DE2706395B2 - Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage mit einem Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage mit einem Wechselrichter für wechselweisen Bereitschaftsbetrieb oder Lastbetrieb, der einen Leistungsteil mit gesteuerten Hauptventilen und eine Steuereinrichtung mit einem Steuersatz zur Bildung von Zündimpulsen aufweist und dem eine mi Überwachungseinrichtung für ein Wechsel- oder Drehspannungsnetz zur Bildung eines Startbefehls zugeordnet ist.

Derartige Wechselrichter werden beispielsweise in gesicherten Stromversorgungsanlagen oder zur Stiit- t>> zung von schwachen Netzen oder zur Speisung von Stromrichterantrieben eingesetzt.

Bei gesicherten Stromversorgungsanlagen kann der Wechselrichter entweder im unterbrechungsfreien Dauerbetrieb oder im Umschaltbetrieb zwischen Bereitschaftsbetrieb und Lastbetrieb betrieben werden. Bei einer völlig unterbrechungsfreien Stromversorgung wird der Verbraucher ständig von einem im Dauerbetrieb arbeitenden Wechseirichter gespeist, der über eine Batterie und einen Ladegleichrichter an einem Wechseloder Drehspannungsnetz liegt Bei einem Ausfall des Netzes läuft die Stromversorgung ohne Unterbrechung weiter. Der Gleichrichter muß zum gleichzeitigen Aufladen der Batterie und zum Speisen des Wechelrichters ausgelegt sein. Durch die ständige zweimalige Energieumformung ist der Wirkungsgrad derartiger unterbrechungsfreier Stromversorgungsanlagen unbefriedigend.

Bei anderen bekannten gesicherten Stromversorgungsanlagen erfolgt die Speisung des Verbrauchers im Normalbetrieb aus dein Netz. Bei einem Netzausfall wird ein Wechselrichter auf Leistungsabgabe gebracht und der Verbraucher wird auf den Wechselrichter umgeschaltet Das Ladegerät braucht nur für die Aufladung der Batterie bemessen zu sein. Da im Normalbetrieb keine Energieumformung stattfindet, sind die Verluste wesentlich geringer als bei einer Sofonbereitschaftsanlage mit im Dauerbetrieb arbeitendem Wechselrichter. Die im Normalbetrieb noch immer auftretenden Verluste sind davon abhängig, welche Art von Bereitschaftsbetrieb für den Wechselrichtei gewählt wird.

Der Wechselrichter kann im Bereitschaftsbetrieb im »Leerlauf« betrieben werden. Dabei ist seine Steuereinrichtung voll in Betrieb. Die gesteuerten Halbleiterventile des Wechselrichters werden mit Zündimpulsen angesteuert Es finden die üblichen Kommutierungsvorgänge statt. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters ist jedoch abgeschaltet Dabei entstehen durch die Kommutierungsvorgänge ständig Verluste und Geräusche im Leistungsteil des Wechselrichters, insbesondere in Transformatoren und Drosseln. Weitere Verluste entstehen bei der Informationsverarbeitung in der Steuerungseinrichtung und bei der Erzeugung der Zündimpulse.

Es sind auch Wechselrichter bekannt, bei denen in der Bereitschaftsstellung lediglich die Steuereinrichtung in Betrieb ist und Zündsteuersignale erzeugt. Die Weitergabe der Zündsteuersignale an die Halbleiterventile des Wechselrichters ist jedoch gesperrt. Bei einem Startbefehl werden die Zündsteuersignale auf die Halbleiterventile durchgeschaltet. Im Bereitschaftsbetrieb fallen keine Kommutierungsverluste an. Die Verluste durch die ständig arbeitende Steuereinrichtung sind gering. Sie können noch weiter verringert werden, wenn die Sperrung der Zündsteuersignale im Bereitschaftsbetrieb vor den Impulsendstufen des Steuersatzes erfolgt Dann arbeitet im Bereitschaftsbetrieb lediglich die Informationsverarbeitung in der Steuereinrichtung (DE-OS 24 62 323).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ur.terbrechungsfreie Stromversorgungsanlage mit einem Wechselrichter für wechselweisen Bereitschaftsbetrieb oder Lastbetrieb zu schaffen, die äußerst geringe Verluste im Bereitschaftsbetrieb aufweist und deren Wechselrichter sehr schnell auf Leistungsabgabe gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine im Bereitschaftsbetrieb arbeitende Startsteuerschaltung, die eingangsseitig mit einem Meßsignal der überwachten Netzspannung beaufschlagt ist und die

einen Speicher für einen Parameter der Netzspannung im Störungsaugenblick enthält und die bei einem Startbefehl den Steuersatz zur Abgabe von Zündimpulsen an die gesteuerten Ventile des Wechselrichters veranlaßt derart, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters mit dem gespeicherten Parameter der Netzspannung im Störungsaugenblick beginnt. Als gespeicherte Parameter der Netzspannung können Phasenlage, Amplitude und Frequenz verwendet sein.

Die erfindungsgemäße unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage ermöglicht eine äußerst schnelle Inbetriebnahme des Wechselrichters. Im Bereitschaftsbetrieb arbeiten lediglich die Überwachungseinrichtung und die Startsteuerschaltung. Der Leistungsteil des Wechselrichters ist jedoch stillgesetzt Die Steuerelektronik des Wechselrichters ist nicht an ihre Versorgungsspannung angeschlossen. Bei einer unzulässigen Abweichung der überwachten Netzspannung werden die Steuerelektronik und der Leistungsteil des Wechselrichters derart in Betrieb gesetzt, daß die Wechselrichter-Ausgangsspannung mit dem gespeicherten Parameter der Netzspannung im Störungsaugenblick beginnt, vorzugsweise mit der gespeicherten Phasenlage.

Beim Wechselrichter in der erfindungsgemäßen Stromversorgungsanlage arbeiten somit im Bereitschaftsbetrieb lediglich die Überwachungseinrichtung und die Startsteuerlogik. Diese Einrichtungen weisen eine äußerst geringe Leistungsaufnahme auf. Der Leistungsteil des Wechselrichters liegt zwar an der Eingangsspannung; es entsteht jedoch kein Stromverbrauch, da die Halbleiterventile nicht angesteuert sind. Bei Wechselrichtern, deren Kommutierungseinrichiungen von der Eingangsgleichspannung abhängig sind, ist der Leistungsteil sofort startbereit. Bei Wechselrichtern, deren Kommutierungseinrichtungen vom Laststrom abhängig sind, wird zweckmäßigerweise eine Vorladung der Kommutierungskreise vorgenommen, wie sie beschrieben ist in den deutschen Offenlegungsschriften

24 50 127, 25 30 465, 25 34 102, 24 46 335, 24 46 390,

25 36 195 und 24 46 389. Derartige bekannte Vorladeeinrichtungen für die Kommutierungskreise weisen im Bereitschaftsbetrieb ebenfalls nur einen geringen Energieverbrauch auf. Die erforderlichen Schalteinrichtungen werden zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß im Bereitschaftsbetrieb kein Stromverbrauch auftritt. Man kann hierzu Schalteinrichtungen mit Remanenzverhalten wählen oder die Schaltmittel so aufbauen, daß sich im Bereitschaftsbetrieb die Schaltgeräte im nichterregten bzw. abgefallenen Zustand befinden.

Bei einem Startbefehl wird die Steuereinrichtung des Wechselrichters an ihre Versorgungsspannung geschaltet. Der von der Startsteuerschaltung beeinflußte Steuersatz erzeugt sofort Zündimpulse derart, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters mit den gleichen Parametern beginnt, die die Netzspannung im Augenblick der Störung aufwies. Dadurch entstehen weder Spannungs- noch Phasensprünge am Verbraucher. Die Inbetriebnahme des Wechselrichters erfolgt derart schnell, daß der Verbraucher praktisch unte/orechungsfrei gespeist wird.

Zur Erfassung der Parameter der Netzspannung und zur Speicherung im Störungsaugenblick können analog oder digitale Mittel eingesetzt werden. Als analoge Speichermittel sind insbesondere Kondensatoren oder Haltekreise (sample & hold-Schaltkreise) geeignet. Als binäre oder digitale Speicher können Kernspeicher, Halbleiterspeicher, Plasma-Brennstrecken, Glimmlampen oder Kaltkathodenventile eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung kann insbesondere eingesetzt werden, um einen Wechselrichter phasenrichtig zum überwachten Netz zu starten. Hierzu wird die Phasenlage der Netzspannung überwacht und bei einer Störung gespeichert Die Ausgangsspannung de£ Wechselrichters beginnt mit der gespeicherten Phasenlage der Netzspannung im Störungsaugenblick. Die Phasenlage der Netzspannung kann mit Phasenwinkelmeßeinrichtungen erfaßt werden, die auf analogen,

ίο binären oder digitalen Arbeitsprinzipien beruhen. Bei einer besonders vorteilhaften Möglichkeit ist ein Zähler vorgesehen, der von den NuUdurchgängen der überwachten Netzspannung getriggert wird, bzw. von einer aus der überwachten Netzspannung abgeleiteten Größe, wie derer. Differentialquotienten oder deren Zeitintegral.

Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter kann insbesondere in gesicherten Stromversorgungsanlagen eingesetzt werden. Ein weiterer Anwendungsfall liegt bei der Stützung von schwachen Netzen vor, wobei zur Steuerung des Energieflusses beispielsweise Längs- und/oder Quertransformatoren vorgesehen sein können. Auch in diesem Anwendungsfall kommt es darauf an, daß der Wechselrichter möglichst rasch eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Parameter mit der überwachten Netzspannung übereinstimmen. Ein weiterer Anwendungsfall für einen erfindungsgemäßen Wechselrichter besteht in der Speisung von elektromotorischen Antrieben. Es gibt Anwendungsfälle, beispielsweise bei Antrieben für Glasziehmaschinen, bei denen ein normaler Drehstrommotor mit hochkonstanter Drehzahl gefahren werden muß. Die Einspeisung des Antriebs muß daher von Einbrüchen der Netzspannung freigehalten werden.

J5 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine gesicherte Stromversorgungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Wechselrichter,

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild einer mit analogen Mitteln arbeitenden Startsteuerschaltung,

F i g. 3 eine prinzipielle Darstellung einer durch die Startsteuerschaltung vorgenommenen Zuschaltung der Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung des Wechselrichters,

Fig.4 ein Prinzipschaltbild einer mit digitalen Mitteln arbeitenden Startsteuerschaltung.

Andererseits gibt es jedoch auch Anwendungsfälle, bei denen selbst Unterbrechungen, die in der Umschaltzeit von Schützen liegen, nicht zulässig sind. In diesen Fällen kann eine Unterbrechung der Einspeisung am Verbraucher dadurch vermieden werden, daß das Filter während des Umschaltvorganges Energie an den Verbraucher liefert. Bei geeigneter Dimensionierung der Elemente des Filters — gegebenenfalls unter Einbezug energiespeichernder Elemente im Verbraucher selbst, beispielsweise Impedanzen — läßt sich die Versorgung des Verbrauchers so gewährleisten, daß die für ihn zulässigen Spannungsabweichungen eingehalten

ι·· werden. Als Filter 2 kann insbesondere ein Bandfilter verwendet werden, das üblicherweise einem Wechselrichter zur Siebung seiner rechteckförmigen Ausgangsspannung nachgeschaltet ist, um eine sinusförmige Spannung zu erhalten. Das Filter 2 stellt somit keinen zusätzlichen Aufwand dar. Durch seine Anordnung zwischen den Schalteinrichtungen und dem Verbraucher ist das Filter 2 dem Verbraucher 1 stets vorgeschaltet. Im Normalbetrieb dämpft es die nieder-

und hochfrequenten Störungen der Netzspannung. Beim Umschaltvorgang vom Normalbetrieb zum Notstrombetrieb und zurück zum Notstrombetrieb wirkt das Filter als kurzzeitiger Energiespeicher. Beim Notbetrieb über den Wechselrichter siebt es dessen Ausgangsspannung. Da sich diese Forderungen nicht widersprechen, ist eine geeignete Dimensionierung der Elemente des Filters möglich.

Wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird, kann der Wechselrichter 5 in einer sehr kurzen Zeit gestartet und auf Leistungsabgabe gebracht werden. Man kann daher vorteilhaft als Netzschalter 3 einen schnellöffnenden Schalter vorsehen. Eine derartige schnelle Schalteinrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung P 25 32 593.3 beschrieben. Es ist jedoch insbesondere auch möglich, als Netzschalter 3 bzw. als Wechseirichterschaiter 6 Halbleiterschalter vorzusehen, die beispielsweise mit Thyristoren, Triacs oder Ignitrons bestückt sind.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinrichtung 10 mit einer mit analogen Spannungen arbeitenden Startsteuerschaltung. Eingangsseitig ist der Spannungs- und Synchronisierabgriff 11 angeschlossen. Der Spannungsmeßwert beaufschlagt eine Spannungsüberwachungseinrichtung 12, die beispielsweise mit Grenzwertmeldern aufgebaut sein kann, deren Ansprechwerte den zulässigen Spannungsschwankungen für den Verbraucher entsprechen. Es ist insbesondere auch möglich, eine Spannungsüberwachungseinrichtung gemäß der deutschen Patentanmeldung 26 37 397.7 vorzusehen, mit der unzulässige Abweichungen der Netzspannung sehr rasch erkannt und in ein entsprechendes Signal umgesetzt werden können. Es ist weiterhin möglich, eine Spannungsüberwachungseinrichtung vorzusehen, die bei unzulässigen Abweichungen der Frequenz der überwachten Netzes anspricht oder die bei Sprüngen in der Phasenlage der Netzspannung entspricht. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 12 erzeugt Stellbefehle für den Netzschalter 3 und den Wechselrichterschalter 6. Geeignete Überwachungseinrichtungen sind in den deutschen Offenlegungsschriften 24 48 427 und 25 40 539 beschrieben. Für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist lediglich von Bedeutung, daß die Spannungsüberwachungseinrichtung 12 an ihrer Ausgangsklemme b ein Störungssignal erzeugt

Die vom Spannungs und Synchronisierabgriff 11 abgegriffene Meßspannung stellt ein Synchronisiersignal dar, das einem ersten Integrator 15 bis 18 und einem zweiten Integrator 21 bis 24 zugeführt wird. Der erste Integrator enthält einen Operationsverstärker 15, dessen Rückführung mit einem Kondensator 16 beschaltet ist Dem Kondensator 16 liegt ein hochohmiger Widerstand 17 zur Stabilisierung parallel. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 ist mit einem Symmetrierwiderstand 18 gegen Masse geschaltet Zwischen den beiden an den invertierenden Eingang in Serie angeschlossenen Eingangswiderstände 13a, 136 ist ein elektronischer Schalter 19 angeschlossen, der beispielsweise als FET-Transistor ausgebildet sein kann. Die Steuerstrecke des elektronischen Schalters 19 ist mit der Ausgangsklemme b der Spannungsüberwachungseinrichtung 12 verbunden. Ein Störungssignal der Spannungsüberwachungseinrichtung 12 steuert den Schalter 19 durchlässig und schließt damit die Eingangsspannung für den ersten Integrator kurz. Der erste Integrator behält dann seinen augenblicklichen Spannungswert bei.

Der zweite Integrator ist in gleicher Weise aus einen Operationsverstärker 21 und einem Rückkopplungs kondensator 22, sowie den hochohmigen Widerständer 23 und 24 und einer Serienschaltung von Eingangs widerständen 20a, 20b aufgebaut. Zwischen den beider Eingangswiderständen 20a, 20i> ist ein weiterer elektronischer Schalter 14 angeschlossen, der beispielsweise ebenfalls als FET-Transistor ausgebildet sein kann. Die Steuerstrecke des weiteren elektronischen Schalters 14 ist ebenfalls mit der Ausgangsklemme b der Spannungs überwachungseinrichtung 12 verbunden. Ein Störungssignal steuert den Schalter 14 durchlässig und schließi damit die Eingangsspannung für den zweiten lntegratoi kurz. Der zweite Integrator behält dann seiner augenblicklichen Spannungswert bei.

Der Ausgang des zweiten Integrators ist über einer elektronischen Schalter 25, beispielsweise wiederum einen FET-Transistor, an die Klemme a geführt. Di« Steuerstrecke des elektronischen Schalters 25 ist mit dei Ausgangsklemme b der Spannungsüberwachungsein richtung 12 verbunden. Bei einem Störungssignal wire der Schalter 25 durchlässig gesteuert. Die Klemme a dei Überwachungseinrichtung 10 ist im Steuersatz de; Wechselrichters mit dem zeitbestimmenden Kondensa tor 26 des Oszillators 27 im Steuersatz des Wechselrich ters verbunden.

Wenn sich im Normalbetrieb der Wechselrichter ir der Bereitschaftsstellung befindet, steht am Eingang de; ersten Integrators ein vom Netz 4 abgegriffene:

sinusförmiges Synchronisiersignal an. Der erste Integra tor bildet hieraus ein inverses Kosinussignal, das von zweiten Integrator wiederum in ein Sinussigna umgeformt wird. Bei einem Störungssignal von dei Spannungsüberwachungseinrichtung 12 werden die

J5 Eingangsspannungen der beiden Integratoren kurzge schlossen. Beide Integratoren behalten ihre momenta nen Ausgangsspannungen bei. Der erste lntegratoi speichert das Zeitintegral des Synchronisiersignals, da! bei sinusförmigen Größen zugleich den Differentialquo tienten und damit den Änderungssinn angibt Der zweite Integrator speichert die Amplitude und die Phasenlage des Synchronisiersignals im Augenblick der Störung Die Ausgangsspannung des zweiten Integrators unc damit die gespeicherte Information über Amplitude unc

•»5 Phasenlage des Netzes bei der Störung wird über der durchlässig gesteuerten Schalter 25 auf den zeitbestimmenden Kondensator 26 des Oszillators 27 irr Steuersatz gegeben. Wenn der Operationsverstärker 21 des zweiten Integrators einen sehr hohen Ausgangs-

so strom, beispielsweise IA, zu treiben vermag, wird der zeitbestimmende Kondensator 26 des Oszillators 27 sehr schnell auf die Ausgangsspannung des zweiten Integrators aufgeladen. Die Aufladung kann in einei Zeit erfolgen, die im Verhältnis zu einer Periodendauei der Netzspannung sehr klein ist

Wie später noch näher erläutert wird, wird voir Störungssignal die gesamte Steuereinrichtung de; Wechselrichters an ihre Versorgungsspannung geschaltet Der Oszillator 27 des Steuersatzes beginnt zu arbeiten. Die Richtung der Schwingung des Oszillator« 27 wird vom Differentialquotienten des Synchronisiersignals bestimmt Hierzu ist die Ausgangsspannung de: ersten Integrators 15 bis 18 einem Polaritätsdetektor X zugeführt, dessen Ausgangssignal sich entsprechend dei

fc' Polarität des Zeitintegrals des Synchronisiersignal! ändert Das Ausgangssignal des Polaritätsdetektors 2S wird über eine logische Schaltung 28 auf den Oszillatoi 27 durchgeschaltet Die logische Schaltung 28 enthäli

ein Invertierglied und zwei Dynamikglieder, die vom Störungssignal an der Klemme b der Spannungsüberwachungseinrichtung 12 durchlässig gesteuert werden.

Fig.3 zeigt schematisch die Zuschaltung der Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung 8 bei einem Störungssignal. Die Steuereinrichtung 8 ist über einen Versorgungsspannungsregler 30 an die gleiche Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen, an der auch der Wechselrichter liegt Der Versorgungsspannungsregler 30 ist zur Stabilisierung der Speisespannung der Steuerelektronik vorgesehen.

In den SteueranschluD des Versorgungsspannungsreglers 30 ist ein elektronischer Schalter 31 eingeschaltet, beispielsweise ein Transistor, dessen Steuerelektrode über einen Eingangswiderstand mit der Ausgangs- is klemme b der Spannungsüberwachungseinrichtung 12 verbunden ist Sobald die Spsnnungsubervvachungseinrichtung an ihrer Klemme b ein Störungssignal erzeugt, wird der Schalter 31 stromdurchlässig gesteuert Der Versorgungsspannungsregler 30 wird angesteuert und legt eine geregelte Versorgungsspannung an die Steuereinrichtung 8.

Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinrichtung 40 mit einer mit digitalen Mitteln arbeitenden Startsteuerschaltung. Die Uberwachungseinrichtung 40 ist eingangsseitig wiederum an den Spannungs- und Synchronisierabgriff 11 für das überwachte Netz angeschlossen. Die Meßspannung wird einer Spannungsüberwachungseinrichtung 32 zugeführt die auf unzulässige Abweichungen der Amplitude und/oder der Frequenz und/oder der Phase des überwachten Netzes anspricht und Stellsignale für den Netzschalter 3 und den Wechselrichterschalter 6 erzeugt Für die Beschreibung dieses Ausführungsbeispieles sei angenommen, daß die Spannungsüberwa- übungseinrichtung 32 ein logisches //-Signal erzeugt wenn die überwachte Netzspannung gesund ist Bei einer Netzstörung ändert sich ihr Ausgangssignal in ein L-Signal. Das Ausgangssignal der Spannungsüberwachungseinrichtung 32 wird in einer Umkehrstufe 36 invertiert und steht wiederum an der Klemme b zur Zuschaltung der Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung 8 zur Verfügung, wie zu Fig.3 bereits beschrieben wurde.

Die Startsteuerschaltung enthält einen Zähler 33, in dessen Zähleingang eine konjunktive Verknüpfung des Ausgangssignals der Spannungsüberwachungseinrichtung 32 mit Zählimpulsen von einem Taktgeber 35 durchgeführt wird. Der Taktgeber 35 erzeugt eine Impulsfrequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der so überwachten Netzfrequenz beträgt Für die Beschreibung des Ausführungsbeispieles sei angenommen, daß die Netzfrequenz 50 Hz beträgt und daß der Taktgeber 35 eine Impulsfrequenz von 600Hz erzeugt Eine Periode des Taktgebers entspricht damit V12 der Netzperiode. Der Taktgeber 35 ist mit dem überwachten Netz synchronisiert Hierzu ist ein Kippverstärker 34 vorgesehen, dessen Ausgangssignal mit der Polarität der Netzspannung wechselt Bei jedem Nulldurchgang der Netzspannung von der negativen zur positiven Halbwelle wird der Zähler 33 durch die ansteigende Flanke im Ausgangssignal des Kippverstärkers 34 rückgesetzt und der Taktgeber 35 synchronisiert

Der Grundgedanke der dargestellten Anordnung mit dem Zähler 33 und dem Taktgeber 35 besteht darin, eine volle Schwingung der Netzspannung in zwölf Bereiche zu zerlegen. Hierzu beträgt die Impulsfrequenz des Taktgebers 35 das zwölffache der Netzfrequenz. Jeder dieser zwölf Bereiche entspricht einem Phasenbereich von π/6. Solange das überwachte Netz gesund ist und die Spannungsüberwachungseinrichtung 32 ein //Signal erzeugt wird für jeden dieser Phasenbereiche ein Zählimpuls vom Taktgeber 35 erzeugt und auf den Zähler 33 gegeben. Bei einer Störungsmeldung von der Spannungsüberwachungseinrichtung 32 wird der Zähleingang des Zählers 33 gesperrt Der Zähler bleibt auf der Ordnungszahl des zuvor erreichten Phasenbereiches stehen. Die Startsteuerlogik sorgt nun dafür, daß der Oszillator 64 im Steuersatz des Wechselrichters mit diesem gespeicherten Phasenbereich gestartet wird.

Der Oszillator 64 wird im Ausführungsbeispiel als spannungsgesteuerter Oszillator beschrieben. Der Oszillator 64 enthält zwei Komperatoren 65 und 66, welche die Spannung am frequenzbestimmenden Kondensator 70 überwachen. Die Aufladung des Kondensators 70 erfolgt nach Maßgabe der Stellung eines elektronischen Schalters 69 entweder aus einer Stromquelle 67 oder aus einer Stromquelle 68. Immer dann, wenn die Ladespannung des Kondensators 70 einen oberen Grenzwert bzw. einen unteren Grenzwert erreicht wird ein Flip-Flop 74 umgesetzt und durch dessen Ausgangssignal der Schalter 69 umgesteuert Die Ladespannung des Kondensators 70 zeigt einen dreieckförmigen Verlauf, der hinter einem Buffer 71 an der Klemme c abgegriffen werden kann. Diese Dreieckspannung wird von einem Sinusconverter in eine Spannung mit sinusförmigem Verlauf umgesetzt die an der Klemme d ansteht Die Dreieckspannung an der Klemme cund die sinusförmige Spannung an der Klemme d werden dem Steuersatz des Wechselrichters zugeführt Die Ausgangsspannung des Flip-Flops 74 stellt eine Rechteckschwingung dar, die hinter einem weiteren Buffer 73 an der Klemme e abgegriffen werden kann.

Damit die Schwingung des Oszillators 64 im gleichen Phasenbereich beginnen kann, in dem das Störungssignal für die Netzspannung aufgetreten ist wird der zeitbv..,^ '. 'Kondensator 70 auf einen entsprechenden Spannungswert aufeeladen, der von einem Referenzspannungsgeber 63 erzeugt wird. Außerdem wird dafür gesorgt daß der einsetzende Ladestrom für den Kondensator 70 die richtige Polarität aufweist Hierzu wird das Flip-Flop 74 über die Klemmen /und g so gesetzt daß der elektronische Schalter 69 die entsprechende Stromquelle 67 bzw. 68 als erste zuschaltet Die Eingänge des Flip-Flops 74 sind hierzu über disjunktive Verknüpfungsglieder 75 und 76 und über Dynamikglieder 41 und 42 mit dem Ausgang eines disjunktiven Verknüpfungsgliedes 38 verbundea Die Eingänge des disjunktiven Verknüpfungsgliedes 38 sind mit denjenigen Zählausgängen des Zählers 33 beschaltet die Phasenbereiche mit negativen Differentialquotienten der Netzspannung anzeigen, also den Phasenbereichen von π/2 bis Απ/3. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 38 wird in einer Umkehrstufe 39 invertiert Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 38 und das invertierte Ausgangssignal werden den Dynamikgliedern 41 und 42 zugeführt, deren Dynamikeingänge über ein Laufzeitglied 37 mit dem Ausgang der Spannungsüberwachungseinrichtung 32 verbunden sind Beim Auftreten eines Störungssignals wird somit das Flip-Flop 74 richtig gesetzt

Der an ein positives und an ein negatives Potential angeschlossener Referenzspannungsgeber 63 enthält beispielsweise eine Kette von Widerständen oder Zenerdiodon, die so gewählt sind, daß an den Ausgängen Spannungen anstehen, die den genannten Phasenberei-

chen einer Sinuswelle am Ausgang d des Oszillators 64 zugeordnet sind. Die entsprechenden Ausgangsspannungen sind an den Ausgängen des Referenzspannungsgebers 63 angegeben. Eine dieser Ausgangsspannungen kann über einen der elektronischen Schalter 56 bis 62 auf den zeitbestimmenden Kondensator 70 im Oszillator 64 durchgeschaltet werden. Die elektronischen Schalter 36 bis 62 werden jeweils von einem Dynamikglied 48 bis 54 angesteuert Die Dynamikglieder 48 bis 54 verknüpfen die Ausgangssignale von disjunktiven Verknüpfungsgliedern 43 bis 47 mit dem Störungssignal der Spannungsüberwachungseinrichtung 32, das über ein Verzögerungsglied 37 geführt wird. Das Verzögerungsglied 37 berücksichtigt die Zeit, die zum Aufbau der Stromversorgung in der Steuerelektronik erforderlich ist. Die Eingänge der ODER-Gatter 43 und 47 sind jeweils mit zwei Ausgängen des Zählers 33 verbunden, die symmetrischen Phasenbereiche einer Sinuswelle zugeordnet sind.

Die dargestellte Startsteuerlogik arbeitet folgendermaßen:

Solange das Netz gesund ist, wird der Zähler 33 eingangsseitig mit Zählimpulsen des Taktgebers 35 beaufschlagt Die Ausgänge des Zählers werden nacheinander von L-Signal auf //-Signal gesetzt und anschließend wieder gelöscht. Die Ausgangssignale des Zählers 33 werden in den Dynamikstufen 41, 42 und 48 bis 54 gesperrt Beim Auftreten eines Störungssignals wird der Eingang des Zählers 33 gesperrt. Die Ausgänge des Zählers behalten ihren momentanen Signalzustand bei. Es werde angenommen, daß das Störungssignal für die Netzspannung bei einer Phasenlage der Netzspannung von 50° aufgetreten sei. Dann führt der zweite, mit π/6 beschriftete Ausgang des Zählers 33 ein //-Signal. Dieses wird über das ODER-Gatter 44 auf das Dynamikgatter 50 gegeben und mit der ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des Verzögerungsgliedes 37 auf die Steuerstrecke des Schalters 58 durchgeschaltet. Über den durchlässig gesteuerten Schalter 58 gelangt die mit sin π/6 bezeichnete Referenzspannung

ίο auf den zeitbestimmenden Kondensator 70. Außerdem wird über das ODER-Gatter 38 und die beiden Dynamikglieder 41 und 42 das Flip-Flop 74 derart gesetzt, daß der von einer der beiden Stromquellen 67 oder 68 einsetzende weitere Ladestrom für den Kondensator 70 dieses in Richtung höherer Spannung auflädt.

Im Bereitschaftsbetrieb arbeitet lediglich die Überwachungseinrichtung 40 mit der Startsteuerlogik. Der Referenzspannungsgeber 63, der Oszillator 64, sowie die weitere Informations- und Leistungselektronik der Steuereinrichtung sind nicht an die Versorgungsspannung angeschlossen. Erst beim Auftreten eines Störungssignals werden in der in F i g. 3 erläuterten Weise diese Baugruppen an ihre Versorgungsspannung geschaltet.

Eine Unterteilung einer vollen Sinusschwingung in aufeinanderfolgende Phasenbereiche ermöglicht besonders günstige Lösungen bei Pulswechselrichtern, wenn die Anzahl der Phasenbereiche die doppelte Pulszahl beträgt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage mit einem Wechselrichter für wechselweisen Bereitschaftsbetrieb oder Lastbetrieb, der einen Leistungsteil mit gesteuerten Hauptventilen und eine Steuereinrichtung mit einem Steuersatz zur Bildung von Zündimpulsen aufweist und dem eine Überwachungseinrichtung für ein Wechsel- oder Drehspannungsnetz zur Bildung eines Startbefehls zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine im Bereitschaftsbetrieb arbeitende Startsteuerschaltung, die eingangsseitig mit einem Meßsignal der überwachten Netzspannung beaufschlagt ist und die einen Speicher (21—24; 33) für einen Parameter der Netzspannung im Störungsaugenblick; enthält und die bei einem Startbefehl den Steuersatz (8) zur Abgabe von Zündimpulsen an die gesteuerten Ventile des Wechselrichters veranlaßt derart, daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters (5) mit dem gespeicherten Parameter der Netzspannung im Störungsaugenblick beginnt

2. Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gespeicherte Parameter der Netzspannung Phasenlage, Amplitude und Frequenz verwendet sind.

3. Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startsteuerschaltung einen von einem Synchronisiersignal beaufschlagten ersten Integrator (15—18) und einen diesem nachgeschalteten zweiten Integrator (21—24) aufweist, wobei die Ausgangsspannung des zweiten Integrators (21—24) über einen von einem Störungssignal gesteuerten Schalter (25) auf den zeitbestimmenden Kondensator (26) des Oszillators (27) im Steuersatz (8) der Steuereinrichtung schaltbar ist (F i g. 2).

4. Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startsteuerschaltung einen Zähler (33) aufweist, der mit Zählimpulsen von einem mit der Netzspannung synchronisierten Taktgeber (35) beaufschlagt ist und dessen Impulsfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz beträgt, wobei der Zähler (33) durch ein Störungssignal stillsetzbar ist und der Zählerstand zur Ansteuerung eines Referenzsignalgebers (63) vorgesehen ist, der eine Referenzspannung zur Aufladung des zeitbestimmenden Kondensators (70) im Oszillator (64) des Steuersatzes der Steuereinrichtung liefert (Fig. 4).