DE2618082A1

DE2618082A1 - Energieversorgungsgeraet zur ununterbrochenen lieferung von elektrischer energie an eine last

Info

Publication number: DE2618082A1
Application number: DE19762618082
Authority: DE
Inventors: Hermann Fickenscher; Rudolph Scuderi
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1976-11-04
Also published as: BE841009A; NL172712C; GB1487049A; CA1053753A; US4010381A; DE2618082C3; IL49445A; JPS51130835A; ES447269A1; BR7602392A; SE419148B; IT1059912B; SE7604335L; NL172712B; FR2309065B1; AU499839B2; NL7604353A; JPS5915457B2; AU1318776A; IL49445A0

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER . ZWIRNER · HIRSCH

RATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Fickenscher 2-5 Y/estern. Electric Company, Incorporated, New York (U.S.A.)

Enerffieversorgungsfferät zur ununterbrochenen Lieferung von elektrischer Energie an eine Last.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieversorgungsgerät zur ununterbrochenen Lieferung von elektrischer Energie an eine Last.

Moderne Schaltungen für Uebertragungsanlagen und Datenverarbeitungsanlagen verwenden integrierte Festkörper schaltungen zum Uebertragen und Verarbeiten von Daten und Schaltinformationen. Solche, integrierte Pestkörperschaltungen aufweisende Schaltungen sind jedoch sehr empfindlich für Abweichungen der sugeführten elektrischen Leistung von einem Standardwert. Die Leistung zum Betrieb dieser Schaltungen kann ohne v/eiteres von einer kommerziellen Wechselstromquelle, zum Beispiel dem Wechselstromnetz entnommen werden, jedoch treten bei .solchen Stromquellen Schwankungen des Leistungspegels auf, die von Schwankungen des Verbrauchs an elektrischer Energie und von anderen kurzzeitig auftretenden Einflüssen bewirkt v/erden. Diese Pegelschwankungen können die Form eines völligen ITetzausfalls, Absinkens der Hetzspannung, kurzzeitigen Unterbrechungen oder YTanderwellen haben.

Störungen der vorstehend beschriebenen Art können in einer Uebertragungsanlage gespeicherte Daten und Schaltsignale stark verändern und in besonderen Fällen auch die in einer solchen Anlage enthaltenen integrierten Schaltungen zerstören. Die gefährlichsten Fehlerzustände sind kurszeitige Unterbrechungen oder Vanderwellen, da sie nicht sofort feststellbare Fehler bewirken. Es können dadurch fehlerhafte Daten oder Steuersignale erzeugt '.verden, durch die ein Schaden auftreten kann der nicht sofort feststellbar oder ersichtlich ist. Solche kurszeitigen Unterbrechungen können durch Blitze oder grosse elektrische ' München: Kramer · Dr. Weser ■ Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

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Anlagen in der unmittelbaren liachb&rschaft erzeugt v/erden.

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, dass für Schaltungen, mit integrierten Festkörperschaltkreisen eine sehr zuverlässige elektrische Energiequelle notwendig ist. Bei einer solchen Schaltung darf die Speisespannung während der Dauer von höchstens einer halben Periode um nicht mehr als ± IGF/o schwanken. Wenn die SpannungsSchwankungen grosser sind können kostspielige Abschaltungen, unterbrochene Verbindungen, fehlerhafte Berechnungen und Beschädigungen der Schaltung auftreten.

Zum Verhindern der schädlichen Auswirkungen der Empfindlichkeit von TJebertragungsschaltungen für die oben genannten Leistungsschwankungen werden zur Speisung solcher Schaltungen Geräte zur ununterbrochenen Lieferung von elektrischer Energie verwendet.

Ein solches Gerät gewährleistet die Kontinuität der Energieversorgung, gleichgültig in welchem Zustand sich das Wechselstromnetz befindet, dein die elektrische Energie entnommen wird.

Sin allgemein verwendetes Gerät dieser Art besitzt ein Gleichrichterlade— gerät, das vom Wechselstromnetz gespeist wird, und das einen nachgeschalteten ',Techseirichter betreibt, der dauernd die gewünschte Ausgangsleistung liefert. Ueber dem Ausgang des Gleichrichterladegeräts liegt eine Batterie, welche an den Yiechselrichter Gleichstrom liefert wenn die vom Netz gelieferte Energie schwankt oder ausfällt. Dieses Gerät ist vorteilhaft, da es nur wenige Schaltungskomponenten benötigt. Jedoch ist die Zuverlässigkeit eines solchen Geräts nicht grosser als die Zuverlässigkeit des 'Techseirichters, der zur Lieferung der benötigten Energie dauernd arbeiten muss. Zudem ist der Wirkungsgrad dieses Geräts nicht sehr hoch, da der Gesamtwirkungsgrad höchstens gleich dem Wirkungsgrad der Serieschaltung von 'Wechselrichter und Gleichrichterladegerät, das heisst kleiner ist. als der Wirkungsgrad von jeder dieser Komponenten allein.

Bin anderes Gerät dieser Art besitzt zwei parallele, dauernd eingeschaltete Anordnungen mit zwei unabhängigen Energiequellen, von denen die eine das 7/echselstromnetz und die andere eine als Reserve dienende Wechselstroiaquelle ist, welche Stromquellen parallel geschaltet sind. Die V/echselströme der beiden \-.'eilen werden kombiniert und der Last dauernd zugeführt. Tfenn eine der beiden Quellen ausfällt übernimmt die andere die volle Versorgung der Last.

Ein solches Gerät ist in der US-PS 3,398.292 beschrieben. Bei diesem Gerät wird ein ferroresonant er Transformator verwendet, der Energie von zwei

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unabhängigen, jedoch synchronisierten Wechselstromquellen erhält. Der ferroresonante Transformator kombiniert die Leistungssignale der beiden Quellen und liefert das kombinierte Leistungssignal an eine an seinem Ausgang liegende Last. Die beiden Eingangswicklungen des Transformators sind mit dem Wechselstromnetz und einer vom Netz unabhängigen Wechsel stromquelle verbunden, und voneinander durch magnetische Nebenschlüsse hoher Reluktanz isoliert. Beide Stromquellen liefern Energie an die am Ausgang liegende Last. 7/enn eine Stromquelle ausfällt liefert die andere die notwendig Ge samt energie. Da die beiden Stromquellen dauernd und gleichzeitig Energie liefern haben sie nicht den höchsten T/irkungsgrad.

Ein Gerät mit besserem Wirkungsgrad ist das Gerät vom üaschalttyp. Bei diesem Gerät liefert normalerweise das Wechselstromnetz die volle Leistung an die Last. Wenn das Wechselstromnetz normal Energie liefert wird von einer sich im Bereitschaftszustand befindlichen Ersetzstromquelle, welche üblicherweise einbatteriebetriebener, statischer Wechselrichter ist, keine Energie an die Last geliefert. Wenn das Wechsel stromnetz ausfällt wird der Wechselrichter zum Liefern von Energie an die Last geschaltet und das Wechselstromnetz von der Last abgeschaltet. Die beiden Stromquellen versorgen somit die Last bei den beiden möglichen Betriebszuständen unabhängig voneinander mit der benötigten Energie. Der Vorteil dieser Einrichtung ist der, dass jede Stromquelle für den Betrieb mit dem höchsten Wirkungsgrad ausgelegt werden kann, Ferner wird ein Ausfall der Energieversorgung von der einen Stromquelle durch die andere Stromquelle voll kompensiert.

Zum vollkommenen Schutz einer Uebertragungsanlage oder Datenverarbeitungsanlage gegen kurzzeitige Fehler in einem Viechseistromnetz muss das Umschalten von der einen auf die andere Stromquelle praktisch sofort und sehr zuverlässig erfolgen. Die Ersatzstromquelle muss bei Ausfall des Stromnetzes die Energie sofort an die Last liefern. Wenn das Wechselstromnetz wieder Strom liefert muss die Last ohne Stoss und schnell von der Ersatzstromquelle auf das Stromnetz umgeschaltet werden.

Ein Gerät vom Umschalttyp ist in der US-PS 3,229.111 beschrieben. Bei diesem Gerät ist das Wechselstromnetz die eine Stromquelle und eine in Bereitschaft gehaltene Wechselstromquelle die andere Stromquelle. Die Ausgangsenergie wird normalerweise vom Wechselstromnetz an die Last geliefert. Die Ersatzstromquelle umfasst einen batteriegetriebenen, statischen Wechselrichter. Der Wechselrichter erzeugt ein Leistungssignal, das so gesteuert wird, dass es eine bestimmte feste Phasennacheilung in Bezug zum Leistungssignal des Wechselstrom-

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netzes besitzt. Die Phasennacheilung ist so gewählt, dass, wenn das Wechselstromnetz normal funktioniert, dieses die notwendige Energie an die Last liefert. V.'enn das Wechselstromnetz ausfällt wird die Energie vom batteriegetriebenen, statischen 'Wechselrichter geliefert.

Ein anderes Gerät von Umschalttyp ist in der US-IS 3,348.O6O beschrieben. Dieses Gerät "besitzt eine dauernd arbeitende, in Bereitschaft stehende Srsatzstromquelle für das Wechselstromnetz, welches normalerweise die Energie liefert. Die Ersatzstromquelle ist mit dem Wechselstromnetz in der Frequenz synchron und in der Phase korreliert. Die Ersatzstromquelle arbeitet während des normalen Betriebs des Wechselstromnetzes dauernd, liefert jedoch praktisch keine Leistung an die Last. Wenn das Hetz ausfällt wird die Last auf die Ersatzstromquelle geschaltet. Die Energie zum Betrieb der Ersatzstromquelle wird dem Wechselstromnetz entnommen. Zu diesem Zweck ist eine Batterie vorgesehen, die von einem vom Netz gespeisten Ladegerät geladen wird. Wenn, das Wechselstromnetz ausfällt wird der Wechselrichter von der Batterie gespeist und liefert die Energie an die Bast.

2iln anderes Gerät vom Umschalttyp ist in der US-FS 3,339·Ο82 beschrieben. Bei diesem Gerät sind ein statischer Wechselrichter und das Wechselstromnetz parallel zueinander an ein ferroresonantes System angeschlossen. Solange das Wechselstromnetz richtig funktioniert, liefert dieses die Energie an die Last. Wenn das Viechseistromnetz ausfällt liefert der statische Wechselrichter die Energie an die Last.

Die vorstehend beschriebenen bekannt en. Geräte zur ununterbrochenen Lieferung von elektrischer Energie, welche eine Last von einer ausgefallenen Stromquelle auf eine in Betrieb stehende Stromquelle schalten können, bieten eine gute Sicherheit gegen das Auftreten von Fehlern, sie benötigen jedoch komplizierte Anordnungen aus Transformatoren und statischen Schaltern zum Umschalten von einer Stromquelle auf die andere. Bei einigen dieser Geräte mit solchen Transformatoranordnungen ist der Eingang nicht vom Ausgang isoliert. Zudem ist bei diesen Geräten kein verlustloser Bereit schaft szustand der Ersatzstromquelle oder des statischen Wechselrichters möglich wenn, die kommerzielle Wechselstromquelle, d.h. das Wechsel stromnetz normal arbeitet und im Falle des Absinkens der vom Wechselstromnetz gelieferten Energie wird immer sowohl vom Netz als auch von der Ersatzstromquelle Energie bezogen. Dieser Liangel an Vielseitigkeit beschränkt den maximal erzielbaren Wirkungsgrad dieser Geräte.

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Es ist ein Gerät zip: ununterbrochenen Lieferung elektrischer Energie erwünscht, welches an eine primäre Wechselstromquelle, zum Beispiel ein 7/echselstromnetz, angeschlossen ist und eine Ersatzstromquelle besitzt, die entsprechend dem Leistungsbedarf einer Last ebenfalls Energie an diese liefern kann, so dass die Last bei allen Zuständen der primären Wechselstromquelle die erforderliche elektrische Energie erhält. Das Gerät soll eine Aufteilung der Belastung auf die primäre Wechselstromquelle und die Ersatzstromquelle mit hohem Wirkungsgrad ermöglichen, wobei ein im Bereitschaftszustand praktisch keine Leistung aufnehmender Wechselrichter bei Bedarf sofort Ersatzenergie an die Last liefern kann.

nach der Erfindung
Das Gerät/zur unterbrechungssicheren Versorgung einer Last mit elektrischer

Leistung mit einem Leistungskopplungsmittel, das erste und zweite Leistungseingangsmittel sowie Leistungsausgangsmittel umfasst, einem Fühlermittel zum Ueberwachen einer charakteristischen Grosse an den ersten Eingangsmitteln und Feststellen mindestens eines ersten und zweiten Zustands dieser Grosse, einem mit den zweiten Eingangsmitteln gekoppelten Mittel zum Erzeugen eines periodischen Signals und Mitteln zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung von den ersten und zweiten Eingangsmitteln zu den Ausgangsmitteln ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung eine Anordnung umfassen, in der das Mittel zum Erzeugen eines periodischen Signals auf das Fühlermittel anspricht, so dass die Phase des periodischen Signals beim ersten Zustand mit der Phase eines Signals auf den Ausgangsmitteln und beim zweiten Zustand mit der Phase eines Signals auf den ersten Eingangsmitteln ausgerichtet ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Geräts nach der Erfindung wird über einen ferroresonanten Transformator ein geregeltes Leistungssignal an eine Last geliefert, welcher Transformator zwei Leistungseingänge besitzt, von denen der eine mit einem Wechselstromnetz und der andere mit einer Energiequelle in Form eines von einer Batterie gespeisten, statischen Wechselrichters verbunden ist. Normalerweise wird die Ausgangsleistung des Geräts vom Wechselstromnetz geliefert, wobei die Phase des geregelten Ausgangssignals des ferroresonanten Transformators durch ein Phasenkontrollsystem überwacht und veranlasst wird, dass der statische Wechselrichter in Phase mit der geregelten Ausgangsleistung arbeitet. Die Phase und die Grosse des Netzsignals, d.h. der vom Netz gelieferten elektrischen Energie wird dauernd überwacht. Wenn die Grosse

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des Netzsignals merkbar abfällt liefert der in Phase mit dem Eetzsignal arbeitende statische Wechselrichter ebenfalls Energie an die Last, so dass in diesem Fall das '."echselstromnetz und der Wechselrichter zusammen die erforderliche Ausgangsleistung an die Last liefern. Wenn das Wechsel stromnetz völlig ausfällt, läuft der statische Wechselrichter frei lind liefert allein die ganze Ausgangsleistung an die Last.

Bei diesem Ausführungsbeispiel läuft unter normalen Betriebsbedingungen der statische wechselrichter im Ruhezustand in !hase mit dem Ausgangslastsignal. Dieser Phasensynchronismus wird durch Ueberwachen der Phase des Ausgangssignals und durch Steuern der Phase des Signals eines Oszillators erzielt, der den statischen Wechselrichter treibt. Die Grosse und Phase des vom Wechselstromnetz gelieferten Leistungssignals wird dauernd überwacht. Wenn die Grosse dieses Leistungssignals unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, liefert der 7,'echsalrichter den fehlenden. Teil der Ausgangsleistung. Wenn die Energie vom Wechselstromnetz völlig ausfällt, liefert der statische Wechselrichter die ganze Ausgangsleistung an die Last.

Dieses erfindungsgemässe Energieversorgungr^erät unterscheidet sich von den oben beschriebenen bekannten Geräten durch sein Kontrollsystem, welches den verlustlosen Ruhezustand des statischen Wechselrichters ermöglicht wenn das Wechselstromnetz normal Energie liefert und dabei den Wechselrichter in Phase mit dem Iletzleistungssignal hält, so dass die Belastung zwischen dem Wechselstromnetz und dem Wechselrichter sofort aufgeteilt werden kann, wenn das Wechselstromnetz zu wenig Energie liefert, jedoch nicht völlig ausfällt.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Geräts nach der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig.l ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Geräts, Fig.2 und 3 ein genaues Schaltbild des erf indungsgemässen Geräts, und Fig.4 wie die Figuren 2 und 3 zu kombinieren sind. In der Fig.l ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Energieversorgungsgeärts nach der Erfindung dargestellt. -Jas Gerät nach der Fig.l besitzt einen ersten '.Techseistromeingang mit Eingangsklemmen 13 und zum Anschluss an eine kommerzielle Wechselstromquelle, zum Beispiel an ein Wechselstromnetz und einen zweiten Gleichstromeingang ait Eingangsklemmen 15 und 16 zum Anschluss einer Gleichstromquelle, zum Beispiel einer Batterie. Der Wechsel ströme ingang und der Gleichstromeingang sind über eine Kontrollschaltung mit einer ersten Primärwicklung 1-2 und mit einer zweiten I'rimär-

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wicklung 9-10 verbunden. Diese beiden Primärwicklungen bilden einen Teil eines ferroresonanten Transformators mit einem sättigbaren Eisenkern $6, welcher ■Transformator noch eine Sekundärwicklung 11-12 und magnetische Nebenschlüsse 50, 51» 52 und 53 mit hohem magnetischen ΐ/iderstanä besitzt. Diese magnetischen Nebenschlüsse trennen jede Primärwicklung von der Sekundär-oder Ausgangswicklung 11-12. Die magnetischen Nebenschlüsse mit hoher Reluktanz ermöglichen die Uebertragung von Leistung von jeder Primärwicklung auf die Sekundärwicklung, begrenzen jedoch die üebertragung von Leistung von einer Primärwicklung zur anderen.

Die Vorteile des Geräts nach der Fig.l werden am besten aus der Erläuterung der verschiedenen Betriebszustände dieses Geräts ersichtlich. Das Gerät nach derPig.l kann drei verschiedene Betriebs zustände aufweisen.. Der erste oder normale Betriebszustand tritt auf wenn das vom Hetz an die Singangsklemmen 13 und I4 gelieferte Leistungssignal seinen normalen Wert hat und keine kurzzeitigen Unterbrechungen vorhanden sind. T/ährend der Zeitdauer dieses normalen Betriebs arbeitet der Wechselrichter 30 in einem Zustand, in dem er keine Leistung aufnimmt,

Der zweite Betriebszustand kann als Aufteilungszustand bezeichnet werden. Dieser Zustand tritt auf wenn die Grosse des vom Netz-an die ,Eingangsklemmen 13 und 14 gelieferten Leistungssignals unter einen bestimmten Pegel fällt, jedoch das Netz noch gleichmässig Energie liefert. Diese Abnahme kann kurzzeitig sein oder längere Zeit dauern. Die Abnahme der Grosse des Leistungssignals kann 10 bis 15$ vom normalen Wert betragen. Bei diesem Betriebszustand wird vom Y'eehselstromnetz noch Energie an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert, jedoch ist jetzt der Wechselrichter aktiviert und liefert Energie von der Gleichstromquelle an die Sekundärwicklung 11-12. Während dieses Betriebszustands wird die an die Last gelieferte Ausgangsleistung teilweise von der YTechselstromquelle an den Eingangsklemmen 13 und I4 und teilweise von der Gleichstromquelle an den Eingangsklemmen I5 und 16 aufgebracht. Infolge des oben beschriebenen Aufbaus des Transformators liefert jede dieser Stromquellen etwa 5CJi der Ausgangsleistung.

Der dritte Betriebszustand tritt auf, wenn die Wechselstromquelle keine Energie an die Eingangsklemmen 13 und I4 liefert. Dieser Ausfall kann kürzere oder längere Zeit dauern. Bei diesem Betriebszustand wird die ganze Ausgangsleistung über den Wechselrichter der Gleichstromquelle entnommen.

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Ein kritischer l'unkt ist, dass bei Geräten zur ununterbrochenen Energieversorgung der Uebergang von einem Betriebszustand zum anderen rasch und mit minimaler Verzerrung des Ausgangssignals auf der Sekundärwicklung 11-12 erfolgen nuss. Bei dem beschriebenen Gerät erfolgt ein glatter und schneller Uebergang von einem Betriebszustand zum anderen, so dass Verzerrungen der Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung 11-12 nur eine Behr kurze Dauer, ia allgemeinen weniger als eine halbe Ieriode besitzen.

Durch die Verwendung des ferroresonant en Transformators sind keine statischen Schalter für die Umschaltung von einer Stromquelle auf die andere erforderlich. Der ferroresonant^ Transformator vrird mit offener Schleife betrieben« Die Ferroresonanz wird durch einen Ferrokondensator 49 bewirkt, der über einer Wicklung 3-4 des Transformators liegt. Wie oben erwähnt, vermindert die hohe Reluktanz der Nebenschlüsse 50» 51» 5² und 53 die Uebertragung von Leistung von einer Primärwicklung zur anderen. Dadurch kann der Yfechselrichter 30 während des normalen Betriebszustands, in dem die ganze Ausgangsleistung über die Primärwicklung 1-2 geliefert wird, im Leerlauf betrieben werden.

Während des normalen Betriebs ist die an den Bingangskleanien 13 und 14 liegende Wechselstromquelle über ein Tor 20 mit der Primärwicklung 1-2 verbunden. Das Tor 20 umfasst zwei antiparallel geschaltete, steuerbare Siliziumgleichrichter, Diese Gleichrichter werden bei jeder Halbperiode des Betriebs in Abhängigkeit von einem über die Leitung 48 dem Tor 20 zugeführten Signal getriggert. Dieses Signal wird von der Fühleranordnung 18 geliefert, welche die Grosse des von der WechselstromqueHe an die Singangsklemcen 13 und 14 gelieferten Leistungssignals überwacht und die, wenn dieses Signal innerhalb seines normalen Bereichs liegt, über die Leitung 48 ein Signal zum Triggern der Gleichrichter des Tores 20 liefert.

Y/ährend des normalen Betriebs liefert die Fühleranordnung 18 auch ein Signal an die Schaltanordnung 21 zum Schliessen eines Leitungswegs um das Ausgangssignal eines ihasendetektors 28 über die Leitungen 38 und 35 an den Oszillator 25 anzulegen. Dadurch wird während des normalen Betriebs die Leistung von der Ttechselstroiaquelle über die Eingangsklemmen 13 und 14» das Tor 20, welches jede Halbperiode getriggert wird und die Primärwicklung 1-2 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert.

Der Phasendetektor 28 liegt an der Wicklung 5-6 des Transformators und dient zum Feststellen der Nulldurchgänge des Ausgangs signals, welches angenähert eine Rechteokwelle ist und erzeugt ein Rechteckwellensignal, das mit

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dem Ausgangssignal in Phase ist. Dieses Signal gelangt über die Leitung 38 zur Schaltanordnung 21. Der Zustand des von der Fühleranordnung 18 über die Leitung 36 an die Schaltanordnung 21 gelieferten Signals zeigt den normalen Betrieb der an den Eingangsleitungen 13 und I4 liegenden Yiechselstromquelle an und steuert die Verbindung des Phasendetektors 28 mit dem Oszillator 25. Die Schaltanordnung 25 kann einen bilateralen Halbleiterschalter umfassen. Ein für diesen Zweck geeigneter bilateraler Schalter ist in RCA Solid State Data Book Series unter dein Titel "Cosmos Digital Integrated Circuits" auf den Seiten 78-83 beschrieben.

Die inneren Schaltwege der Schaltanordnung 21 vervollständigen eine Verbindung von der Leitung 38, die ein Signal führt, das in Phase mit dem Ausgangssignal ist, über die Leitung 55 zum Oszillator 25. Der Oszillator 25 arbeitet in Phase mit dem Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 11-12· Das Ausgangs signal des Oszillators 25 wird über die Leitung 44 dem Wechselrichter 30 zugeführt um dessen Schaltvorrichtungen zu steuern.

Die Gleichstromquelle zum Beispiel eine Batterie, ist an die Eingangsklemmen 15 und 16 angeschlossen. Das Gleichstromsignal dieser Quelle gelangt über das Eingangsfilter 23 und die Leitungen 40 und 4I zum Wechselrichter Der Wechselrichter 30 enthält Leistungsschalter, welche in Abhängigkeit vom Oszillator 25 geschaltet werden. Die Leistungsschalter schalten das Gleichstromsignal am Eingang an die Primärwicklung 9-10.

Da die Leistungsschalter in Phase mit dem Ausgangs signal auf der Sekundärwicklung 11-12 geschaltet werden, wird keine Leistung über den Wechselrichter 30 und die Primärwicklung 9-10 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert· Das heisst, während der normalen Funktion der Wechselstromquelle liefert diese die gesamte Ausgangsleistung.

Die Vorspannung zum Betreiben der verschiedenen Steuerkreise des Geräts wird von der Vorspannungswicklung 7-8 erhalten, die mit der Steuerspannungsquelle 29 verbunden ist. Die Spannungsquelle 29 enthält im wesentlichen einen Gleichrichter, dessen Ausgang über die Leitung42 mit einem linearen Regler 27» einer Bezugsspannungsquelle 26 und einem Startkreis 22 verbunden ist. Der Startkreis 22 enthält einen Reglerkreis zum Liefern einer Spannung von der an die Eingangsklemmen 15 und 16 angeschlossenen Gleichstromquelle an die Be zugs Spannungsquelle 26 und den linearen Regler 27 wenn die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 29 nieder ist, wie dies beim Einschalten des Geräts der Fall ist.

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Am Ausgang des Filters 23 liegt ein Niederspannungs-Abschaltkreis 24, der die Ausgangsspannung des Filters 23 überwacht und während der Einschaltperiode, wenn die Gleichspannung auf den Leitungen 40 und 41 nieder ist, über die Leitung 43 ein Signal an den Wechselrichter 30 liefert, das den Betrieb das Wechselrichters 30 sperrt. Dieser Schutz ist notwendig, da bei niederen Gleichspannungen der Oszillator 25 unstabil arbeitet.

Wenn die an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselspannung der Wechselstromquelle bis zu 15$ oder mehr unter ihrem normalen Wert liegt, kann die Wechselstromquelle nicht mehr die ganze zum Speisen der Last notwendige Ausgangsleistung liefern. Dieser Zustand der an den Eingangsklemmen 13 und liegenden Wechselstromquelle wird vom Hiederspannungsfühler 17 festgestellt. Der ITiederspannungsfühler 17 ist zum Feststellen eines Abfalls von 10 bis itfo der Eingangswechselspannung ausgebildet und liefert, wenn ein solcher Spannungsabfall auftritt, über die Leitung 35 ein Steuersignal an die Schaltanordnung 21.

Die Phase des Wechselstromsignals an den Eingangsklemmen 13 und 14 wird von einem Phasendetektor 19 abgefühlt der ein Rechteckwsllensignal erzeugt, das mit den Nulldurchgängen des Wechselstromsignals in Phase ist» Dieses Rechteckwellensignal wird über die Leitung 37 der Schaltanordnung 21 zugeführt, welche in Abhängigkeit vom Steuersignal auf der Leitung 351 welches einen Leistungsabfall der Wechsel Stromquelle anzeigt, die Leitung. 37 iait der Leitung 55 verbindet. Dadurch wird das Phasensteuersignal des Phasendetektors 19 an den Oszillator 25 gelegt, so dass dieser in Phase mit dem genannten Wechselstromsignal arbeitet.

Während des Leistungsabfalls der Wechselstromquelle schaltet der Wechselrichter 30 in Phase mit dem Wechsels tr omsignal an den Singangsklemmen 13 und 14 und die Ausgangsleistung wird zu gleichen Teilen von der Wechselstromquelle und der Gleichstromquelle geliefert.

Der Ausfallbetrieb des Geräts ergibt sich, wenn das an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselstromsignal auf einen solchen Wert abgenommen hat, dass es nichts mehr zur Ausgangsleistung beiträgt. Dieser Betriebszustand tritt auf, wenn das Wechselstromsignal an den Eingangsklemmen 13 und um 25$ oder mehr kleiner ist als sein normaler Wert. Dieser Ausfallszustand wird von der Fühleranordnung 18 festgestellt, welche über die Leitung 36 an die Schaltungsanordnung 21 ein Signal liefert, das diesen Zustand anzeigt. Dieses Signal bewirkt das Trennen der Schaltwege in der Schaltungsanordnung

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und damit das Abschalten des Oszillators 25 von den Phasendetektoren 19 und 28. Dadurch läuft der Oszillator 25 jetzt frei und treibt den Wechselrichter 30 , so dass die ganze Energie von der an den Eingangsklemmen 15 und 16 liegenden Gleichstromquelle über den Wechselrichter 30 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert wird.

Aus dem vorstehenden folgt, dass das beschriebene Gerät die erforderliche Leistung entweder von einer Wechsel stromquelle oder einer Gleichstromquelle an die Last liefern kann oder beiden Stromquellen gleichzeitig eine geregelte Leistung zur Lieferung an die Last entnehmen kann.

Ein genaues Schaltbild des erfindungsgemässen Geräts ist in den Fig.2 und 3 dargestellt, welche wie in der Fig.4 gezeigt miteinander zu verbinden sind. Das Gerät nach den Fig. 2 und 3 erhält von einer kommerziellen Wechselstromquelle über die Eingangsklemmen 713 und 714 ein Wechselstromsignal. Dieses Wechselstromsignal hat bei diesem speziellen Beispiel die Spannung 240 V und die Frequenz 60 Hz. TJeber die Eingangsklemmen 715 und 716 erhält das Gerät auch ein Gleichstromsignal, das von einer beliebigen Gleichstrom-Ersatzstromquelle stammen kann. Bei dem speziellen Beispiel hat das Gleichstromsignal die Spannung von 48 V.

Die an den Eingangsklemmen 713 und 714 liegende Wechselspannung wird über die Leitungen 733 und 734 sowie das Tor 720 an eine Primärwicklung 101-102 angekoppelt. Die an den Eingangsklemmen 715 und JLS liegende Gleichspannung gelangt über die Leitungen 740 und 741 sowie einen Wechselrichter 730 zu einer Primärwicklung IO9-IIO. Die Primärwicklungen 101·?102 sowie eine Sekundärwicklung 111-112 sind auf den Kern eines ferroresonant en Transformators 100 gewickelt. Die zu speisende Last ist über die Ausgangsklemmen 731 und 732 mit der Sekundärwicklung 111-112 verbunden. Üeber eine Wicklung 103-104 des Transformators 100 liegt ein Ferrokondensator 403» welcher die Resonanz bei der gewünschten, für die ferroresonante Tätigkeit des Transformators 100 notwendige Frequenz erzeugt. Die Wicklung IO5-IO6 dient zum Ueberwachen der Phase des Signals an der Sekundärwicklung 111-112. Eine Wicklung 107-108 dient zum Erzeugen e.iner Spannung, aus der eine Vorspannung und eine Bezugsspannung abgeleitet werden.

Die magnetischen Nebenschlüsse I50, 151* 152 und 153 ait hoher Reluktanz des Transformators 100 dienen zur magnetischen Trennung der beiden Primärwicklungen 101-102 und 109-110 voneinander und zum Koppein jeder Primärwioklung mit den Wicklungen 103-104, IO5-IO6 und 111-112. Durch diese spezielle Art

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der Isolierung der beiden Primärwicklungen 101-102 und 109-110 voneinander wird die Aufteilung der Ausgangsbelastung der Sekundärwicklung auf die an den beiden Primärwicklungen angeschlossenen Stromquellen ermöglicht und gleichzeitig die Erzeugung von von einer Primärwicklung zur anderen fliessenden Kreisströmen verhindert.
Kormalbetrieb.

Bei diesem Betrieb entnimmt das Gerät das der Sekundärwicklunglll-112 zuzuführende Leistungssignal der an die Eingangsklemmen 713 und 714 angeschlossenen kommerziellen Wechselstromquelle. Die Wechselstromquelle bildet so lange die einzige Energiequelle als die Wechselspannung dieser Quelle grosser als 216 T ist, d.h. $ofo des Nominalwerts der Wechselspannung von 240V. Das Wechselstromsignal der Wechselstromquelle gelangt über die Leitungen 733 und 734 und das Tor 270 zur Primärwicklung 101-102. Das Tor 270 besitzt zwei antiparallel geschaltete, steuerbare Siliziumgleichrichter 501 und 502, die von lichtempfindlichen Photonendetektoren gesteuert werden. Die Steuersignale werden von einer lichtemittierenden Diode 503 erzeugt, welche die Photonendetektoren betätigt. Die lichtemittierende Diode 503 wird vom Wechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714 erregt.

Von diesem Wechselstromeingangssignal wird ein geregeltes Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 111-112 abgeleitet. Die Regelung dieses Ausgangssignals erfolgt durch die Ferroresonanz des gesättigten Kerns des Transformators 100, die vom Ferrokondensator 403 induziert wird. Da diese ferroresonante Regelung mit offener Schleife ein bekanntes Phänomen ist, wird sie hier nicht näher beschrieben.

Die Grosse des Wechselstromsignals an den Eingangsklemmen 7^-3 und 714 wird von einem Transformator 120 überwacht, der eine Primärwicklung 121-122 besitzt, die über den Eingangsklemmen 713 und TH liegt. Eine Sekundärwicklung I24-I25 des Transformators 120 ist mit einem Brückengleichrichter 251 verbunden, der die Gleichrichterdioden 20l, 202, 203 und 204 umfasst. Unter normalen Betriebsbedingungen hat die Ausgangsgleichspannung dieses Brückengleichrichters die Wellenform einer gleichgerichteten Sinuswelle mit einer Spitzenspannung von angenähert 30 V. Dieses gleichgerichtete Sinuswellensignal mit 30 V Spitzenspannung wird über eine Diode 205, einen Widerstand 303 und die Zenerdiode 224 an eine lichtemittiertende Diode 503 angelegt. Solange die Spitzenspannung dieses Signals angenähert 26 bis 30 V ist, arbeitet die Diode 224 in ihrem Durchbruchszustand und liefert an die lichtemittierende Diode 503 Strom. Die erregte lichtemittierende Diode 503

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triggert die lichtempfindlichen Photonendetektoren der Siliziumgleichrichter 501 und 502 bei jeder Halbperiode, so dass das Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714 dauernd zur Primärwicklung 101-102 geleitet wird. Beim Betrieb des Geräts mit aufgeteilter Belastung, d.h. bei verminderter Leistung der Wechselstromquelle, liefert eine Hilfsstromquelle 76I Strom an die lichtemittierende Diode 503·

Der Transformator 120 besitzt eine Sekundärwicklung 126-127, welche mit einem Phasendetektor 719 verbunden ist. Der Phasendetektor 719 enthält einen Operationsverstärker 818, welcher ein Rechteiakwellensignal erzeugt, dessen Nulldurchgänge mit den Hulldurchgängen des sinusförmigen Eingangswechselstromsignals zusammenfallen. Dieses Rechteckwellensignal wird bei bestimmten Betriebsbedingungen zum Synchronisieren eines Wechselrichterkreises 730 verwendet.

Die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters 251 liegt an einem Spannungsteiler, der aus den Widerständen 301 und 302 besteht. Dieser Spannungsteiler ist ein Teil der Fühleranordnung 718 zur TTeberwachung der Grosse des Eingangswechselstromsignals. Das Spannungssignal auf der Verbindungsleitung der Widerstände 301 und 302 wird dem niehtinvertierenden Eingang eines !Comparators 801 zugeführt. Der invertierende Eingang des Komparators 801 erhält über den Widerstand 331 eine Bezugsspannung. Wenn, die gleichgerichtete Sinuswelle auf der Verbindungsleitung der Widerstände 301 und 302 grosser als die Bezugsspannung am invertierenden Eingang ist, wird daa Ausgangssignal des !Comparators 801 in den hohen Spannungszu3tand geschaltet. Das heisst, so lange die Eingangswechsel spannung ihre normale Grosse hat wird das Ausgangssignal des !Comparators 801 bei jeder Halbperiode in den hohen Spannungszustand geschaltet. Das Ausgangssignal hoher Spannung des !Comparators 801 liegt über einen Kondensator 410 und einen Widerstand 333 an der Basis eines Transistors 512, welcher dadurch so vorgespannt ist, dass er leitend ist. Während der periodisch auftretenden, nicht leitenden Intervalle des Transistors 512 lädt eine Spannungsquelle über einen Widerstand 335 einen Kondensator 4II periodisch auf, wodurch die im Kondensator 4II gespeicherte Ladung periodisch ergänzt wird. Während der leitenden Intervalle des Transistors 512 wird jedoch der Kondensator 4II periodisch entladen, so dass der maximale Wert der am nicht invertierenden Eingang eines Komparators 8O6 liegenden Ladespannung des Kondensators 4II nicht ausreicht um das Ausgangssignal des Komparators 8O6 in den hohen Spannungszustand zu schalten. Das heisst, so lange das Eingangswechselstromsignal seine normale Grosse hat bleibt das Ausgangssignal des

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!Comparators 806 im niederen Spannungszustand. Dieses Ausgangssignal niederer Spannung liegt über einem Widerstand 336 an der Basis eines Transistors 505 und hält diesen im nichtleitenden Zustand.

Durch den nichtleitenden Zustand des Transistors 505 liegt ein Signal mit hoher Spannung, beim beschriebenen Beispiel 12V über einen Widerstand 253 und eine Leitung 736 an einem bilateralen Schalter 721. Der Schalter 721 ist ein Halbleiterschalter, der innere Schaltwege besitzt, die in Abhängigkeit von äusseren Steuerspannungen geöffnet oder geschlossen werden. Eine genaue Beschreibung eines geeigneten bilateralen Schalters ist in der früher angegebenen Veröffentlichung enthalten.

Der bilaterale Schalter 721 besitzt drei aktive innere Schaltwege, nämlich Weg A-B, Weg C-D und Weg B-P. Das durch den nichtleitenden Zustand des Transistors 505 auf der Leitung 736 auftretende Signal hoher Spannung bewirkt das Schliessen. des Schaltwegs C-D. Dieser Schaltweg bleibt so lange geschlossen, als die Spannung auf der Leitung 736 hoch ist und dieser Spannung bleibt hoch bis das Eingangswechselstromsignal auf den Leitungen 713 und 714 unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.

Das gleichgerichtete Ausgangs signal des Brückengleichrichters 25I wird über eine Diode 205 und einen Widerstand 303 auch an einen Spannungsteiler angelegt, der aus den Widerständen 340 und 341 des lliederspannungsdetektors 717 besteht. Die Spannung auf der Verbindungsleitung der 7/lderstände 340 und 341 liegt über einen Widerstand 342 am nicht invertierenden Eingang eines !Comparators 8I6. Wenn die Eingangswechselspannung ihren normalen Wert hat, befindet sich das Ausgangssignal des !Comparators 8I6 im Zustand hoher Spannung. Diese hohe Spannung liegt über eine Leitung 780 am bilateralen Schalter 721 und hält den Schaltweg E-F dieses Schalters geschlossen.

Das Ausgangssignal hoher Spannung des !Comparators 8I6 liegt über einen aus den Widerständen 346 und 347 bestehenden Spannungsteiler an der Basis eines Transistors 5OS, wodurch dieser leitend ist. Ein zuia Transistor 508 parallel geschalteter Transistor 507 wird durch das Ausgangssignal niederer Spannung des !Comparators 8O6 im nicht· leitenden Zustand gehalten. Dadurch gelangt das Signal niederer Spannung der Erdleitung 766 auf die Leitung 735» die mit dem Schaltweg A-B des Schalters 721 gekoppelt ist, wodurch dieser Schaltweg geöffnet wird.

Im normalen Betriebszustand, d.h. wenn das Wechsel Stromeingangs signal seinen normalen Wert hat, sind der Schaltweg A-B geöffnet und die Schaltwege C-D und E-F geschlossen. Die geschlossenen und geöffneten Schaltwege dee

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bilateralen Schalters 721 bestimmen die Phasenbeziehungen zwischen dem Tfechselstromeingangssignal an den Klemmen 713 und 714» dem Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 111-112 und dem Ausgangssignal des Wechselrichters 730 auf der Primärwicklung 109-110. Wie bereits erwähnt, besitzt der Transformator eine Wicklung 126-127» welche mit dem Phasendetektor 719 verbunden ist. Der Operationsverstärker 818 des Phasendetektors 719 erzeugt ein Rechteckwellensignal, das in Phase mit der sinusförmigen Eingangswechselspannung an den Klemmen 713 und 714 ist. Dieses Rechteckwellensignal wird über die Leitung an den Schaltweg A-B des Schalters 721 angelegt. Wie oben erwähnt, ist der Schaltweg A-B bei normalem Betrieb, d.h. wenn die ganze Ausgangsleistung des Geräts von der kommerziellen Wechselstromquelle geliefert wird, geöffnet, so dass das in Phase mit dem Wechselstromsignal befindliche Rechteckwellensignal auf der Leitung 737 von den Steuerkreisen des Geräts abgeschaltet ist.

Die Phase des Ausgangssignals auf der Sekundärwicklung 111-112 wird durch den Phasendetektor 728 überwacht, der mit der Transformatorwicklung IO5-IO6 verbunden ist. Der Phasendetektor 728 enthält einen Operationsverstärker 808, der über die Widerstände 354 und 355 mit der Wicklung IO5-IO6 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 ist ein Rechteckwellensignal, dessen Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen des Rechteckwellensignals auf der Sekundärwicklung 111-112 koinzident sind, d.h. die beiden Signale sind gleichphasig. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 wird über die Y/'iderstände 353 und 345 an die Schaltwege C-D und E-I¹ des Schalters 721 angelegt. Diese beiden Schaltwege sind über den Verbindungspunkt 772 miteinander verbunden, so dass die Widerstände 353 und 345 parallel geschaltet sind. Die Widerstände 353 und 345 haben verschiedene Impedanzen, wobei diejenige des Widerstands 345 wesentlich höher ist als die des Widerstands 353. Der Widerstand 353 ist während des Uebergangs vom normalen Betrieb zum weiter unten beschriebenen Betrieb mit aufgeteilter Belastung abgeschaltet um Einschwingvorgänge während dieses Uebergangs zu begrenzen wenn die Phase des Wechselrichters 730 geändert wird.

Das Rechteckwellensignal des Phasendetektors 728 liegt über Leitung 755 an einem Oszillator 725» der das Schalten der Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 steuert. Das Rechteckwellensignal auf der Leitung 755 wird der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 359 und 36O im Rückkopplüngsweg des Operationsverstärkers 809 des Oszillators 725 zugeführt. Die Impedanz der Widerstände 359 und 360 ist gleich., so dass das Rechteckwellensignal auf der

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Leitung 755 gleichmässig zv/ischen dem nicht invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 809 aufgeteilt wird. Das Rechteckwellensignal bewirkt, dass der Oszillator 725 in Phase mit dem Signal auf der Sekundärwicklung 111-112 schwingt.

Der Ausgang des Oszillators 725 ist über Treibertransistoren 515 und 5I6 mit den beiden gegenphasig schaltenden Schaltvorrichtungen des Y/echselrichters 730 verbunden, die im Gegentakt arbeiten. Zur Erzielung des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters liegen Rückflussdioden im Nebenschluss zu den Schaltvorrichtungen. Wechselrichter dieser Art sind bekannt, so dass keine weitere Beschreibung nötig ist.

Y/ährend des Leerlauf betriebs, wenn der 7/echselrichter 730 in Phase mit dem Signal auf der Sekundärwicklung 111-112 schaltet nimmt der Wechselrichter keine Energie von der Gleichstromquelle auf und liefert keine Energie an die Sekundärwicklung 111-112. Der Strom, der während jeder Halbperiode durch eine Schaltvorrichtung fliesst, ist gleich und identisch mit dem Strom, der durch eine Rückflussdiode fliesst. Dadurch nimmt der Wechselrichter 730 keine Energie aus der an den Eingangskieminen 715 und JI6 liegenden Gleichstromquelle auf und liefert keine Energie an die Primärwicklung 109-110.

Mit der Eingangsklemme 716 ist eine Sperrdiode 747 verbunden, die das Fliessen eines Ladestroms zu der mit den Eingangsklemmen 715 und. 716 verbundenen Gleichstromquelle während des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters 730 verhindert. Die Sperrdiode 747 ist deswegen wirksam, da die gleichgerichtete Spannung der Primärwicklung IO9-IIO während des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters 730 etwas höher ist als die an den Eingangsklemmen 715 und 716 liegende Gleichspannung.

Die Steuer-und Bezugsspannungen zum Betrieb der Steuerkreise des Geräts werden vom Signal abgeleitet, das über der Transformatorwicklung 107-108 erzeugt wird. Diese Wicklung ist mit einer Gleichspannungsquelle 729 verbunden, die einen Brückengleichrichter 252 mit den Gleichrichterdioden 214, 215, 216 und 217 besitzt. Der Gleichrichter 252 erzeugt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Gleichspannung von angenähert I5 V aus der über der Wicklung 107-108 auftretenden Rechteckwellenspannung. Die Gleichspannung von 15 V wird über eine Leitung 742 einem linearen Regler 727 und einer Bezugsspannungsquelle 726 zugeführt. Der lineare Regler 727 erzeugt eine geregelte Spannung von 12 V auf der Ausgangsleitung 745» welche zum Liefern einer Vorspannung für die verschiedenen integrierten Steuerschaltungen dient» Die Be-

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zugs Spannungsquelle 726 liefert an die Ausgangsleitung 746 ein Signal von 6 V, welches als Bezugssignal für die Steuerkreise dient. Betrieb mit aufgeteilter Ausgangsbelastung.

Vi'enn die Eingangswechselspannung abgesunken ist, so dass die Weehselstromquelle nicht mehr die ganze benötigte Ausgangsleistung liefern kann, jedoch die Singangswechselspannung noch so hoch ist, dass die Wechselstroniquelle Leistung liefert, arbeitet das Gerät mit aufgeteilter Ausgangsbelastung, wobei sowohl die ^echselstromquelle an den Klemmen 713 und 7I4 ^al^s auch die Gleichstromquelle an den Klemmen 715 und 716 zur Lieferung der Ausgangsleistung herangezogen werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel tritt der Betrieb mit aufgeteilter Ausgangsleistung auf wenn die Eingangswechsel spannung kleiner als 216 V jedoch grosser als 175 Y ist» Dieser Spannungszustand wird vom Kiederspannungsdetektor 717 festgestellt.

Wenn die Eingangswechsel spannung auf einen Wert im vorstehend genannten Spannungsbereich abnimmt, nimmt auch die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters 25I entsprechend ab. Dieses gleichgerichtete Sinuswellensignal liegt an einem aus den Widerständen 340 und 341 bestehenden Spannungsteiler, so dass auch die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers zwischen den beiden Yfiderständen 340 und 341 entsprechend kleiner ist. Diese kleinere Spannung wird über einen Widerstand 342 dem nicht invertierenden Eingang des !Comparators 8l6 zugeführt. Der Komparator 8I6 ist über einen Widerstand 344 durch eine Bezugsspannung so vorgespannt, dass durch das Auftreten der genannten kleineren Spannung sein Ausgangssignal in den niederen Spannungszustand geschaltet -wird. Dieses Signal niederer Spannung gelangt über die Leitung 780 zum bilateralen Schalter 721 und öffnet den Schaltweg E-F.

Die niedere Ausgangsspannung des Komparators 8I6 liegt auch an einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 346 und 347· Die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers zwischen den Widerständen 34*> und 347 hält den Transistor 508 im nicht leitenden Zustand. Der Transistor 507 wird, wie erwähnt , durch die niedere Ausgangsspannung des Komparators 8O6 im nicht leitenden Zustand gehalten. Dadurch wird die hohe Spannung über den Widerstand 349 und die Leitung 735 an den Schalter 721 angelegt, wodurch der Schaltweg A-B dieses Schalters geschlossen wird.

Während des Betriebs mit aufgeteilter Ausgangsleistung sind die Schaltwege A-B und G-D geschlossen und der Schaltweg E-P offen, die Phase des

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EingangswechselstroEisignals wird durch den Phasendetektor 719 festgestellt. Der Operationsverstärker 818 liefert ein mit dem Ein-angswechselstrojnsignal in Phase befindliches Rechteckwellensignal über die Leitung 737, den Schaltweg A-B und den Widerstand 357 an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 808. Dadurch ist das sinuswellenförmige Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714· Dieses Sinuswellensignal wird über den Widerstand 353, den Schaltweg C-D und die Leitung 755 der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 359 und 360 des Rückkopplungsnetzwerks des Operationsverstärkers 809 des Oszillators 725 zugeführt. Dadurch ist das Sinuswellensignal am Ausgang des Operationsverstärkers 809 in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714· Dieses Sinuswellensignal wird an die Treibertransistoren 515 und 516 angelegt und von diesen an den Wechselrichter 730, welcher dadurch in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal schaltet.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass die Widerstände und 345 nicht mehr parallel geschaltet sind. Durch das Abschalten des Widerstands 345 vom Widerstand 353 kommt dessen höherer Widerstandswert zur Wirkung, wodurch der Phasenübergang der Schwingung des Oszillators 725 ^von der Phase des Ausgangssignals zur Phase des Eingangssignals verzögert wird. Diese gesteuerte Verzögerung des Phasenübergangs verhindert, dass unerwünschte Sinschwingsignale an die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 angelegt werden.

Die Fühleranordnung 7I8 zum Feststellen des Ausfalls der Wechselstromquelle ist so vorgespannt, dass ihr Verhalten bei normalem Betrieb und beim 3etrieb mit verteilter Ausgangsleistung gleich ist. Dadurch bleibt das Ausgangssignal des Komparators 8O6 im niederen Spannungszustand und hält den Transistor 505 weiterhin nicht leitend, so dass die über den Widerstand 352 und die Leitung 736 am Schalter 721 liegende Spannung den Schaltweg C-D dieses Schalters geschlossen hält. Der kontinuierliche Betrieb des Tores wird durch die an der Klemme 76I liegende Spannung gewährleistet, welche die Zenerdiode 224 erregt.
Betrieb bei Ausfall der Wechselstromquelle.

Wenn, der Spannungswert der an den Eingangsklemmen 7^-3 und 714 liegenden Eingangswechselspannung unter I75 V fällt liefert die Wechselstromquelle praktisch keine Leistung mehr an den Ausgang des Geräts. Ein solcher Ausfall

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kann durch einen Kurzschluss, eine Unterbrechung oder eine Fehlerimpedanz iia Wechselstromnetz auftreten. Die verringerte Eingangswechselspannung hat sofort eine verringerte Spitzenspannung der gleichgerichteten, sinusförmigen Ausgangsspannung des Gleichrichters 251 zur Folge, wodurch auch die Spannung auf der "Verbindungsleitung der "beiden Widerstände 301 und 302 entsprechend abnimmt. Diese Spannung reicht jetzt nicht mehr aus um das Ausgangssignal des !Comparators 801 im hohen Spannungszustand zu halten, so dass dieses Ausgangssignal den Zustand niederer Spannung annimmt, wodurch der Transistor 512 von jetzt an im nicht leitenden Zustand gehalten wird» Dadurch wird der Kondensator 4H über den Widerstand 335 ^auf etwa 12 V aufgeladen. Diese hohe Spannung gelangt zum Komparator 806 und schaltet dessen Ausgangs signal in den hohen Spannungszustand. Das Ausgangs signal hoher Spannung des Komparators 806 spannt über den Widerstand 336 den Transistor 505 in den gesättigten, leitenden Zustand vor, wodurch das Ausgangssignal der Fühleranordnung 718 auf der Leitung 736 den niederen Spannungszustand annimmt.

Die niedere Spannung auf der Leitung 736 gelangt zum Schalter 721 und öffnet den Schaltweg C-D dieses Schalters. Der Schaltw'eg E-I¹ im Schalter 721 wird durch den Niederspannungsdetektor 718 offen gehalten. Die verringerte Gleichspannung des Gleichrichters 251 gelangt auch zum Niederspannungsdetektor 717 und- wird über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 341 und. 340 an den nicht invertierenden Eingang des Komparators 8I6 dieses Detektors angelegt, wodurch auf der Ausgangsleitung 78O ein Ausgangssignal mit niederem Spannungszustand auftritt, welches bewirkt, dass der Schaltweg E-F im Schalter 721 im offenen Zustand bleibt.

Da die beiden Schaltwege C-D und E-F des Schalters 721 offen sind, ist der Oszillator 725 von den beiden Phasendetektoren 719 unä. 728 abgeschaltet und schwingt'frei mit angenähert 60 Hz.

Die verringerte Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters 251 wird auch zum Trennen der Wechselstromeingangsklemmen 713 und 714 von der Primärwicklung 101-102 verwendet. Diese Trennung wird durch das Schliessen des Tores 720 "bewirkt. Die niedere, gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangs spannung des Gleichrichters 251 bewirkt, dass die Fühleranordnung 7I8 den Ausfall der Wechselstromquelle anzeigt. Die dadurch am Ausgang des Komparators 8Ο6 auftretende hohe Spannung spannt den Transistor 5IO in den leitenden Zustand vor, so dass das Erdpotential der Leitung 766 an die Zenerdiode 224 gelegt wird. Dadurch fällt die Spannung an der Zenerdiode 224 unter den Wert der Zener-

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spannung, so dass die Zenerdiode 224 nicht leitend wird, wodurch der Stromfluss zur lichtemittierenden Diode 503 gesperrt wird. Dadurch gelangen keine Lichtsignale mehr zu den Photonendetektoren der Siliziumgleichrichter 501 und 502, wodurch das Tor 720 die Verbindung zur Primärwicklung 101-102 unterbricht.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass bei Ausfall der Wechselstromquelle der liiederspannungsdetektor 717 und die Fühleranordnung die WechselstroflKiuelle von der Primärwicklung 101-102 abschaltet und alle Leitungswege, welche die Phasendetektoren 719 und 728 mit dem Oszillator 725 verbinden, unterbrechen, so dass der den Wechselrichter 730 steuernde Oszillator 725 frei laufen kann.

Wenn wieder ein ausreichend grosses Eingangswechselstromsignal an den Eingangsklemmen 713 und 714 auftritt muss der Oszillator 725 wieder mit dem Eingangswechselstromsignal derart synchronisiert werden, dass sich ein glatter und stetiger Uebergang von einer Stromquelle auf die andere ergibt. Die Zunahme des Eingangswechselstromsignals wird von der Wicklung 124-125 des Transformators 120 abgefühlt, wodurch die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters 25I wieder ihren normalen hohen Tiert annimmt« Dadurch nimmt auch die Spannung am aus den Widerständen 301 und 302 bestehenden Spannungsteiler zu, so dass das Ausgangssignal des Komparators 801 bei jeder Halbperiode in den hohen Spannungszustand geschaltet wird. Dies hat zur Folge, dass das Ausgangssignal des Komparators 8O6 in den niederen Spannungszustand geschaltet wird, wodurch der Transistor 507 nicht leitend wird. Der Transistor 5O8 wird durch das Ausgangssignal niederer Spannung des Komparators 8I6 in den nicht leitenden Zustand gebracht. Durch den nicht leitenden Zustand der Transistoren 507 und 508 wird ein Ausgangs signal hoher Spannung über den Widerstand 349 und die Leitung 735 an den Schalter 721 angelegt. Dadurch wird der Schaltweg A-B geschlossen und der Ausgang des Operationsverstärkers 818 des Phasendetektors 719 iait dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 808 des Phasendetektors 728 verbunden.

Das Ausgangssignal niederer Spannung des Komparators 8O6 bringt den Transistor 505 in den nicht leitenden Zustand, so dass über die Leitung 736 eine hohe Spannung an den Schalter 721 angelegt und dessen Schaltweg C-D geschlossen wird. Dadurch wird ein in Phase mit dem Eingangswechselstroinsignal · an den Klemmen 713 und 714 befindliches Rechteckwellensignal über die Leitung 755 an den Oszillator 725 angelegt, so dass dieser in Phase mit dem Eingangswechselstromsignal schwingt·

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Durch das Auftreten des Ausgangssignals niederer Spannung des !Comparators 806 wird der Kondensator 412 langsam entladen und dadurch der Transistor 510 langsam in den nicht leitenden Zustand gebracht, wodurch die Zenerdiode 224 leitend wird und die lichtemittierende Diode 503 im Tor 720 erregt. Dadurch werden die beiden Siliziumgleichrichter wieder bei jeder Halbperiode getriggert, so dass das Eingangswechselstromsignat zur Primärwicklung 101-102 gelangen kann. Je nach der Grosse der an den Eingangsklemmen 713 und 714 liegenden Wechselspannung arbeitet dann das Gerät entweder normal oder mit aufgteilter Ausgangsbelastung.

Infolge der gegebenen Eigenschaften der integrierten Schaltkreise, arbeiten diese nicht mehr zuverlässig nenn sie mit su niederer Spannung betrieben werden. Beispielsweise kann eine niedere Spannung an äen Gleichstromeingängen 715 ttncL 716 und an der Wicklung 107-108 ein unregelmässiges Arbeiten der Steuerkreise und des Oszillators bewirken, wodurch die Schaltvorrichtungen im Wechselrichter 730 beschädigt werden können. La die Spannung über der Wicklung 107-108 bei Betriebsbeginn nieder ist, werden die Steuerspannungen zu Betriebsbeginn von der Eingangsgleichspannung an den Klemmen 715 ^Ώ-Ί 716 abgeleitet bis die Spannung über der Wicklung 107-108 auf einen Minimalwert zugenommen hat. Die Eingangsgleichspannung an der Klemme 715 wird über die Leitung 739 an einen Serieregelungskreis 722 angelegt, der einen Serieregelungstransistor 5H uncl eine Bezugsspannungsdiode 210 "besitzt. Dieser lineare Regler erzeugt in Abhängigkeit von der angelegten Spannung eine geregeltes I5 ToIt Signal am Emitter des Transistors 511· Dieses 15 Volt Signal wird an eine Bezugsspanaungsquelle 726, die ein 6 Volt Bezugssignal liefert und an einen linearen Regler 727, der eine 12 Volt Steuerspannung liefert,- angelegt. Wenn die Spannung auf der Wicklung 107-108 den normalen Betriebswert erreicht, wird der Transistor 5II durch die Gleichspannung des Gleichrichters 252 auf der Leitung 742 in Sperrichtung vorgespannt und dann die Steuerspannungen von der Gleichspannungsquelle 729 abgeleitet»

Die Eingangsklemmen 715 und 716 sind über ein Gleichstromfilter 723 und einen IJiederspannungsabschaltkreis 724 mit dem Wechselrichter 730 verbunden. Der Abschaltkreis 724 enthält einen aus den Widerständen 315 und 316 bestehenden Spannungsteiler, der im nebenschluss zum Filter 7²3 liegt. Die gefilterte Eingangsgleichspannung gelangt über den Abgriff zwischen den Y«^riderständen 315 und 316 und den Widerstand 317 zum nicht invertierenden Eingang

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des Komparators 811. Bei Eingangsgleichspannungen von kleiner als 40 T nimmt das Ausgangs signal des Komparators 811 den niederen Spannungszustand an» Diese niedere Spannung genügt nicht um die Zenerdiode 209 in den leitenden Zustand zu bringen, so dass derTransistor 504 nicht leitend vorgespannt ist. Die Eingangsgleichspannung auf der Leitung 739 liegt über die Widerstände 322 und 323 am Transistor 506 und ist so gross, dass dieser in den leitenden Zustand gebracht wird. Da der Transistor 5O6 leitend ist, sind die beiden zum Kollektor diesee Transistors parallel geschalteten Dioden 212 und 213 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Anoden der Dioden 212 und 213 sind über die beiden Leitungen 743 und 744 init Haltekrei3en im Wechselrichter 730 verbunden, welche den Betrieb der Schaltvorrichtungen des Wechselrichters verhindern.

So lange die Dioden 212 und 213 in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, . ist der Betrieb des Wechselrichters 730 gesperrt. Wenn die an den Klemmen 715 und 7I6 liegende Eingangsgleichspannung grosser als 40 V wird, wird das Ausgangssignal des Komparators 811 in den hohen Spannungszustand geschaltet. Dieses Ausgangs signal hoher Spannung bewirkt den Zenerdurchbruch der Zenerdiode 209, wodurch der Transistor 504 so vorgespannt wird, dass er den gesättigten,, leitenden Zustand annimmt. Der leitende Transistor 504 leitet Strom von der Basis des Transistors 506 ab, wodurch dieser gesperrt wird. Dadurch werden die Dioden 212 und 213 in. Rückwärtsrichtung vorgespannt, so dass jetzt die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 in Abhängigkeit vom Oszillator 725 normal arbeiten und Leistung an die Last liefern.

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Claims

Patentanspruches

Gerät zur unterbrechungssicheren Versorgung einer Last mit elektrischer Leistung mit einem Leistungskopplungsmittel_fdas erste und zweite Leistungseingangsmittel sowie Leistungsausgangsmittel umfasst, einem Fühlermittel zum Ueberwachen einer charakteristischen Grosse an den ersten Eingangsmitteln und zum Feststellen mindestens eines ersten und eines zweiten Zustande der Grosse, einem mit den zweiten Eingangsmitteln gekoppelten Mittel, zum Erzeugen eines periodischen Signals und Mitteln zum selektivenSteuern der Leistungsübertragung von den ersten und zweiten Eingangsmitteln zu den Ausgangsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung eine Anordnung umfassen, in der das Mittel (25) zum Erzeugen, eines periodischen Signals auf das Fühlermittel (17) anspricht, so dass die Phase des periodischen Signals beim ersten Zustand mit der Phase eines Signals auf den Ausgangsmitteln (11-12) und beim zweiten Zustand mit der Phase eines Signals auf den ersten Singangsmitteln (13-14) ausgerichtet ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das3 das Fühlermittel (17) ein Amplitudenabfühlmittel (816) aufweist, wobei der erste festzustellende Zustand eine normale Amplitude und der zweite festzustellende Zustand eine Amplitude kleiner als die normale Amplitude ist, und dass die Mittel zum selektiven Steuern der Leistungsübertragung einen ersten Phasendetektor (28) zum Feststellen der Phase eines Signals an den Ausgangsmitteln (11-12) und einen zweiten Phasendetektor (I9) zum Feststellen der Phase eines Signals auf den ersten Eingangsmitteln (13-14) umfassen und dass die genannte Anordnung ein Schaltmittel (21) umfasst, das auf das Federmittel (I7) anspricht um beim Vorhandensein der normalen Amplitude den ersten Phasendetektor (28) und beim Vorhandensein der kleineren Amplitude den zweiten Phasendetektor (19) an das Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals zu koppeln.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Phasendetektor (28) über eine erste Impedanz (345) und eine zweite Impedanz (353) an einen ersten Schaltweg und an einen zu diesem parallel geschalteten zweiten Schaltweg des Schaltmittels (21) gekoppelt ist, wobei die erste Impedanz (345) wesentlich grosser ist als die zweite Impedanz (353) und dass das Schaltmittel (21) beim zweiten Zustand den zweiten Schaltweg unterbricht, so dass die Ausgangsimpedanz des ersten Phasendetektors (28) vergrössert wird und den

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Ausgang des zweiten Phasendetektors (19) mit dem Eingang des ersten Phasendetektors (28) koppelt, so dass dieser in Phase mit dem ersten Phasendetektor arbeitet,
4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlermittel (17) ein Mittel (18) zum Feststellen eines weiteren Zustands der charakterisitischen Grosse auf den ersten Eingangsmitteln (13-I4) umfasst und dass daa Schaltmittel (21) auf das Mittel (18) zum Peststellen eines weiteren Zustands anspricht um beim weiteren Zustand den ersten Phasendetektor (28) und den zweiten Phasendetektor (I9) vom Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals zu trennen» ■
5· Gerät nach Ansprach 4» dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Eingangs» mittel (13-14) mit einem Signaltor (20) verbunden sind, das auf das Mittel (18) zum Peststellen eines weiteren Zustands anspricht um die ersten Eingangs-' mittel (13-I4) beim Auftreten des weiteren Zustands vom Leistungskoppluogsmittel (56) zu trennen»
6. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Tor (720) eine erste Schaltvorrichtung (501) und eine antiparallel zu dieser geschaltete zweite Schaltvorrichtung (502) umfasst sowie ein mit den ersten Eingangsmitteln verbundenes Mittel (503)» welches auf ein Wechselstromsignal auf den ersten Eingangsmitteln anspricht um die beiden Schaltvorrichtungen (501,502) zu aktivieren.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass daa Leistungskopplungsmittel (56) Isolationsmittel (50-53) umfasst um den Stroatfluss zwischen den ersten und zweiten Eingangsmitteln (13—14» 15-16) zu vermindern.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungskopplungs« mittel (56) einen Transformator umfasst und die Isolationsmittel magnetische Nebenschlüsse (50-53) mit hoher Reluktanz zwischen den ersten und zweiten Eingangsmitteln sind.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen mit den zweiten Eingangsmitteln gekoppelten Wechselrichter (30), welcher vom Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals getrieben wird.

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10. Gerät nach den Ansprüchen 2 und S₉ dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (25) zum Erzeugen eines periodischen Signals eines Operationsverstärker (809) mit einem Spannungsteiler aufweist, der zwei gleiche Impedanzen (359»36O) umfasst ι die in Serie geschaltet sind und den Ausgang des Operationsverstärkers (8O9) mit dessen nicht invertierenden Eingang verbinden und dass der Abgriff des Spannungsteilers sswischen den beiden gleichen. Impedanzen (359,3£>0j mit dem Ausgang des Sohaltmitteis (21) verbunden ist·-
11» Gerät nach eineaa der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungskopplungsmittel siren ferroresonanten. Transformator (5») mit geregeltem Ausgang umfasste
12. Gerät nach Anspruch 11» dadurch gekennzeichnet,, dass der ferroresonant β Transformator (56) eine mit den ersten Eingaagsmitteln (13, 14) gekoppelte erste Primärwicklung (1-2), eine .mit den zweiten Eingangsmitteln. (15-16) gekoppelte zweite Primärwicklung (9-IO) und eine Sekundärwicklung (11-12) aufweist j dass die genannten Wicklungen in der Reihenfolge erste Primärwicklung, Sekundärwicklung und zweite Primärwicklung auf einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind und dass die Isolationsmittel zum Isolieren der ersten und zweiten Eingangsmittel voneinander erste magnetische Nebenschlüsse (50 »52) - hoher Eeltsktanz, die zwischen der ersten Primärwicklung -und der Sekundärwicklung angeordnet sind und zweite magnetische Nebenschlüsse. (51 »53), die zwischen der zweiten Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet sind, umfassen.
13» Gerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch: gekennzeichnet, dass der Transformator einen gesättigten Eisenkern, eine erste Primärwicklung (l-2), eine zweite Primärwicklung (9-I0), eine Sekundärwicklung (52-53), eine ferroresonante Wicklung (3-4) und eine Phasenüberwachungswicklung (5-6) aufweist und dass der erste Phasendetektor (28) mit der Phasenüberwachungswicklung (5-6) verbunden ist.
14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (56) eine Torspannungswicklung (7-8) umfasst, dass an diese Vbrspannungswicklung ein Gleichrichter (729) zum Erzeugen eines Gleichstromsignals aus der von dieser Wicklung gelieferten Spannung angeschlossen ist, dass an die zweiten Eingangsmittel (15-I6) ein Spannungsregler (22) gekoppelt ist und dass ein lineares Regelmittel (27) mit dem Gleichrichter (729) und dem Spannungsregler (22) zum Ableiten von Vorspannungssignalen gekoppelt ist, wobei der

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Spannungsregler Je nach, der Grosse eines Signals ξσι einem Ausgang des Gieichriohters (729) aktiv oder nicht aktiv ist.

1>. Gerät nach den Unteransprtlehen 9 uncL 13 oder 9 und 14» gekennzeioimei duroh einen axt den zweites Eingangssiitteln (715-71^) gekoppelten iiieaerspannungsdetekfcor (?24), der den Betrieb des Wechselrichters sperrt wenn die Spannung an den zweiten Eingangsmitteln unter einen bestimmten Betriebsspannungsschwellemrert fällt.

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