DE2540539C3 - Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers - Google Patents

Description

J₅ Das Hauptpatent 2448427 bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers mit konstanter Wechselspannung. Dem Verbraucher ist ein Filter vorgeschaltet, dessen Filtereingang im Normalbetrieb über gesteuerte Schaltmittel mit einem speisenden Wechselspannungsnetz bzw. im Störungsfall der Netzspannung mit einem aus einer Ersatzstromquelle gespeisten Wechselrichter verbunden ist. Ferner ist eine die Netzspannung überwachende Steuereinrichtung vorgesehen, welche im Stöiungsfall der Netzspannung die Schaltmittel steuert sowie den Wechselrichter auf Leistungsbetrieb steuert. Weiterhin ist ein Steller /ur Spannungseinstellung vorgesehen. Der

Eingang des Filters ist über einen als gesteuertes Schaltmittel bzw. als Spannungssteiler wirkenden Halbleitersteller und einen Transformator mit dem Wechselspannungsnetz verbunden. Im N- >rmalbetrieb ist dem Halbleitersteller und im Ersatzstrombetrieb dem Wechselrichter jeweils eine tu sich bekannte Spannungsregelung zugeordnet. Die Steuereinrichtung schaltet den Wechselrichter zu, sobald er eine phasenrichtige Ausgangsspannung erzeugt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent für eine Versorgung von empfindlichen Verbrauchern auszugestalten, die bereits von geringen und kurzzeitigen Spannungsschwankungen gestört werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

h) Dem Halbleitersteller am Eingang des Filters ist ein erster Trennschalter in Reihe geschaltet,

b) als gesteuerte Schaltmittel zwischen dem Wechselrichter und dem Eingang des Filters ist ein weiterer Trennschalter vorgesehen,

c) die Zündimpulse des Steuersatzes des Halbieiterstellers am Eingang des Filters sind über eine Durchschalteinheit geführt, die im Wechselrichterbetrieb die Weitergabe der Zündimpulse des auch im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes sperrt,

d) es ist eine Einrichtung vorgesehen, damit dem Steuersatz des Halbleiterstellers im Wechselrichterbetrieb zumindest vor der Rückschaltung auf den Normalbetrieb eine entsprechende Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel seiner Zündimpulse zugeführt ist.

Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung läßt sich eine unte'brechungsfreie Stromversorgungeines Verbrauchers mit einer eng tolerierten Versorgungsspannung sowohl im Normalbetrieb wie auch im Notstrombetrieb ermöglichen, wobei auch bei den Umschaltvorgängen keine unzulässigen Spannungseinbrüche oder Spannungsspitzen in der Verbraucherspannung auftreten:

Im Normalbetrieb wird der Verbraucher aus dem speisenden Wechselspannungsnetz über den Transformator, den durchlässig gesteuerten und spannungsgeregelten Halbleitersteller und die geschlossenen Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters und das Filter gespeist. Der Wechselrichter ist im Normalbetrieb nicht in Betrieb. Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage ist im Normalbetrieb besonders gut. Die Netzspannung wird vom Transformator hochtransformiert und vom Halbleitersteller mit einer Anschnittsteuerung oder einer Pulssteuerung auf den gewünschten Nennwert der Verbraucherspannung gebracht. Das Filter siebt die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers, um den Verbraucher mit einer oberwellenfreien Versorgungsspannung zu speisen. Sowohl Spannungsüberhöhungen als insbesondere auch Spannungsabsenkungen der Netzspannung werden vom Halbleitersteller im Zusammenwirken mit dem Netztransformator ausgeregelt. Der Wechselrichter braucht nicht eingesetzt zu weiden, solange die Netzspannung im Regelbereich dieser Anordnung schwankt.

Bei einem Ausfall oder einem unzulässigen Einbruch der Spannung des speisenden Netzes weiden die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters geöffnet, und die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes an die gesteuerten Veniile des Halbleiterstellgliedes wird gesperrt. Mit diesen Maßnahmen wird das Filter eingangsseitig vom Netz getrennt.

Sobald der Strom über die Schaitkontakte des mechanischen Trennschalters einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, vorzugsweise zu Null geworden ist, wird der Wechselrichter gestartet und über die Schaltkontakte des weiteren mechanischen Trennschalters

ίο auf den Eingang des Filters geschaltet. Anschließend werden die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters wieder geschlossen. Bei dieser Umschaltung auf den Notstrombetrieb übernehmen die energiespeichernden Elemente des Filters kurzzeitig die Versorgung des Verbrauchers, bis der Wechselrichter auf volie Leistungsabgabe gesteuert wird. Der Wechselrichterwird in der bekannten Weise auf den Nennwert der gewünschten Verbraucherspannung geregelt. Das Filter siebt die Ausgangsspannung des Wechselrich-

ao ters. Da das Halbleiterstellglied gesperrt ist, können die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters wieder geschlossen werden.

Bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung wird der Steuersatz des Halbleiterstellers und der Steuersatz des Wechselrichters mit der Spannung des speisenden Netzes synchronisiert und der Zündwinkel der Zündimpulse des Steuersatzes des Halbleiterstellers wird voreingcstellt. Die Problematik bei der Rückschaltung vom Notstrombetrieb über den Wechselrichter auf den Normalbetrieb mit Netzeinspeisung besteht darin, daß die Regeleinrichtung des Halbleitersteilers eine gewisse Zeitspanne benötigt, um die Ausgangsspannung des Stellers auf den Nennwert der Verbraucherspannung zu regeln. Dies läßt sich durch die erfindungsgemäße Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse vermeiden.

Zur Rückschaltung vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb werden die Schaltkontakte des weiteren mechanischen Trennschalters geöffnet und der Wechselrichter wird stillgesetzt.

Sobald der Strom über die Schaltkontakte des weiteren mechanischen Trennschalters einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, vorzugsweise zu Null geworden ist, wird die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes mit dem voreingestcllten Zündwinkel freigegeben und anschließend die Regeleinrichtung des Halbleiterstellers auf Spannungsregelung gesteuert. Das Filter liefert während des Umschaltvorganges

J₀ wiederum Energie an den Verbraucher. Die Verbraucherspannung weist unverändert ihren Nennwert auf. Für den Betrieb einer erfindungsgemäßen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage ist ein Wechselrichter vorteilhaft, der sehr rasch auf Leistungsabgabe gesteuert werden kann. Hierzu kann im Normalbetrieb dem Steuersatz des Wechselrichters bereits eine entsprechende Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel seiner Zündimpulse zugeführt und die Weitergabe der Zündimpulse des auch im Normalbetrieb arbeitenden Steuersatzes gesperrt werden. Die Schaltkontakte des weiteren mechanischen Trennschalters können dann nach der Rückschaltung vom Wechselrichterbetrieb zum Normalbe trieu wieder geschlossen werden und während des Normalbetricbs geschlossen gehalten werden. Hierdurch ist ein rascher Start des Wechselrichters durch Freigabe seiner Zündimpulse möglich. Da die Kontakte des weiteren mechanischen Trennschalters be-

rcils geschlossen sind, trilt keine Verzögerung durch den relativ langsamen Schließvorgang der Kontakte eines mechanischen Trennschalters auf.

Die Erfindung wird an Hand dc ι Zeichnungen naher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers,

Fig. 2a, 2b Ausführungsbeispiele einer geeigneten Einrichtung, um dem Steuersatz des Halbleiterstellers auch im Wechselrichterbetrieb (Notstrombetrieb) eine entsprechende Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel seiner Zündimpulse zuzuführen, und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer geeigneten Steuereinrichtung für die unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage der Fig. i.

In der prinzipiellen Darstellung der Fig. 1 sind mehrere Verbraucher la bis Ic an eine »sichere Stromschiene« 10angeschlossen, derein Filter 2 vorgeschaltet ist. Das Filter 2 ist eingangsseitig über die Schaltkontakte 3a eines mechanischen Trennschalters 3, das Halbleiterstellglied Ta eines Halbleiterstellers 7 und einen Netztransformator 8 mit einem Versorgungsnetz 4 verbunden. Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes la sind über eine Durchschalteinheit Tb mit einem Steuersatz 7c verbunden, dem eine Regeleinrichtung Td und eine Synchronisations-Überwachung 12 mit einem Synchronisationsabgriff 11 vorgeschaltet ist.

Das Filter 2 ist eingangsseitig über die Schaltkontakte 6a eines weiteren mechanischen Trennschalters 6 und über einen Stromrichtertransformator 9 mit einem Wechselrichter 5 verbunden, an dessen Gleichspannungseingänge eine Gleichspannungsqucllc geschaltet ist. Als Gleichspannungsquelle kann eine Batterie oder ein aufladbarer Akkumulator vorgesehen sein. Wenn der Wechselrichter jeweils nur für sehr kurze Zeiten in Betrieb ist, beispielsweise nur bis zum Anlaufen eines Notstrom-Dieselaggregats, so kann auch ein Kondensator als Gleichspannungsquelle vorgesehen sein. Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Leistungsteils Sa des Wechselrichters 5 sind über eine Übernahmestufe 5b mit einem Steuersatz 5 c verbunden, dem eine Regeleinrichtung Srf und eine Synchronisationsüberwachung 13 zugeordnet ist, die wiederum mit dem Synchronisationsabgriff 11 verbunden ist.

Weiterhin ist ein Spannungsmeßfühler 14 für die Ausgangsspannung des Wechselrichters 5, ein Spannungsmeßfühler 15 für die Ausgangsspannung des Halbleitersteliers 7, ein Strommeßfühler 16 für den Strom des Wechselrichters 5, ein Strommeßfühler 17 für den Strom des Halbleiterstellers 7, ein Spannungsmeßfühler 21 für die Netzspannung des Versorgungsnetzes 4 und ein Strommeßfühler 22 für den Verbraucherstrom auf der Schiene 10 vorgesehen. Die Meßwerte dieser Meßgeber sind einer zentralen Steuereinrichtung 20 zugeführt, die diese Meßwerte auswertet und Befehle für die einzelnen Komponenten der unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage erzeugt. Aufbau und Funktion der Steuereinrichtung 20 werden — soweit sie zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind - an Hand der Fig. 3 erläutert.

Der Regeleinrichtung Sd des Wechselrichters 5 ist in bekannter Weise ein Vergleicher Se vorgeschaltet, dem als Istwert die vom Spannungsmeßfühler 14 erfaßte Ausgangsspannung des Wechselrichters und eine entsprechende Sollwertspannung von einem als Potentiometer dargestellten Sollwertspannungsgeber 18 zugeführt ist. Der Regeleinrichtung Td des Halbleitersteliers 7 ist in analoger Weise ein Vergleicher Tv vorgeschaltet, dem als Istwert die vom Spannungsmeßfühler 15 erfaßte Ausgangsspannung des Halbleitersteliers 7 und eine entsprechende Sollwertspannung vom Sollwertspannungsgeber 19 zugeführt sind. Die Sollwertspannungsgeber 18 und 19 können gegebenenfalls zusammengefaßt werden, da als entsprechender Sollwert in beiden Fällen der Nennwert der Schienenspannung vorgegeben ist.

Die in Fig. 1 dargestellte unterbrechungsfreic Stromversorgungsanlage zeichnet sich durch einen besonders guten Wirkungsgrad im Normalbetrieb aus. Im N'ormaibctricb ist die Stromschiene 10 über das Filter 2, die geschlossenen Schaltkontakte 3a des mechanischen Trennschalters 3 und über das durchlässig gesteuerte Halbleiterstellglied 7« des Halbleitcrstcllers 7 sowie über den Netztransformator 8 vom Versorgungsnetz 4 gespeist. Der Wechselrichter 5 befindet sich in einer Bereitschaftsstellung, bei der sein Steuersatz 5t und seine vorgeschaltete Regeleinrichtung Sd bereits in Betrieb und mit dem Netz 4 synchronisiert sind. Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes 5c an die gesteuerten Ventile des Leistungsteils 5a des Wechselrichters 5 ist voin der Übernahmestufe 5b gesperrt. Das Halbleiterstellglied 7a wird mit Zündimpülsen angesteuert, deren Zündwinkel vom Steuersatz 7c und der vorgeschalteten Regeleinrichtung Td bestimmt ist. Die Schienenspannung wird unabhängig von Schwankungen der Netzspannung auf ihren vorgegebenen Nennwert geregelt, solange die Schwankungen der Netzspannung innerhalb des Regelbereichs der Konditionierung mit dem Halbleitersteller 7 und dem Netztransformator 8 bleiben.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß auch eine vereinfachte Konditionierung der Netzspannung möglich ist, bei der auf eine Spannungsanhebung durch den Netztransformator 8 verzichtet wird. In diesem Fall lassen sich lediglich Überhöhungen der Netzspannung durch den Halbleiterstelller 7 ausregeln. Bei Versorgungsnetzen, bei denen Spannungsabsenkungen relativ selten sind, kann eine solche vereinfachte Konditionierung vorteilhaft sein.

Bei einem Zusammenbruch oder einem unzulässigen Einbruch des Versorgungsnetzes 4 wird die Stromschiene 10 durch Öffnen der Schaltkontakte 3u des mechanischen Trennschalters 3 vom Versorgungsnetz 4 getrennt. Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes 7c an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes 7a wird von der Durchschalteinheit 7b gesperrt. Der Leistungsteil 5α des Wechselrichters 5 wird durch Freigabe der Zündimpulse über die Übernahmestufe 5έ> in äußerst kurzer Zeit gestartet und auf volle Leistungsabgabe gebracht. Der Wechselrichter 5 übernimmt im Notstrombetrieb die Versorgung der Stromschiene 10 mit den angeschlossenen Verbrauchern la bis Ic.

Gegenüber bekannten unterbrechungsfreier Stromversorgungsanlagen, bei denen die Verbrauche! im Normalbetrieb ständig über einen Wechselrichter eine Batterie und ein Batterieladegerät aus einen· Versorgungsnetz gespeist werden, treten bei der erfindungsgemäßen unterbrechungsfreieni Stromversorgungsanlage im Normalbetrieb keine Verlust« durch eine zweimalige Energieumformung im Batte·

ricladcgcrät und im Wechselrichter auf.

Die Übernahmestufe 5b und die Durchschalteinheit Ib können prinzipiell aus einer Anzahl von UND-Gliedern bestehen, deren einer Eingang jeweils mit einer Zündimpulsleitung und deren anderer Eingang mit einer gemeinsamen Freigabeleitung beschaltet ist. Durch ein entsprechendes Signal auf der Freigabeleitung können die UND-Glieder gesperrt bzw. durchlässig gesteuert werden. Die Übernahmestufe 5b und die Durchschalteinheit Ib weiden zweckmäßigerweise zwischen den Signalteilen der jeweiligen Steuersätze und den Impulsendstufen angeordnet, um die Signalverarbeitung auf einem niedrigen Leistungsniveau durchführen zu können.

Wenn bei der Rückschaltung vom Notstrombetrieb über den Wechselrichter auf den Normalbetrieb ein Spannungssprung der Schienenspannung vermieden werden soll, so sind besondere Maßnahmen erforderlich, damit die Zündimpulse des Steuersatzes 7c bereits im Augenblick der Umschaltung den richtigen Zündwinkel aufweisen. Die Problematik liegt darin, daß beim Notstrombetrieb Ausgangsspannung des Halbleiterstellers la nicht als Istwert für die Regeleinrichtung Id zur Verfügung steht. Es sind daher erfindungsgemäß Einrichtungen vorgesehen, die dem Steuersatz 7 c bereits vor der Rückschaltung auf das Versorgungsnetz 4 eine entsprechende Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel der Zündimpulse für die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiter-Stellgliedes 25a zuführen.

Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung, die eine derartige Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse ermöglicht. Die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes la sind über die Durchschalteinheit Ib mit den Zündimpulsausgängen des Steuersatzes 7r verbunden. Die Regeleinrichtung Id des Halbleiterstellers 7 ist als PI-Regler dargestellt. Die Rückführung des Reglers ist von einem elektronischen Schalter 31 überbrückt, beispielsweise von einem FET-Transistor. Der elektronische Schalter 31 wird von der Steuereinrichtung 20 gesperrt bzw. stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung Id ist eingangsseitig im Istwertkanal mit dem Spannungsmeßfühler 15 für die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers 7 und im Sollwertkanal mit einem Sollwertspannungsgeber 19 verbunden, beispielsweise einem Einstellpotentiometer. Die Ausgangsspannung der Regeleinrichtung Id ist über einen Addierverstärker 33 geführt, der die dem Steuersatz 7 c eingangsseitig zugeführte Steuerspannung erzeugt. Der zweite Eingang des Addierverstärkers 33 ist mit einem Ansteuerungsrechner 34 verbunden, der eingangsseitig mit dem Spannungsmeßfühler 21 für die Netzspannung des Versorgungsnetzes 4 und mit dem Strommeßfühler 22 für den gesamten Verbraucherstrom auf der Stromschiene 10 beschaltet ist. Dem Ansteuerungsrechner 34 ist außerdem eine Vorspannung t/„ zur Einstellung des Arbeitspunktes auf der Steuerkennlinie des Halbleiterstellers zugeführt. Der als Analogrechenverstärker dargestellte Ansteuerungsrechner 34 errechnet aus diesen Eingangsgrößen eine Steuerspannung für den Steuersatz Ic Zur Verbesserung der Genauigkeit kann die Ausgangsspannung des Ansteuerungsrechners 34 über einen Funktionsgeber 35 geführt sein, dessen Kennlinie so gewählt ist, daß alle Nichtlinearitäten in der Steuerstrecke des Halbleiterstellers ausgeglichen werden.

Der Ansteuerungsrechner 34 errechnet eine Steu

erspannung für den Steuersatz 7c, der eine Korrek-Uh spannung aus der Regeleinrichtung 7d vorzeichenrichtig hinzugefügt wird. Im Normalbetrieb isl sowohl der Ansteuerungsrechner 34 wie auch die Regeleinrichtung Id in Betrieb. Die Regeleinrichtung Id liefert jedoch nur einen Korrekturwert, der um so kleiner sein wird, je genauer der Ansteuerungsrechner 34 die erforderliche Steuerspannung für den Steuersatz 7< berechnet.

ίο Bei der Umschaltung vom Normalbetrieb (Netzbetrieb) auf den Notstrombetrieb (Wechselrichtcrbctrieb) wird der elektronische Schalter 31 stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung Id ist damit kurzgeschlossen und liefert keine Ausgangsspannung.

Der Ansteuerungsrechner 34 bleibt weiterhin in Betrieb und errechnet laufend eine Stcuerspannung für den Steuersatz 7c.

Wenn die Spannung des Versorgungsnetzes 4 wieder ihren Nennwert erreicht hat und für eine vorgege-

ao bene Zeitdauer nicht wieder verläßt bzw. innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt, kann eine Rückschaltung vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb vorbereitet werden. Der Ansteuerungsrechner 34 ermittelt aus der wiedergekehrten Netzspannung die Steuerspannung für den Steuersatz 7c. Der Steuersatz 7c ist in Betrieb und erzeugt Zündimpulse, die jedoch noch von der Durchschalteinheit Ib gesperrt sind. Beim Rückschaltbefehl wird die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes 7c an die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes la durch einen entsprechenden Durchschaltbefehl auf die Durchschalteinheit Ib freigegeben. Außerdem wird der elektronische Schalter 31 gesperrt gesteuert, so daß die Regeleinrichtung Id in Eingriff kommt und einen Korrekturwert für den Ansteuerungsrechner 34 liefert. Im Augenblick der Zuschaltung des Versorgungsnetzes 4 weisen die Zündimpulse des Steuersatzes 7c somit bereits einen weitgehend richtigen Zündwinkel auf. Die Ausgangsspannung des Halbleitersteilers 7 entspricht daher bereits weitgehend ihrem Sollwert und damit dem Nennwert der Schienenspannung. Etwaige kleinere Abweichungen werden von der Regeleinrichtung Id anschließend ausgeregelt. Die in Fig. 2a dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht ein Rückschaltverfahren vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb, bei dem bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung des Versorgungsnetzes 4 der Steuersatz 7 c des Halbleiterstellers 7 und der Steuersatz 5c des Wechselrichters 5 mit der wiedergekehrten Spannung des Versorgungsnetzes 4 synchronisiert werden, wobei der Steuersatz 7c des Halbleiterstellers 7 Zündimpulse mit einem voreingestellten Zündwinkel erzeugt. Nach erfolgter Synchronisierung der beiden Steuersätze 5 c und 7c und der Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse des Steuersatzes 7 c können die Schaltkontakte 6a des weiteren mechanischen Trennschalters 6 geöffnet und der Wechselrichter 5 stillgesetzt werden. Sobald der Strom über die Schaltkontakte 6a ■ einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, vorzugsweise zu Null geworden ist, wird die Weitergabe der Zündimpulse mit voreingestelltem Zündwinkel vom Steuersatz 7 c an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes la freigegeben. Der Strom fließt un- verzüglich aus dem Versorgungsnetz 4 über den Netztransformator 8, den Halbleitersteller 7 und die geschlossenen Schaltkontakte 3a und das Filter 2 in die Stromschiene 10.

Fig. 2b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Ansteueiungsrechners 37. Der digitale Ansteuerungsrechner 37 enthält einen Multiplexer 37«, an dessen Dateneingänge der Spannungsmeßfühler 21 für die Netzspannung des Versorgungsnetzes 4 und der Strommeßfühler 22 für den Strom auf der Stromschiene 10 angeschlossen ist. Der Multiplexer 37« schaltet jeweils einen der ihm eingangsseitig zugeführten Meßwerte auf einen analogen Speicher 37b, insbesondere auf eine sample & hold-Stufe, der ein Analog-Digital-Wandler 37c nachgeschaltet ist. Der jeweilige digitalisierte Meßwert wird einem Computer 37(/eingegeben, insbesondere einem Mikrocomputer. Der Computer 37d ermittelt nach einem ihm im Programmspeicher 37e vorgegebenen Programm aus den Meßwerten für die Netzspannung und den Schienenstrom einen digitalen Wert für den erforderlichen Zündwinkel. Dieser Wert wird in einem Digital-Analog-Wandler 37/ in eine analoge Spannung umgesetzt. Am unteren Ausgang des Computers 37d erscheint ein Taktsignal (clock) zur Steuerung des Multiplexers 37α, des analogen Speichers 37b und des Analog-Digital-Wandlers 37c. Durch eine entsprechende Programmierung des Computers YId können sämtliche Nichtlinearitäten in der Steuerstrecke des Halbleiterstellers berücksichtigt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß im Normalbetrieb auch für den Wechselrichter 5 in analoger Weise eine Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse seines Steuersatzes 5c vorgenommen werden kann. Anstelle eines Meßwertes für die Netzspannung wird einem entsprechenden Ansteuerungsrechner ein Meßwert für die Spannung der vorgeschalteten Gleichspannungsquelle zugeführt, vorzugsweise ein laststrombezogener Wert dieser Gleichspannung.

Anstelle eines elektronischen Schalters 31 zum Überbrücken der Rückführung der Regeleinrichtung Id kann auch ein mechanischer Schalter, insbesondere ein Relais, verwendet werden, da es an dieser Stelle der Schaltung nicht auf besonders hohe Schaltgeschwindigkeit ankommt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung 20. Eingangsseitig sind der Spannungsmeßfühler 21 für die Netzspannung, der Strommeßfühler 17 für den Strom des Halbleiterstellers 7 und der Strommeßfühler 16 für den Strom des Wechselrichters S angeschlossen. Auf einer Eingangsleitung 38 wird ein Überwachungsignal zugeführt, das anzeigt, daß der Steuersatz 5c des Wechselrichters 5 mit der Netzspannung des Versorgungsnetzes 4 synchronisiert ist. Auf einer Eingangsleitung 39 wird ein weiteres Überwachungssignal zugeführt, das den ordnungsgemäßen Betrieb des Wechselrichters 5 anzeigt.

Der Spannungsmeßfühler 21 für die Netzspannung ist an einen Grenzwertmelder 23 abgeschlossen, der ein logisches 1-Signal erzeugt, wenn die Netzspannung zusammenbricht bzw. eine unzulässige Abweichung zeigt. Der Strommeßfühler 17 ist an einen weiteren Grenzwertmelder 24 angeschlossen, der ein logisches 1-Signal erzeugt, wenn derStrom über den Schaltkontakten 3a zu Null wird. Der Strommeßfühler 16 ist an einen weiteren Grenzwertmelder 25 angeschlossen, der ein logisches 1-Signal erzeugt, wenn der Strom über den Schaltkontakten 6a zu Null wird. Hei einem Zusammenbruch oder einem unzulässigen Einbruch der Netzspannung gelangt das 1-Signal des Grenzwertmelders 23 auf den Auslösemechanismus 3b des mechanischen Schnellschalters 3 und reißt dessen Schaltkontakte 3a auf. Außerdem wird ein Befehlsspeichei 7/für den Halbleitersteller 7gesetzt und

ίο damit die Durchschalteinheit Tb gesperrt. Ein weiterer Befehlsspeicher 31a für den elektronischen Schalter 31 wird ebenfalls gesetzt und der elektronische Schalter 31 damit stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung Id ist damit kurzgeschlossen. Schließlieh wird ein weiterer Speicher 27 gesetzt. Sobald der Strom über den Kontakten Sa zu Null geworden ist, wird das UND-Glied 28 vom 1-Signal am oberen Ausgang des Flip-Flops 27 und vom 1-Signal vom Grenzwertmelder 24 durchgesteuert und setzt den Befehlsspeicher 5/ für den Wechselrichter 5, womit die Zündimpulse des Steuersatzes 5c über die Übergabestufe Sb freigegeben weiden. Der Wechselrichter 5 wird damit gestartet. Der Aufzugmechanismus 3c des mechanischen Trennschalters 3 wird angesteuert. Die Schaltkontakte 3a werden wiederum geschlossen. Die Umschaltung vom Normalbetrieb (Netzbetrieb) auf den Notstrombetrieb (Wechselrichterbetrieb) ist damit abgeschlossen.

Nach einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung und erfolgter Synchronisierung des Steuersatzes 5c des Wechselrichters 5 mit der wiedergekehrten Netzspannung, wird ein weiteres UND-Glied 26 vom invertierten Ausgangssignal des Grenzwertmeiders 23 und den Rückmeldesignalen auf den Eingangsleitungen 38 und 39 durchgesteuert und setzt das Flip-Flop 27 zurück. Das Ausgangssignal am unteren Ausgang des Flip-Flops 27 steuert den Auslösemechanismus 6b des weiteren mechanischen Trennschalters 6 an, der daraufhin die Schaltkontakte 6a aufreißt. Außerdem wird der Befehlsspeicher 5/ des Wechselrichters 5 rückgesetzt und damit die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes Sc durch die Übernahmestufe Sb gesperrt. Wenn der Strom über den Schaltkontakten 6a zu Null geworden ist, steuert das 1-Signal des Grenzwertmelders 25 und das 1-Signal am unteren Ausgang des Flip-Flops 27 das UND-Glied 30 durch, das den Befehlsspeicher 7/ für den Halbleitersteller 7 und den Befehlsspeicher 31a für den Schalter 31 rücksetzt. Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes 7c an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes 7a wird freigegeben und der Schalter 31 gesperrt gesteuert. Damit wird die Regeleinrichtung Id freigegeben. Sobald der Wechselrichter 5 stillgesetzt ist, steuert das invertierte Rückmeldesignal auf der Eingangsleitung 39 zusammen mit dem Ausgangssignal am unteren Ausgang des Flip-Flops 27 und dem Ausgangssignal des Grenzwertmelders 25 ein weiteres UND-Glied 29 durch, das den Aufzugmechanismus 6 c des weiteren mechanischen Trennschalters 6 ansteuert. Die Schaltkontakte 6a werden geschlossen. Die Rückschaltung auf den Normalbetrieb ist damit abgeschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers mil konstanter Wechselspannung, bei der dem Verbraucherein Filter vorgeschaltet ist, dessen Filtereingang im Normalbetrieb über gesteuerte Schaltmittel mit einem speisenden Wechselspannungsnetz bzw. im Störungsfall der Netzspannung mit einem aus einer Ersatzstromquelle gespeisten Wechselrichter verbunden ist, ferner irrt einer die Netzspannung überwachenden Steuereinrichtung, welche im Störungfall der Netzspannung die Schaltmittel steuert sowie den Wechselrichter auf Leistungsbetrieb steuert, und mit einem Steller zur Spannungseinstellung, wobei der Eingang des Filters über einen als gesteuertes Schaltmittel bzw. als Spannungssteller wirkenden Halbleiterstellcr und einen Transformator mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist, wobei im Normalbctrieb dem Halbleitersteller und im Ersatzstrombetrieb dem Wechselrichter jeweils eine an sich bekannte Spannungsregelung zugeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung den Wechselrichter zuschaltet, sobald er eine phasenrichtige Ausgangsspannung erzeugt, nach Hauptpatent 2448427, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Dem Halbleitersteller (7) am Eingang des Filters (2) ist ein erster Trennschalter (3) in Reihe geschaltet,

b) als gesteuerte Schaltmittel zwischen dem Wechselrichter (5) und dem Eingang des Filters (2) ist ein weiterer Trennschalter (6) vorgesehen,

c) die Zündimpulse des Steuersatzes (7c) des Halbleiterstellers (7) am Eingang des Filters (2) sind über eine Durchschalteinheit (7b) geführt, die im Wechselrichteibetrieb die Weitergabe der Zündimpulse c'es auch im Wechselrichterbetrieb arbeitenden Steuersatzes (7c) an die gesteuerten Ventile des Halblciterstellgliedes (7a) sperrt,

d) es ist eine Einrichtung vorgesehen, damit dem Steuersatz(7c) des Halbleiterstellers (7) im Wechselrichterbetrieb zumindest vor der Rückschaltung auf den Normalbetrieb eine entsprechende Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel seiner Zündimpulse zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung ein Ansteuerungsrechner (34; 37) vorgesehen ist, dem cingangsseitig Meßwerte für die Spannung des Wechselspannungsnetzes (4) und für den Verbraucherstrom zugeführt sind.

3. Betriebsverfahren für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch !,gekennzeichnetdurch folgende Verfahrenssdritte:

a) Im Normalbetrieb wird der Verbraucher (la bis Ic; 10) aus dem Wechselspannungsnetz (4) über den Transformator (8), den durchlässig gesteuerten und spannungsgeregelten Halbleiterstellcr (7) und die geschlossenen Schaltkontakte (3a) des ersten Trennschalters (3) und über das Filter (2) gespeist,

b) bei einem Ausfall oder einem unzulässigen Einbruch des Wechselspannungsnetzes (4)

werden die Schaltkontakte (3a) des ersten Trennschalters (3) geöffnet, und es wird die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes (7c) an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes (7a) gesperrt,

c) sobald der Strom in den Schaltkontaktcn (3a) des ersten Trennschalters (3) einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, vorzugsweise zu Null geworden ist, wird der Wechselrichter (5) gestartet und über die Schaltkontaktc (6a) des weiteren Trennschalters (6) auf den Eingang des Filters (2) geschaltet, anschließend werden die Schaltkontakte (3a) des ersten Trennschalters (3) wieder geschiossen,

d) bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzwechselsjrannung werden der Steuersatz (7c) des Halbleiterstellers (7) und der Steuersatz (5c) des Wechselrichters (5) mit der Netzwechselspannung synchronisiert, und es wird der Zündwinkel der Zündimpulse des Steuersatzes (7c) des Halbleiterstellers (7) voreingestellt,

e) die Schaltkontakte (6a) des weiteren Trennschalters (6) werden geöffnet und der Wechselrichter (5) wird stillgesetzt,

f) sobald der Strom in den Schaltkontakten (6a) des weiteren Trennschalters (6) einen vorgegebenen Wert unterschritten hat, vorzugsweise zu Null geworden ist, wird die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes (7c) an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes (7a) mit dem voreingestellten Zündwinkel freigegeben und anschließend wird die Regeleinrichtung (7d) des Halbleiterstellers (7) auf Verbraucherspannungsregelung gesteuert.

4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem auch im Normalbetrieb arbeitenden Steuersatz (5c) des Wechselrichters (5) bereits im Normalbetrieb eine entsprechende Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel seiner Zündimpulse zugeführt wird, wobei die Weitergabe der Zündimpulse im Normalbetrieb gesperrt wird, und daß die Schaltkontakte (6a) des weiteren Trennschalters (6) nach der Rückschaltung vom Wechselrichterbetrieb zum Normalbetrieb wieder geschlossen werden und während des Normalbetriebs geschlossen gehalten werden.