DE3633663A1 - Unterbrechungsfreie stromversorgungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsein­ richtung mit einem Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, bei der mit der Sekundärwicklung eine Gleichrichterschaltung, die eine Batterie speist, verbunden ist, bei der eine eine Last versorgende Wechselspannungsquelle über einen Schalter an die Primärwicklung und die Last anlegbar ist, und bei der bei Ausfall der Wechselspannungsquelle die Last von der Batterie aus über den Transformator versorgbar ist, wobei die Wechselspan­ nungsquelle durch den Schalter von der Primärwicklung und der Last abgetrennt wird und wobei eine Steuereinrichtung dabei die von der Batterie zur Last fließende Leistung steuert.

Derartige unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtungen sind bekannt. Beispielsweise ist in der DE-AS 18 03 221 eine Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung beschrieben, bei der eine Batterie bei Netzausfall einen Gleichstrom liefert. Dieser Gleich­ strom wird durch eine Wechselrichterschaltung in einen Wechselstrom umgewandelt, der über einen Transformator an die Last angelegt wird. Normalerweise wird über den Wechselrichter in der anderen Richtung die Batterie durch die vom Netz über den Transformator übertragene Leistung geladen. Es ist ein Schalter vorgesehen, der dann die Wechselspannung an die Last anlegt. Sobald die Wechselspannung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, unterbricht der Schalter die Verbindung zwischen dem Netz und der Last.

Aus "elektrotechnik", Ausgabe 22 vom 23. November 1984, ist eine ähnliche unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung bekannt, bei der bei Netzausfall aus der Gleichspannung der Batterie eine Wechselspannung durch einen Vierquadranten-Stromrichter erzeugt wird. Dabei besteht dieser Stromrichter aus einer Diodenbrücke, bei der zu jeder Diode ein Transistor parallel geschaltet ist, wobei die Transistoren zur Wechselspannungserzeugung durch eine Steuerschal­ tung mit einer hohen Taktfrequenz pulsbreitenmoduliert angesteuert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine praxisge­ rechte realisierbare unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung anzugeben, bei der bei Ausfall der Wechselspannung bzw. des Netzes eine möglichst schnelle und selbsttätige Umschaltung erfolgt, durch die bewirkt wird, daß die Wechselspannung von der Last abgeschaltet und die Last mit gleichem Phasenwinkel von der Batterie versorgt wird. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrich­ tung einen geringeren Aufwand bezüglich der Elektronik erfordern und somit preiswerter herstellbar sein und außerdem einen geringen Bauraum benötigen.

Diese Aufgabe wird durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgungs­ einrichtung gelöst, bei der der Transformator eine Steuerwicklung aufweist, an die ein Steuersignal anlegbar ist, durch das die Kupp­ lung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Trans­ formators steuerbar ist, und bei der die Steuereinrichtung das Steuersignal in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einem Soll-Wert und einem die Spannung der Batterie oder die an der Last anliegende Wechselspannnung repräsentierenden lst-Wert erzeugt.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die im Normalfall so arbeitet, daß die Last direkt vom Netz aus versorgt wird und daß die Batterie über den Transformator im Gleichrichter­ betrieb geladen wird, bei Netzausfall einen sofortigen Netzabwurf und eine sofortige und automatische Versorgung der Last von der Batterie im Wechselrichterbetrieb über den Transformator ermöglicht. Ein sofortiger Netzabwurf ist vorteilhaft, weil das ausgefallene Netz einen Kurzschluß bewirken kann. Vorteilhafterweise ist die vorliegende unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung aufgrund ihres einfachen Aufbaues kostengünstig realisierbar. Insbesondere ist die bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung zur Anwendung gelangende Steuereinrichtung äußerst einfach aufgebaut. Vorteilhafterweise reduzieren sich im Normalbetrieb die Wechselrich­ ter- und Gleichrichterverluste signifikant. Aus diesem Grunde erge­ ben sich bei der Abführung der Verlustwärme im Vergleich zu konven­ tionellen Einrichtungen nur geringe Probleme bzw. Kosten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrich­ tung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung wird als Gleichrich­ terschaltung ein Brückengleichrichter mit Dioden oder ein Doppelweg­ gleichrichter verwendet.

Dadurch, daß jeder Diode der Gleichrichterschaltung ein elektro­ nischer Schalter, bei dem es sich vorzugsweise um einen Transistor handelt, parallel geschaltet wird, wobei die elektronischen Schalter von der Steuerschaltung durch von einem Taktgenerator synchron zur Frequenz der Wechselspannung erzeugte Taktsignale so gesteuert werden, daß jeweils die zu den gerade leitenden Dioden parallel geschalteten elektronischen Schalter während der entsprechenden Halbperiode leiten und die zu den gerade nicht leitenden Dioden parallel geschaltete Schalter sperren, wird vorteilhafterweise erreicht, daß bei Netzausfall automatisch und sofort über die elek­ tronischen Schalter ein Energiefluß von der Batterie zu der Sekun­ därwicklung des Transformators erfolgt. Eine besonders geringe Wechselstrombelastung der Batterie kann dadurch erreicht werden, daß die entsprechenden elektronischen Schalter beim Ladevorgang nur im Bereich des Spitzenwertes der Wechselspannung leitend geschaltet werden.

Besonders einfach und vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfin­ dung, bei der die Steuerschaltung einen Komparator aufweist, an dessen einen Eingang eine dem Soll-Wert entsprechende Spannung und an dessen anderen Eingang eine dem Ist-Wert entsprechende Spannung angelegt werden. Am Ausgang des Komparators erscheint dann als Steuersignal ein durch die Brummkomponente des Ist-Wertes pulsbrei­ tenmoduliertes Signal. Bei Vorliegen eines Impulses dieses Steuer­ signales wird bei einer Weiterbildung der Erfindung über eine Tran­ sistorschaltung der Strom einer Hilfsspannungsquelle durch die Steu­ erwicklung des Transformators gesendet. Bevorzugterweise sind dabei Freilaufdioden vorgesehen, die die Induktivität der Steuerwicklung über die Hilfsspannung der Hilfsspannungsquelle entmagnetisieren, wenn das Steuersignal den Wert Null aufweist. Dadurch kann ein symmetrisches Verhalten für die Stromzunahme und die Stromabnahme in der Steuerwicklung sichergestellt werden.

Die Taktsignale zur Ansteuerung der den Dioden der Gleichrichter­ schaltung parallel geschalteten elektronischen Schalter werden vorzugsweise durch einen mit der Wechselspannung synchronisierten Taktgenerator erzeugt, der einen Zähler enthält, der durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung jeweils gestartet wird und die Taktsignale euch bei Netzausfall zeitgerecht bei vorgegebenen Zäh­ lerständen erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Netzausfall die elektronischen Schalter in der geeigneten Weise weitergetaktet werden.

Zur Ermittlung des Ausfalls der Wechselspannung weist die Steuerein­ richtung besonders vorteilhaft ein retriggerbares Monoflop auf, das durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung angestoßen wird. Das Monoflop weist eine Haltezeit auf, die größer ist als die einer Halbperiode der Wechselspannung entsprechende Zeit.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Schaltbild einer unterbrechungsfreien Stromversorgungs­ einrichtung gemäß der Erfindung; und die

Fig. 2A bis 2C Diagramme zur Verdeutlichung der Erzeugung des Steuersignales; und

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform eines Last- bzw. Netzabwurf­ schalters;

Fig. 4 eine Einzelheit der unterbrechungsfreien Stromversorgungs­ einrichtung.

Im wesentlichen besteht die vorliegende unterbrechungsfreie Strom­ versorgungseinrichtung aus einem Transformator 1, der eine Steuer­ wicklung 2, eine Sekundärwicklung 3 und eine Primärwicklung 4 auf­ weist, einer Gleichrichterschaltung 5, die zwischen die Sekundär­ wicklung 3 und eine Batterie 6 geschaltet ist, einem Schalter 11, der normalerweise eine Wechselspannungsquelle bzw. das Netz 13, 14 mit der Last 12 und der Primärschaltung 4 verbindet, und einer Steuerschaltung 15, die eine Steuerlogik 16 aufweist, die das Steu­ ersignal für die Steuerwicklung 2 und Taktsignale zur Ansteuerung der Gleichrichterschaltung 5 erzeugt.

Im Normalfall wird die Last 12 direkt vom Netz 13, 14, beispielsweise mit einer Wechselspannung von 220 V über den Schalter 11 gespeist. Gleichzeitig wird die Wechselspannung von 220 V über den Schalter 11 an die Primärwicklung 4 des Transformators 1 angelegt und über diesen an die Sekundärwicklung 3 unter Steuerung des an der Steuer­ wicklung 2 anliegenden Steuersignales übertragen. Dabei wird in an sich bekannter Weise der Kopplungsfaktor des Transformators 1 in Abhängigkeit von der Größe des an der Steuerwicklung 2 anliegenden Steuersignals, dessen Erzeugung nachfolgend näher erläutert werden wird, zwischen 0 und 1 verändert. Genauer gesagt wird die Kopplung zwischen der Primärwicklung 4 und der Sekundärwicklung 3 durch Teilsättigung der flußführenden Kreise in Abhängigkeit von der Größe des Steuerstromes an der Steuerwicklung 2 verändert. Zweckmäßiger­ weise ist der Kopplungsfaktor umso größer, je kleiner des Steuersig­ nal ist.

Der durch die Sekundärwicklung 3 fließende Wechelstrom wird durch die Gleichrichterschaltung 5, bei der es sich vorzugsweise um einen aus den Dioden 7 bis 10 bestehenden Brückengleichrichter handelt, gleichgerichtet und der Batterie 6 zugeführt. Diese wird dadurch im Normalzustand immer auf ihren maximalen Wert aufgeladen. Dabei fließt beispielsweise während der einen Halbwelle des über die Sekundärwicklung 3 fließenden Wechselstromes ein Strom über die Dioden 8 und 9 zur Batterie 6. Während dieser Halbperiode sperren die Dioden 7 und 10. Die Flußrichtung des Stromes ist durch die Pfeile 22 dargestellt. Während der anderen Halbperiode, während der die Dioden 9 und 8 sperren, fließt der Strom entsprechend der Pfei­ le 23 über die Dioden 7 und 10 zur Batterie 6.

In der aus der Figur ersichtlichen Weise ist zu jeder der Dioden 7 bis 10 ein elektronischer Schalter, vorzugsweise ein Transistor 18 bis 21 parallel geschaltet. Die Transistoren 18 bis 21, bei denen es sich zweckmäßigerweise um bipolare Transistoren handelt, werden entsprechend den Stromflüssen 22, 23 durch Taktsignale gesteuert, die von einem durch die Wechselspannung synchronisierten Taktgenera­ tor 35 der Steuerlogik 16 erzeugt werden. Dementsprechend sind, während der Strom in der Richtung 22 fließt, die Transistoren 19 und 20 in den leitenden Zustand geschaltet, so daß sie die Dioden 8 und 9 überbrücken. Gleichzeitig sind die Transistoren 18 und 21, die parallel zu den dann gesperrten Dioden 7 und 9 geschaltet sind, gesperrt. Während der Strom in die Richtung 23 fließt, leiten die Transistoren 18 und 21 und sperren die Transistoren 19 und 20. Die Taktsignale des Taktgenerators 35 werden dabei synchron mit der Wechselspannung des Netzes 13, 14 erzeugt und nach Netzausfall konti­ nuierlich weitererzeugt. Die Wechselspannung wird der Steuerlogik 16 über die Anschlüsse 13, 14′ zugeführt. Vorzugsweise weist der Takt­ generator 35 in an sich bekannter Weise einen Zähler auf, der durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung jeweils gestartet wird, wobei die Taktsignale für die Transistoren 18 bis 21 zeitgerecht bei vorgegebenenen Zählerständen erzeugt werden. Die Nulldurchgänge der Wechselspannung werden vorzugsweise durch entsprechende Triggersig­ nale erzeugende Monoflops erfaßt.

Zur Ansteuerung sind die Steuerelektroden 18′ bis 21′ der Transisto­ ren 18 bis 21 mit den Ausgängen 18′′ bis 21′′ des Taktgenerators 35 der Steuerlogik 16 verbunden.

Bei einem Netzausfall wird die Energieflußrichtung dadurch automa­ tisch und sofort umgekehrt, daß ein Strom aus der Batterie 6 über die in der beschriebenen Weise getakteten Transistoren 18 bis 21 zur Sekundärwicklung 3 fließt. Genauer gesagt fließt aus der Batterie 6 während einer Halbphase ein Strom über z. B. die Transistoren 19 und 20 zur Sekundärwicklung 3. Während der anderen Halbphase fließt dann ein Strom über die Transistoren 18 und 21 zur Sekundärwicklung 3. Das bei Netzausfall auf diese Weise von der Batterie 6 über die Transistoren 19 und 20 bzw. 18 und 21 zur Sekundärwicklung 3 und von dort zur Primärwicklung 4 übertragene Rechteck entspricht bezüglich seiner Phasenlage genau der entsprechenden Halbperiode des ausgefal­ lenen Wechselstromes.

Obwohl der zugehörige Effektivwert des Rechtecks deutlich niedriger als der Nennwert der Netzspannung (220 V effektiv) ist, stimmt der Spitzenwert des Rechtecks aber hinreichend genau mit der Netzspan­ nung überein, so daß für die mit der Primärwicklung 4 verbundene Last 12 die Periode, bei der der Netzausfall erfolgt, ganz normal erscheint. In den nachfolgenden Perioden schaltet die Steuerschal­ tung 15 durch Ansteuerung der Steuerwicklung 2 auf den Wechselspan­ nungs-Effektivwert (220 V effektiv) um. Zu diesem Zweck wird die Steuerwicklung 2 zur Änderung der Kopplung des Transformators 1 so beaufschlagt, daß über die Primärwicklung 4 an die Last 12 stets ein Effektivwert von 220 V geliefert wird.

Vor der Erläuterung der Regelelektronik 15 wird noch darauf hinge­ wiesen, daß der Schalter 11 gleichzeitig mit dem Netzausfall derart umgeschaltet wird, daß das Netz 13, 14 von der Last 12 und der Pri­ märwicklung 4 abgetrennt wird, so daß die Last 12 allein an die Primärwicklung 4 geschaltet ist. Dies ist erforderlich, da das ausgefallene Netz 13, 14 einen Kurzschluß bewirken könnte. Die Betä­ tigung des Abwurfschalters 11 erfolgt von der Steuerlogik 16 über die Leitung 24. Hierzu enthält die Steuerlogik 16 vorzugsweise ein retriggerbares Monoflop 37 mit einer Haltezeit von beispielsweise 11 ms. Wenn dieses Monoflop 37 nicht mehr von den Null-Durchgangs­ signalen der Wechselspannung angestoßen wird, wird der Schalter 11 betätigt.

Die Steuerschaltung 15 arbeitet in der folgenden Weise: Über die Leitung 25, die mit der Gleichrichterschaltung 5 verbunden ist, wird der der Spannung der Batterie 6 entsprechende Ist-Wert der Steuer­ logik 16 zugeführt. Der der Wechselspannung entsprechende Ist-Wert wird über die Eingangsanschlüsse 12′′ an die Steuerlogik 16 angelegt. Der Steuerlogik 16 wird außerdem ein Soll-Wert für die von der Batterie 6 zu erzeugenden Leistung eingegeben. Ein diesem Soll-Wert entsprechendes Gleichspannungssignal liegt am Ausgang 26 der Steuer­ logik 16 bzw. am Eingang eines Komparators 27 an. Am anderen Eingang des Komparators 27 bzw. am Ausgang 28 der Steuerlogik 16 liegt ein Spannungssignal an, das dem Ist-Wert entspricht. Dieser Ist-Wert wird je nach der Richtung, in der die vorliegende Einrichtung arbei­ tet, aus dem Ist-Wert der Batteriespannung an der Leitung 25 oder dem Ist-Wert der Last-Wechselspannung an den Anschlüssen 12′′ er­ zeugt. Dies bedeutet, daß beim Laden der Batterie 6 der Kopplungs­ faktor des Transformators 1 in Abhängigkeit von dem die Batterie­ spannung repräsentierenden Ist-Wert und beim Netzausfall in Abhän­ gigkeit von dem die Last-Wechselspannung repräsentierenden Ist-Wert bestimmt wird. Der Ist-Wert am Anschluß 28 weist sowohl dann, wenn er von der Batterieseite her zugeführt wird als auch dann, wenn er von der Lastseite zugeführt wird, eine Brummkomponente von ca. 1% oder weniger auf. Mit dieser Brummkomponente wird eine Pulsbreiten­ modulation mit dem konstanten, am Ausgang 26 anliegenden Soll-Wert durchgeführt. Dies wird im Zusammenhang mit den Fig. 2A bis 2C näher erläutert.

In der Fig. 2A sind für den Batterie- Ladevorgang die Halbwellen an dem Brückengleichrichter mit 40 bezeichnet. Die sich an der Lei­ tung 25 ergebende Spannung, die als Ist-Wert an dem Eingang 28 des Komparators 27 anliegt und die durch den Ladungszustand der Batte­ rie 6 und die Spitzen der Halbwellen am Brückengleichrichter be­ stimmt wird, weist die Form der durchgehenden Linie 41 auf. Sie enthält in Abhängigkeit vom Ladungszustand der Batterie eine Brumm­ komponente von etwa 1%.

Fig. 2B zeigt den Soll-Wert 42 sowie die Kurve 41.

Gemäß Fig. 2C ergeben sich am Ausgang 29 des Komparators 27 Recht­ eckimpulse, deren Breiten jeweils durch die Zeitdauer bestimmt werden, in denen in Fig. 2B die Spitzen der Kurve 41 den Soll-Wert 42 überragen. Es ist ersichtlich, daß die Impulsbreite um so größer wird, je größer die Amplituden der Spitzenwerte der Kurve 41 (Brummkomponente) sind.

Das am Ausgang 29 des Komparators 27 anliegende pulsbreitenvariable Rechtecksignal wird als Steuersignal der Steuerwicklung 2 des Trans­ formators 1 zugeführt. Vorzugsweise wird dieses pulsbreitenvariable Steuersignal über die Transistoren 30, 31 an die Steuerelektroden der Transistoren 32, 33 angelegt. Beim Aufsteuern der Transistoren 32, 33 durch das Steuersignal fließt über diese Transistoren 32, 33 ein Strom von der Potentialquelle U über die Steuerspule 2 zur Masse. Wenn am Ausgang 29 des Komparators 27 eine Null-Spannung anliegt, werden die Transistoren 30 bis 33 gesperrt. Über die an sich bekann­ ten Freilaufdioden 34 wird dann die Induktivität der Steuerspule 2 gegen die Kraft der Hilfsspannung U abmagnetisiert. Durch diese Betriebsart ist ein symmetrisches Verhalten für Stromzunahme und Stromabnahme sichergestellt, da die gleiche, treibende elektromag­ netische Kraft für beide Betriebsarten vorliegt. Der sich in der Steuerwicklung 6 ergebende Mittelwert ist entsprechend den Erforder­ nissen des Arbeitspunktes der Steuerschaltung über den Mittelwert der Rechteckspannung vorgegeben. Der Kopplungsfaktor des Trans­ formators 1 wird bei einer Vergrößerung der lmpulsbreite der Recht­ eckimpulse (Fig. 2C), d.h. also bei Zunahme der Batterieladung, im Bereich zwischen 0 und 1 verkleinert und umgekehrt.

Bei der Versorgung der Last 12 durch die Batterie laufen am Kompa­ rator 27 die den Fig. 2A bis C entsprechenden Vorgänge ab, wobei jedoch die Kurve 41 der Brummkomponente einer Spannung entspricht, die von der an der Last 12 anliegenden Wechselspannung zur Effek­ tivwerterfassung durch Gleichrichten und Glätten erzeugt wird.

Der Lastabwurfschalter 11 weist beispielsweise die Form des in der Fig. 3 dargestellten, elektronischen Schalters auf. Eine Dioden­ brücke 45 ist vor den Netzanschluß 13 geschaltet. Bei geschlossenem Quertransistor 44 fließt der Strom in Abhängigkeit von der Halbpe­ riode des Wechselstromes entweder in die Richtung des Pfeiles 46 oder in Richtung des Pfeiles 47. Sobald bei Netzausfall der Transi­ stor 44 gesperrt wird, kann über die Diodenbrücke 45 kein Strom mehr fließen und das Netz ist von der Primärwicklung 4 und der Last 12 abgetrennt. Die Ansteuerung der Steuerelektrode des Transistors 44 erfolgt beispielsweise über das weiter oben bereits erwähnte retrig­ gerbare Monoflop.

Vorzugsweise werden die Transistoren 18 bis 21 während des Ladevor­ ganges nur in der Umgebung des Spitzenwertes der Sinus-Wechselspan­ nung angesteuert. Dadurch wird eine geringere Wechselstrombelastung der Batterie 6 erreicht.

An der Stelle der Brückengleichrichterschaltung 5 können auch andere Gleichrichterschaltungen, z.B. ein Doppelweggleichrichter, vorge­ sehen werden.

In Fig. 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Schaltung für eine Steuerlogik gemäß Fig. 1 wiedergegeben. Die Schaltung liefert die Ansteuersignale 118 bis 121 für einen Leistungshalblei­ ter in der Wechselrichterbrücke (Transistoren 18 bis 21 in Fig. 1), leistet die Netzausfallerkennung und schaltet die Reglerrückführung vom Gleichstromkreis auf den Wechselstromkreis um. Bei Netzwieder­ kehr wird die synchronisierte Rückschaltung ausgeführt.

Ein Taktgenerator 135 erzeugt eine Taktfrequenz mit einem Vielfachen von 50 Hz. Dieses Signal wird als Taktsignal einem Ringzähler 122 zugeführt, dessen maximaler Zählerstand dem Vielfachen entspricht. Eine Gruppe von höherwertigen Bits des Zählerausgangssignals wird einer entsprechenden Anzahl von Eingängen eines UND-Gatters 123 zugeführt, welches somit einen Fensterdiskriminator bildet und ein seinem weiteren Eingang zugeführtes Signal nur in einem bestimmten Phasenbereich des Zählzyklus durchläßt. In diesem elektrischen Phasenbereich von 330 bis 360 Grad erfolgt eine Synchronisierung mit der Netzfrequenz durch das Ausgangssignal eines nachfolgend zu be­ schreibenden UND-Gatters 124. Diese Schaltung ist eine Anordnung vom PLL-Typ. Bei Ausfall der Synchronisationssignale wird die Steuerung der Wechselrichtertransistoren entsprechend der Phasenlage des zuletzt aufgenommenen Nulldurchgangs der Netzspannung mit 50 Hz fortgesetzt.

Die Leistungsendstufen einer Treiberbaugruppe 125 steuern die Transistorschaltmodule direkt an und werden von dem Ausgangssignal des Zählers 122 über ein UND-Gatter 126 aktiviert.

Mittels eines einem Übertrager 127 nachgeschalteten Vollweggleich­ richters 128 und einem Schwellwertdiskriminator 129 wird aus dem Netzsignal 13′, 14′ eine Rechteckspannung erzeugt, die in den positi­ ven Nulldurchgängen des Netzsinus das Synchronisationssignal für den Zähler 122 erzeugt. Dabei wird die positive Steigung im Nulldurch­ gang mittels eines Differentiators 130 erfaßt, der in diesem Fall ein Ausgangssignal an das UND-Gatter 124 abgibt, das mit diesem Signal für die während der Nulldurchgänge anstehenden Ausgangs­ impulse des Diskriminators 129 durchlässig ist.

Das Ausgangssignal des Gleichrichters 128 gelangt zu einem Umschal­ ter 131, welcher in der Position "feste Impulsbreite" dieses Signal über einen weiteren Umschalter 132 - der bei Netzausfall in die entsprechende Stellung gelangt - dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers bzw. Komparators 27 (gemäß Fig. 1) zuführt, so daß es mit einem festen Signalpegel (U _ref am nicht-invertierenden Eingang des Komparators 27 verglichen und bei Überschreitung des Pegels und vorhandener Netzspannung die Batterie 6 während der Scheitelwerte geladen wird. Die Transistorschaltmodule werden somit im Ladebetrieb nur in der Umgebung des Spitzenwertes der Sinusspan­ nung aufgesteuert. Damit wird eine geringere Wechselstrombelastung der Pufferbatterie erreicht. Eine geregelte Ladung der Batterie erfolgt in der anderen Position des Umschalters 131, bei der die Batteriespannung "+" dem Operationsverstärker 27 zugeführt und mit U _ref verglichen wird, so daß die beschriebene Regelung mittels der "Brummkomponente" eintritt.

Als Diskriminator für einen Netzausfall dient ein retriggerbares Monoflop 133 mit einer Haltezeit von 11 ms. Wenn es nicht mehr von den Null-Durchgangs-Signalen vom Ausgang der Schaltung 129 ange­ stoßen wird, wird die Reglerrückführung von Gleich- auf Wechsel­ stromseite umgeschaltet und für den Wechselrichter volle 190 Grad Phasenbereich in jeder Halbperiode zum Ansteuern der Transitor­ schaltbrücke freigegeben. Diese Umschaltung erfolgt durch den Schal­ ter 132, der in diesem Fall die mittels eines Siebgliedes 134 nur mäßig geglättete Lastspannung L dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 27 zuführt.

Für die erfindungsgemäße unterbrechungsfreie Stromversorgungsein­ richtung kann sich in besonders vorteilhafter Weise ein Transforma­ toraufbau gemäß der DE-OS 34 23 160 eignen.

Claims (10)

1. Unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung mit einem Transformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwick­ lung aufweist, bei der mit der Sekundärwicklung eine Gleich­ richterschaltung, die eine Batterie speist, verbunden ist, bei der eine eine Last versorgende Wechselspannungsquelle über einen Schalter an die Primärwicklung und die Last anlegbar ist, und bei der bei Ausfall der Wechselspannungsquelle die Last von der Batterie aus über den Transformator versorgbar ist, wobei die Wechselspannungsquelle durch den Schalter von der Primärwicklung und der Last abgetrennt wird und wobei eine Steuereinrichtung dabei die von der Batterie zur Last fließen­ de Leistung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Transfor­ mator eine Steuerwicklung (2) aufweist, an die ein Steuersig­ nal anlegbar ist, durch das die Kopplung zwischen der Primär­ wicklung (4) und der Sekundärwicklung (3) des Transformators (1) steuerbar ist, und daß die Steuereinrichtung (15) das Steuersignal in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einem Soll-Wert und einem die Spannung der Batterie (6) oder die an der Last (12) anliegende Wechselspannung repräsentie­ renden Ist-Wert erzeugt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (5) ein Brückengleichrichter mit Dioden (7, 8, 9, 10) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Diode (7, 8, 9, 10) ein elektronischer Schalter (18, 19, 20, 21) parallel geschaltet ist und daß die elektronischen Schalter (18, 19, 20, 21) von der Steuerschaltung (15) durch von einem Taktgenerator (35) synchron zur Frequenz der Wechselspannung erzeugte Taktsignale so gesteuert werden, daß jeweils die zu den gerade leitenden Dioden (8, 9) parallel geschalteten elek­ tronischen Schalter (19, 20) während der entsprechenden Halb­ periode leiten und die zu den gerade nicht leitenden Dioden (7, 10) parallel geschalteten Schalter (18, 21) sperren.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Schalter (18, 19, 20, 21) Transistoren vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden elektronischen Schalter (18, 21 bzw. 19, 20) beim Ladevorgang nur im Bereich des Spitzenwertes der Wechselspannung leitend geschaltet werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerschaltung (15) einen Komparator (27) aufweist, an dessen einen Eingang (26) eine dem Soll-Wert entsprechende Spannung und an dessen anderen Eingang (28) eine dem Ist-Wert entsprechende Spannung anlegbar sind und an dessem Ausgang (29) als Steuersignal ein durch die Brummkom­ ponente des Ist-Wertes pulsbreitenmoduliertes Signal anliegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Vorliegen eines Impulses des Steuersignals über eine Transistorschaltung (30 bis 33) der Strom einer Hilfsspannungsquelle (U) durch die Steuerwicklung (2) gesendet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Freilaufdioden (34) vorgesehen sind, die die Induktivität der Steuerwicklung (2) über die Hilfsspannung der Hilfsspannungs­ quelle (U) entmagnetisieren, wenn das Steuersignal den Wert Null aufweist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerschaltung (15) einen mit der Wechsel­ spannung synchronisierten Taktgenerator (35) zur Erzeugung der Taktsignale aufweist, der einen Zähler enthält, der durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung jeweils gestartet wird und die Taktsignale auch bei Netzausfall zeitgerecht bei vorgege­ benen Zählerständen erzeugt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) (Erfassung des Netz­ ausfalles) ein retriggerbares Monoflop (37) aufweist, das durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung angestoßen wird und eine Haltezeit aufweist, die größer ist als die einer Halteperiode der Wechselspannung entsprechende Zeit.