DE2539900B2 - Stromversorgungseinrichtung für Wechselstromverbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Stromversorgungseinrichtung für Wechselstromverbraucher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Wechselstromversorgungseinrichtung ist aus der DE-OS 22 50 437 bekannt.

Zur Aufladung des Energiespeichers, der als Akkumulator oder als Kondensatorbatterie ausgebildet sein kann, ist üblicherweise ein eigener Ladegleichrichtervorgesehen, der eingangsseitig über einen Ladetransformator an ein Wechsel- oder Drehspannungsnetz angeschlossen ist Ladegleichrichter und Ladetransformator erfordern einen zusätzlichen Aufwand.

Die eingangs erwähnte bekannte Stromversorgungseinrichtung benötigt dagegen nur einen Stromrichter, der als »Zweienergierichtungs-Stromrichter« ausgebildet ist Dieser Stromrichter wird im Ladebetrieb des Energiespeichers als gesteuerter Gleichrichter und im Entladebetrieb als gesteuerter Wechselrichter betrieben. Um die Hauptstromventile des bekannten Stromrichters sowohl im Gleichrichterbetrieb als auch im Wechselrichterbetrieb steuern zu können, ist ein für diese spezielle Anwendung geeigneter Steuersatz erforderlich. Dieser Steuersatz muß so ausgebildet sein, daß unzulässige Zündimpulse bei den Übergängen vom Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb und umgekehrt vermieden werden. Weiterhin ist nachteilig, daß die Umsteuerung des Stromrichters vom Gleichrichterbetrieb zum Wechselrichterbetrieb relativ lange dauert Eine echte unterbrechungsfreie Stromversorgung eines Wechselstromverbrauchers ist somit nicht gewährleistet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechselstromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein üblicher Wechselrichter-Steuersatz verwendet werden kann und daß ein sehr schneller Übergang vom Gleichrichterbetrieb in den Wechselrichterbetrieb möglich ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Gleichrichterschaltung nicht aus den Hauptstrcmventilen des Wechselrichters aufgebaut, sondern enthält seine Rückstromventile. Die Hauptstromventile des Wechselrichters werden im Ladebetrieb nicht angesteuert Es kann daher eine handelsübliche Wechselrichter-Steuereinrichtung verwendet werden, die sowohl im Ladebetrieb wie auch im Wechselrichter betrieb die für den Wechselrichterbetrieb erforderlichen Zündimpulse erzeugt. Im Ladebetrieb werden die Zündimpulse der Steuereinrichtung gesperrt und im Wechselrichterbetrieb freigegeben. Der Wechselrichter kann bei der Durchschaltung der Zündimpulse an die gesteuerten Hauptstromventile sehr schnell seine volle Leistung abgeben.

Bei einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung kann der Ladestrom auf einen fest vorgegebenen Wert eingestellt werden, der für eine Erhaltungsladung im allgemeinen zwei Größenordnungen 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, legt man im Ladebetrieb an die netzseitige Wicklung des Stromrichter-Transformators eine Spannung an, deren Effektivwert höher ist als die im Leistungsbetrieb vom Wechselrichter erzeugte Spannung. In vielen Anwendungsfällen ist das Anlegen einer solchen höheren Spannung im Ladebetrieb unerwünscht Diesen Nachteil beseitigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Endanschlüsse der Brückenzweige mit Rückstromventilen an einen aus zwei Teiispeichern aufgebauten Energiespeicher angeschlossen sind, die von einer Umschalteinrichtung im Ladebetrieb parallel und im Wechselrichterbetrieb in Reihe geschaltet sind. Hierbei kann für den Ladebetrieb eine Wechselspannung mit dem gleichen Effektivwert verwendet werden, wie sie der Wechselrichter im Leistungsbetrieb abgibt

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Rückstromventilen über eine Umschalteinrichtung im Ladebetrieb an die äußeren Anschlüsse von stromrichterseitigen Zusatzwicklungen und im Wechselrichterbetrieb an die Endanschlüsse oder an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung des Stromrichtertransformators angeschlossen sind. Auch hierbei wird ein Ladebetrieb mit dem gleichen Effektivwert der Wechselspannung wie im Wechselrichterbetrieb ermöglicht

Eine Abwandlung dieser Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Gleichrichterschaltung wenigstens einen Brückenzweig mit Rückstromventilen und wenigstens einen zusätzlichen Brückenzweig mit gesteuerten oder ungesteuerten Ventilen aufweist, dessen Mittelpunkt an den äußeren Anschluß wenigstens einer stromrichterseitigen Zusatzwicklung des Stromrichtertransformators angeschlossen ist Wenn die Ventile im zusätzlichen Brückenzweig als steuerbare Ventile ausgeführt sind, insbesondere als Thyristoren, so stellt die Gleichrichterschaltung eine halbgesteuerte Gleichrichterbrücke dar. Der Vorteil liegt darin, daß beim Wechselrichterbetrieb die Rückstromventile ohne weitere Maßnahmen in der üblichen Weise betrieben werden können, während beim Ladebetrieb eine Regelung des Ladestroms nach einer vorgegebenen Ladekennlinie möglich ist

Ein Ladebetrieb mit einer Wechselspannung mit dem gleichen Effektivwert wie im Wechselrichterbetrieb ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Wechselrichter in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage eingesetzt ist, bei der ein Verbraucher normalerweise aus einem Wechsel- oder Drehspannungsnetz gespeist ist und bei einer Netzstörung 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 Erfindung und ihre in den Unteranspriichen näher gekennzeichneten Ausgestaltungen wird anhand der F i g. 1 bis 6 näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, bei der ein Verbraucher 1 über ein vorgeschaltetes Filter 2 und eine Schalteinrichtung 3 mit einem Wechselspannungsnetz 4 verbunden ist Ein Wechselrichter 5 ist gleichspanniingsseitig an einen Akkumulator 7 als Energiespeicher angeschlossen und wechselspannungsseitig über einen Stromrichtertransformator 8 und eine weitere Schalteinrichtung 6 mit dem Eingang des Filters 2 und damit mit dem Verbraucher 1 verbunden. Der Transformator 8 umfaßt eine netzseitige Wicklung 8a mit den Anschlußklemmen 9 und 10 und eine stromrichterseitige Wicklung 86.
Im Netzbetrieb wird der Verbraucher 1 aus dem

ίο 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 36 bzw. %b 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 Maßnahmen getroffen, damit der Wechselrichter 5 rasch gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann. Hierzu laufen Steuersatz und Regeleinrichtung des Wechselrichters 5 bereits während des Netzbetriebs und erzeugen Zündimpulse mit einem voreingestellten oder geregelten Zündwinkel, deren Weitergabe an die gesteuerten Wechslrichterventile 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 Überwachungseinrichtung 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 6 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 11,12 bzw. /3, r4, sowie zwei Brückenzweige mit antiparallel geschalteten Rückstromdioden π, π 2 bzw. π 3, π A als Rückstromventile. Die Kondensatoren el bis c4 und die Spulen L1 und L 2 bilden die Kommutierungskreise für die Hauptstromventile ί 1 — f 4. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters 5a wird an Mittelanzapfungen der Spulen L 1 und L 2 abgegriffen. Die Mittelpunkte a

und 6 der beiden Brückenzweige mit den Rückstromdioden π 1, η 2 bzw. η 3, η 4 liegen an Anzapfungen an der stromrichterseitigen Wicklung 86 des Stromrichtertransformators 8.

Eingangsseitig ist der Wechselrichter 5a an einem Akkumulator als aufladbaren Energiespeicher angeschlossen, der aus zwei Teilakkumulatoren 7a und Tb als Teilspeicher aufgebaut ist.

In Reihe mit den Teilakkumulatoren liegt ein Ladewiderstand 11. Weiterhin ist ein Schütz 12 vorgesehen, dessen Schaltkontakte 12a—12t/ in der angegebenen Weise beschaltet sind. Ein Glättungskondensator 13 dient zur Aufnahme von Stromspitzen.

Die in F i g. 2 dargestellte Lage der Schaltkontakte 12a— 12c/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 Sb des Stromrichtertransformators 8 auf die Mittelpunkte a bzw. b der Brückenzweige mit den Rückstromdioden nt, η 2 bzw. π3, η A gelangt. Die Mittelpunkte a und b bilden somit die Wechselspannungs-Einspeisepunkte der aus den Rückstromdioden n\ bis /? 4 bestehenden Gleichrichterschaltung. Gleichspannungsseitig ist die aus den Rückstromdioden nt — π4 bestehende Gleichrichterschaltung über 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 Teilakkumulators Tb über den Ladewiderstand 11 mit dem entsprechenden Gleichspannungsanschluß der Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die beiden parallel geschalteten Teilakkumulatoren werden von einem Ladestrom aufgeladen, dessen Stromstärke vom Ladewiderstand 11 bestimmt ist.

Beim Übergang vom Ladebetrieb zum Wechselrichterbetrieb wird von einer nicht näher dargestellten Überwachungseinrichtung der Schaltzustand des Schützes 12 geändert, so daß die Schaltkontakte 12a und 12c geöffnet und die Schaltkontakte XIb und ^(/geschlossen werden. Der Ladewiderstand 11 ist jetzt vom Schaltkontakt 12c/überbrückt. Die beiden Teilakkumulatoren 7a und Tb sind über den geschlossenen Schaltkontakt 126 in Reihe geschaltet. Ihre Spannungen addieren sich. Der Entladestrom fließt in der üblichen Weise über die Hauptstromventile f 1 bis 14 und den Stromrichtertransformator 8.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 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 12c/ kann dann entfallen.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß F i g. 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 Tb, die im Ladebetrieb parallel und im Leistungsbetrieb des Wechselrichters in Reihe geschaltet sind. Als Einrichtung zur Einstellung des Ladestromes im Ladebetrieb dienen die beiden in Reihe geschalteten Ladewiderstände 14a und 146, wobei der Ladewiderstand 146 vom Schaltkontakt eines Relais 20 überbrückt ist Die beiden Ladewiderstände 14a, 146 liegen in Reihe zur netzseitigen Wicklung 8a des Stromrichter-Transformators 8. Hierdurch werden

ίο 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 146 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 146 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 Lastwiderstände 14a und 146 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 56 als gesteuerte Ventile ausgebildet und in der Zeichnung als Thyristoren ill — i14 dargestellt. Die Thyristoren ill — 114 werden von einer Steuereinrichtung 16 mit Zündimpulsen angesteuert. Im Ladebetrieb arbeiten die Thyristoren ill — i14 wie eine gesteuerte Gleichrichterschaltung und werden in entsprechender Weise mit Zündimpulsen angesteuert. Der Steuereinrichtung 16 werden die Spannung über den parallel geschalteten Teilakkumulatoren 7a, 76 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. Beim Wechselrichterbetrieb werden die Thyristoren ill —f 14 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 F i g. 2 beschrieben.

Zur Steuerung des Schützes 15, der Steuereinrichtung 16 für die Thyristoren 111 — 114 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 56 synchronisiert

Mit Hilfe der gesteuerten Rückstromventile ill — i 14 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 146 als zweckmäßig, damit im Ladebetrieb nicht mit zu kleinen Zündwinkeln für die Zündimpulse der Thyristoren 111 — /14 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 und eine stromrichterseitige Wicklung 186 mit einer stromrichterseitigen Zusatzwicklung 18c auf. Die Innenschaltung des Wechselrichters 5a wurde bereits im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben. Es ist jedoch ein zusätzlicher Brückenzweig mit Dioden π 5 und π 6 vorgesehen. Der Mittelpunkt c dieses zusätzlichen Brückenzweiges ist über einen Verstellwiderstand

22 als Ladewiderstand und den Schaltkontakt ein 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 eingangsseitig Meßwerte für den Ladestrom und die Spannung des Akkumulators 7 zugeführt, die vom Strommeßfühler 19 und von einem Spannungsmeßfühler 26 erfaßt sind. Über 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 Brükkenzweig die Rückstromdioden π 3 und π 4 und deren zweiter Brückenzweig die weiteren Dioden η 5 und η 6 enthält. Die Einspeisung der Wechselspannung erfolgt an den Punkten 6 und α Zwischen diesen Einspeisepunkten b und c liegt als wirksame Wechselspannungsquelle die Reihenschaltung der stromrichterseitigen Wicklungen 186 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 Verstellwide'rstand 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 Verstellwiderstand 22 als Ladewiderstand sind damit abgeschaltet

Das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch derart abgewandelt werden, daß anstelle der Dioden π 5 und /76 gesteuerte Ventile, insbesondere Thyristoren, vorgesehen werden. Die Gleichrichterschaltung enthält dann die Rückstromdioden π 3, π 4 und die anstelle der Dioden π 5, π 6 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 Verstellwiderstandes kann dann ein überbrückbarer Festwider- stand verwendet werden.

In einer weiteren Abwandlung der Fig.4 können sowohl anstelle der Dioden π 5, π 6 als auch anstelle der Rückstromdioden π 3, π 4 gesteuerte Ventile vorgesehen werden. Die Gleichrichterschaltung entspricht dann einer vollgesteuerten Brückenschaltung. Im Wechselrichterbetrieb werden die anstelle der Rückstromdioden vorgesehenen, steuerbaren Ventile ständig stromdurchlässig gesteuert.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 enthält der Stromrichter-Transformator 28 eine netzseitige Wicklung 28a und eine stromrichterseitige Wicklung 286 mit Zusatzwicklungen 28c und 2Sd Die Innenschaltung des Wechselrichters 5a entspricht wiederum dem Beispiel in F i g. 2. Die Mittelpunkte a und b der Brückenzweige mit den Rückstromdioden η 1, π 2 bzw. π 3, η 4 liegen über die Schaltkontakte 296 und 29c eines Relais 29 an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung 286 des Stromrichtertransformators 28, sowie über weitere Schaltkontakte 29a und 29c/ des Relais 29 und Ladewiderstände 27a und 276 an den äußeren Anschlüssen der Zusatzwicklungen 28c und 28c/.

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 29c/ befinden sich in der gezeichneten Lage. Als wirksame Wechselspannungsquelle liegt die Reihenschaltung der stromrichterseitigen Wicklungen 286 mit den Zusatzwicklungen 28c und 28c/ über die Ladewiderstände 27a und 276 an den Mittelpunkten a und 6 der Brückenzweige mit den Rückstromdioden. Die Rückstromdioden n\ bis π 4 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, 28c/und die Ladewiderstände 27a und 276 abgeschaltet Die Mittelpunkte a und 6 der Brückenzweige mit den Rückstromdioden ni, n2 bzw. λ 3, π4 liegen jetzt an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung 286 des Stromrichter-Transformators 28.

Die gemäß F i g. 5 vorgesehenen Ladewiderstände 27a und 276 ermöglichen eine symmetrische Belastung des Stromrichter-Transformators 28 im Ladebetrieb. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, auf einen dieser beiden Ladewiderstände 27a oder 276 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 Schließlich kann auch ein Ladewiderstand in Reihe zum Akkumulator 7 vorgesehen sein, der im Wechselrichterbetrieb von einem Schalter oder von einer Diode, die in Flußrichtung des Entladestromes gepolt ist, überbrückt ist

Das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch so abgewandelt werden, daß anstelle der Rückstromdioden η 1—η 4 gesteuerte Ventile vorgesehen werden. Diese stellen dann eine vollgesteuerte Gleichrichterbrücke dar, deren Funktionsweise bereits in der Erläuterung zu F i g. 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 so lange, bis ein Notstrom-Dieselaggregat angelaufen ist In solchen Anwendungsfällen können Kondensatoren ,

als Energiespeicher sinnvoll sein.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 6 ist wiederum ein Stromrichter-Transformator 28 mit stromrichterseitigen Zusatzwicklungen 28c und 2&d vorgesehen. Bei der Innenschaltung des Wechselrichters Sc liegen die Mittelpunkte a und b der Brückenzweige mit Rückstromdioden n\ —π 4 an den Endanschlüssen der stromrichterseitigen Wicklung 286.

Es ist eine zusätzliche Gleichrichterschaltung mit den zusätzlichen Dioden π ti, η 12 und η 13, η 14 vorgesehen. Die Mittelpunkte d und e der Brückenzweige mit den zusätzlichen Dioden η 11, π 12 bzw. η 13, π 14 liegen an den äußeren Anschlüssen der Zusatzwicklungen 28c bzw. 28rf Die zusätzlichen Dioden nil —π 14 bilden eine Gleichrichterschaltung zur Aufladung des Akkumulators 7.

Als Ladewiderstand ist die Reihenschaltung von Teilwiderständen 40a, 406 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 406 und 40c sind von den Schaltkontakten von Relais 42 und 43 überbrückt Auf diese Weise lassen sich Ladeströme 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 406 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 Widerstandssumme bestimmt den Ladestrom über eine Erhaltungsladung.

Der Vorteil der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß diese Schaltungsanordnung nicht auf Parallelwechselrichter beschränkt ist, sondern für beliebige Stromrichter geeignet ist. Es sind keinerlei Eingriffe in die Stromrichterschaltung erforderlich, 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 Batterieladung nach einer

to 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 wurde zum einfacheren Verständnis jeweils 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Stromversorgungseinrichtung für Wechselstromverbraucher mit einem aufladbaren Energiespeicher und einem von einer Zündsteuereinrichtung gesteuerten Wechselrichter, insbes. Parallelwechselrichter, mit BrQckenzweigen mit gesteuerten Hauptstromventilen und Brückenzweigen mit antiparallel geschalteten Rückstromventilen, wobei die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Rückstromventilen jeweils an Endanschlüssen oder an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung eines Stromrichtertransformators liegen, der an ein Wechsel- oder Drehstromnetz angeschlossen ist und als Ladetransformator einer Gleichrichterschaltung zur Aufladung des Energiespeichers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung die Rückstromventile (n 1 bis π 4; ill bis 114) enthält und daß die Zündsteuereinrichtung bereits im Ladebetrieb die für den Wechselrichterbetrieb erforderlichen Zündimpulse erzeugt, wobei im Ladebetrieb die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Hauptstromventile (t 1 bis (tA) des Wechselrichters (5) gesperrt ist und beim Übergang zürn Wechselrichterbetrieb freigegeben wird.

2. Stromversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanschlüsse der Brückenzweige mit Rückstromventilen (n 1 bis π 4; ill bis f 14) an einem aus zwei Teilspeichern (7a, Tb aufgebauten Energiespeicher angeschlossen sind, die von einer Umschalteinrichtung (12; 15) im Ladebetrieb parallel und im Wechselrichterbetrieb in Reihe geschaltet sind (F i g. 2, F i g. 3).

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte (a, b) der Brückenzweige mit Rückstromventilen (n 1 bis η 4) über eine Umschalteinrichtung (29) im Ladebetrieb an die äußeren Anschlüsse von stromrichterseitigen Zusatzwicklungen (28c; 2&d) und im Wechselrichterbetrieb an die Endanschlüsse oder an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung (28Z^ des Stiomrichtertransformators (28) angeschlossen sind (F i g. 5).

4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung wenigstens einen Brückenzweig mit Rückstromventilen (n 1 bis η 4) und wenigstens einen zusätzlichen Brückenzweig mit gesteuerten oder ungesteuerten Ventilen (n5, /?6; nil bis π 14) aufweist, dessen Mittelpunkt (c; d, e) an den äußeren Anschluß wenigstens einer stromrichterseitigen Zusatzwicklung (18c; 28c, 28c/,) des Stromrichtertransformators (18; 28) angeschlossen ist (Fig.4, F ig. 6).

5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Verbindungsleitung zwischen dem Brückenmittelpunkt eines Briickenzweiges mit Rückstromventilen und den entsprechenden Anschlüssen an den stromrichterseitigen Wicklungen bzw. Zusatzwicklungen des Stromrichtertransformators ein Ladewiderstand angeordnet ist, der von einer Schalteinrichtung überbrückbar ist

6. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der netzseitigen Wicklung (2Sa) des Stromrichtertransformators (28) ein Ladewiderstand (40a, 406, 4OcJ in Reihe

geschaltet ist, der von einer Schalteinrichtung (41) überbrückbar ist.