DE4121007A1 - Online-usv kleiner leistung - Google Patents

Description

Elektronische Geräte wie Rechenanlagen, Automatisierungsgeräte u. a., die am kommerziellen Netz betrieben werden, reagieren emp­ findlich gegenüber Spannungs- und Frequenzänderungen und gestat­ ten keinen Netzausfall, auch nicht kurzzeitig. Zur Vermeidung von Funktionsstörungen und Schäden sieht man zur kontinuierlichen Spannungsversorgung deshalb eine Wechselstromeinspeisung mittels unterbrechungsfreier Stromversorgungen (USV) vor. USV finden sich in immer größerem Maße auch in Raumschutz-, Brandmelde-, Alarm- und weiteren Anlagen, die eine besonders hohe Zuverlässigkeit erfordern. USV arbeiten in der Weise, daß bei Netzausfall ein Akkumulatorsystem die Stromversorgung übernimmt, bis die Netz­ spannung wieder zur Verfügung steht.

Bekannte USV, wie sie z. B. die DE-OS 31 17 689, Fig. 2 als Prin­ zipschaltbild zeigt, sind derart aufgebaut, daß die Netzspannung durch einen Gleichrichter (meist in einphasiger Brückenschaltung) einen Zwischenkreiskondensator speist, an den wiederum ein Wech­ selrichter (wiederum in einphasiger Brückenschaltung) angeschlos­ sen ist, dessen Ausgangsspannung i.a. durch ein Filter von stö­ renden Oberschwingungen befreit wird. Die einphasige Wechselspan­ nung wird durch einen Ausgangstransformator auf den vom Verbrau­ cher geforderten Pegel angehoben, so daß diese Spannung in Ef­ fektivwert und Klirrfaktor unabhängig von der Netzspannung und der Belastung engtolerierte Werte einhält.

Gleichzeitig wird vom Zwischenkreis über einen Gleichstromsteller eine Batterie geladen, so daß die geladene Batterie bei Ausfall der Netzspannung ihrerseits den Zwischenkreis speisen kann und die Ausgangsspannung weiterhin konstant hält.

Die Spannung oder die Frequenz können ausgangsseitig geregelt werden, z. B. in der Weise, daß die Ausgangsspannung in Frequenz und Phase der Netzspannung gleichgehalten wird oder daß die Frequenz, unabhängig von der Netzfrequenz, konstant gehalten wird.

Nachteilig an der beschriebenen Anordnung ist der hohe Bauelementeaufwand. Insbesondere wirkt der große und schwere Ausgangstransformator volumen- und gewichtsbestimmend.

Aufgabe der Erfindung ist die Verringerung des Bauelementeaufwan­ des bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen kleiner Leistung, insbesondere hinsichtlich der weiteren Gewichts- und Volumenredu­ zierung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Eingangsgleichrichter und der Ausgangswechselrichter in Mittel­ punktschaltung und der Ausgangstransformator als Spartransforma­ tor ausgeführt sind. Der Eingangsgleichrichter speist zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren, wobei der Verbin­ dungspunkt beider Zwischenkreiskondensatoren an die durchgehende Verbindung zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen angelenkt ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und

Fig. 2 eine Variante bezüglich der Filteranordnung.

Der Eingangsgleichrichter, bestehend aus den Ventilen V1, V2 und der Ausgangswechselrichter, bestehend aus den Ventilen V3, V4 und den Freilaufdioden V5, V6, sind in Mittelpunktschaltung ausge­ führt. Als Ausgangstransformator T1 ist ein Spartransformator angeordnet, der z. B. bei einer maximalen Toleranz der Netzspan­ nung von -15% nur eine Typenleistung von ca. 30-40% eines ver­ gleichbaren Trenntransformators besitzen muß. Die Eingangsnetz­ spannung U_n speist über eine Kommutierungs-/Glättungsdrossel L3 zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren C1, C2, wobei deren gemeinsamer Anschluß mit der durchgehende Verbindung zwi­ schen Ein- und Ausgangsklemme verbunden ist. An den Wechselrich­ ter schließt sich ein Filter an, das aus der Filterdrosselspule L1 und dem Filterkondensator C3 besteht. Hierdurch werden stören­ de Oberschwingungen von der Ausgangsspannung U_a ferngehalten. Zur Überbrückung von Netzausfällen ist an den Zwischenkreis ein Gleichstromsteller, bestehend aus den Ventilen V7, V8 und den Freilaufdioden V9, V10, mit Batterie E angeschlossen. Der Batterie E ist die Drosselspule L2 vorgeschaltet. Gegebenenfalls kann parallel zur Batterie E ein Kondensator C4 geschaltet werden. Im Netzbetrieb arbeiten das Ventil V7 und die Freilaufdiode V10 mit der Drosselspule L2 als Tiefsetzsteller zur Ladung der Batterie E, bei Netzausfall arbeiten das Ventil V8 und die Freilaufdiode V9 mit der Drosselspule L2 als Hochsetzsteller zur Speisung der Zwischenkreiskondensatoren C1, C2.

Fig. 2 zeigt eine Variante des Ausgangswechselrichters, bei dem das Ausgangsfilter hinter dem Ausgangstransformator T1 liegt und dieser so ausgebildet wird, daß durch Erhöhung seiner Streuinduk­ tivität, z. B. mittels Zusatzkern mit Luftspalt, eine gesonderte Filterdrosselspule wie die Filterdrosselspule L1 in Fig. 1 entfal­ len kann.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird nicht nur die Baugröße des Transformators verringert, auch die Zahl der aktiven Bauelemente (Gleichrichterdioden, Wechselrichterventile - z. B. IGBT mit Freilaufdioden) wird halbiert.

Claims (4)

1. Online-USV kleiner Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsgleichrichter und der Ausgangswechselrichter in Mittel­ punktschaltung ausgeführt sind und die Ventile (V1, V2) des Ein­ gangsgleichrichters zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskon­ densatoren (C1, C2) speisen, deren Verbindungspunkt an die durch­ gehende Verbindung zwischen Ein- und Ausgangsklemmen angelenkt ist, wobei die Ventile (V3, V4) des Ausgangswechselrichters über ein Filter mit einem Ausgangsspartransformator (T1) verbunden sind.

2. Online-USV nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Batterieanordnung am Zwischenkreis, bestehend aus den zwei Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2), parallel angeordnet ist.

3. Online-USV nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus­ gangsseitige Filter aus einer Filterdrosselspule (L1) und einem Filterkondensator (C3) besteht.

4. Online-USV nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus­ gangsseitige Filter aus einem Filterkondensator (C3) und der durch einen Streukern des Ausgangstransformators (T1) gebildeten Streuinduktivität besteht.