DE3326474C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermeidung von unzulässigen Spannungseinbrüchen bei Lastaufschal­ tung auf netzgestützte Wechselrichter mit nachgeschal­ tetem Filter.

In USV-Anlagen wie zum Beispiel in der Zeitschrift "ETZ", Band 100, Heft 11, Seiten 540, Bild 1 beschrie­ ben, werden statische Wechselrichter zur unterbrechungs­ losen Stromversorgung des Verbrauches aus einer Gleich­ stromquelle eingesetzt. Diese Wechselrichter erzeugen als Grundspannung keine sinusförmige Spannung. Zur Erzeugung der sinusförmigen Spannung werden Tiefpaß- oder Bandpaß­ filter verwendet.

Der Nachteil dieser Filterschaltungen ist jedoch, daß bei Belastungsstößen die Energienachlieferung über das Filter aus der Gleichstromquelle nicht verzögerungslos möglich ist. Bei konstanter Eingangsspannung ergibt sich zunächst ein Spannungseinbruch über mehrere Halbwellen und erst danach stellt sich ein statischer Wert ein. Dieser Span­ nungseinbruch ist regelungstechnisch nicht zu eliminie­ ren. Der statische Spannungseinbruch kann durch die Re­ gelung jedoch ausgeglichen werden.

Zur Überwachung von Spannungsänderungen ist aus der Zeit­ schrift "Elektronik" 1959, Nr. 10, Seiten 305 bis 310 insbesondere Bild 10 ein elektronisches Überwachungsre­ lais bekannt, das auf Spannungsänderungen anspricht. Die zu überwachende Spannung wird über einen Zweiweggleich­ richter geführt und anschließend geglättet, danach ei­ nem Differenzierglied zugeleitet und der so erhaltene Impuls zur Betätigung einer Kaltkathodenröhre als Schalt­ glied verwendet. Bei dieser Anordnung wird jedoch wegen der nur einmaligen Differentiation der Absolutwert er­ faßt, wobei die Höhe des erhaltenen Ausgangsimpulses ab­ hängig ist vom Ausgangsniveau der Spannung bei der die Änderung erfolgt ist. Der Übergang von einem statischen Zustand in den anderen kann mit einer solchen Anordnung nicht erfaßt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, durch die unzulässige Spannungseinbrüche bei Lastaufschaltung auf Wechselrichter mit nachgeschaltetem Filter vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Anordnung gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß der Verbraucherstrom einem Stromwandler zugeführt ist, der einem ersten Gleichrichter nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines ersten Differenziergliedes verbunden ist, daß dem ersten Differenzierglied ein zweiter Gleich­ richter und diesem ein zweites Differenzierglied nach­ geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang einer mit einer einstellbaren Ansprechschwelle versehenen Auswer­ teschaltung verbunden ist, der auf einen ein das Stütz­ netz zuschaltenden Umschalter einwirkt und daß die Sie­ bung erst nach dem ersten Differenzierglied erfolgt.

Durch zweimaliges Differenzieren des Verbraucherstromes wird am Ausgang der Überwachungsschaltung ein eindeuti­ ger Impuls erhalten, dessen Höhe unabhängig vom Ausgangs­ niveau des Stromes bei seiner Änderung ist.

Dadurch wird erreicht, daß die Umschaltung des Verbrau­ chers auf das Netz bereits während der Lastzunahme inner­ halb der Halbwelle erfolgt. Dadurch erhält man lediglich einen geringfügigen kaum merkbaren Spannungseinbruch für einen Bruchteil einer Halbwelle der die zulässigen Tole­ ranzen nicht überschreitet. Diese Schaltung eignet sich besonders bei nicht im voraus bekannten Laständerungen.

Anhand der bekannten Anordnung nach Fig. 1 und Fig. 2 sowie des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, sowie des Diagramms nach Fig. 4 wird die Erfindung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 einen bekannten Wechselrichter mit nachgeschal­ tetem Filter,

Fig. 2 ein Diagramm der Ausgangsspannung und des Aus­ gangsstroms von USV-Anlagen bei Umschaltung vom Netz auf Wechselrichter ohne die erfinderischen Maßnahmen,

Fig. 3 eine Schaltung für eine Verbraucherstromüber­ wachung,

Fig. 4 ein Stromspannungsdiagramm bei Verwendung einer Anordnung nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Wechselrichter 10 mit einem nachgeschalteten Filter 15 zur Erzeugung einer sinusförmigen Ausgangsspannung gezeigt. Diese Wechselrich­ ter werden bei unterbrechungslosen Stromversorgungen ver­ wendet und ihre Ausgänge sind über eine Umschalteeinrich­ tung parallel zum Netz geschaltet, so daß der Verbrauch wahlweise zwischen Netz und Wechselrichter umgeschaltet werden kann, wobei im Normalbereich der Verbrauch vom Wechselrichter gespeist wird und erst wenn im Wechsel­ richter Störungen auftreten, erfolgt die Umschaltung auf das Netz. Nachteilig ist bei derartigen Wechselrichtern mit nachgeschalteten Filtern, daß bei Belastungsstößen die Energienachlieferung über das Filter aus der Gleich­ stromquelle nicht verzögerungslos möglich ist. Bei kon­ stanter Eingangsspannung ergibt sich zunächst ein Span­ nungseinbruch über mehrere Halbwellen und erst danach stellt sich ein statischer Wert ein.

Dieser Spannungseinbruch ist in dem Diagramm nach Fig. 2 deutlich erkennbar. Dabei stellt der obere Kurvenzug die Ausgangsspannung UA an der unterbrechungslosen Stromver­ sorgung dar, während der Kurvenzug darunter den Ausgangs­ strom bzw. den Verbraucherstrom IA zeigt. Man erkennt deutlich, daß beim Anschalten der Last ein erheblicher Spannungseinbruch erfolgt, der erst nach zwei Perioden wieder voll ausgeglichen ist.

Zur Umgehung des Spannungseinbruches bei Lastzuschal­ tung im Wechselrichterbetrieb kann bei USV-Anlagen in den meisten Fällen das öffentliche Netz zur Stützung herangezogen werden. Es ist hierzu eine unverzögerte schnelle Verbraucherstromüberwachung notwendig, die in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist.

Der Verbraucherstrom I _V wird über den Stromwandler 1 gemessen und an einem ersten Gleichrichter 2 gleichge­ richtet. Die Stromhalbwellen werden dann einem ersten Differenzierglied 3 zugeführt, nachdem wiederum eine Gleichrichtung in einem zweiten Gleichrichter 4 und daran anschließend eine Siebung mit dem Kondensator C 2 erfolgt. Eine weitere Differenzierung erfolgt im Differenzier­ glied 5. Durch die zweimalige Differenzierung der Strom­ halbwellen wird nur die Lastzunahme während der Änderung erfaßt. Die der Lastzunahme proportionale Spannung, die am Kondensator C 2 der Auswerteschaltung 6 ansteht, be­ tätigt dann die Umschaltung 7. Dadurch erfolgt die Um­ schaltung des Verbrauchers auf das Netz bereits während der Lastzunahme innerhalb der Halbwelle.

Das Ergebnis ist im Stromspannungsdiagramm nach Fig. 4 gezeigt. In der ersten Zeile ist wieder die USV-Aus­ gangsspannung dargestellt, in der zweiten Zeile der USV-Ausgangsstrom in den drei weiteren aufeinanderfol­ genden Zeilen ist jeweils der Laststrom nach dem Gleich­ richter 2 nach dem ersten Differenzierglied 3 und nach dem zweiten Differenzierglied 5 dargestellt und die un­ terste Zeile zeigt den Netzrückschaltbefehl. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ist der Spannungseinbruch inner­ halb einer Halbwelle äußerst gering und bleibt weit unterhalb der zulässigen Grenzen.

Die Ansprechschwelle für die Stromzunahmeerfassung ist einstellbar. Diese Schaltung greift auch unverzögert bei Überlastungsstößen und Kurzschlüssen am Verbrauch in die elektronische Umschaltung ein. Durch Einführung dieser schnellen Stromüberwachung kann durch Netzstützung der Spannungseinbruch bedingt durch das Wechselrichter­ filter ebenfalls umgangen werden.

Bei USV-Anlagen ist es üblich, das öffentliche Netz als passive Redundanz heranzuziehen. Der Verbrauch wird da­ bei normal über den Wechselrichter und Gleichrichter vom öffentlichen Netz gespeist. Eine direkte Umschaltung des Verbrauchers auf das öffentliche Netz wird durch mehrere Kriterien ausgelöst, wie zum Beispiel Störungen im Wechsel­ richter oder Laststößen wie sie vorhergehend bereits be­ schrieben wurden. Die Rückschaltung vom Netz auf den Wechselrichter erfolgt dabei automatisch, wenn die Wechselrichterausgangsspannung die entsprechenden Tole­ ranzen einhält.

Claims (1)

1. Anordnung zur Vermeidung von unzulässigen Spannungsein­ brüchen bei Lastaufschaltung auf netzgestützte Wechsel­ richter mit nachgeschaltetem Filter, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucherstrom einem Stromwandler (1) zugeführt ist, der einem ersten Gleichrichter (2) vorgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines ersten Differenziergliedes (3) verbun­ den ist, daß dem ersten Differenzierglied (3) ein zwei­ ter Gleichrichter (4) und diesem ein zweites Differenzier­ glied (5) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Ein­ gang einer mit einer einstellbaren Ansprechschwelle ver­ sehenen Auswerteschaltung (6) verbunden ist, der auf einen ein das Stütznetz zuschaltenden Umschalter (7) einwirkt und daß die Siebung erst nach dem ersten Diffe­ renzierglied (3) erfolgt.