Schaltkontakte 3a
der Schalteinrichtung 3 an das Wechselspannungsnetz 4 angeschlossen. Der Wechselrichter
5 ist stillgesetzt.
-
Es sind vorzugsweise Maßnahmen getroffen, damit der Wechselrichter
5 rasch gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann. Beispielsweise
können Steuersatz und Regeleinrichtung des Wechselrichters 5 bereits während des
Netzbetriebs laufen und ZIilndimpulse mit einem voreingestellten oder geregelten
Zündwinkel erzeugen, deren Weitergabe an die gesteuerten Wechselrichterventile Jedoch
gesperrt ist. Beim Start des Wechselrichters werden die Zündimpulse freigegeben.
Da die Wechselrichterventile während des Netzbetriebs erfindungsgemäß nicht angesteuert
sind, können die Schaltkontakte 6a der Schalteinrichtung 6 im Netzbetrieb geschlossen
sein, um eine Aufladung des Akkumulators 7 zu ermöglichen.
-
Bei einem Ausfall oder einem unzulässigen Einbruch der Spannung des
Wechselspannungsnetzes 4 wird von einer nicht dargestellten Uberwachungseinrichtung
der Wechselrichter 5 gestartet und die
Schaltkontakte 3a der Schalteinrichtung
3 werden geöffnet. Der Verbraucher 1 wird jetzt über das Filter 2 und den Wechselrichter
5 aus dem Akkumulator 7 gespeist. Bei einer Wiederkehr der Netzspannung wird der
Wechselrichter 5 stillgesetzt, die Schaltkontakte 6a der Schalteinrichtung 6 werden
geöffnet und die Schaltkontakte 3a der Schalteinrichtung 3 geschlossen. Wenn das
Wechselspannungsnetz 4 die Versorgung des Verbrauchers 1 wieder übernommen hat,
können die Schaltkontakte 6a der Schalteinrichtung 6 wiederum geschlossen werden,
um den Akkumulator 7 aufladen zu können.
-
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der als
Parallelwechselrichter ausgebildete Wechselrichter 5a enthält zwei Hauptstrom-Brückenzweige
mit gesteuerten Hauptstromventilen tl, t2 bzw. t3, t4, sowie zwei Brückenzweige
mit antiparallel geschalteten Rückstromdioden n , n2 bzw. n3, n4 als Rückstromventile.
Die Kondensatoren cl bis c4 und die Spulen L1 und L2 bilden die Kommutierungskreise
für die Hauptstromventile t1 - t4. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters 5a wird
an Mittelanzapfungen der Spulen L und L2 abgegriffen. Die Mittelpunkte a und b der
beiden Brückenzweige mit den Rückstromdioden n1, n2 bzw. n3, n4 liegen an Anzapfungen
an der stromrichterseitigen Wicklung 8b des Stromrichtertransformators 8.
-
Eingangsseitig ist der Wechselrichter 5a an einem Akkumulator als
aufladbaren Energiespeicher angeschlossen, der aus zwei Teilakkumulatoren 7a und
7b als Teilspeicher aufgebaut ist.
-
In Reihe mit den Teilakkumulatoren liegt ein Ladewiderstand Weiterhin
ist ein Schütz 2 vorgesehen, dessen Schaltkontakte 12a - 12d in der angegebenen
Weise beschaltet sind. Ein Glättungskondensator 13 dient zur Aufnahme von Stromspitzen.
-
Die in Fig. 2 dargestellte Lageder Schaltkontakte 12a - 12d des Schützes
entspricht dem Ladebetrieb, bei dem an die Anschlußklemme
9 und
10 der netzseitigen Wicklung 8a des Stromrichter-Transformators 8 eine Wechselspannung
angelegt ist, die von der stromrichterseitigen Wicklung 8b des Stromrichtertransformators
8 auf die Mittelpunkte a bzw. b der Brückenzweige mit den Rückstromdioden n1, n2
bzw. n3. n4 gelangt. Die Mittelpunkte a und b bilden somit die Wechselspannungs-Einspeisepunkte
der aus den Rückstromdioden n1 bis n4 bestehenden Gleichrichterschaltung. Gleichspannungsseitig
ist die aus den Rückstromdioden n1 - n4 bestehende Gleichrichterschaltung Uber den
geschlossenen Schaltkontakt 12a mit dem negativen Pol des Teilakkumulators 7a und
über den Ladewiderstand 11 mit dem positiven Pol des Teilakkumulators 7a verbunden.
Der negative Pol des Teilakkumulators 7b ist mit dem entsprechenden Gleichspannungsausgang
der Gleichrichterbrücke unmittelbar verbunden, während der positive Pol des TeilakkumulStors
7b über den Ladewiderstand 11 mit dem entsprechenden Gleichspannungsanschluß der
zu Gleich- Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die beiden parallel geschalteten
Teilakkumulatoren werden von einem Ladestrom aufgeladen, dessen Stromstärke vom
Ladewiderstand 11 bestimmt ist.
-
Beim Ubergang vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb wird von einer
nicht näher dargestellten Überwachungseinrichtung der Schaltzustand des SchUtzes
12 geändert, so daß die Schaltkontakte 12a und 12c geöffnet und die Schaltkontakte
12b und 12d geschlossen werden. Der Ladewiderstand 11 ist jetzt vom Schaltkontakt
12d überbrückt. Die beiden Teilakhumulatoren 7a und 7b sind über den geschlossenen
Schaltkontakt 12b in Reihe geschaltet. Ihre Spannungen addieren sich. Der Entladestrom
fließt in der üblichen Weise über die Hauptstromventile t1 bis t4 und den Stromrichtertransformator
8.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Ladewiderstand 11 im gleichstromseitigen
Teil des Ladestromkreises angeordnet.
-
Es ist daher möglich, den Ladewiderstand 11 mit einer Diode
zu
überbrücken, die in Flußrichtung des Entladestromes gepolt ist. Der Schaltkontakt
12d kann dann entfallen.
-
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 wird sowohl ein
gesonderter Ladetransformator wie auch ein gesonderter Ladegleichrichter eingespart.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß sich der Stromrichter-Transformator 8 bei der Umschaltung
vom Ladebetrieb auf den Leistungsbetrieb des Wechselrichters 5a bereits im magnetisierten
Zustand befindet. Der Stromrichter-Transformator 8 braucht daher nicht für einen
Einschaltstromstoß ausgelegt zu werden.
-
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem
Wechselrichter 5b und zwei Teilakkumulatoren 7a und 7b, die im Ladebetrieb parallel
und im Leistungsbetrieb des Wechselrichters in Reihe geschaltet sind. Als Einrichtung
zur Einstellung des Lade stromes im Ladebetrieb dienen die beiden in Reihe geschalteten
Ladewiderstände 14a und 14b, wobei der Ladewiderstand 14b vom Schaltkontakt eines
Relais 20 überbrückt ist. Die beiden Ladewiderstände 14a, 14b liegen in Reihe zur
netzseitigen Wicklung 8a des Stromrichter-Transformators 8. Hierdurch werden Verluste
und Geräusche im Stromrichter-Transformator während des Ladebetriebs vermindert.
-
Wenn sich der Schaltkontakt des Relais 20 in der gezeichneten geöffneten
Lage befindet, so ist als resultierender Ladewiderstand die Summe der beiden Ladewiderstände
14a und 14b wirksam.
-
Die Summe der beiden Ladewiderstände ist so gewählt, daß der resultierende
Ladestrom für eine Erhaltungsladung bemessen ist.
-
Wird der Schaltkontakt des Relais 20 geschlossen, so ist der Ladewiderstand
14b überbrückt. Es ist nur noch der Ladewiderstand 14a wirksam, der für einen Ladestrom
zur normalen Aufladung der beiden Teilakkumulatoren bemessen ist. Mit Hilfe der
beiden Ladewiderstände 14a und 14b läßt sich eine Ladung und eine Erhaltungsladung
der Akkumulatoren nach der W-Kennlinie
durchführen.
-
Um beliebige Ladekennlinien realisieren zu können, sind die Rückstromventile
des Wechselrichters 5b als gesteuerte Ventile ausgebildet und in der Zeichnung als
Thyristoren t11 - t14 dargestellt. Die Thyristoren t11 - t14 werden won einer Steuereinrichtung
16 mit Zündimpulsen angesteuert. Im Ladebetrieb arbeiten die Thyristoren t11 - t14
wie eine gesteuerte Gleichrichterschaltung und werden in entsprechender Weise mit
Zündimpulsen angesteuert. Der Steuereinrichtung 16 werden die Spannung über den
parallel geschalteten Teilakkumulatoren 7a, 7b von einem Spannungsmeßfühler 21 und
der von einem Strommeßfühler 19 erfaßte Ladestrom als Eingangsgrößen zugeführt.
-
Aus diesen Meßwerten kann in bekannter Weise eine beliebige Ladekennlinie
realisiert werden (Handbuch der Elektrotechnik, Elitera-Verlag, 10. Auflage, 1967,
Seite 76 - 79). Beim Wechselrichterbetrieb werden die Thyristoren til - t14 ständig
stromdurchlässig gesteuert. Die Umschaltung von Ladebetrieb auf Wechselrichterbetrieb
erfolgt über ein Schütz 15, dessen Schaltkontakte nach dem gleichen Prinzip beschaltet
sind wie bereits zu Fig. 2 beschrieben.
-
Zur Steuerung des SchUtzes 15, der eteuereinrichtung 16 für die Thyristoren
t11 - t14 und zur Steuerung des Relais 20 ist eine Betriebssteuereinrichtung 17
vorgesehen.
-
Die Betriebssteuereinrichtung 17 steuert die Umschaltung vom Ladebetrieb
auf den Wechselrichterbetrieb und zurück auf den Ladebetrieb und bestimmt, ob eine
normale Ladung oder eine Erhaltungsladung erforderlich ist.
-
Hierzu wird das Schütz 15 und das Relais 20 entsprechend gesteuert
und es werden in der Steuereinrichtung 16 die erforderlichen Umschaltungen vorgenommen.
Die Steuereinrichtung 16 ist mit dem Wechselspannungsnetz oder mit dem Steuersatz
des Wechselrichters 5b synchronisiert.
-
Mit Hilfe der gesteuerten Rückstromventile t11 - t14 und der Steuereinrichtung
16 ist es im Prinzip möglich, beliebige Ladeströme einzustellen, ohne daß Ladewiderstände
erforderlich sind. Da Jedoch der normale Ladestrom üblicherweise um zwei Größenordnungen
kleiner ist als der Entladestrom und der Strom zur Erhaltungsladung wiederum eine
Größenordnung kleiner ist als der normale Ladestrom, erweisen sich die Ladewiderstände
14a und 14b als zweckmäßig, damit im Ladebetrieb nicht mit zu kleinen Zündwinkeln
für die Zündimpulse der Thyristoren t11 - t14 gefahren werden muß.
-
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem
Wechselrichter 5a dargestellt. Der Stromrichter-Transformator 18 weist eine netzseitige
Wicklung 18a and eine stromrichterseitige Wicklung 18b mit einer stromrichterseitigen
Zusatzwicklung 18c auf. Die Innenschaltung des Wechselrichters 5a wurde bereits
im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Es ist Jedoch ein zusätzlicher Brückenzweig
mit Dioden n5 und n6 vorgesehen. Der Mittelpunkt c dieses zusätzlichen Brückenzweiges
ist über einen Verstellwiderstand 22 als Ladewiderstand und den Schaltkontakt eines
Relais 23 mit dem äußeren Anschluß der Zusatzwicklung 18c verbunden. Der Abgriff
des Verstellwiderstandes 22 ist von einem Motor 24 verschiebbar, der von einer Steuereinrichtung
25 gesteuert ist. Der Steuereinrichtung 25 sind eiagangsseitig Meßwerte für den
Ladestrom und die Spannung des Akkumulators 7 zugeführt, die vom Strommeßfühler
19 und von einem Spannungsmeßfühler 26 erfaßt sind.
-
Uber den Verstellwiderstand 22 kann der jeweilige Ladestrom nach vorgegebenen
Kriterien eingestellt werden.
-
Im Ladebetrieb befindet sich der Schaltkontakt des Relais 23 in der
gezeichneten geschlossenen Lage. An die Anschlußklemmen 9 und 10 der netzseitigen
Wicklung 18a des Stromrichter-Transformators 18 ist eine Wechselspannung angelegt.
Als Gleichrichterschaltung
dient eine Brückenschaltung, deren
einer Brückenzweig die Rückstromdioden n3 und n4 und deren zweiter Brückenzweig
die weiteren Dioden n5 und n6 enthält. Die Einspeisung der Wechselspannung erfolgt
an den Punkten b und c.
-
Zwischen diesen Einspeisepunkten b und c liegt als wirksame Wechselspannungsquelle
die Reihenschaltung der stromrichterseitigen Wicklungen 18b und 18c. Durch geeignete
Dimensionierung der Zusatzwicklung 18c kann erreicht werden, daß zur Aufladung des
Akkumulators 7 eine Wechselspannung an den Klemmen 9 , 10 ausreicht, die der Ausgangsspannung
des Wechselrichters 5a im Wechselrichterbetrieb entspricht.
-
Von der Steuereinrichtung 25 wird der Verstellwiderstand 22 nach einer
vorgegebenen Ladekennlinie beeinflußt, beispielsweise derart, daß sich der gewünschte
Ladestrom für eine Starkladung, eine normale Ladung oder eine Erhaltungsladung einstellt.
-
Bei der Umschaltung vom Ladebetrieb auf den Wechselrichterbetrieb
wird das Relais 23 umgesteuert und sein Schaltkontakt geöffnet. Die Zusatzwicklung
18c und der Verstellwiderstarid 22 als Ladewiderstand sind damit abgeschaltet.
-
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch derart abgewandelt
werden, daß anstelle der Dioden n5 und n6 gesteuerte Ventile, insbesondere Thyristoren,
vorgesehen werden.
-
Die Gleichrichterschaltung enthält dann die Rückstromdioden n3, n4
und die anstelle der Dioden n5, n6 vorgesehenen steuerbaren Ventile. Diese Gleichrichterschaltung
stellt eine halbgesteuerte Brückenschaltung dar, wobei der Ladestrom durch entsprechende
Ansteuerung der gesteuerten Ventile der halbgesteuerten Brückenschaltung eingestellt
werden kann. Anstelle des Verstellwiederstandes kann dann ein überbrückbarer Festwiderstand
verwendet werden.
-
In einer weiteren Abwandlung der Fig. 4 können sowohl anstelle der
Dioden n5, n6 als auch anstelle der Rückstromdioden n3, n4 gesteuerte Ventile vorgesehen
werden. Di e Die Gleichrichterschaltung entspricht dann einer vollgesteuerten Rrückenschaltung.
Im Wechselrichterbetrieb werden die anstelle der Rückstromdioden vorgesehenen.steuerbaren
Ventile ständig stromdurchlässig gesteuert.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 enthält der Stromrichter-Transformator
28 eine netzseitige Wicklung 28a und eine stromrichterseitige Wicklung 28b mit Zusatzwicklungen
28c und 28d.
-
Die Innenschaltung des Wechselrichters 5a entspricht wiederum dem
Beispiel in Fig. 2. Die Mittelpunkte a und b der Brückenzweige mit den Rückstromdioden
n1, n2 bzw. n3, n4 liegen über die Schaltkontakte 29b und 29c eines Relais 29 an
Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung 28b des Stromrichtertransformators
28, sowie über weitere Schaltkontakte 29a und 29d des Relais 29 und Ladewiderstände
27a und 27b an den äußeren Anschlüssen der Zusatzwicklungen 28c und 28d.
-
Im Ladebetrieb wird an die Anschlußklemmen 9 und 10 der netzseitigen
Wicklung 28a eine Wechselspannung angelegt, deren Effektivwert der im Wechselrichterbetrieb
an diesen Klemmen entstehenden Wechselspannung entsprechen kann. Die Schaltkontakte
29a bis 29d befinden sich in der gezeichneten Lage.
-
Als wirksame Wechselspannungsquelle liegt die Reihenschaltung der
stromrichterseitigen Wicklungen 28b mit den Zuaatzwicklungen 28c und 28d über die
Ladewiderstände 27a und 27b an den Mittelpunkten a und b der Brückenzweige mit den
Rückstromdioden. Die Rückstromdioden n1 bis n4 bilden eine Gleichrichterschaltung
zur Aufladung des Akkumulators.7.
-
Bei der Umschaltung vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb werden
die Schaltkontakte des Relais 29 umgesteuert und die
Zusatzwicklungen
28c, 28d und die Ladewiderstände 27a und 27b abgeschaltet. Die Mittelpunkte a und
b der Brückenzweige mit den Rückstromdioden n1, n2 bzw. n3, n4 liegen Jetzt an Anzapfungen
der stromrichterseitigen Wicklung 28b des Stromrichter-Transformators 28.
-
Die gemäß Fig. 5 vorgesehenen Ladewiderstände 27a und 27b ermöglichen
eine symmetrische Belastung des Stromrichter-Transformators 28 im Ladebetrieb. Es
ist Jedoch grundsätzlich möglich, auf einen dieser beiden Ladewiderstände 27a oder
27b zu verzichten und den verbleibenden Ladewiderstand entsprechend zu dimensionieren.
Ebenso kann ein Ladewiderstand in Reihe zur netzseitigen Wicklung 28a des Stromrichter-Transformators
28 vorgesehen sein, der im Wechselrichterbetrieb von einem Schalter überbrückt ist.
Schliößlich kann auch ein Ladewiderstand in Reihe zum Akkumulator 7 vorgesehen sein,
der im Wechselrichterbetrieb von einem Schalter oder von einer Diode überbrückt
ist, die in Flußrichtung des Entladestromes gepolt ist.
-
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel kAnn auch so abgewandelt
werden, daß anstelle der Rückstromdioden n1 - n4 gesteuerte Ventile vorgesehen werden.Diese
stellen dann eine vollgesteuerte Gleichrichterbrücke dar, deren Funktionsweise bereits
in der Erläuterung zu Fig. 3 beschrieben wurde.
-
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß als aufladbarer Energiespeicher
nicht nur ein Akkumulator infrage kommt, sondern beispielsweise auch ein Kondensator.
Es sind Anwendungsfälle denkbar, bei denen der Wechselrichter Jeweils nur für eine
sehr kurze Zeitdauer in Betrieb ist, beispielsweise nur solange, bis ein Notstrom-Dieselaggregat
angelaufen ist. In solchen Anwendungsfällen können Kondensatoren als Energiespeicher
sinnvoll sein.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist wiederum ein Stromrichter-Transformator
28 mit stromrichterseitigen Zusatzwicklungen 28c und 28d vorgesehen. Bei der Innenschaltung
des Wechselrichters 5c liegen die Mittelpunkte a und b der Brückenzweige mit Rückstromdioden
an den Endanschlüssen der stromrichterseitigen Wicklung 28b.
-
Es ist eine zusätzliche Gleichrichterschaltung mit den zusätzlichen
Dioden nil, nl2 und n13, h14 vorgesehen. Die Mittelpunkte d und e der Brückenzweige
mit den zusätzlichen Dioden n11, n12 bzw. n13, i14 liegen an den äußeren Anschlüssen
der Zusatzwicklungen 28c bzw. 28d. Die zusätzlichen Dioden n11 - n14 bilden eine
Gleichrichterschaltung zur Aufladung des Akkumulators 7.
-
Als Ladewiderstand ist die Reihenschaltung von Teilwiderständen 40a,
40b und 40c vorgesehen, die in Reihe mit der netzseitigen Wicklung 28a des Stromrichter-Transformators
28 liegen und von den Schaltkontakten eines Schützes 41 überbrückt sind. Die Teilwiderstände
40b und 40c sind von den Schaltkontakten von Relais 42 und 43 überbrückt. Auf diese
Weise lassen sich Ladestrom mit drei unterschiedlichen Stromstärken einstellen.
-
Im Ladebetrieb ist der Schaltkontakt des Schütz 41 geöffnet.
-
Wenn die Schaltkontakte der Relais 42 und 43 geschlossen sind, so
ist als Ladewiderstand lediglich der Teilwiderstand 40a wirksam. Dieser bestimmt
den Ladestrom für eine Starkladung.
-
Wenn der Schaltkontakt des Relais 42 geöffnet wird, so ist als Ladewiderstand
die Reihenschaltung der Teilwiderstände 40a und 40b wirksam. Die Summe dieser Widerstände
bestimmt den Ladestrom für eine normale Ladung. Wird zusätzlich noch der Schaltkontakt
des Relais 43 geöffnet, so ist als Ladewiderstand die Reihenschaltung der Teilwiderstände
40a, 40b, 40c wirksam.
-
Diese Widerstands' summe bestimmt den Ladestrom für eine Erhaltungsladung.
-
Der Vorteil der in Fig. 6 dargestellten Pusführungsform besteht darin,
daß diese Schaltungsanordnung nicht auf Parallelwechselrichter beschränkt ist, sondern
für beliebige Strom-, richter geeignet ist. Es sind keinerlei Eingriffe in die Stromrichterschaltung
erborderlich, da als Gleichrichterschaltung zusätzliche Dioden verwendet sind. Gegenüber
der Verwendung eines getrennten Ladegeräts ergibt sich der Vorteil, daß der Stromrichtertransformator
als Ladetransformator verwendet ist.
-
Diese Einsparung beeinflußt Gesamtkosten und Raumbedarf der Anlage
günstig.
-
Wenn eine geregelte Batteriladung nach einer vorgegebenen Ladekennlinie
gefordert ist, so können die zusätzlichen Ventile als gesteuerte Ventile ausgebildet
werden, die von einer entsprechenden Steuereinrichtung angesteuert sind. Ebenso
ist es möglich, Ladewiderstände im stromrichterseitigen Ladestromkreis vorzusehen.
-
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden zum einfacheren
Verständnis Jewels kontaktbehaftete Schalteinrichtungen erläutert. Diese können
Jedoch auch durch kontaktlose elektronische Schalter realisiert werden, insbesondere
durch Thyristoren oder durch Transistoren.
-
Die Ladewiderstände können auch als steuerbare Halbleiter ausgeführt
werden, beispielsweise als Triac.
-
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Erfindung wurden Jeweils
einfach aufgebaute, einphasige Wechselrichter und Ladewiderstände beschrieben. Die
Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere lassen sich auch dreiphasige
Wechselrichter nach den erfindungsgemäßen Prinzipien gestalten.
-
Bei geeignet hochohmig dimensionierten Ladewiderständen können
diese
auch zu Beginn des Lastbetriebes des Wechselrichters noch eingeschaltet bleiben.
Die Ladewiderstände stellen dann eine zusätzliche Belastung für den Wechselrichter
dar. Diese Belastung kann durch geeignete Ansteuerung bzw. durch Sperrung der Ansteuerung
abgeschaltet werden. Dies ist besonders bei sehr schnell startbaren Wechselrichtern
vorteilhaft, die innerhalb weniger Millisekunden aus dem Stillstand auf volle Leistungsabgabe
gesteuert werden könnten. Für die Schalteinrichtungen zur Überbrückung der Ladewiderstände
können hier einfache Schalter verwendet werden.
-
17 Patentansprüche 6 Figuren