DE2725539C2

DE2725539C2 - Verfahren zur unterbrechenden Umschaltung eines magnetischen Verbrauchers zwischen zwei Wechselspannungsquellen gleicher Frequenz

Info

Publication number: DE2725539C2
Application number: DE19772725539
Authority: DE
Inventors: Janos Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Udvardi-Lakos
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1977-06-06
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE2725539B1; JPS544338A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur unterbrechenden Umschaltung eines magnetischen Verbrauchers zwischen zwei

Wechselspannungsquellen gleicher Frequenz, wobei bei

einem Umschaltbefehl eine erste Schalteinrichtung zwischen der ersten Wechselspannungsquelle und dem

Verbraucher geöffnet und nach einer spannungslosen Pause eine zweite Schalteinrichtung zwischen der

zweiten Wechselspannungsquelle und dem Verbraucher geschlossen wird.

Bei magnetischen Verbrauchern, beispielsweise Mo-

toren oder Transformatoren, wird aus Kostengründen die magnetische Kennlinie möglichst gut ausgenützt Für die Blechpakete werden zunehmend magnetisch harte Materialien eingesetzt, beispielsweise kaltgewalzte Bleche anstelle von Dynamoblech IV. Diese Entwicklung hat dazu geführt, daß derartige magnetische Verbraucher keine oder nur sehr geringe magnetische Reserven aufweisen. Bei Schaltvorgängen besteht die Gefahr, daß der magnetische Verbraucher in die Sättigung getrieben wird. Die Rückwirkung von Umschaltvorgängen auf magnetische Verbraucher ist unter der Bezeichnung Rush-Effekt bekannt und beispielsweise beschrieben in Richter: »Elektrische Maschinen«, Band 3, Transformatoren, Birkenhäuser Verlag, Seite 49 ff.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umschaltverfahren für magnetische Verbraucher der

eingangs genannten Art anzugeben, bei dem störende

Sättigungseffekte weitgehend vermieden werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

daß die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselspannungsquellen mit der Dauer der spannungslosen Pause derart in Übereinstimmung gebracht wird, daß die Änderung des Magnetisierungszustandes des Verbrauchers beim Zuschalten der zweiten Wechselspannungsquelle wenigstens näherungsweise dort fortgesetzt wird, wo sie beim Abschalten der ersten Wechselspannungsquelle unterbrochen wurde.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Umschalteffekte und die Rückwirkungen eines Umschaltvorganges auf einen magnetischen Verbraucher am geringsten sind, wenn seine Ummagnetisierung möglichst wenig gestört wird. Dies ist im allgemeinen dann der Fall, wenn die Verbraucherspeisung mit einer Wechselspannung der gleichen Phasenlage fortgesetzt wird, mit der sie 5 unterbrochen wurde. Hierzu wird die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselspannungsquellen mit der Dauer der spannungsiosen Pause in Übereinstimmung gebracht
Das erfindungsgemäße Verfahren zur unterbrechenden Umschaltung läßt sich für unterschiedliche Anwendungsfillle einsetzen:

Wenn eine unterbrechende Umschaltung zwischen zwei Wechselspannungsquellen erfolgen soll, deren Wechselspannungen eine beeinflußbare Phasenver-Schiebung aufweisen, so wird die Phasenverschiebung so gewählt daß sie der Dauer der spannungslosen Pause entspricht Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise geeignet wenn eine Umschaltung zwischen zwei Wechselspannungsnetzen erfolgen soll, wobei das eine Wechselspannungsnetz über einen Phasendrehtransformator den Verbraucher speist

Ein besonders häufiger Anwendungsfall für diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei schnellen Notstromversorgungsanlagen. Bei schnell zuschaltbaren Notstromversorgungsanlagen wird neben einem Versorgungsnetz als erste Wechselspannungsquelle eine zweite Wechselspannungsquelle

mit einem Ersatzstromaggregat bereitgestellt, beispielsweise mit einer Synchronmaschine oder mit einem Wechselrichter, das bereits mit dem Versorgungsnetz synchronisiert ist Bei einem Einbruch oder Ausfall des Versorgungsnetzes wird der Verbrauche? auf das s Ersatzstromaggregat umgeschaltet Durch einen Eingriff in die Synchronisiereinrichtung des Ersatzstromaggregates kann eine Phasenverschiebung zwischen der Wechselspannung des Ersatzstromaggregates und der Netzwechselspannung eingestellt werden. Wenn die spannungslose Pause der Umschalteinrichtung bekannt ist oder fest eingestellt werden kann, so wird man die Phasenverschiebung so wählen, daß sie dieser Pausendauer entspricht Dabei ist keine allzu große Genauigkeit erforderlich, so daß trotz der unvermeidlichen Toleranzen in den Schaltzeiten der Umschalteinrichtung die Änderung des Magnetisierungszustandes des Verbrauchers dort fortgesetzt werden kann, wo sie unterbrochen wurde.

Bei einer Umschaltung zwischen zwei We^hselspannungsquellen, deren Wechselspannungen eine fest vorgegebene Phasenverschiebung aufweisen, wird die Dauer der spannungslosen Pause gleich derjenigen Zeitdauer gewählt, die der fest vorgegebenen Phasenverschiebung entspricht Wenn die der fest vorgegebe- 2, nen Phasenverschiebung entsprechende Zeitdauer für einen Umschaltvorgang zu kurz ist, so wird die Dauer der spannungslosen Pause so gewählt, daß sie der fest vorgegebenen Phasenverschiebung zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer entspricht ;» Dann ist in jedem Fall gewährleistet, daß die Magnetisierung des Verbrauchers dort fortgesetzt wird, wo sie unterbrochen wurde.

Bei einer unterbrechenden Umschaltung zwischen zwei Wechselspannungsquellen, die miteinander in Phase liegen, wird beim Abschalten der ersten Wechselspannungsquelle die momentane Phasenlage der ersten Wechselspannung erfaßt, und die zweite Wechselspannung wird nach einer Pause zugeschaltet, deren Dauer von der erfaßten Phasenlage der ersten Wechselspannungsquelle abhängig ist Im einfachsten Fall kann man die zweite Wechselspannungsquelle nach einer Zeitdauer zuschalten, die einer Periodendauer oder einem ganzzahligen Vielfachen einer Periodendauer der Wechselspannung entspricht Wenn jedoch die Abschaltung der ersten Wechselspannung in der Umgebung eines positiven oder negativen Maximums erfolgt, so ist es möglich, die zweite Wechselspannung bereits nach einer kürzeren Zeitdauer zuzuschalten, nämlich nach einer halben Periodendauer oder einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Periodendauer. Bei einer Abschaltung der ersten Wechselspannung in der Umgebung eines positiven oder negativen Spannungsmaximums ist es für die Fortsetzung des Magnetisierungszustandes des magnetischen Verbrauchers unerheblich, ob die zweite Wechselspannung n~.it einem positiven oder negativen Maximum zugeschaltet wird. Die Magnetisierungsschleife des Verbrauchers wird nämlich im Fall von aufeinanderfolgenden ungleichen Maxima auf einer in der Nähe des t>o Nullpunktes verlaufenden Abkürzung durchfahren.

In Anwendungsfällen, bei denen es auf besonders kurze Umschaltpausen zwischen phasengleichen Wechselspannungen ankommt, kann man die erste Wechselspannung in Phasenbereiche einteilen. Aus dem t>~> Phasenbereich der Abschaltung der ersten Wechselspannung wird eine Entscheidung abgeleitet, ob die spannungslose Dauer der Urnschaltpause eine halbe oder eine ganze Periode der Wechselspannung betragen soll.

Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausgestaltungen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Ersatzstromversorgungsanlage,

Fig.2 eine Darstellung zur Umschaltung zwischen zwei synchronen Wechselspannungsnetzen,

F i g. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Einteilung einer Wechselspannung in Phasenbereiche,

F i g. 4 ein Schaltbild einer Steuerschaltung.

F i g. 1 zeigt eine Stromversorgungsanlage für einen magnetischen Verbraucher 3, der mit dem Symbol einer elektrischen Maschine gekennzeichnet ist Der Verbraucher 3 kann jedoch auch ein anderer magnetischer Verbraucher und insbesondere ein Ober einen Transformator angeschlossener beliebiger Verbraucher sein. Der Verbraucher 3 ist über eine erste Schalteinrichtung 11 an ein öffentliches Wechselspannungs-Versorgungsnetz 1 angeschlossen, das die erste Wechselspannungsquelle darstellt Als zweite Wechselspannungsquelle dient ein Ersatzstromaggregat 2. Das Ersatzstromaggregat 2 enthält einen Wechselrichter 7, der eingangsseitig an eine Batterie 4 angeschlossen ist, die über einen Netzgleichrichter 5 aus dem Versorgungsnetz 1 geladen wird. Der Wechselrichter 7 wird in bekannter Weise von einer Steuereinrichtung 6 gesteuert, die eine Regeleinrichtung, eine Synchronisiereinrichtung und einen Steuersatz zur Erzeugung von Zündimpulsen enthält. Die Synchronisiereinrichtung in der Steuereinrichtung 6 des Wechselrichters 7 steht über einen Spannungsmeßwandler 8 mit dem Versorgungsnetz 1 in Verbindung. Das Ersatzstromaggregat 2 kann über eine zweite Schalteinrichtung 12 auf den Eingang des Verbrauchers 3 geschaltet werden. Die Schalteinrichtungen 11 und 12 können auch zu einer gemeinsamen Umschalteinrichtung zusammengefaßt sein. Die Schalteinrichtungen 11 und 12 werden von einer Steuerschaltung 13 gesteuert, die eingangsseitig mit Spannungsmeßwandlern 24 bzw. 15 für die Wechselspannung des Versorgungsnetzes 1 bzw. des Ersatzstromaggregates 2 verbunden ist

Bei der in F i g. 1 dargestellten Stromversorgungsanlage kann es sich um eine Anlage handeln, bei der das Ersatzstromaggregat 2 zur Notstromversorgung des Verbrauchers 3 bei einem Ausfall des öffentlichen Versorgungsnetzes 1 vorgesehen ist Der Verbraucher 3 wird im Normalbetrieb aus dem Versorgungsnetz 1 gespeist. Der Wechselrichter 7 des Ersatzstromaggregates kann im Normalbetrieb bereits im Leerlauf mitlaufen. Es ist jedoch auch möglich, nur die Steuereinrichtung 6 des Wechselrichters 7 bereits im Normalbetrieb laufen zu lassen und die Weitergabe ihrer Zündimpulse an die Halbleiterventile des Wechselrichters im Normalbetrieb zu sperren. Bei einer Netzstörung werden die Zündimpulse freigegeben und die Umschaltung der Verbrauchereinspeisung durch die Schalteinrichtungen 11 und 12 vorgenommen.

Die in F i g. 1 dargestellte Stromversorgungsanlage kann jedoch auch so betrieben werden, daß im Normalfall die Schalteinrichtung 11 geöffnet und die Schalteinrichtung 12 geschlossen ist Bei dieser Betriebsart wird der Verbraucher 3 stets über das Ersatzrtromaggregat 2 gespeist Bei einer Störung im Versorgungsnetz 1 geht die Verbrauchereinspeisung ohne Unterbrechung und ohne Schaltvorgänge weiter. Bei einer Störung im Ersatzstromaggregat 2 wird die

Verbrauchereinspeisung auf das Versorgungsnetz 1 umgeschaltet.

Als Ersatzstromaggregat 2 kann auch ein zweites Wechselspannungsnetz oder ein Synchrongenerator oder eine beliebige andere Stromerzeugungseinrichtung vorgesehen sein. Für die vorliegende Erfindung ist lediglich von Bedeutung, daß das Versorgungsnetz 1 und das Ersatzstromaggregat 2 Wechselspannungen mit gleicher Frequenz abgeben. Bei den in der nachfolgenden Beschreibung angegebenen Zahlenbeispielen wird eine Frequenz von 50 Hz vorausgesetzt.

Zur Beschreibung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur unterbrechenden Umschaltung der Einspeisung des magnetischen Verbrauchers 3 wird angenommen, daß das Offnen der Schalteinrichtung Il und das Schließen der Schalteinrichtung 12 in einem bekannten und feststehenden zeitlichen Abstand erfolgt. Beispielsweise kann der Schaltbefehl zum Schließen der Schalteinrichtung 12 um einen festen zeitlichen Betrag nach dem Schaltbefehl zum öffnen der Schalteinrichtung 11 abgegeben werden. Durch den zeitlichen Abstand der Schaltbefehle und durch die bekannten Schaltzeiten der Schalteinrichtungen 11 bzw. 12 ist die Dauer der spannungslosen Pause bei der Verbraucherspeisung bekannt Beispielsweise möge die spannungslose Pause 12 msec betragen. Einer Zeit von 12 msec entspricht bei einer Frequenz der Wechselspannung von 50 Hz eine Phasenverschiebung von 216°. Man wird daher das Ersatzstromaggregat 2 um eine derartige Phasenverschiebung gegenüber der Wechselspannung des Versorgungsnetzes 1 nacheilend synchronisieren. Dies läßt sich durch eine geeignete Einwirkung auf die Synchronisierung des Wechselrichters erreichen. Im Beispiel der F i g. 1 wird die Meßspannung des Spannungsmeßwandlers 8 über ein Phasendrehglied 9 dem Synchronisiereingang der Steuereinrichtung 6 des Wechselrichters zugeführt Es ist auch möglich, durch eine Phasendrehung der Netzspannung an einer anderen Stelle in der Wirkungskette dem Steuersatz eine phasenverschobene Netzspannung vorzutäuschen. Eine solche Phasendrehung kann durch Einschaltung eines RC-Gliedes oder einer anderen passiven Schaltung oder aber durch aktive Elektronikschaltungen vorgenommen werden. Bei digitalisierten Schaltungen wird man ein Verzögerungsglied mit vorgegebener Ansprech- und Abfallverzögerung einsetzen.

Eine andere Möglichkeit zur Einwirkung auf die Synchronisiereinrichtung eines Wechselrichters besteht darin, daß man zur Ausgangsspannung des Phasendiskriminators, weiche der Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und einer internen Referenzgröße des Steuersatzes proportional ist, eine vorgegebene Spannung hinzufügt Die Summe aus der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators und der vorgegebenen Spannung wird über einen Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor dem spannungsgesteuerten Oszillator im Steuersatz zugeführt Durch die Hinzufügung einer festen Spannung wird erreicht, daß der spannungsgesteuerte Oszillator mit einer bestimmten Phasenverschiebung zum Netz synchronisiert wird.

Für den Fall, daß bei langsamen Schalteinrichtungen die Dauer der spannungslosen Pause größer ist als eine Periodendauer kann man die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselspannungen so einstellen, daß sie der Dauer der spannungslosen Pause zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer entspricht

Die technische Realisierung des erfindungsgemäßei Umschaltverfahrens kann mit der in F i g. 1 schematise! dargestellten Steuerschaltung 13 erfolgen. Die Steuer schaltung 13 enthält eine Spannungsüberwachungsein ί richtung mit einem Gleichrichter 16 und einen Grenzwertmelder 17, sowie ein Verzögerungsglied U und eine Anzahl von Schaltkontakten 20 bis 25. Zu π einfacheren Verständnis sei angenommen, daß dii Schaltkontakte von einem Hilfsrelais 19 betätig

ι η werden, das vom Ausgangssignal des Verzögerungsglie des 18 gesteuert wird. Die dargestellte Lage de einzelnen Schaltkontakte entspricht einer Speisung de:

Verbrauchers 3 aus dem Wechselspannungsnetz 1. Zur Überwachung der Spannung des Versorgungs

netzes 1 wird die vom Spannungsmeßwandler 1' gelieferte und über den Schaltkontakt 24 geführt! Meßspannung im Gleichrichter 16 gleichgerichtet geglättet und einem Grenzwertmelder 17 zugeführt Wenn die Meßspannung einen vorgegebenen An

2« Sprechschwellenwert des Grenzwertmelders 17 unter schreitet erzeugt dieser ein Ausgangssignal, das in einei Stellbefehl für die Schalteinrichtungen 11 und Y. umgesetzt wird. Als besonders schnelle Spannungsüber wachungseinrichtungen sind insbesondere Einrichtun gen geeignet, die gemäß der DE-PS 23 48 415 ode gemäß den deutschen Patentanmeldungen P 26 37 397.; und P 27 14 191.9 aufgebaut sind.

Das Stellsignal vom Grenzwertmelder 17 steuert übe den geschlossenen Schaltkontakt 20 sofort die Schalt

-)() einrichtung 11 an. Der Hauptstromkontakt der Schalt einrichtung 11 wird geöffnet Das Ausgangssignal de Grenzwertmelders 17 wird über ein Verzögerungsgliec 18 geführt dessen Ansprechverzögerung in der bereit: beschriebenen Weise festgelegt ist Nach Abiauf seine:

Verzögerungszeit steuert das Ausgangssignal de: Verzögerungsgliedes 18 Ober den Schaltkontakt 23 dii Schalteinrichtung 12 an, derc-> "auptstromkontak daraufhin geschlossen wird. Gl .ichzeitig werden all« Schaltkontakte 20 bis 25 vom Hilfsrelais 19 umgeschal

⁴⁽¹ tet. Jetzt liegt der Spannungsmeßwandler 15 für dii Ausgangsspannung des Ersatzstromaggregates 2 übe den Schaltkontakt 25 an der Spannungsüberwachungs einrichtung 16,17. Der Ausgang des Grenzwertmelder: 17 ist über den Schaltkontakt 21 unmittelbar mit de:

Schalteinrichtung 12 verbundeaDie Schalteinrichtunj

11 ist über den geschlossenen Schaltkontakt 22 und da:

Verzögerungsglied 18 mit dem Ausgang des Grenz

wertmelders 17 verbunden.

Fig.2 zeigt eine Anordnung zur unterbrechende!

Umschaltung zwischen zwei miteinander synchronisier ten Wechselspannungsnetzen 31 und 32, die eine erst« und eine zweite Wechselspannungsquelle bilden. Da: erste Wechselspannungsnetz 31 ist fiber eine erst« Schalteinrichtung 11 unmittelbar mit dem magnetische!

Verbraucher 3 verbunden. Das zweite Wechselspan nungsnetz 32 kann über die zweite Schalteinrichtung V. und einen Phasendrehtransformator 30 auf dei Verbraucher 3 geschaltet werden. Die vom Phasendreh transformator 30 vorgenommene Phasendrehung dei

Wechselspannung des zweiten Wechselspannungsnet

zes 32 wird gleichfalls so eingestellt, daß sie der Daue der spannungslosen Pause bei einer Umschaltung dei

Verbraucherspeisung entspricht Von besonderer Bedeutung ist die unterbrechend)

Umschaltung zwischen zwei in Phasen miteinande liegenden Wechselspannungsnetzen, bei denen keim Möglichkeit zur Steuerung der Phasenverschiebunj besteht Dies ist beispielsweise zwischen zwei synchro

nisierten Wechselspannungsnetzen der Fall, wenn kein Phasendrehtransformator eingesetzt werden soli. Dies ist jedoch auch dann der Fall, wenn das Ersatzstromaggregat starr mit dem Versorgungsnetz synchronisiert ist. Bei einem derartigen Anwendungsfall wird erfindungsgemäß die Dauer der spannungslosen Pause beeinflußt. Im einfachsten Fall wird die Dauer der spannungslosen Pause so gewählt, daß sie einer Periodendauer entspricht, also 20 msec bei 50 Hz, oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon. Hierzu kann die Ansprechverzögerung des Verzögerungsgliedes in der Steuerschaltung so gewählt werden, daß die spannungslose Pause einer Periodendauer oder einem ganzzahligen Vielfachen einer Periodendauer entspricht, wobei die bekannten Schaltzeiten der Schalteinrichtungen zu berücksichtigen sind.

Häufig ist jedoch eine spannungslose Pause von einer Periodendauer für den betreffenden Anwendungsfall zu lang. In diesem Fall wird man versuchen, die Änderung des Magnetisierungszustandes des Verbrauchers beim Zuschalten der zweiten Wechselspannung bereits nach einer kürzeren Zeit näherungsweise dort fortzusetzen, wo sie beim Abschalten der ersten Wochselspannungsquelle unterbrochen wurde.

Fig.3 zeigt die grundsätzlichen Überlegungen hierzu. Die Wechselspannung U1 des Versorgungsnetzes 1 zeigt den dargestellten sinusförmigen Verlauf. Die Wechselspannung Ui wird durch Vergleich mit zwei Gleichspannungswerten V und IV in Phasenbereiche eingeteilt Die Gleichspannungswerte V und W haben beispielsweise den 0,707fachen Wert der Amplitude der Wechselspannung U1.

Durch den Vergleich der Wechselspannung U1 mit den Gleichspannungen V und W entstehen aufeinanderfolgende Phasenbereiche In einem ersten Phasenbereich A weist die Wechselspannung Ui negativere Momentanwerte auf als die Gleichspannung W. Es ist der Phasenbereich A der Bereich des negativen Maximums der Wechselspannung U i.

Im anschließenden Phasenbereich B liegen die Momentanwerte der Wechselspannung Ui zwischen dem negativen Gleichspannungswert W und dem positiven Gleichspannungswert W. Der Nulldurchgang der Wechselspannung Ui erfolgt mit positivem Differentialquotienten.

Im anschließenden Phasenbereich C sind die Augenblickswerte der Wechselspannung Ui größer als die positive Gleichspannung V. Es ist dies der Bereich des positiven Maximums der Wechselspannung Ui.

Im darauffolgenden Bereich D liegen die Momentanwerte der Wechselspannung Ui wiederum zwischen dem positiven Gleichspannungswert V und dem negativen Gleichspannungswert W. Die Nullinie wird mit negativem Differentialquotienten geschnitten.

Mit Hilfe der von der vorliegenden Erfindung vermittelten Lehre gewinnt man aus der Darstellung der F i g. 3 die Erkenntnis, daß bei einem Abschalten der Wechselspannung i/l im Phasenbereich A (negatives Maximum) das Zuschalten der zweiten Wechselspannung entweder bereits im selben Bereich A oder im Bereich C (nächstes positives Maximum) oder im Bereich E (nächstes negatives Maximum) oder im Bereich G (übernächstes positives Maximum) erfolgen kann, ohne daß die Änderung des Magnetisierungszustandes des Verbrauchers unzulässig gestört wird und ohne daß Sättigungserscheinungen zu erwarten wären.

In analoger Weise kann bei einer Abschaltung der ersten Wechselspannungsquelle im Bereich C(positives Maximum) die Zuschaltung der zweiten Wechselspannungsquelle entweder im gleichen Bereich C oder im Bereich E (nächstes negatives Maximum) oder im Bereich G (nächstes positives Maximum) oder auch im Bereich /(übernächstes negatives Maximum) erfolgen.

Bei einer Abschaltung der ersten Wechselspannung Ui im Bereich B darf jedoch eine Zuschaltung der zweiten Wechselspannung entweder äußerst schnell noch im selben Bereich B, danach aber erst im Bereich F erfolgen, der gegenüber dem Bereich B um eine Periodendauer verschoben ist Ebenso darf bei einer Abschaltung der ersten Wechselspannung Ui im Bereich D die Zuschaitung der zweiten Wechselspannung entweder äußerst schnell noch im selben Bereich B, danach aber erst im Bereich //erfolgen. Nur wenn diese Bedingungen eingehalten werden, können störende Sättigungseffekte im magnetischen Verbraucher weitgehend vermieden werden.
F i g. 4 zeigt die schaltungsmäßige Realisierung einer

Steuerschaltung 33 zum genannten Zweck.

Die Meßspannung Ui vom Spannungsmeßwandler 14 wird über einen Schaltkontakt 24 einer Integrationsstufe 36 zugeführt, die einen Operationsverstärker 34 enthält, dessen Rückführung mit einem Kondensator 35 beschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 34 ist über einen hochohmigen Widerstand 37 gegen das Bezugspotential geschaltet. Im invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34 liegt ein in die Teilwiderstände 38 und 39 aufgeteilter Eingangswiderstand, dessen Mittelpunkt über einen elektronischen Schalter 40 auf das Bezugspotential geschaltet werden kann. Der elektronische Schalter 40 wird vom Störungssignal am Ausgang des Grenzwertmelders 17 einer Spannungsüberwachungseinrichtung gesteuert, die beispielsweise wie in F i g. 1 aufgebaut sein kann. Bei einem Störungssignal wird die Eingangsspannung für den Integrator 36 auf das Bezugspotential abgeleitet Die das Integral der Meßspannung Ui darstellende Ausgangsspannung des Integrators behält dann den Wert bei, den sie im Störungsaugenblick hatte.

Die Gleichspannungswerte Vund IV werden aus dem Integral der Meßspannung Ui abgeleitet Damit ist

gewährleistet daß die Gleichspannungen IV und V den

Schwankungen der Amplitude der Netzwechselspan-

nung nachgeführt werden. Hierzu wird die Ausgangsspannung des Integrators 36 auf zwei Spitzenwertgleichrichterschaltungen 41 und 51 geführt Die Spitzenwertgleichrichterschaltung 41 enthält eine Diode 42 in der dargestellten Durchlaßrichtung, der ein als Impedanzwandler beschatteter Operationsverstärker 43 nachgeschaltet ist Im nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 43 liegt ein Kondensator 44, dem ein hochohmiger Widerstand parallel geschaltet ist Der Kondensator 44 wird auf den Scheitelwert der Meßspannung Ui aufgeladen, da der Impedanzwandler 43 einen hochohmigen Abschluß darstellt Der andere Spitzenwertgleichrichter 51 ist in gleicher Weise aufgebaut und enthält eine Diode 52 mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung, einen als Impedanzwandler beschalteten Operationsverstärker 53 und einen Kondensator 54, dem ein hochohmiger Widerstand parallel geschaltet ist

Die Ausgangsspannungen der Spitzenwertgleichrichterschaltungen 41 und 51 werden über einen Spannungsteiler mit den ohmschen Widerständen 45, 46, 47 geführt Dieser Spannungsteiler dient zur Einstellung der Gleichspannungswerte Vund W auf den 0,707-fachen Wert der Ausgangsspannungen der Spit-

ίο

zenwertgleichrichterschaltungen 41 und Sl. Da die Ausgangsspannungen der Spitzenwertgleichrichterschaltungen 41 und 51 der Amplitude der Netzwechselspannung nachgeführt werden, ist somit gewährleistet, daß die Gleichspannungswerte V und W auch bei eventuellen Schwankungen der Amplitude der Netzwechselspannung stets den 0,707-fachen Scheitelwert der Netzwechselspannung aufweisen. Dadurch ist die durch einen Vergleich der Netzwechselspannung mit den Gleichspannungswerten V und W durchgeführte Einteilung der Netzwechselspannung in aufeinanderfolgenden Phasenbereiche unabhängig von Schwankungen der Amplitude der Netzwechselspannung, die in einem bestimmten Bereich zulässig sind und die Spannungsüberwachungseinrichtung 16,17 nicht zum Ansprechen bringen sollen.

Die negative Referenzspannung W und die Ausgangsspannung des Integrators 36 werden einem Kippverstärker 48 zugeführt Die positive Referenzspannung Wund die Ausgangsspannung des Integrators 36 werden einem weiteren Kippverstärker 49 zugeführt. Die Kippverstärker 48 und 49 ändern ihre Ausgangssignale immer dann, wenn die Ausgangsspannung des Integrators 36 kleiner ist als die negative Referenzspannung W, bzw. größer ist als die positive Referenzspannung V. Das Ausgangssignal des Kippverstärkers 48 ist beispielsweise ein Η-Signal, wenn sich die integrierte Meßspannung im negativen Maximum und damit die Meßspannung i/l im Phasenbereich B (Nulldurchgang mit positivem Differentialquotienten) befindet. Das Ausgangssignal des Kippverstärkers 49 ist beispielsweise ein Η-Signal, wenn sich die integrierte Meßspannung im positiven Maximum und damit die Meßspannung U1 im Phasenbereich D (Nulldurchgang mit negativem Differentialquotienten) befindet. Wenn keiner der beiden Kippverstärker 48,49 anspricht, so befindet sich die integrierte Meßspannung im Bereich eines Nulldurchganges und die Meßspannung i/l verläuft im Bereich eines positiven oder negativen Maximums.

Den Kippverstärkern 48 und 49 sind bistabile Kippstufen 55 und 56 als Speicherglieder nachgeschaltet Die bistabilen Kippstufen 55 bzw. 56 weisen jeweils einen Vorbereitungseingang und einen dynamischen Eingang auf. Die dynamischen Eingänge sind gemeinsam mit dem Ausgang des Grenzwertmelders 17 der Spannungsüberwachungseinrichtung verbunden. Bei einem Störungssignal werden die an den Vorbereitungseingängen anstehenden logischen Signale in die Kippstufen 55 bzw. 56 übernommen. Der eine Vorbereitungseingang der Kippstufe 55 ist unmittelbar und der andere Vorbereitungseingang über eine Umkehrstufe 57 mit dem Ausgang des Kippverstärkers 48 verbunden. Der eine Vorbereitungseingang der zweiten Kippstufe 56 hl unmittelbar und der andere Vorbereitungseingang über eine Umkehrstufe 58 mit dem Ausgang des Kippverstärkers 49 verbunden.

Den Kippstufen 55 und 56 ist eine logische Verknüpfungsschaltung mit Gattern 59, 60, 61, 62 nachgeschaltet, die jweils die Ausgänge der beiden Kippstufen 55 und 56 in der dargestellten Weise miteinander verknüpfen. Die Ausgangssignale der Gatter 59, 60, 61, 62 dienen zur Bestimmung der gespeicherten Phasenlage der Meßspannung i/l im Störungsaugenblick. Aus diesen Signalen wird die beim unterbrechenden Umschalten erforderliche Pausendauer abgeleitet, bei der gewährleistet ist daß die Ummagnetisierung des magnetischen Verbrauchers ohne Störung fortgesetzt wird.

Die rechten Ausgänge der Kippstufen 55 und 56, auf denen ein Η-Signal erscheint wenn die überwachte Spannung im Bereich eines Nulldurchgangs ausfällt, werden in einem ODER-Gatter 60 zusammengefaßt. Der Ausgang des ODER-Gatters 60 und der Ausgang

ίο des Grenzwertmelders 17 der Spannungsüberwachungseinrichtung werden in einem UND-Gatter 62 konjunktiv miteinander verknüpft Am Ausgang des UND-Gatters 62 erscheint ein Η-Signal, wenn das Störungssignal im Bereich eines positiven oder negativen Maximums der Meßspannung i/l auftritt Vom Ausgangssignal des UND-Gatters 62 wird ein Verzögerungsglied 66 angestoßen, dessen Ansprechverzögerung eine ganze Periodendauer der überwachten Wechselspannung beträgt abzüglich der bekennten Schaltzeiten der Schalteinrichtungen 11 und 12. Das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 66 steuert über ein ODER-Gatter 67 die Ansteuereinheit 12a für die Schalteinrichtung 12 an.
Die linken Ausgänge der Kippstufen 55 und 56, die ein Η-Signal führen, wenn die Kippverstärker 48 und 49 nicht angesprochen haben, sind einem UND-Gatter 59 zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters 59 und der Ausgang des Grenzwertmelders 17 der Spannungsüberwachungseinrichtung werden den Eingängen eines weiteren UND-Gatters 61 zugeführt dessen Ausgang ein Η-Signal führt wenn das Störungssignal in den Bereich eines positiven oder negativen Maximums der Meßspannung fällt Das Ausgangssignal des UND-Gatters 61 stößt ein Verzögerungsglied 65 an, dessen Ansprechverzögerung eine halbe Periodendauer beträgt abzüglich der bekannten Schaltzeiten der Schalteinrichtungen U und IZ Das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 65 steuert über das ODER-Gatter 67 wiederum die Ansteuereinheit 12a der Schalteinrichtungl2an.

Bei einer Störung der Netzspannung des Wechselspannungsnetzes 1 wird somit von der Spannungsüberwachungseinrichtung 16, 17 ohne Verzögerung die Schalteinrichtung 11 geöffnet Nach einer Verzögerungszeit die von der Ansprechverzögerung der Verzögerungsglieder 65 oder 66 bestimmt wird, wird die Schalteinrichtung 12 geschlossen. Damit ist gewährleistet daß bei einer Abschaltung der Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes im Bereich eines positiven

so oder negativen Maximums bereits nach einer halben Periodendauer das Ersatzstromaggregat 2 zugeschaltet wird. Wenn dagegen die Netzwechselspannung im Bereich eines Nulldurchganges ausfällt so wird das Ersatzstromaggregat 2 erst nach Ablauf einer ganzen

Periodendauer zugeschaltet

Die in den Fig.3 und 4 erläuterte Einteilung der Netzwechselspannung in drei Phasenbereiche bringt eine ausreichende Genauigkeit für die meisten Anwendungsfälle. Diese Einteilung ist auch besonders dann vorteilhaft wenn ein Wechselrichter als Ersatzstromaggregat verwendet wird. Bei Anwendungsfällen, für die eine erhöhte Genauigkeit erforderlich ist kann eine feinere Einteilung in eine größere Anzahl von Phasenbereichen vorgenommen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur unterbrechenden Umschaltung eines magnetischen Verbrauchers zwischen zwei Wechselspannungsquellen gleicher Frequenz, wobei bei einem Umschaltbefehl eine erste Schalteinrichtung zwischen der ersten Wechselspannungsquelle und dem Verbraucher geöffnet und nach einer spannungslosen Pause eine zweite Schalteinrichtung zwischen der zweiten Wechselspannungsquelle und dem Verbraucher geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselspannungen mit der Dauer der spannungslosen Pause derart in Übereinstimmung gebracht wird, daß die Änderung des Magnetisierungszustandes des Verbrauchers beim Zuschalten der zweiten Wechselspannungsquelle wenigstens näherungsweise dort fortgesetzt wird, wo sie beim Abschalten der ernten Wechselspannungsquelle unterbrochen wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur unterbrechenden Umschaltung eines magnetischen Verbrauchers zwischen zwei Wechselspannungsquellen gleicher Frequenz, deren Wechselspannungen eine beeinflußbare Phasenverschiebung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung so gewählt wird, daß sie der Dauer der spannungslosen Pause entspricht bzw. der Dauer der spannungslosen Pause abzüglich einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur unterbrechenden Umschaltung eines magnetischen Verbrauchers zwischen zwei Wechselspannungsquellen gleicher Frequenz, deren Wechselspannungen eine fest vorgegebene Phasenverschiebung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der spannungslosen Pause gleich derjenigen Zeitdauer gewählt wird, die der fest vorgegebenen Phasenverschiebung entspricht bzw. der fest vorgegebenen Phasenverschiebung zuzüglich einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zur unterbrechenden Umschaltung eines magnetischen Verbrauchers zwischen zwei Wechselspannungsquellen gleicher Frequenz, deren Wechselspannungen miteinander in Phase liegen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschalten der ersten Wechselspannungsquelle die momentane Phasenlage der ersten Wechselspannung erfaßt und daß die zweite Wechselspannung nach einer Pause zugeschaltet wird, deren Dauer von der erfaßten Phasenlage der ersten Wechselspannung abhängig ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verbraucher speisende Wechselspannung in Phasenbereiche unterteilt wird, daß derjenige Phasenbereich gespeichert wird, in dem eine Störung zum Abschalten dieser Wechselspannung führt und daß in Abhängigkeit vom Phasenbereich im Störungsaugenblick die Entscheidung getroffen wird, ob die andere Wechselspannung nach einer halben oder einer ganzen Periodendauer zugeschaltet wird bzw. einem ganzzahligen Vielfachen davon.