DE3409358A1

DE3409358A1 - Unterbrechungsfreie wechselstromversorgung

Info

Publication number: DE3409358A1
Application number: DE19843409358
Authority: DE
Inventors: Kosuke Harada; Katsuaki Murata; Takazi Nakamizo
Original assignee: Nishimu Electronics Industries Co Inc
Current assignee: Nishimu Electronics Industries Co Inc
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-10-04
Also published as: JPH0156621B2; US4556802A; GB2137033B; DE3409358C2; CA1202711A; JPS59175347A; FR2543375B1; GB2137033A; GB8407418D0; FR2543375A1

Description

HOFFMANN -EITLE äPARTNER '

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORQ

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

⁴ 39 893 q/sm

Nishimu Electronics Industries Co., Ltd. Fukuoka-Shi / Japan

Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung

Die Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung und insbesondere eine solche unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung, die bei einem Fehler oder Störung in einer technischen Wechselstromleitung oder bei einem schweren Spannungseinbruch der Leistungsversorgung in der technischen Wechselstromleitung die Energie einer Batterie durch einen Leistungsinverter in eine Wechselstromleistung umwandelt und diese Wechselstromleistung einer■ Last zuführt, ohne einen Schaltvorgang bzw. Überschwingen oder eine Unterbrechung.

Die meisten, wenn nicht sogar alle der bekannten Vorrichtungen der Nachrichtenübertragung und der Datenverarbeitung gestatten keinen Leistungsausfall auch nicht kurzzeitig und erfordern Strom und Leistungsversorgungen von extrem hoher Zuverlässigkeit. Aus diesem Grunde haben unterbrechungsfreie Wechselstromversorgungen weite Anwendung gefunden.

0 Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen schematische Blockdiagramme mit konventionellen unterbrechungsfreien Wechselstromversorgungen. In diesen Diagrammen sind gleiche Bezugszeichen für gleiche oder äquivalente Teile verwendet.

S.BELLASTRASSE A ■ D-8OOO MÖNCHEN Θ1 · TELEFON COBBJ Θ11Ο87 . TELEX 5-29619 CPATHEJ · TELEKOPIERER Θ18356

In der unterbrechungsfreien Wechselstromversorgung gemäß Fig. 1 ist ein Batterieladegerät mit 2 bezeichnet, welches den handelsüblichen Wechselstrom gleichrichtet und eine Batterie 4 lädt, während die kommerzielle Wechselstromleitung 1 normal arbeitet. Gleichzeitig betätigt die vorerwähnte kommerzielle Wechselstromleitung 1 einen Inverter 3 über eine Steuereinheit 10.

Die Wechselstromleistung, die in eine festgesetzte Spannung und Frequenz umgewandelt wurde, wird über einen Schalter 6 einer Last 7 zugeführt. Hierbei wird ein Schalter geöffnet gehalten.

Wenn nun der Inverter 3 außer Betrieb geschaltet wird, werden der Schalter 6 geöffnet und der Schalter 5 geschlossen. Folglich wird der Wechselstrom direkt von der kommerziellen Wechselstromleitung 1 der Last 7 zugeführt. Die kommerzielle Wechselstromleitung wird auch als Netzstromleitung bezeichnet.
20

Wenn die Wechselnetzstromleitung 1 einen Fehler oder eine Unterbrechung erfährt, wird das Aufladen der Batterie 4 durch den Batterielader 2 unterbrochen. Da der Betrieb des Inverters 3 aufgrund der in der Batterie 4 gespeicherten Energie fortgesetzt wird, wird jedoch die Versorgung der Last 7 mit Wechselstrom ohne jeden Übergang oder Schaltvorgang fortgesetzt.

Diese unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung weist jedoch nichtsdestoweniger folgende Nachteile auf.

(1) Da die doppelte Leistungstransformationen der Konversion und Inversion durch die Operation des Laders 2 und des Inverters 3 für die Sicherstellung einer kontinuierlichen

Stromversorgung für die Last 7 ausgeführt wird, und zwar auch dann, wenn die kommerzielle Wechselstromleitung normal arbeitet, ist das Gerät im Wirkungsgrad sehr schlecht.

(2) Da die Leistung dem Inverter 3 zugeführt wird, während die Batterie geladen gehalten wird, erfordert der Apparat unnötigerweise den Einsatz eines Batterieladers 2 von großer Kapazität.

(3) die Zuverlässigkeit der Stromversorgung wird beeinträchtigt, da der Batterielader 2 und der Inverter 3 seriell in bezug auf die Last 7 miteinander verbunden sind. Wenn bei einem dieser Komponenten eine Schwierigkeit auftritt, wird die Last 7 direkt durch die kommerzielle Wechselstromleitung 1 versorgt, wodurch nicht immer eine konstante Spannung garantiert wird, während die gestörte Komponente gerade repariert oder durch ein Ersatzteil ersetzt wird.

(4) Jegliche Bemühung zur Überwindung der im Abschnitt (3) aufgezeigten Nachteile und jede Gewähr nach hoher Zuverlässigkeit der Stromversorgung erfordert eine redundante Ausgestaltung, wie z. B. von Ersatzteilen eines Batterieladers und eines Inverters, welche Teile für eine parallele Operation zum jeweils regulären Teil installiert ist.

Fig. 2 zeigt eine Konfiguration einer unterbrechungsfreien Wechselstromversorgung, die zusätzlich einen Transformator 9 mit drei Windungen aufweist, wobei der Transformator 9 eine stabile Stromversorgung für die Last sicherstellt, und zwar durch die Zusammensetzung der Ströme aus der kommerziellen Wechselstromleitung und aus dem Inverter.

Der Drei-Windungstransformator 9 weist einen Kern 9F auf, der mit zwei magnetischen Nebenschlüssen 9S versehen und in drei Abschnitte unterteilt ist. Der Transformator 9 weist eine dritte Windung 9C auf (der Ausgang dieser Windung ist der Last 7 verbunden), die auf dem zentralen Abschnitt vorgesehen ist. Eine erste Windung 9A (sie ist die Eingangswindung für die kommerzielle Wechselstromleitung) und eine zweite Windung 9B (sie ist die Windung für den Inverter) sind jeweils auf entgegengesetzten Endabschnitten vorgesehen.

Während die kommerzielle Wechselstromleitung 1 gemäß Fig. 2 normal arbeitet, wird die Leistung bzw. der Strom von dieser Leitung über den Pfad des Schalters 5, die erste Windung 9A des Drei-Windungstransformators 9, die dritte Windung 9C des gleichen Transformators 9, die spannungsstabilisierende Schaltung 8 auf die Last 7 übertragen.

Im Gegensatz hierzu wird die Leistung vom Inverter 3 über den Pfad bzw. Stromweg des Batterieladers 2, die Batterie 4, den Inverter 3, den Schalter 6, die zweite Windung 9B des Drei-Windungstransformators 9, die dritte Windung 9C des gleichen Transformators, die Spannungsstabilisierungsschaltung 8 auf die Last 7 übertragen. 25

In diesem Falle wird der Stromfluß vom Inverter 3 zur Last 7 zu Null gemacht. Der Inverter wird in seinen Ersatzstatus bzw. Zustand gesetzt, und zwar durch Steuerung der Ausgangsspannungsphase des Inverters 3, um eine in-Phase-Beziehung mit der Spannungsphase in der Last 7 aufrechzuerhalten,

Wenn die kommerzielle Wechselstromleitung 1 einen Leistungsfehler aufweist, wird die in der Batterie 4 gespeicherte sofort in einen Wechselstrom in dem vorerwähnten

Stromweg, der durch den Inverter 3 verläuft, umgewandelt und als Wechselstrom der Last 7 zugeführt.

Diese Konfiguration beinhaltet einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Zuverlässigkeit und eine wirtschaftlich unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung, die frei von den Nachteilen der Vorrichtung nach Fig. 1 der oben beschriebenen Art ist.

Aber auch in diesem Apparat zeigt der Betrieb hinsichtlich des Stromflusses und der Phasensteuerung innerhalb des Drei-Windungstransformators 9 den Nachteil, daß im Augenblick des Auftretens, des Leistungsfehlers in der kommerziellen Wechselstromleitung ein Überschwingen von einigen Grad in der Ausgangsspannung unvermeidlich auftritt. Um mit diesem Phänomen fertig zu werden, muß die kommerzielle Wechselstromleitung eine sehr genaue und feste Spannungsüberwachung aufweisen. Außerdem muß der Inverter eine Schnelle Phasensteuerung aufweisen.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm mit einer anderen konventionellen Ausgestaltung unter Verwendung eines Transformators mit drei Windungen.

In der Vorrichtung nach Fig. 3 wird bei normal arbeitender kommerzieller Wechselstromleitung ihre Leistung bzw. Strom über den folgenden Stromweg übertragen:

Schalter 5, erste Windung 9A des Eingangs des Transformators 9, dritte Windung 9C des Transformators 9, Spannungsstabilisierungsschaltung 8 und Last 7.

Außerdem wird ein Teil der Leistung des Stromes von der kommerziellen Wechselstromleitung an der ersten Windung 9A

der Eingangswindung des Transformators 9 abgezweigt und über den Stromweg der zweiten Windung 9B, einem reversiblen Leistungskonverter 12 (im Konversionsmodus), und die Batterie 4 übertragen, um diese zu laden.
5

Eine Steuereinheit 10 weist eine Schaltfunktion auf, um für den reversiblen Leistungskonverter 12 den Betrieb im Konversionsmodus zu ermöglichen, wenn sich die kommerzielle Wechselstromleitung 1 in ihrem normalen Zustand befindet und den Inversionsmodus zu ermöglichen, wenn die kommerzielle Wechselstromleitung unterbrochen ist. Außerdem besitzt sie Funktionen für eine automatische Synchronisierung, für eine Spannungssteuerung und ein Schalten.

Bezüglich der Erzielung einer automatischen Synchronisierung hält die Steuereinheit 10 die Frequenz eines nichtdargestellten Oszillators in synchroner Beziehung mit der Frequenz der Wechselstromleitung, während die kommerzielle Wechselstromleitung normal arbeitet. Bei Feststellung einer Unterbrechung in der kommerziellen Wechselstromleitung öffnet sofort der Schalter 5 und gibt ein Antriebs- oder Treibersignal an den reversiblen Leistungskonverter 12 ab, um ihn im Inversionsmodus zu betreiben und um die Leistung über die zweite und dritte Windung 9B, 9C des Transformators 9, dem Eisenkern 9F, und die Spannungsstabilisierungsschaltung 8 auf die Last 7 zu übertragen.

Wenn die kommerzielle Wechselstromleitung 1 ihren normalen Zustand einnimmt und die Phase der kommerziellen Wechsel-0 stromleitung und der Ausgangsspannung des reversiblen Leistungskonverters 12, der im Inversionsmodus betrieben wird, synchronisiert werden, hört die vorgenannten Steuereinheit auf, den reversiblen Leistungskonverter 12 anzusteuern.

Gleichzeitig schließt der Schalter 5, um die Leistungsquelle für die Last 7 von der Batterie 4 auf die kommerzielle Wechselstromleitung 1 umzuschalten.

Gleichzeitig bewirkt die Steuereinheit 10 hinsichtlich ihrer Schaltfunktion, daß der reversible Leistungskonverter 12 im Konversionsmodus arbeitet und daß seine Ausgangsspannung derart gesteuert wird, daß sie die Batterie 4 lädt.

" ' '

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es klar ersichtlich, daß die Energie der Batterie 4 im Gerät nach Fig. 3 sogleich über den Strompfad des reversiblen Leistungskonverters 12, (dieser befindet sich im Inversionsmodus), die zweite Windung 9B des Transformators 9, die dritte Windung 9C des Transformators, die Spannungsstabilisierungsschaltung 8 zur Last 7 übertragen wird, wenn ein Leistungsoder Stromausfall in der kommerziellen Wechselstromleitung auftritt.

Dieses Gerät weist eine hervorstehende Charakteristik auf, da die Konverterschaltung und die Inverterschaltung als reversibler Leistungskonverter 12 integrierend miteinander verbunden sind und sich die zweite Windung 9B des Transformators 9 miteinander teilen. Hierbei ist kein Einsatz eines unabhängigen Batterieladers gegeben. Trotz dieses Merkmals weist das Gerät folgende Nachteile auf:

(1) Die kommerzielle Wechselstromleitung 1 muß unter stän-.diger Beobachtung hinsichtlich des Auftretens eines Leistungseinbruches bzw. der Stromabschaltung stehen. Bei Feststellung eines solchen Stromeinbruchfehlers oder einer Stromunterbrechung muß der Leistungskonverter 12 durch eine geeignete Schalteinrichtung in den Inversionsmodus oder in

den Konversionsmodus umgeschaltet werden.

(2) Da die erste Windung 9A und die zweite Windung 9B des Transformators 9 durch den gleichen Abschnitt des Eisenkernes 9F eng gekuppelt sind, kann kein paralleler Betrieb zwischen der kommerziellen Wechselstromleitung 1 und dem reversiblen Leistungskonverter 12 im Inversionsmodus stattfinden. Daher wird die Steuerschaltung zur Ermöglichung eines hohen Geschwindigkeitsmodus kompliziert, so daß das Auftreten des sogenannten Übergangs- oder Schaltvorgangsphänomens der Ausgangsspannung während dieses Schaltvorganges nicht ausgeschlossen werden kann.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Überwindung und Beseitigung der unterschiedlichen Nachteile der konventionellen Geräte der vorbeschriebenen Art, um auf diese Weise das Überschwing- und Schaltvorgangsphänomen zu beseitigen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung zu schaffen, die den parallelen Betrieb zwischen einer kommerziellen Wechselstromleitung und einer Invertereinheit gestattet, wobei die Überwachung der kommerziellen Wechselstromleitung bedeutend vereinfacht wird und wobei das tiberschwing- oder Schaltvorgangsphänomen der Ausgangsspannung während des Schaltbetriebes minimiert wird.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung mit einem Eisenkern, der durch magnetische Nebenschlüsse in drei Abschnitte unterteilt ist und eine Ausgangswin-0 dung, eine Windung für eine kommerzielle Wechselstromleitung, eine Windung für eine Invertereinheit aufweist, wobei jede einzelne Windung um die vorerwähnten drei Abschnitte des Eisenkernes gewickelt ist. Die unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,

daß die drei Windungen so angeordnet sind, daß die Ausgangswindung auf einem Endabschnitt und die Windungen der kommerziellen Wechselstromleitung sowie der Invertereinheit um die verbleibenden drei Abschnitte des Kernes gewickelt sind. 5

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der Unteransprüche.

Es folgt nun die Figurenbeschreibung. Es zeigen: 10

Fig. 1, 2 und 3 Blockdiagramme von konventionellen unterbrechungsfreien Wechselstromversorgungen,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine äquivalente Schaltung der Anordnung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 7 eine äquivalente Schaltung des Diagrammes von Fig. 6.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand der Figuren 4 bis 7 beschrieben.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Blockdiagramm werden die gleichen Symbole verwendet wie bei Fig. 2 zur Bezeichnung von gleichen und äquivalenten Teilen.

Der Drei-Windungstransformator 9 besitzt zwei magnetische Nebenschlüsse 9S an unterschiedlichen Stellen und weist eine

erste Windung 9A (für die kommerzielle Wechselstromleitung) , eine zweite Windung 9B (für eine Invertereinheit) und eine dritte Windung 9C (für den Ausgang) auf, wobei die Windungen in drei Abschnitten angeordnet sind, die durch die zwei magnetischen Nebenschlüsse geteilt sind. Der Vergleich der Anordnung der einzelnen Windungen in diesem Drei-Windungstransformator 9 mit dem Drei-Windungstransformator des konventionellen Gerätes nach Fig. 2 zeigt deutlich, daß die relativen Lagen der zweiten Windung 9B und der dritten Windung 9C bei der Ausbildung und Anordnung in der vorliegenden Vorrichtung umgekehrt ist gegenüber der in dem konventionellen Gerät.

In der Vorrichtung nach Fig. 4 wird bei normaler Arbeitsweise der kommerziellen Wechselstromleitung die Leistung von der kommerziellen Wechselstromleitung 1 übertragen über den Strompfad des Schalters 5, der ersten Windung 9A des Drei-Windungstransformators 9, der dritten Windung 9C des Transformators 9 und der Spannungsstabilisierungsschaltung 8 auf die Last 7.

Im Gegensatz hierzu wird die Leistung bzw. der Strom der Invertereinheit 3 über den folgenden Strompfad übertragen: Batterie 4, Invertereinheit 3, Schalter 6, zweite Windung 9B des Drei-Windungstransformators 9, dritte Windung 9C des Transformators 9, Spannungsstabilisierungsschaltung 8 und Last 7.

Fig. 5 zeigt ein äquivalentes Schaltungsdiagramm des Aus-0 führungsbeispieles gemäß Fig. 4 und stellt insbesondere die Beziehung zwischen dem Leistungsfluß und der Phase der Spannung in den drei Windungen des Transformators 9 gemäß Fig. 4 dar. In dieser Schaltung sind mit L. und L„ Leckoder Streuinduktivitätskomponenten bezeichnet, die durch

die magnetischen Nebenschlüsse 9S gebildet werden. Es wird hier angenommen, daß die Spannung V der kommerziellen Wechselstromleitung 1 und die Ausgangsspannung V_ der Invertereinheit die gleiche Frequenz und die gleiche Phasendifferenzen φ* , φ~ in bezug auf die Phase der Spannung, die an der Last 7 anliegt, aufweisen, wobei diese Spannung in der Hauptsache die Ausgangsspannung V der Spannungsstabilisierungsschaltung 8 ist.

Unter der vorhergehenden Annahme werden die Leistung P₁, die von der kommerziellen Wechselstromleitung über die Induktivität L- zur Invertereinheit 3 übertragen wird, und die Leistung P₂, die von der Invertereinheit 3 über die Induktivität L„ zur Spannungsstabilisierungsschaltung 8 übertragen wird, sowie die Last 7 in den beiden folgenden Formeln (1), (2) ausgedrückt.

Vac
₌ . _sh ( φ _Γ, φ_ζ ) (χ)

^{ω Ll}

* V_out
P₂= sin<4₂ (2)

(ύ L₂

·

Somit werden die Eingangsleistung und die Ausgangsleistung der Invertereinheit 3 auf den Wert Null gesetzt bzw. eingestellt, und zwar durch Einstellung der Phase (^₁ - φ>~) zwischen den Spannungen V _c und V_1n, um auf diese Weise die Bedingung zu erfüllen, daß P₁ P P, ist (dies wird tatsächlich dadurch erreicht, daß die Verzögerung der Spannung V_n um einen vorgegebenen Winkel eingestellt wird). Als Er-

gebnis dieser Einstellung wird die Invertereinheit 3 in einen Ersatzoperationszustand gebracht.

Wenn in der kommerziellen Wechselstromleitung 1 ein Leistungsfehler oder Einbruch festgestellt wird, während sich die Invertereinheit 3 in dem zuvor erwähnten Ersatzzustand befindet, wird P₁ der vorerwähnten Formel (1) auf Null reduziert, während jedoch die Beziehung gemäß Formel (2) erhalten bleibt. Auf diese Weise geschieht kein Schalt-Vorgang oder Einschwingvorgang in der Ausgangsschaltung, weil die Ausgangsleistung P₀ der Last 7 weiter von der Invertereinheit 3 her versorgt wird.

Wenn die Phase der Ausgangsspannung V der Invertereinhext 3 gegenüber der Phase der kommerziellen Wechselstromleitung V verzögert wird, und zwar soweit, daß P₁ größer wird als P„, fließt die Leistung in die umgekehrte Richtung (in Richtung des Zuflusses) zur Invertereinheit 3, um den Batterielader 4 mit der Leistung (P₁ - P„) zu Iaden (in dem ungeerdeten Zustand).

Die Spannungsstabilisierungsschaltung 8 stabilisiert die Ausgangsspannung, ohne daß sie durch irgendeine leichte Änderung in der Spannung der von der kommerziellen Wechselstromleitung herkommenden Leistung oder von der Invertereinheit 3 her berührt wird. Außerdem bewirkt die Stabilisierungsschaltung 8 eine Einbruchscharakteristik auf den.überstrom, übt die Wirkung eines Filters aus, beseitigt höhere Harmonische und schafft eine stabile Spannung für die Last.

Die Steuereinheit 10 besitzt die Funktion, der automatischen Synchronisierung, die Funktion der Phaseneinstellung, die Funktionen der Überwachung der verschiedenen Teile der Leistungsversorgung und der Steuerung der Schalter, die

Funktionen des Treibens und Steuerns der Invertereinheit sowie die Funktion der Alarmerzeugung. Alle diese Funktionen sind zur Überwachung und Steuerung'der Zustände und Operationen der unterschiedlichen Schaltungen der unterbrechungsfreien Wechselstromversorgung notwendig.

Die vorerwähnte Funktion der automatischen Synchronisierung ermöglicht für die kommerzielle Wechselstromleitung 1 und die Invertereinheit 3 einen Parallelbetrieb über den Drei-Windungstransformator 9, und zwar durch Synchronisierung der Invertereinheit 3 mit der kommerziellen Wechselstromleitung 1. Die Funktion der Phaseneinstellung ermöglicht für die Invertereinheit 3 ihren Betrieb im Ersatzzustand oder aber die Fähigkeit als Batterieiader, und zwar durch Einstellung der Phasendifferenz zwischen der Spannung V _, der kommerziellen Wechselstromleitung und der Ausgangsspannung V der Invertereinheit 3.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die vorliegende Ausführungsform eine bemerkenswerte Wirkung hat. Sie hat bisher überhaupt keine Anwendung gefunden, insbesondere nicht bei solchen Schaltungen, die.in dem konventionellen Gerät nach Fig. 3 erforderlich sind, um z. B. den reversiblen Leistungskönverter mittels einer geeigneten Schalteinrichtung zu betätigen, und zwar beim Auftreten einer Leistungsstörung in der kommerziellen Wechselstromleitung oder aber bei Spannungsausfall. Die Ausführungsform nach dem ersten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Änderung des Modus zwischen dem Laden (oder der Konversion) und der 0 Inversion, die automatisch und kontinuierlich allein durch die Phasensteuerung bewirkt wird.

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung, während Fig. 7 eine äquivalente Gestaltung dieses Diagrammes darstellt. In diesen Diagrammen werden die gleichen Symbole und Bezugszeichen wie bei den Fig. 4 und 5 benutzt. Diese Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder äquivalente Teile.

Aus Fig. 6 ist klar ersichtlich im Vergleich zu Fig. 4, daß die Ausführungsform dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht mit Ausnahme der relativen Lagen der ersten Windung 9A und der zweiten Windung 9B, die umgekehrt sind.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel fließt bei normalem Betrieb der Wechselstromleitung 1 die Leistung über den folgenden Strompfad: kommerzielle Wechselstromleitung 1, Schalter 5, erste Windung 9A des Drei-Windungstransformators 9, dritte Windung 9C des Transformators 9, Spannungsstabilisierungsschaltung 8 und Last 7.

Im Gegensatz hierzu wird die Leistung von der Invertereinheit 3 über den folgenden Strompfad übertragen: Batterie 4, Invertereinheit 3, Schalter 6, zweite Windung 9B des Drei-Windungstransformators 9, dritte Windung 9C des gleichen Transformators 9, Spannungsstabilisierungsschaltung 8 und Last 7.

In der äquivalenten Schaltung nach Fig. 7 bezeichnen die Ausdrücke φ_Λ und φ die Phase der Ausgangsspannung V

2 -LJN .

der Invertereinheit 3 und der Spannung V der Spannungs-Stabilisierungsschaltung 8 jeweils in bezug auf die Spannung V_n der kommerziellen Wechselstromleitung 1. Die Lei-

AU

stung P₁, die von der kommerziellen Wechselstromleitung 1 zur Spannungsstabilisierungsschaltung 8 und zur Last 7 fließt, und die Leistung P₂, die von der Invertereinheit

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zur kommerziellen Wechselstromleitung 1 fließt, werden durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt,

Vac ₀Ut
P ,= sin Φζ (3)

Vac

P₂= sin ^i (4)

ω L₁

Während die kommerzielle Wechselstromleitung 1 sich im Normalbetrieb befindet, arbeitet die vorliegende Vorrichtung derart, daß die Leistung, die von der Invertereinheit 3 zur kommerziellen Wechselstromleitung 1 fließt, zu Null gemacht wird, und zwar dadurch, daß die Phase φ. auf den Wert Null reduziert wird, und zwar durch Bewerkstelligung der in-Phase-Beziehung zwischen der Spannung V der Invertereinheit 3 und der Spannung V der kommerziellen Wechselstromleitung 1. Es ist augenscheinlich, daß in dem hieraus resultierenden Zustand für das Gerät sich die Invertereinheit 3 im Zustand des Ersatzbetriebes befindet.

0 Wenn nun in der kommerziellen Wechselstromleitung 1 eine Unterbrechung festgestellt wird und die Invertereinheit 3 hinsichtlich ihrer Phasenbeziehung wie bisher weiterarbeitet,

kann die Leistung P₂a' ^^{e von} ^^{er Invertere}i^nneit 3 auf die Spannungsstabilisierungsschaltung 8 und die Last 7

übertragen werden soll, durch die Formel (5) ausgedrückt werden.

—~ sin <Ä2 (5)

ω ( L₁+ L₂ )

Unter der Annahme, daß die Gleichungen L₁ = L„ = L und daß V-_c = V ist (dieses sind normale Gestaltungsbedingungen), kann die vorerwähnte Gleichung (5) in folgender Weise weiter entwickelt werden:

Vac * V_out ρ

p_2a - —: sin ^₂= -y-

2 ω L₁

Diese Gleichung impliziert, daß die Leistung, die zur Last 7 übertragen wird, um die Hälfte des Pegels vermindert wird, der bei normalem Betrieb der kommerziellen Wechselstromleitung 1 existiert. Obwohl die Ausgangsspannung V . verringert wird, wird die Leistung auf den normalen Pegel zurückgebracht, und zwar nach einigen Zyklen oder Perioden des Einschwingvorganges infolge der Operation der magnetischen Resonanzschaltung, die in der Spannungsstabilisierungsschaltung 8 eingeschlossen ist.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform das Schaltverhalten bzw. das überschwingen der Ausgangsspannung, welches bei einer. Unterbrechung in der kommerziellen Wechselstromleitung 1 auftritt, größer ist als das in der Vorrichtung

nach Fig. 4, ist es dennoch klein, verglichen mit dem Schaltverhalten oder Uberschwingen in der konventionellen unterbrechungsfreien Wechselstromversorgung gemäß Fig. 2.

In den vorerwähnten Vorrichtungen ist der Schalter 5 zwischen die Invertereinheit 3 und die Transformatorwindung 9B eingefügt. Eine solche Maßnahme ist jedoch nicht notwendig, so daß dieser Schalter auch weggelassen werden kann.

Aus der vorhergehenden Beschreibung geht deutlich hervor, daß die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile und Wirkungen aufweist:

(1) Der Parallelbetrieb wird zwischen der kommerziellen Wechselstromleitung und der Invertereinheit ermöglicht, um eine bemerkenswerte Vereinfachung der konstanten Überwachung der kommerziellen Wechselstromleitung zu gewährleisten.

(2) Das Zusammenbrechen bzw. Abfallen und das Schaltverhalten bzw. Uberschwingen der Ausgangsspannung während der Modusänderung kann minimal niedrig gehalten werden.

(3) Da keine Steuerung des Schalters zwischen einem Konverter und einem Inverter Anwendung findet bzw. stattfindet, kann die Steuerschaltung vereinfacht werden und die Zuverlässigkeit verbessert werden sowie der Kostenaufwand verringert werden.

(4) Da die Invertereinheit im Zustand ihres Ersatzbetriebes oder in einem ähnlichen Zustand die Batterie in einem erdfreien Zustand lädt, während die kommerzielle Wechselstromleitung normal arbeitet, besteht keine Notwendigkeit für die getrennte Installierung von besonderen Ladungsmitteln für die Batterie.

- Leerseite -

Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DlPL-INQ. W. LEHN DIPL.-INe. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. 6ORG DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE 39 893 g/sm Nishimu Electronics Industries Co., Ltd. Fukuoka-Shi / Japan Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung Patentansprüche

1.1 Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung, g e ^-^ kennzeichnet durch die Kombination eines Eisenkernes (9F), der durch magnetischen Nebenschlüsse (9S) in drei Bereiche unterteilt ist, eines Dreiwindungstransformators (9) mit einer Ausgangswindung (9C), die auf einem Endseitenbereich vorgesehen ist, und mit zwei Eingangswindungen (9A, 9B), die auf jeweils einem der verbleibenden zwei Abschnitte vorgesehen sind, einer Invertereinheit (3), die mit einem der zwei Eingangswindungen (9A, 9B) verbunden ist, einer kommerziellen Wechselstromleitung (1), die über eine Schalteinrichtung (5) mit der anderen der beiden zwei Eingangswindungen verbunden ist, einer Batterie (4), die mit der Invertereinheit (3) verbunden ist und diese mit Leistung versorgt, und einer Einrichtung (10) zur Steuerung der Phasendifferenz zwischen der

ARABELLASTRASSE 4 . D-8OOO MÜNCHEN β1 . TELEFON (Όβθ;) Θ11Ο87 · TELEX 5-2Q61Q CPATHEJ · TELEKOPIERER Ei1B35t

Ausgangsspannung der Invertereinheit (3) und der Spannung der kommerziellen Wechselstromleitung (1) bis zu einem vorgegebenen Wert.

2. Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasendifferenz so festgelegt wird, daß die von der Invertereinheit (3) zur Ausgangswindung (9C) übertragene Leistung im wesentlichen zu Null gemacht wird, während die kommerzielle Wechselstromleitung (1) sich im Normalbetrieb befindet.

3. Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasendifferenz so festgelegt ist, daß die Invertereinheit (3) ein erdfreies Laden der Batterie (4) bewirkt, während sich die kommerzielle Wecthselstromleitung (1) im Normalbetrieb befindet.

4. Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswindung (B) die mit der Invertereinheit (3) verbunden ist, auf demjenigen Abschnitt des Eisenkernes (9F) angeordnet ist, der an den Abschnitt des Eisenkernes anschließt, der die Ausgang swindung trägt, und daß die Eingangswindung (9A) die mit der kommerziellen Wechselstromleitung (1) verbunden ist, auf dem Abschnitt des Eisenkernes angeordnet ist, der von dem Abschnitt des Eisenkernes, 0 der die Ausgangswindung (9C) trägt, weiter entfernt ist.

5. Unterbrechungsfreie Wechselstromversorgung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeich-5 net, daß die Eingangswindung (9A), die mit der

kommerziellen Wechselstromleitung (1) verbunden ist, auf dem Abschnitt des Eisenkernes (9F) angeordnet ist, der dem Abschnitt des Eisenkernes benachbart ist, der die Ausgangswindung (9C) trägt und daß die Eingangswindung (9B), die mit der Invertereinheit (3) verbunden ist, auf dem Abschnitt des Eisenkernes angeordnet ist, der von dem Abschnitt des Eisenkernes mit der Ausgangswindung (9C) weiter entfernt ist.