DE2541598C3

DE2541598C3 - Stromversorgungsschaltung

Info

Publication number: DE2541598C3
Application number: DE2541598A
Authority: DE
Inventors: Alfred Max Scarborough Ontario Hase
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-02
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1981-09-24
Also published as: GB1521506A; ATA744975A; JPS5692442U; DE2541598B2; AT346430B; CH598710A5; CA1005896A; JPS5162344A; DE2541598A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung mit zwei Stromquellen zur unterbrechungslosen und netzsynchronen Versorgung einer Weehselstromlast mit elektrischem Strom gleichbleibenden Verlaufs, iriit einer, die Stromversorgung im störungsfreien Betrieb sicherstellenden ersten Stromquelle, im wesent* lichen bestehend aus einem netzsynchron arbeilenden Inverter und einem vom Leitungsnetz ständig im Ladungszustand gehaltenen Akkumulator zur Speisung des Inverters sowie mit einer die Stromversorgung im Störungsfall der ersteh Stromquelle' gewährleistenden zweiten Stromquelle, bestehend aus dem Leitungsnetz, und ferner mit einem Fehlerdetektor, der Schalter für die Umschaltung der Wechselstromlast von der ersten auf die zweite Stromquelle bei einer auftretenden Störung in der ersten Stromquelle bzw. von der zweiten zur ersten Stromquelle nach Aufhebung der Störung betätigt.

Eine aus der DE-PS 9 57 494 bekannte Stromversorgung ist so aufgebaut, daß das Leitungsnetz Strom an einen Wechselstromverbraucher liefert. Bei Ausfall des Leitungsnetzes soll die Stromlieferung fortgesetzt werden, wozu die, im wesentlichen aus einer Batterie, einem Spannungswächter, einem Wechselrichter und einem Transformator bestehende Einheit in Verbindung mit einem Schütz zur Umschaltung von dem Leitungsnetz auf die Notstromeinheit dienen soll. Bei der bekannten Stromversorgung kann der Wechselrichter jedoch erst dann Strom aus der Batterie erhalten, nachdem die Netzkontakte bereits geöffnet sind, wodurch eine Pause in der Stromversorgung für den Wechselstromverbraucher entsteht. Zwar ist in die Netzleitung ein Schwingkreis eingeschaltet, der als Schwungradkreis arbeitend etwas elektrische Energie in die Zuleitung des Wechselstromverbrauchers einspeist.

Da ein Schwungradkreis jedoch nicht vollkommen dämpfungsfrei sein kann, ergibt sich zwangsläufig eine gedämpfte Schwingung in der Zuleitung des Wechselstromverbrauchers, die, je nach Dämpfung des Kreises, bis zu einem aperiodischen Verlauf reichen kann.

Hierbei könnte aber ein empfindlicher Verbraucher, wie z. B. eine Computeranlage oder eine Telemetriestation, erheblichen Schaden auslösen, da in einem solchen Fall deren Notabschaltung ansprechen würde und ein ganzes Rechner- bzw. Übertragungssystem abschalten

)5 könnte. Deshalb ist die bekannte Stromversorgung zur Verwendung einer empfindlichen Last nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung zy schaffen, mit der es möglich ist, bei einem Fei.ler in .ier Schaltung ein

•to unterbrechungsloses Umschalten von einer Stromquelle auf eine andere durchzuführen.

Die Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die

Ή Vorteile auf, daß eine angeschlossene Wechselstromlast zu keinem Zeitpunkt stromlos ist, da in einem Inverter ein Energiespeicher die Stromlieferung mindestens solange sicherstellt, bis der die Umschaltung bewirkende Schalter geschlossen hat. Dementsprechend ist eine unterbrechungslose Stromversorgung zu jedem Zeitpunkt gegeben, selbst wenn ein Fehler in dem Inverter, in einem Gleichstrom-Chopper etc. auftritt. Durch die Anordnung eines Energiespeichers, der vor einem ferroresonanten Kreis liegt, wird eine Verformung des Stromverlaufs ausgeschlossen, die angeschlossene Wechselstromlast erhält somit einen gleichbleibenden Stromverlauf angeboten.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele mittels einer Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig, I einen Strömverlauf eines bevorzugien Ausfühfungsbeispieles in einem Prinzipaufbau,
F i g, 2 eine ähnliche Anordnung wie in F i g. 1, jedoch in etwas abgewandelter Form.

Die beiden in den F ί g. 1 und 2 gezeigten Ausffihfungsbeispiele sind als Eifiphasen^Blockschaltbild für elektrische Stromversorgungssysteme gezeichnet und

zeigen im Prinzip die Einzelelemente, welche in Zusammenhang mit der Erfindung wichtig sind. Die einzelnen Elemente sind jedoch an sich bekannt; deshalb, und weil sie beliebige elektrische bzw. physikalische Werte und Eigenschaften aufweisen ^r> können sind sie lediglich als Blocksymbole dargestellt

Eine elektrische Stromversorgung 10 (Fig. 1) ist mit zwei Stromquellen ausgestattet, und zwar mit einer ersten Stromquelle als Wechselstromquelle 12, die beispielsweise ihre Energie aus dem Wechselstromnetz bezieht; eine zweite Stromquelle wird von einem Inverter 14 gebildet, dessen Ausgangsspannung bzw. Ausgangsstrom synchron zu der Phasenlage des Netzes und damit der Wechselstromquelle 12 liegt Dies wird durch eine Synchronisierleitung 16 erreicht, die an einem Schalter 18 liegt, dessen anderer Anschluß an dem Wechselstromnetz angeschlossen ist; die Synchronisierleitung 16 verbindet also das Wechselstromnetz über den Schalter 18 mit einem Oszillator 17 und einem Gleichstrom-Chopper 19 (der lediglich symbolisch dargestellt ist) sowie mit einem Inverter 14 verbunden ist (ein Schalter 20 dient als Bypaß, mit dem die Stromversorgung 10 erforderlichenfalls ausgeschaltet wird, wenn der Inverter 14 nicht arbeitet).

Der Ausgang der Stromversorgung 10 ist über einen Anschluß 22 und über einen als Bypaß wirkenden Schalter 24 auf eine entsprechende Last geschaltet Der Inverter 14 wird normalerweise über einen Gleichrichter 28 aus der Wechselstroinquelle 12 gespeist Eine Ersatzbatterie 26 wird von dem Gleichrichter 28 ständig in geladenem Zustand gehalten. Die elektrische Schaltung im Inneren des Inverters 14, der Ersatzbatterie 26 und des Gleichrichters 28 muß nicht beschrieben werden, da diese Elemente an sich bekannt sind.

Zweck der erfindungsgemäßen Schaltungen gemäß π den F i g. 1 und 2 ist es, eine Wechselstromlast, beispielsweise einen Computer, über den Anschluß 22 mit der Stromversorgung 10 zu verbinden, so daß der Inverter 14 mit der Last in Verbindung steht. Die Last befindet sich dabei in Synchronismus mit der Stromversorgung 10. Ferner ist der Inverter 14 von der Wechselstromquelle 12 über den Gleichrichter 28 entkoppelt

Mit der Erfindung ist daher ein Regelsystem geschaffen, das eine ununterbrochene Stromversorgung « für die Last selbst dann ermöglicht, wenn in dem Inverter 14 ein Fehler auftreten sollte; die Fehlereliminierung wird dadurch sichergestellt, daß die Last direkt an die Wechselstromquelle 12 und damit an das Wechselstromnetz angeschlossen, und gleichzeitig der Inverter 14 von der Wechselstromquelle 12 getrennt wird, sofern er vorher an diese angeschlossen war.

Zu diesem Zweck ist zunächst ein erster regelbarer und normalerweise offener mechanischer Schalter 30 vorgesehen, der an die Wechselstromquelle 12 sowie an die Last angeschlossen hl; ein zweiter regelbarer und normalerweise geschlossener Schalter 32 ist dafür vorgesehen, den Inverter 14 mit der Last zu verbinden.

Ein Fehlerdelektor 34 Al ah dem Inverter 14 über eine Leitung 36 angeschlosser', auf diese Weise wird jeder im &o Inverter 14 auftretende fehler festgestellt, solange der Inverter¹ mit der Last verlitinden ist Jeder im Inverter 14 auftretende Fehler — 90% der Fehler treten im Umseizerteil des Inverters auf — würde zur Folge haben, daß der lilverter die an die Last gegebene Energie nur fehlerhaft liefern könnte, Deshalb ist das effindungsgemäße Regelsystem So gestaltet, daß die Last schnellstmöglich mitteis des Schalters 30 unmittelbar auf die Wechsels.romquelle 12 geschaltet wird; hierbei wird auch der Schalter 32 geöffnet um den Inverter 14 von der Last zu trennen. Der Fehlerdetektor 34 ist so gestaltet, daß bei Auftreten eines Fehlers im Inverter 14 nahezu ohne Zeitverzögerung entsprechende Signale über Leitungen 38 und 40 an die beiden Schalter 30 und 32 gegeben werden. Bei einer Netzfrequenz von 60 Hz reagiert der Fehlerdetektor innerhalb von 2 ms oder noch schneller.

Die Schaltergeschwindigkeit des Schalters 30 ist so gewählt daß sie höher als diejenige des anderen Schalters 32 ist, so daß der Schalter 30 bereits geschlossen ist bevor der Schalter 32 öffnet Hierdurch ist eine unterbrechungslose Umschaltung durch die beiden Schalter 30 und 32 sichergestellt Bei einer angenommenen Netzfrequenz von 60 Hz beträgt die Schaltzeit des Schalters 30 8 —10 ms, was etwa 0,5 Periode entspricht; dabei ist die Schaltzeit des Schalters 32 etwa 16-50 ms, was etwa 1 —3 Perioden entspricht, normalerweise arbeitet man mit 20- .O ms.

Ein ferror esonanter Kreis 42 ist mit - inem Energiespeicher 44 versehen — alle ferroresonanten Kreise weisen Energiespeicher in Form eines oder mehrerer Kondensatoren auf — und bildet den Ausgang des Inverte-s 14. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist der ferroresonante Kreis direkt mit dem Gleichstrom-Chopper 19 verbunden, wie dies oben schon erwähnt wurde. Ein ferroresonanter Kreis 42 in Form eines Spannungsreglers kann jedoch auch zwischen den Schalter 32 und die Last gelegt werden, wie dies beispielsweise F i g. 2 zeigt Auf jeden Fall weist der Energiespeicher 44 zumindest eine ausreichende Ladekapazität auf. damit er die Energieanforderungen der Last während der Schaltdauer des Schalters 30 sowie während derjenigen Zeit erfüllen kann, die der Fehlerdetektor 34 braucht um an den Schalter 30 sein entsprechendes Signal zu liefern, nachdem ein Fehler im Inverter 14 festgestellt wurde (dabei 10t kla.·. daß natürlich jeder Fehler im Inverter 14 auch den Zusammenbruch des Ausganges des Choppers zur Foige hat). Die unterbrechungslose Umschaltung der beiden Schalter 30 und 32 in Verbindung mit der phasenrichtigen Energieversorgung durch cien Energiespeicher 44 im ferroresonanten Kreis 42 sichert der Last eine ununterbrochene Energiezuführung, die von dem Inverter 14 auf die Wechselstromquelle 12 übergeht; obwohl es möglich sein kann, daß ein geringfügiger Spannungssprung auftritt, merkt die Last dennoch grundsätzlich keine Änderung der Stromversorgung. Da aber die Anforderungen an die Spannung und Kurvenform der Last sehr kritisch zu beurteilen sind, werden natürlich entsprechende Signale oder andere info^rt.iitionen dem Wartungspersonal zugeleitet, um auftretende Fehler im Inverter 114 festzustellen und zu beheben sowie, ut, die Last so schnell wie möglich wieder auf den Inverter zurückzuschalten. Hierfür is: eine Wiederaufschaltung des Inverters 14 auf die Wechselstromqi'elle 12 notwendig; hierzu wird der Inverter über deii Schalter 32 wieder angeschlossen, bevor der Schalter 30 geöffnet wird, was beispielsweise durch manuelle Betätigung geschieht.

Wenn der Schalter 30 offen ist, dann kann keine Spannung Von dem Inverter 14 zurück in das Netz gelangen, obwohl die Wechselstromquelle 12 mit der Stromversorgung ifr in Verbindung steht. Da der Schalter 30 als mechanischer Schalter ausgeführt ist und deshalb eine tätsächliche Luftstfecke aufweist, besteht spannungsmäßige Isolation der Stromquelle, wodurch

eine parallele Aufschaltung von Stromquellen nicht möglich ist.

Der Schalter 30 ist normalerweise ein steuerbarer Kontakt, der aber ebensogut als Relais oder als schnellschaltender, motorgetriebener Schalter aufgebaut sein kann; dies ist insbesondere dann notwendig, wenn er durch ein vom Fehlerdetektor 34 abgegebenes Signal zum Schalten veranläßt werden soll, wobei seine Schaltdauer kürzer ist als diejenige des Schalters 32. Auf gleiche Weise kann der Schalter 32 ein steuerbarer Kontakt sein, öder er kann als spannungsabhängiger Schalter in dem Inverter 14 vorhanden sein, jeder der beiden Schalter 30 und 32 kaiin auch als Halbleiter aufgebaut seih, in diesem Fäll würde es allerdings notwendig sein, die Schalter isoliert zu betreiben, um sicherzustellen zu können, daß sowohl Spanriungs- als auch Stromunterbrechung an jedem der beiden Schalter möglich ist, wenn der Schalter geöffnet ist.

Bei dem Stromlauf gemäß Fig.2 ist der ferroresonante Kreis 42 an die Lastseite des Schalters 32 angeschlossen, so daß der Energiespeicher 44 unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung des Schalters 32 auf die Last aufgeschältet ist. In diesem Fall wird ein gleichzeitiges Schalten der beiden Schalter 30 und 32 erreicht, und diese beiden Schalter können Schaltschütze oder andere schnellschaltende Schalter sein, die

ίο räumlich bzw. physikalisch als Einheit aufgebaut sein können.

Die verschiedenen Schaltkreise, wie beispielsweise der Oszillator 17, der Gieichstrom-Ghöpper 19, die Ersatzbatterie 26 und der Gleichrichter 28 körinen zu ihrem eigenen Schutz im Inneren Abschalteinrichtungcn aufweisen, diese sind aber nicht in den Zeichnungen dargestellt*

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromversorgungsschaltung mit zwei Stromquellen zur unterbrechungslosen und netzsynchronen Versorgung einer Wechselstromlast mit elektrischem Strom gleichbleibenden Verlaufs, mit einer, die Stromversorgung im störungsfreien Betrieb sicherstellenden ersten Stromquelle, im wesentlichen bestehend aus einem netzsynchron arbeitenden Inverter und einem vom Leitungsnetz ständig im Ladungszustand gehaltenen Akkumulator zur Speisung des Inverters sowie mit einer, die Stromversorgung im Störungsfall der ersten Stromquelle gewährleistenden zweiten Stromquelle, bestehend aus im Leitungsnetz, und ferner mit einem Fehlerdetektor, der Schalter für die Umschaltung der Wechselstromlast von der ersten auf die zweite Stromquelle bei einer auftretenden Störung in der ersten Stromquelle bzw. von der zweiten zur ersten Stromquelle nach Aufhebung der Störung betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schalter (32) irn Strang der ersten Stromquelle (19, 42, 44) vorgesehen ist, der — sofern diese Strom liefert — geschlossen ist, wobei ein zweiter, zwischen der zweiten Stromquelle (12) und der Wechselstromlast angeordneter Schalter (30) geöffnet ist, und daß der Fehlerdetektor (34) von der ersten Stromquelle (19,42,44) angesteuert wird und die beiden Schalter (32, 30) zeitlich so steuert, daß bei einer auftretenden Störung in der ersten Stromquelle (19, 42, 44) der zweite Schalter (30) geschlossen ist, bevor 'ier erst." Schalter (32) öffnet.

2. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zu kurzzeitiger Stromlieferung bei einer auftretenden Störung in der ersten Stromquelle (19,42, 44) diese mit einem ferroresonanten Kreis ausgerüstet ist.

3. Schaltung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (32) ein Schaltschütz ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (32) ein schnellschaltender Motorschalter ist.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (30) ein Schaltschütz ist.

6. Schaltung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (32) dem Inverter (14) zugeordnet ist und spannungsabhängig betätigbar ist.

7. Schaltung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (30, 32) galvanisch vollständig sperrbare Halbleiter sind.