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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Stromversorgung,
die eine Last über einen
Wechselstromschalter mit einer Netzstromversorgung verbindet.
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Wechselstromschalter,
die in herkömmlichen unterbrechungsfreien
Stromversorgungen verwendet werden, wie sie in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-292686 offengelegt
werden, verwenden Schaltelemente mit einer Selbstöffnungsfunktion oder
Thyristoren, die durch eine Zwangsöffnungsschaltung geöffnet werden.
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Eine
andere Art von Wechselstromschalter, der ebenfalls verwendet wird
und keine Öffnungsschaltung
verwendet, wird natürlich
geöffnet,
wenn ein in dem Thyristor fließender
Strom unter einen Haltestrom abfällt.
Die Verwendung des Wechselstromschalters, der nur solche Thyristoren
beinhaltet, kann die Kosten der unterbrechungsfreien Stromversorgung
senken. Wenn diese Art von Wechselstromschalter verwendet wird,
tritt jedoch eine Periode ohne Ausfall auf, während derer zwei Wechselströme parallel
zu einer Last verbunden sind und zu derselben gespeist werden, wodurch
das Öffnen
des Wechselstromschalters verzögert
wird, wie in den
japanischen
Offenlegungsschriften Nr. 5-30683 ,
5-176461 und
5-292686 angedeutet wird.
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Das
US-Patent 454641042 legt
eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit den Merkmalen des Vorspruches
des Anspruches 1 offen.
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Wie
in 8A gezeigt wird, weist ein herkömmlicher
Wechselstromschalter 1 auf Thyristorbasis für eine jede
Phase antiparallel verbundene Thyristoren SCR1 und SCR2 auf, die
zwischen einer Netzstromversorgung 3 und einem Stromrichter 5 für eine jede
Phase angeordnet sind. Der Stromrichter 5 hat eine Aufgabe
des Umwandelns eines Wechselstroms in einen Gleichstrom und umgekehrt
und ist mit einer Gleichstromversorgung 7 auf einer Gleichstromseite
derselben verbunden. Der Strom von der Netzstromversorgung 3 wird über den
Wechselstromschalter 1 zu einer Last 9 gespeist,
und der Ausgang von dem Stromrichter 5 wird direkt zu der Last 9 gespeist.
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Um
die Umschaltung zwischen den beiden Stromversorgungen 3, 7 von
der Seite des Stromrichters 5 (der zweite Zuführweg R2)
zu der Seite der Netzstromversorgung 3 (der erste Zuführweg R1) auszulösen, wird
ein Ein-Signal an einen jeden der Thyristoren SCR1 und SCR2 angelegt,
die den Wechselstromschalter 1 bilden, in einem vorgegebenen
Zyklus, und ein Aus-Signal wird an den Stromrichter 5 übergeben.
Zu diesem Zeitpunkt wird der durch den Stromrichter 5 fließende Strom
sofort unterbrochen, und der Wechselstromschalter schließt sofort,
wodurch bewirkt wird, dass der Zuführweg sofort umgeschaltet wird.
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Um
den Zuführweg
von der Seite der Netzstromversorgung (der erste Zuführweg R1)
auf die Stromrichterseite (der zweite Zuführweg R2) umzuschalten, wird
ein Ein-Signal an
den Stromrichter 5 übergeben
und ein Aus-Signal wird an den Wechselstromschalter 1 übergeben.
Da jedoch der Wechselstromschalter 1 Thyristoren ohne Selbstöffnungsfunktion
verwendet, fällt
der durch den Wechselstromschalter 1 fließende Strom
nicht unverzüglich auf
Null ab und somit gibt es eine Periode, in der die Netzstromversorgung 3 und
der Stromrichter 5 parallel mit der Last 9 verbunden
sind. Während
dieser Periode und in Abhängigkeit
von der Spannungsbeziehung zwischen der Netzstromversorgung 3 und dem
Stromrichter 5 fließt
ein unkontrollierbarer Querstrom zwischen dem Stromrichter 5 und
der Netzstromversorgung 3, wodurch die an die Last 9 angelegte
Spannung anormal wird. Der kostengünstige Wechselstromschalter 1,
der ausschließlich
aus den Thyristoren SCR1 und SCR2 besteht, die keine Zwangsöffnungsschaltung
verwenden, weist somit dahingehend ein Problem auf, dass er keine
sofortige Umschaltung des Zuführweges
durchführen
kann.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, die einen Wechselstromschalter,
der aus Thyristoren besteht, möglichst schnell öffnen kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, die in der Lage ist, einen
Wechselstromschalter, der aus Thyristoren besteht, ohne einen Stromrichter
möglichst
schnell zu öffnen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, die in der Lage ist, einen
Wechselstromschalter, der aus Thyristoren besteht, zu öffnen, ohne
eine separate Zwangsöffnungsschaltung
bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Wechselstromschalter-Öffnungsverfahrens
für eine
unterbrechungsfreie Stromversorgung, die in der Lage ist, einen
Wechselstromschalter, der aus Thyristoren besteht, zu öffnen, ohne
eine separate Zwangsöffnungsschaltung
bereitzustellen.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung bereitgestellt, die
umfasst:
einen ersten Zuführweg
(R1) zum Zuführen
eines Wechselstroms zu einer Last (9) von einer Netzstromversorgung
(3) über
einen Wechselstromschalter (1), der aus einem Paar antiparallel
verbundener Thyristoren besteht; und
einen zweiten Zuführweg (R2),
der einen Spannungssteuer-Stromrichter (5) enthält, wobei
der Stromrichter eine Gleichstromversorgung (7) als seine
Quelle nutzt und einen Invertiervorgang des Umwandelns eines Gleichstroms
in einen Wechselstrom und des Zuführens des umgewandelten Wechselstroms
zu der Last durchführt;
eine
Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung;
eine Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung
(11), die eine Bezugs-Sinusspannung
erzeugt;
eine Stromerfassungseinrichtung (11a), die
einen Strom erfasst, der durch den Wechselstromschalter (1)
fließt,
dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren umfasst:
die
Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung (13), die auf Basis
der Bezugs-Sinusspannung an den Stromrichter (5) einen
Spannungs-Steuerbefehl ausgibt, um den Stromrichter zu veranlassen,
den Invertiervorgang durchzuführen,
wobei, wenn der Spannungs-Steuerbefehl
von der Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung ausgegeben wird, der
Wechselstromschalter (1) geöffnet wird und die Zufuhr des Wechselstroms
zu der Last (9) von dem ersten Zuführweg (R1) auf den zweiten
Zuführweg
(R2) umgeschaltet wird;
wobei die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung
(11) enthält:
eine
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung (11b), die eine Synchron-Sinusspannung
Vref1, eine Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 und eine Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3
erzeugt, wobei die Synchron-Sinusspannung Vref1 mit der Netzstromversorgung
(3) synchronisiert ist und wenn sie als Bezugs-Sinusspannung
verwendet wird bewirkt, dass eine Ausgangsspannung des Stromrichters
(5) fast gleich einer Spannung der Netzstromversorgung wird,
die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 die gleiche Phase hat wie
die Synchron-Sinusspannung Vref1 und ihre Amplitude um einen Spannungsunterschied-Befehlswert ΔV höher ist
als die der Synchron-Sinusspannung
Vref1 und die Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3 die gleiche Phase
hat wie die Synchron-Sinusspannung Vref1 und ihre Amplitude um den
Spannungsdifferenz-Befehlswert ΔV niedriger
ist als die Synchron-Sinusspannung Vref1;
eine Sinusspannungs-Auswahleinrichtung
(11c), die die Synchron-Sinusspannung Vref1, die Hoch-Synchron-Sinusspannung
Vref2 oder die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vref3 auswählt
und die ausgewählte
Spannung als die Bezugs-Sinusspannung
an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung (13) ausgibt,
wobei,
wenn der Spannungs-Steuerbefehl nicht ausgegeben wird, die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung
(11c) die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, und
wobei, wenn der Spannungs-Steuerbefehl ausgegeben wird, die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung
die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 auswählt, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung
(11a) eine positive Polarität hat, die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vref3 auswählt,
wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung eine negative Polarität hat, und
die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung
Null ist.
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Wenn
die Netzstromversorgung (3) ausfällt, gibt die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
(13) vorzugsweise den Spannungs-Steuerbefehl aus.
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Wenn
der Stromrichter (5) in Funktion ist, gibt die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
(13) den Spannungs-Steuerbefehl ständig aus, und wenn der Stromrichter
nicht in Funktion ist, wird der Wechselstromschalter so gesteuert,
dass er leitet.
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Die
Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung (13) gibt den Spannungs-Steuerbefehl
vorzugsweise an den Stromrichter (5) aus, wenn die Netzstromversorgung
(3) ausfällt,
oder, wenn die Netzstromversorgung normal ist, gibt sie einen Strom-Steuerbefehl
an den Stromrichter aus, um zu bewirken, dass der Stromrichter als
ein aktives Filter arbeitet.
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Vorzugsweise
umfasst die unterbrechungsfreie Stromversorgung:
Eine Stromausfall-Erfassungseinrichtung
(12), die einen Stromausfall in einer Netzstromversorgung
(3) erfasst;
Wobei der Spannungssteuer-Stromrichter
(5) zwischen dem Wechselstromschalter (1) und
der Gleichstromversorgung (7) angeordnet ist, wobei, wenn
die Netzstromversorgung (3) genutzt werden kann, der Stromrichter
einen Gleichrichtvorgang des Umwandelns des Wechselstroms von der
Netzstromversorgung in einen Gleichstrom und des Ladens der Gleichstromversorgung
mit dem Gleichstrom durchführt
und einen aktiven Filtervorgang des Kompensierens eines Oberwellenstroms
sowie eines Blindstroms, die in die Last fließen, durchführt, und wobei ansonsten der
Stromrichter die Gleichstromversorgung als seine Quelle nutzt und
hauptsächlich
einen Invertiervorgang des Umwandelns eines Gleichstroms in einen
Wechselstrom sowie des Zuführens des
umgewandelten Wechselstroms zu der Last durchführt;
wobei die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
(13) den Spannungs-Steuerbefehl auf Basis der Bezugs-Sinusspannung
an den Stromrichter (5) ausgibt, um zu bewirken, dass der
Stromrichter den Invertiervorgang durchführt, sowie einen Strom-Steuerbefehl, um
zu bewirken, dass der Stromrichter den Gleichrichtvorgang und den
aktiven Filtervorgang durchführt;
und
wobei die Sinusspannungs-Auswahleinrichtung (11c) die
Synchron-Sinusspannung Vref1, die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2
oder die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vref3 auswählt
und die ausgewählte
Spannung als die Bezugs-Sinusspannung
an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung (13) ausgibt;
wobei,
wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung (12) keinen
Stromausfall erfasst und der Spannungs-Steuerbefehl nicht ausgegeben
wird, die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung
die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, und wobei, wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung
einen Stromausfall erfasst und der Spannungs-Steuerbefehl ausgegeben wird, die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung
die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2
auswählt,
wenn ein Ausgang der Stromerfassungseinrichtung (11a) eine
positive Polarität
hat, die Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3 auswählt, wenn
der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung eine negative Polarität hat, und
die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung
Null ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Sinusspannungs-Auswahleinrichtung (11c):
eine
erste Auswahlschaltung (11c1), die die Hoch-Synchron-Sinusspannung
Vref2 auswählt, wenn
der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung eine positive Polarität hat, und
die Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung
eine negative Polarität hat;
eine
erste Entscheidungsschaltung (11c2), die entscheidet, dass
eine Ausgangsspannung der ersten Auswahlschaltung als die Bezugs-Sinusspannung erforderlich
ist, wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung einen Stromausfall
erfasst und die Stromerfassungseinrichtung erfasst, dass der Strom nicht
Null ist; und
eine zweite Entscheidungsschaltung (11c3),
die die Ausgangsspannung der ersten Auswählschaltung (11c1)
auswählt,
wenn die erste Entscheidungsschaltung (11c2) ent scheidet,
dass die Ausgangsspannung der ersten Auswahlschaltung erforderlich ist,
und ansonsten die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt.
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Vorzugsweise
umfasst die unterbrechungsfreie Stromversorgung:
eine Stromausfall-Erfassungseinrichtung
(12), die einen Stromausfall in einer Netzstromversorgung
(3) erfasst;
eine Stromerfassungseinrichtung (19a),
die einen Strom erfasst, der durch den Wechselstromschalter fließt;
einen
Wechselstromschalter (1), der ein Paar antiparallel verbundener
Thyristoren aufweist, wobei der Wechselstromschalter so eingerichtet
ist, dass er einen Wechselstrom von der Netzstromversorgung zu der
Last (9) zuführt,
wenn die Netzstromversorgung normal ist. und der Wechselstromschalter
geöffnet wird,
wenn die Netzstromversorgung ausfällt;
eine Gleichstromversorgung
(7); und
eine Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung;
dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren umfasst:
einen
Spannungssteuer-Stromrichter (5), der zwischen dem Wechselstromschalter
und der Gleichstromversorgung angeordnet ist, wobei, wenn die Netzstromversorgung
normal ist, der Stromrichter einen Gleichrichtvorgang des Umwandelns
des Wechselstroms von der Netzstromversorgung in einen Gleichstrom
und des Ladens der Gleichstromversorgung mit dem Gleichstrom durchführt und
einen aktiven Filtervorgang des Kompensierens eines Oberwellenstroms
sowie eines Blindstroms, die in die Last fließen, durchführt, und wobei ansonsten der
Stromrichter die Gleichstromversorgung als seine Quelle nutzt und
hauptsächlich
einen Invertiervorgang des Umwandelns eines Gleichstroms in einen
Wechselstrom sowie des Zuführens
des umgewandelten Wechselstroms zu der Last durchführt, dadurch
gekennzeichnet, dass die unterbrechungsfreie Stromversorgung des
Weiteren umfasst:
eine Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung
(13) vom Phasenschiebetyp zum Erzeugen einer Bezugs-Sinusspannung;
die
Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung (13), die auf Basis
der Bezugs-Sinusspannung an den Stromrichter einen Spannungs-Steuerbefehl
ausgibt, um den Stromrichter zu veranlassen, den Invertiervorgang durchzuführen, und
einen Strom-Steuerbefehl, um den Stromrichter zu veranlassen, den
Gleichrichtvorgang und den aktiven Filtervorgang durchzuführen;
wobei
die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung (19) vom
Phasenschiebetyp umfasst:
eine Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung
(19b) vom Phasenschiebetyp, die eine Synchron-Sinusspannung
Vref, eine Vorlauf-Sinusspannung Vref4 und eine Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 erzeugt, wobei die Synchron-Sinusspannung Vref1 mit der Netzstromversorgung
synchronisiert ist, und wenn sie als die Bezugs-Sinusspannung verwendet wird,
bewirkt, dass eine Ausgangsspannung des Stromrichters bezüglich der
Amplitude einer Spannung der Netzstromversorgung fast gleich wird,
die Vorlauf-Sinusspannung
Vref4 der Synchron-Sinusspannung bezüglich der Amplitude gleich
ist und Phasenvorlauf ihr gegenüber
aufweist, und die Nachlauf-Sinusspannung Vref5 der Synchron-Sinusspannung
Vref1 bezüglich
der Amplitude gleich ist und ihr gegenüber Phasennachlauf aufweist;
eine
Sinusspannungs-Auswahleinrichtung (19c) vom Phasenschiebetyp,
die die Synchron-Sinusspannung Vref1, die Vorlauf-Sinusspannung
Vref4 oder die Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 auswählt
und die ausgewählte
Spannung als die Bezugs-Sinusspannung
an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung (13) ausgibt;
wobei,
wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung (12) keinen
Stromausfall erfasst und der Spannungs-Steuerbefehl nicht ausgegeben
wird, die Sinusspannungs-Auswahleinrichtung
(19c) vom Phasenschiebetyp die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, und
wobei, wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung einen Stromausfall
erfasst und der Spannungs-Steuerbefehl ausgegeben wird, die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung
vom Phasenschiebetyp die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 oder die Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 in Abhängigkeit
davon, welche größer ist
als die Synchron-Sinusspannung Vref1, auswählt, wenn ein Ausgang der Stromerfassungseinrichtung
eine positive Polarität
hat, die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 oder die Nachlauf-Sinusspannung Vref5
in Abhängigkeit
davon auswählt,
welche kleiner ist als die Synchron-Sinusspannung, wenn ein Ausgang
der Stromerfassungseinrichtung eine negative Polarität hat, und
die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung
(19a) Null ist.
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Vorzugsweise
erzeugt die Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung (19b)
vom Phasenschiebetyp die Synchron-Sinusspannung Vref1, die Vorlauf-Sinusspannung
Vref4, die der Synchron-Sinusspannung Vref1 bezüglich der Amplitude gleich ist
und ihr gegenüber
Vorlauf um einen Phasendifferenz-Befehlswert DELTA phi aufweist,
und die Nachlauf-Sinusspannung Vref5, die der Synchron-Sinusspannung
Vref1 bezüglich
der Amplitude gleich ist und ihr gegenüber Nachlauf um den Phasendifferenz-Befehlswert
DELTA phi aufweist.
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Vorzugsweise
wählt die
Sinusspannungs-Auswähleinrichtung
(19c) vom Phasenschiebetyp die Vorlauf-Sinusspannung Vref4,
die Nachlauf-Sinusspannung Vref5 oder die Synchron-Sinusspannung
Vref1 aus und gibt die ausgewählte
Spannung als die Bezugs-Sinusspannung an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
(13) aus, wobei Sinusspannungs-Auswähleinrichtung vom Phasenschiebetyp
die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 ausgibt, nachdem der Strom von der
negativen Polarität
zu der positiven Polarität
gewechselt hat, bis die Synchron-Sinusspannung Vref1 einen positiven
Spitzenwert erreicht, die Nachlauf-Spannung Vref5 auswählt, nachdem
die Synchron-Sinusspannung den positiven Spitzenwert erreicht hat,
bis der Strom von der positiven Polarität zu der negativen Polarität gewechselt
hat, bis die Synchron-Sinusspannung einen negativen Spitzenwert
erreicht, die Nachlauf-Sinusspannung Vref5 auswählt, nachdem die Synchron-Spannung
den negativen Spitzenwert erreicht hat, bis der Strom von der negativen
Polarität
zu der positiven Polarität
wechselt, und die Synchron-Sinusspannung Vref1 auswählt, wenn
die Stromerfassungseinrichtung (19a) erfasst, dass der
Strom Null ist.
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Weitere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen offensichtlich
und verständlich
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Steuerungsblockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Betriebs-Wellenformdiagramm des ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
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3 ist ein Detaildiagramm einer ersten Auswahlschaltung,
die in dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wird.
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4 ist ein Diagramm und zeigt Veränderungen
eines Stromes und einer Spannung in dieser Erfindung über die
Zeit, wenn ein Stromausfall erfasst wird.
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5 ist
ein Steuerungsblockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Betriebs-Wellenformdiagramm des zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
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Die 7A und 7B sind
Detailfunktionspläne
einer ersten Auswahlschaltung des zweiten Ausführungsbeispieles; und
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Die 8A, 8B und 8C sind
Diagramme und zeigen Konfigurationen unterbrechungsfreier Stromversorgungen,
auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen beschrieben werden. 1 ist ein Blockschaltbild
und zeigt schematisch eine Beispielkonfiguration, in der die vorliegende
Erfindung auf eine unterbrechungsfreie Stromversorgung normalerweise
des Typs von Netzstromversorgung und aktivem Filter angewendet wird. 1 zeigt
lediglich eine Einzelphasenkom ponente, das heißt Verbindungen und ein Steuerungssystem
für eine
Phase. In 1 sind ein Wechselstromschalter 1,
ein Spannungssteuer-Stromrichter 5 und eine Gleichstromversorgung 7 im
Wesentlichen gleich herkömmlichen derselben.
Der Spannungssteuer-Stromrichter 5 ist zwischen dem Wechselstromschalter 1 und
der Gleichstromversorgung 7 installiert. Wenn der Netzstrom
normal ist, führt
der Stromrichter 5 einen Gleichrichtvorgang durch, in dem
er einen Wechselstrom von einer Dreiphasenwechselstromversorgung 3 in
einen Gleichstrom umwandelt und die Gleichstromversorgung 7 mit
dem gleichgerichteten Gleichstrom lädt, und ebenso einen aktiven
Filterbetrieb, der Ströme
erzeugt, um einen Oberwellenstrom und einen Blindstrom, die in die
Last 9 fließen,
zu kompensieren. Zu anderen Zeiten führt der Stromrichter 5 vorwiegend
einen Invertiervorgang durch, in dem er einen Gleichstrom von der
Gleichstromversorgung 7 in einen Wechselstrom umwandelt
und den umgekehrten Wechselstrom zu der Last 9 speist.
Wie in 8A gezeigt wird, wird die Last 9 von
der Netzstromversorgung 3 während des Gleichrichtervorganges über den
ersten Zuführweg
R1 gespeist sowie während
des Intertiervorganges von dem Stromrichter 5 über den
zweiten Zuführweg
R2.
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Der
Wechselstromschalter 1, der zwischen der Netzstromversorgung 3 und
dem Stromrichter 5 installiert ist, entspricht einer Phase
und umfasst zwei antiparallel verbundene Thyristoren SCR1 und SCR2.
Wenn die Netzstromversorgung 3 normal ist, wird die Last 9 mit
einem Wechselstrom von der Netzstromversorgung 3 über den
Wechselstromschalter 1 gespeist. Wenn die Netzstromversorgung 3 ausfällt, wird
der Wechselstromschalter 1 geöffnet, um die Speisung des
Wechselstroms von der Netzstromversorgung 3 zu der Last 9 zu
unterbrechen.
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Wenn
eine Stromausfall-Erfassungseinrichtung
12 das Vorliegen
oder das Nicht-Vorliegen
eines Stromausfalles erfasst, gibt eine Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung
11 ein
Bezugs-Sinusspannungssignal zum Steuern des Stromrichters
5 an
eine Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
13 aus. Auf Basis
der Bezugs-Sinusspannung
gibt die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
13 einen Spannungssteuer-Befehl
an den Stromrichter
5 aus, um zu bewirken, dass der Stromrichter
5 einen
Invertiervorgang durchführt,
und einen Stromsteuer-Befehl, um zu bewirken, dass der Stromrichter
5 den
Gleichrichtvorgang und den aktiven Filtervorgang durchführt. Die
Stromausfall-Erfassungseinrichtung
12 kann zum Beispiel
eine bekannte Konfiguration aufweisen, die das Auftreten eines Stromausfalls
bestimmt, wenn eine Spannungserfassungsschaltung erfasst, dass eine
Spannung einer Phase geringer ist als eine vorgegebene Spannung.
Wenngleich in diesem Beispiel lediglich der Ausgang der Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung
11 als
Eingang zu der Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
13 gezeigt wird,
empfängt
die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
13 genau
genommen Signale, die Informationen darstellen, die erforderlich
sind für
die Steuerung der Spannung und des Stromes auf der Wechselstromseite
des Stromrichters
5 und der Gleichspannung auf der Gleichstromseite.
Die Konfigurationen des Stromrichters
5 und der Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung
13 werden
in den
japanischen Offenlegungsschriften
Nr.8-51735 ,
9-56087 und
10-14251 offengelegt und
ebenso detailliert in der
japanischen Patentanmeldung
2000-2888480 (laufende Nr.
US 09/956,185 ,
EP-Anmeldung Nr. 01250328.0 ),
einer früheren
Anmeldung des Anmelders der vorliegenden Erfindung, beschrieben.
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Die
Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 11 umfasst eine
Stromerfassungseinrichtung 11a zum Erfassen eines Stromes,
der durch den Wechselstromschalter 1 fließt, eine
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 11b zum Erzeugen einer
Sinuswellenspannung, die als die Bezugs-Sinusspannung an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 13 auszugeben
ist, und eine Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 11c zum
Auswählen
einer Sinuswellenspannung, die als die Bezugs-Sinusspannung zu der
Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 13 ausgegeben wird.
Die Stromerfassungseinrichtung 11a gibt auf Basis eines
von dem Stromwandler CT erfassten analogen Stromwertes ein für die Steuerung
erforderliches Stromerfassungssignal aus.
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Die
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 11b erzeugt eine Synchron-Sinusspannung Vref1,
eine Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 und eine Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vref3. Die Synchron-Sinusspannung Vref1 wird mit der Netzstromversorgung 3 synchronisiert
und, wenn sie als Bezugs-Sinusspannung verwendet wird, bewirkt sie, dass
die Ausgangsspannung des Stromrichters 5 fast gleich der
Spannung der Netzstromversorgung 3 ist. Die Hoch-Synchron-Sinusspannung
Vref2 ist phasengleich mit der Synchron-Sinusspannung Vref1 und
größer in der
Amplitude als die Synchron-Sinusspannung Vref1. Die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vref3 ist phasengleich mit der Synchron-Sinusspannung Vref1 und
in der Amplitude kleiner als die Synchron-Sinusspannung Vref1. Wenn
diese Sinusspannungen als die Bezugs-Sinusspannung Vref verwendet werden,
erscheint die Ausgangsspannung des Stromrichters 5 an einer
Leitung 17b von 1. Wenn die Synchron-Sinusspannung Vref1
als die Bezugs-Sinusspannung Vref verwendet wird, wird ein Wechselstrom-Ausgangssignal, das
mit der Wechselspannung der Netzstromversorgung 3 phasengleich
und gleich in der Amplitude ist, an der Leitung 17b erzeigt.
Die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 11c wählt die
Synchron-Sinusspannung Vref1 aus, wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 keinen
Stromausfall erfasst. Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 Stromausfall erfasst,
wählt die
Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 11c die
Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 aus, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 11a eine
positive Polarität
aufweist, die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vef3, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 11a eine
positive Polarität
aufweist, und die Synchron-Sinusspannung Vref1, wenn der Ausgang
der Stromerfassungseinrichtung 11a Null ist, bevor sie
die ausgewählte Spannung
als die Bezugs-Sinusspannung an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 13 ausgibt. Wenn
die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 11 die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2
oder die Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3 auswählt, wird
an den leitenden Thyristor SCR1 oder SCR2 des Wechselstromschalters 1 eine Sperrvorspannung
angelegt und derselbe geöffnet. Nachdem
der stromführende
Thyristor geöffnet
worden ist, wenn die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 11 die
Synchron-Sinusspannung Vref1 als die Bezugs-Sinusspannung auswählt, bleibt der
Wechselstromschalter 1 geöffnet, und der Stromrichter 5 beginnt
den Invertiervorgang. Unter Verwendung der Synchron-Sinusspannung
Vref1 als ihr Eingang führt
die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 13 einen
aktiven Filtervorgang durch. Dieser Vorgag wird in der vorhergehenden
Anmeldung detailliert beschrieben und seine Erläuterung wird somit an dieser Stelle
weggelassen.
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Die
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 11b erzeugt in diesem
Beispiel die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 durch Addieren eines Spannungsunterschied-Befehlswertes ΔV zu der Synchron-Sinusspannung
Vref1, die mit der Netzstromversorgung 3 synchronisiert
ist, und die Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3 durch Subtrahieren
des Spannungsunterschied-Befehlswertes ΔV von der Synchron-Sinusspannung
Vref1. Der Spannungsunterschied-Befehlswert ΔV lauf Basis der Thyristoreigenschaften
vor, eine Sperrspannung zu erzeugen, die ein Öffnen zuverlässig bewirken
kann. 2 zeigt Wellenformen der Synchron-Sinusspannung
Vref1, der Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2
und der Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3 sowie eine Wellenform
eines Wechselstromes I. Da die Last induktiv ist, die Wellenform
des Wechselstromes I Nachlauf gegenüber der Synchron-Sinusspannung
Vref1 auf. Der Sinusspannungs-Ausgang von der Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 11 kann
wie folgt ausgedrückt
werden. Vref = Vref1 + ΔVsign(I)S (1) Wenn hierbei I > 0,
sign(I) = 1, Vref = Vref2 (2) Wenn I < 0,
sign(I) = –1,
Vref = Vref3 (3) Wenn I = 0, sign(I) = 0, Vref = Vref1 (4)
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Hierbei
wird das Symbol I als ein Stromwert angenommen, der durch die Stromerfassungseinrichtung 11a erfasst
wird Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 keinen
Stromausfall erfasst, wird angenommen, dass S = 0. Zu diesem Zeitpunkt ist
die Bezugs-Sinusspannung Vref die Synchron-Sinusspannung Vref1,
wodurch die Spannung der Leitung 17b fast gleich der Spannung
der Netzstromversorgung 3 gemacht wird. Der leitende Thyristor
des Wechselstromschalters 1 bleibt geschlossen. Wenn die
Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 einen Stromausfallerfasst,
wird angenommen, dass S gleich S = 1 ist. Zu diesem Zeitpunkt und
in Abhängigkeit
von der Polarität
des Stromes I ist die Gleichung (2) oder (3) zutreffend für die Bezugs-Sinusspannung
Vref der Gleichung (1). Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 einen Stromausfall
erfasst, schaltet die Bezugs-Sinusspannung Vref von der Synchron-Sinusspannung
Vref1 auf die Synchron-Sinusspannung um, die durch eine dicke Linie
in dem Diagramm von 1 angedeutet wird. Wenn der
von der Stromerfassungseinrichtung 11a erfasste Strom I
Null ist, kehrt die Bezugs-Sinusspannung Vref in der Gleichung (1)
zu der Synchron-Sinusspannung Vref1 zurück.
-
Wenn
die Stromerfassungseinrichtung 11a einen positiven Stromerfasst,
fließt
der Strom durch den antiparallel verbundenen Thyristor SCR1, wie
in 4A gezeigt wird. Zu diesem Zeitpunkt und da die Hoch-Synchron-Sinusspannung
Vref2, die in der Amplitude größer ist
als die Synchron-Sinusspannung Vref1, als die Bezugs-Sinusspannung
Vref ausgewählt
wird, wird an die Leitung 17b eine Spannung Vrb angelegt,
welche um ΔV
größer ist
als die Spannung V der Netzstromversorgung 3, und an den
Thyristor SCR1 wird eine Sperrspannung von ΔV angelegt, wodurch bewirkt
wird, dass der Strom I auf Null abfällt. 4B zeigt,
wie die Spannungs- und die Strom-Wellenformen sich in dieser Situation
verändern.
Wie in 4B gezeigt wird, beginnend an
dem Umschaltpunkt an der Leitung 17b, steigt die Spannung
V auf Vrb an und wird die Sperrspannung ΔV an den Thyristor angelegt,
wodurch bewirkt wird, dass der Strom I in dem Thyristor rasch auf
Null abfällt. Wenn
der Thyristor geöffnet
wird und der Strom Null ist (an einem in 4B mit
X gekennzeichneten Punkt), wird die Synchron-Sinusspannung Vref
ausgewählt,
wird die Anschlussspannung der Last 9, die mit der Leitung 17b verbunden
ist, auf die Netzstromversorgungsspannung V wiederhergestellt und
wird die Sperrspannung zwischen den Leitungen 17a und 17b auf
beiden Seiten des Wechselstromschalters 1 Null. Was hier
diskutiert worden ist, wird durch die Gleichung (1) erläutert, da
selbst wenn S = 1, Vref = Vref1 wahr ist, wenn I = 0. Wenn Vref
= Vef1, bleibt der Wechselstromschalter 1 weiter geöffnet. In
diesem Zustand wird der Wechselstrom von dem Stromrichter 5 zu
der Last 9 gespeist.
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Wenn
die Stromerfassungseinrichtung 11a eine negative Polarität aufweist,
wählt die
Sinusspannungs-Auswahleinrichtung 11c die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vref3 als die Bezugs-Sinusspannung aus und eine Sperrspannung wird
an den Thyristor SCR2 angelegt, wodurch der durch den Thyristor
SCR2 fließende
Strom unterbrochen wird.
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Die
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 11b in der in 1 gezeigten
Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 11 erzeugt die Synchron-Sinusspannung
Vref1, die Hoch-Synchron-Sinusspannung Vref2 und die Nieder-Synchron-Sinusspannung Vref3
unter Verwendung des Spannungsunterschied-Befehlswertes ΔV. Die Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 11b kann zum
Beispiel einen Phasenregelkreis (eine PLL-Schaltung) verwenden.
Eine erste Auswahlschaltung 11c1 in der Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 11c wählt die
Hoch-Synchron-Sinusspannung aus, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 11a positiv
ist, und die Nieder-Synchron-Sinusspannung
Vef3, wenn der Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 11a negativ
ist. 3 zeigt eine detaillierte Konfiguration
der ersten Auswahlschaltung 11c1. Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 einen
Stromausfall erfasst und die Stromerfassungseinrichtung 11a bestimmt,
dass der Strom nicht gleich Null ist, entscheidet eine erste Entscheidungsschaltung 11c2,
dass eine Ausgangsspannung der ersten Auswahlschaltung 11c1 als
die Bezugs-Sinusspannung erforderlich ist. Wenn eine zweite Auswählschaltung 11c3 von
der ersten Entscheidungsschaltung 11c2 ein Signal empfängt, das andeutet,
dass die Ausgangsspannung der ersten Auswahlschaltung 11c1 erforderlich
ist, wählt
die zweite Auswahlschaltung 11c3 die Ausgangsspannung der
ersten Auswählschaltung 11c1 aus.
Wenn kein solches Signal empfangen wird, wählt die zweite Auswählschaltung 11c3 die
Synchron-Sinusspannung Vref1 aus.
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5 ist
ein Blockschaltbild und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel (Phasendifferenzverfahren)
der vorliegenden Erfindung. Teile, die mit jenen aus 1 identisch
sind, werden mit gleichen Verweisziffern bezeichnet. In diesem Beispiel
wird eine Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 10 vom
Verschiebetyp als die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung
verwendet. Die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 19 vom
Phasenschiebetyp umfasst eine Stromerfassungseinrichtung 19a zum
Erfassen eines Stromes, der durch den Wechselstromschalter 1 fließt, eine
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 19b vom Phasenschiebetyp
und eine Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 19c vom Phasenschiebetyp.
Die Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 19b vom Phasenschiebetyp
erzeugt die Synchron-Sinusspannung
Vef1, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet
wird, eine Vorlauf-Sinusspannung Vref4, die in der Amplitude gleich
der Synchron-Sinusspannung Vref1 ist und dieser voreilt, und eine
Nachlauf-Sinusspannung Vref5, die in der Amplitude gleich der Synchron-Sinusspannung
Vref1 ist und dieser nacheilt. Die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 19c des
Phasenschiebetyps wählt
die Synchron-Sinusspannung
Vref1 aus, wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 keinen Stromausfall
erfasst. Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 einen
Stromausfall erfasst, wählt
die Sinusspannungs-Auswahleinrichtung 19c vom Phasenschiebetyp
die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 oder die Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 aus, je nachdem, welche in der Amplitude größer ist
als die Synchron-Sinusspannung, wenn der Strom I positiv ist. Wenn
der Strom I negativ ist, wählt
die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 19c vom
Phasenschiebetyp aus der Vorlauf-Sinusspannung Vref4 beziehungsweise
der Nachlauf-Sinusspanung Vref5 diejenige aus, die in der Amplitude
kleiner ist als die Synchron-Sinusspannung. Wenn der Ausgang der Stromerfassungs einrichtung
Null ist, wählt
die Sinusspannungs-Auswahleinrichtung 19c vom Phasenschiebetyp
die Synchron-Sinusspannung Vref1 aus. Die ausgewählte Sinusspannung wird danach
als die Bezugs-Sinusspannung an die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 13 ausgegeben.
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Als
Nächstes
wird ein Beispielfall diskutiert werden, bei dem die Vorlauf-Sinusspannung Vref
in der Amplitude gleich der Synchron-Sinusspannung Vref1 ist und
dieser um einen Phasendifferenz-Befehlswert Δϕ vorauseilt und in
dem die Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 in der Amplitude gleich der Synchron-Sinusspannung Vref1 ist
und dieser um einen Phasendifferenz-Befehlswert Δϕ nacheilt. In diesem Fall
erzeugt die Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 19b vom
Phasenschiebetyp eine Kosinuswellenspannung, die der Synchron-Sinusspannung Vref1
um 90 Grad vorauseilt. Diese Kosinuswellenspannung wird von der
Sinusspannungs-Auswahleinrichtung 19c des Phasenschiebetyps
verwendet, die an späterer
Stelle beschrieben werden wird. Der Betrieb der in 5 gezeigten
unterbrechungsfreien Stromversorgung wird unter Bezugnahme auf die Wellenformen
aus 6 erläutert
werden. 6 veranschaulicht Wellenformen
der Synchron-Sinusspannung Vref1, der Vorlauf-Sinusspannung Vref4 und
der Nachlauf-Sinusspannung Vref5 und weiterhin eine Wellenform des
Stromes I. Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 12 einen Stromausfall
erfasst, wenn ein Produkt aus dem durch die Stromerfassungseinrichtung 19a erfassten Strom
und der Kosinuswellenspannung Vcos ein positives Vorzeichen hat,
gibt die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 19 die
Vorlauf-Sinusspannung Vref4 als die Bezugs-Sinusspannung aus. Wenn
das Vorzeichen des Produktes des von der Stromerfassungseinrichtung 11a erfassten
Stromes und der Kosinuswellenspannung Vcos negativ ist, gibt die
Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 19 die Nachlauf-Sinusspannung Vref5
als die Bezugs-Sinusspannung an die Lastleitung 17b aus. Ein Übergang
der Bezugs-Sinusspannung, der von dem Produkt des Stromes und der
Kosinuswellenspannung abhängig
ist, wird durch eine dicke Linie gezeigt. Ein Vergleich der Amplitude
zwischen der Spannung der dicken Linie und der Synchron-Sinusspannung
Vref1, die mit der Netzstromversorgung 3 synchronisiert
ist, zeigt, dass die an den Wechselstromschalter 1 angelegte
Spannung in Bezug auf den Strom gesperrt wird. Diese Anordnung bewirkt, dass
eine Sperrspannung an den stromführenden Thyristor
angelegt wird, wodurch der Strom in diesem Thyristor unterbrochen
wird.
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Was
oben diskutiert worden ist, wird unter Verwendung von Gleichungen
erläutert
werden. Die Sinusspannungen aus 6 können wie
folgt ausgedrückt
werden: Vref1αsinθ (5) Vref4αsin(θ + Δϕ) (6) Vref5αsin(θ – Δϕ) (7)
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Hierbei
wollen wir von der Annahme ausgehen, dass θ = ωt, wobei ω eine Winkelfrequenz des Wechselstromes
und t Zeit ist. Die gemeinsamen Amplituden der Spannungen werden
an dieser Stelle weggelassen. Wenn sie als Bezugs-Sinusspannung ausgegeben
wird, stimmt die Synchron-Sinusspannung Vref1 mit der Spannung auf
der Linie 17b in Amplitude und Phase überein. Δϕ stellt einen Phasenschiebewinkel
dar. Wie in 6 gezeigt wird, liegt die Synchron-Sinusspannung
Vref1 in dem größten Bereich
zwischen der Vorlauf-Sinusspannung Vref4 und der Nachlauf-Sinusspannung Vref5.
Daher ist in diesem Bereich diejenige von Vref4 oder Vref5, der Nachlauf-Sinusspannung
oder der Vorlauf-Sinusspannung, die größer ist als die Synchron-Sinusspannung
Vref1, und die von Vref4 oder Vref5 kleiner ist, kleiner als die
Synchron-Sinusspannung Vref1. Daher wird in einem Bereich, in dem I × (Vref4 – Vref5) > 0 (8)wenn I > 0, dann gilt Vref4 > Vref5, Vref4 als die Spannung
der Linie 17b ausgewählt.
Wenn I < 0, dann
gilt Vref4 < Vref5,
somit wird die Nachlauf-Sinusspannung Vref5 als die Spannung der
Linie 17b ausgewählt,
so dass an den stromführenden
Thyristor eine Sperrspannung angelegt wird. Das linke Element der
Gleichung (8) kann umgeschrieben werden als I × (Vref4 – Vref5)α2I·sin(Δϕ)cosθ (9) αVcosI (10)
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In
der Gleichung (10) gilt die folgenden Annahme: Vcosαcosθ (11)
-
Der
Grund, warum sin(Δϕ)
bei der Umwandlung des rechten Elementes der Gleichung (9) in das rechte
Element der Gleichung (10) weggelassen wird, ist der, dass aus der
Definition des Phasendifferenz-Befehlswertes Δϕ sin(Δϕ) > 0 und daher sin(Δφ) in der
folgenden Erläuterung
hinsichtlich der Vorzeichen der rechten Elemente der Gleichung (9)
und der Gleichung (10) unnötig
werden. Unter Verwendung der Bedingung, dass das linke Element der
Gleichung (9) größer als
0 ist, wird an den stromführenden
Thyristor eine Sperrspannung angelegt, wenn aus der Gleichung (10)
folgt Vcos·I > 0 (12)
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Es
ist jedoch zu beachten, dass in einem kleinen Bereich von θ = (n +
1/2)π ± Δϕ/2,
wobei n eine ganze Zahl ist, die Sperrspannung nicht erzeugt wird.
Daher kann der Thyristor in diesem Bereich nicht geöffnet werden.
Wenn wir zulassen sinθ = sin(θ ± Δϕ) (13),dann folgt θ = (n + ½)π – ϕ/2
oder θ =
(n + 1/2)π + Δϕ/2.
In diesem Bereich ist der Absolutwert von sinθ größer als der Absolutwert von
sin(θ ± Δϕ).
Das heißt,
die Synchron-Sinusspannung Vref1 ist größer als die Vorlauf-Sinusspannung
Vref4 und die Nachlauf-Sinusspannung Vref5. Somit kann während dieser
Periode keine Sperrspannung an den stromführenden Thyristor angelegt
werden und dieser nicht geöffnet
werden. Daher ist die Periode des Phasenschiebewinkels Δϕ während des
Phasenwinkels π der
Prozentsatz von Zeit, den der Thyristor nicht geöffnet werden kann.
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Wenn
jedoch in einem Schiebebereich, der erforderlich ist, um den Thyristor
mit einer Sperrspannung zu öffnen,
ein Phasenschiebewinkel Δϕ im
Vergleich zu π ausreichend
klein ist, kann die Zeit, die der Thyristor nicht geöffnet werden
kann, ausreichend kurz gehalten werden. Daher kann die Auswirkung
der verzögerten
Thyristoröffnung
auf ein Minimum begrenzt werden. Wenn die Stromerfassungseinrichtung 19a erfasst,
dass der durch den Wechselstromschalter 1 fließende Strom
Null wird, gibt die Sinusspannungs-Auswähleinrichtung 19c vom
Phasenschiebetyp die Synchron-Sinusspannung Vref1 aus.
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Die
Konfiguration der Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung 19 vom
Phasenschiebetyp, die die oben beschriebenen Funktionen ausführt, wird
unter Bezugnahme auf 5 erläutert werden. In 5 erzeugt
die Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 19b vom
Phasenschiebetyp die Vorlauf-Sinusspannung Vref4, die Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 und die Kosinuswellenspannung Vcos. Insbesondere kann die
Sinusspannungs-Erzeugungseinrichtung 19b vom Phasenschiebetyp
mit einem Phasenregelkreis (einer PLL-Schaltung) ausgeführt werden.
Eine erste Auswahleinrichtung 19c1, die Teil der Sinusspannungs-Auswahleinrichtung 19c vom
Phasenschiebetyp ist, wählt
die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 aus, wenn das Produkt aus dem Stromausgang
von der Stromerfassungseinrichtung 19a und der Kosinuswellenspannung
Vcos positiv ist, und die Nachlauf-Sinusspannung Vref5, wenn das Produkt
aus dem Stromausgang von der Stromerfassungseinrichtung und Vcos
negativ ist. Wenn die Stromausfall-Erfassungseinrichtung 13 einen Stromausfall
erfasst und die Stromerfassungseinrichtung 19a erfasst,
dass der Strom nicht Null ist, entscheidet eine erste Entscheidungsschaltung 19c2, dass
die Ausgangsspannung der ersten Auswahlschaltung 19c1 für die Bezugs-Sinusspannung
erforderlich ist. Bei Empfang eines Signals von der ersten Entscheidungsschaltung 19c2,
das anzeigt, dass die Ausgangsspannung der ersten Auswahlschaltung 19c1 erforderlich
ist, wählt
eine zweite Auswahlschaltung 19c3 die Ausgangsspannung
der ersten Auswahlschaltung 19c1 aus. Wenn das Signal nicht empfangen
wird, wählt
die zweite Auswahlschaltung 19c3 die Synchron-Sinusspannung
Vref1 aus.
-
7A zeigt
eine beispielhafte logische Schaltung der ersten Auswahlschaltung 19c1 aus 5.
Eingangssignale zu der ersten Auswahlschaltung 19c1 aus 5 sind
Vcos, Vref4 und Vref5. Aus diesen Signalen werden die Eingangssignale
BV und BVcos zu der logischen Schaltung aus 7A erzeugt
sowie ein gleiches Polaritätssignal
X. Diese Eingangssignale BV, BVcos werden hoch, wenn die Synchron-Sinusspannung Vref1
und die Kosinuswellenspannung Vcos jeweils positiv sind. Die Eingangssignale
BV und BVcos sind ebenfalls gepulste Logiksignale, die klein werden,
wenn die Synchron-Sinusspannung Vref1 und die Kosinuswellenspannung Vcos
jeweils negativ sind. Das gleiche Polaritätssignal X wird groß, wenn
die Vorzeichen der Synchron-Sinusspannung Vref1 und des Stromes
I, der durch den Thyristor fließt,
die gleichen sind, und es wird niedrig, wenn sie entgegengesetzt
sind. Der Logikschaltplan aus 7A kann
durch die folgende Logikgleichung ausgedrückt werden. Y = [(BV·BVcos
+ NBV·NBVcos)]·[(BV·NBVcos
+ NBV·BVcos)]·NX (14)
-
Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine mit einem Vorzeichen N
verbundene logische Variable am Kopf ein NICHT der nachfolgenden
logischen Variablen andeutet. In dem Ausführungsbeispiel aus 7, das untenstehend beschrieben wird, bedeuten
jedoch alle Vs Vref1. UND wird durch ein Symbol „•" und ODER durch „+" dargestellt. Wenn I·V > 0, dann folgt X = hoch. Zu diesem Zeitpunkt
bleiben die Ausdrücke
in den ersten Klammern in dem rechten Element von Gleichung (14).
Wenn in dieser Gleichung (14) V·Vcos > 0, dann folgt V > 0 und Vcos > 0 oder V < 0 und Vcos < 0, so dass der erste Ausdruck oder
der zweite Ausdruck in den ersten Klammern hoch wird. Wenn die gleichen
Ausdrücke
in den ersten Klammern hoch sind, wird Y hoch. Da wir einen Fall
betrachten, bei dem I·V > 0, wird Y hoch, wenn I·Vcos > 0. Dies stimmt mit
der Bedingung der weiter oben beschriebenen ersten Entscheidungsschaltung überein.
Wenn I·V < 0, dann wird X
klein. Zu diesem Zeitpunkt bleiben die Ausdrücke in den zweiten Klammern
in dem rechten Element von Gleichung (14). Die Ausdrücke in den
zweiten Klammern oder Y werden groß, wenn V·Vcos < 0. Da I·V < 0, wird Y groß, wenn I·Vcos < 0. Diese Bedingung stimmt mit der
für die
weiter oben beschriebene erste Entscheidungsschaltung überein.
Aus der vorstehenden Erläuterung
folgt, dass Y groß wird,
wenn I·Vcos > 0, und zwar unabhängig von
dem Vorzeichen von I·V. Hierbei
wird die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 ausgewählt, wenn der Ausgang der Entscheidungsschaltung
aus 7 groß ist; und wenn der Ausgang
klein ist, wird die Nachlauf-Sinusspannung
Vref5 ausgewählt.
-
7B zeigt
ein weiteres Beispiel einer logischen Schaltung der ersten Auswahlschaltung 19c1 aus 5.
Die erste Auswahlschaltung 19c1 empfängt gepulste Logiksignale BVcos
und BI an ihren Eingängen,
die groß werden,
wenn die Kosinuswellenspannung Vcos und der Strom I, der durch den Thyristor
fließt,
jeweils positiv sind, und die klein werden, wenn sie negativ sind.
Wenngleich das Blockschaltbild aus 5 diese
logischen Eingangssignale nicht zeigt, können sie aus den in der Figur
gezeigten Eingangssignalen I und Vcos abgeleitet werden. Der Funktionsplan
aus 7B kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Y = BI·BVcos
+ NBI·NBVcos (15)
-
Wenn
hierbei in Gleichung (15) I > 0
und Vcos > 0, wird
der erste Ausdruck groß;
und wenn I < 0
und Vcos < 0, wird
der zweite Ausdruck groß.
Somit wird in Gleichung (15) Y groß, wenn I·Vcos > 0. Dies stimmt mit der Bedingung der
ersten Entscheidungsschaltung wie weiter oben beschriebenen überein. Wenn
hierbei der Ausgang der Entscheidungsschaltung aus 7B groß ist, wird
die Vorlauf-Sinusspannung Vref4 ausgewählt; und wenn der Ausgang klein
ist, wird die Nachlauf-Sinusspannung Vref5 ausgewählt.
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Während die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung für
eine einzelne Phase beschrieben worden sind, kann die vorliegende
Erfindung natürlich
auch auf Dreiphasenstromversorgungen angewendet werden.
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8B zeigt
eine Konfiguration einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, auf
die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. In der in der
Figur gezeigten unterbrechungsfreien Stromversorgung speist normalerweise
die Netzstromversorgung 3 die Last 9 über den
ersten Zuführweg
R1. Wenn die Netzstromversorgung ausfällt, wird ein Gleichstrom von
einem Akkumulator 21 von dem Stromrichter 5 in
einen Wechselstrom umgewandelt, bevor er über den zweiten Zuführweg R2
zu der Last 9 gespeist wird. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet
der Stromrichter 5 als Umrichter. Auch in dieser unterbrechungsfreien
Stromversorgung wird während
eines Stromausfalles der erste Zuführweg R1 auf den zweiten Zuführweg R2
umgeschaltet, so dass der Wechselstromschalter 1 schnell
geöffnet
werden muss.
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8C zeigt
eine Konfiguration einer anderen unterbrechungsfreien Stromversorgung,
auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. In der
hier gezeigten unterbrechungsfreien Stromversorgung wird ein Wechselstrom
von der Netzstromversorgung 3 von einem Stromrichter 23 in
einen Gleichstrom umgewandelt, der verwendet wird, um einen Akkumulator 21 zu
laden, und der Gleichstromausgang des Stromrichters 23 wird
durch den Stromrichter 5 in einen Wechselstrom umgewandelt,
der danach in einem normalen Zustand zu der Last 9 gespeist
wird. Diese Anordnung wird ein normalerweise Umrichterspeisungsverfahren
genannt. Mit dieser Anordnung schaltet der Wechselstromschalter
in dem Fall eines Ausfalls des zweiten Zuführweges R2 Speisung der Last über den
ersten Zuführweg
R1 zu. Wenn nach der Wiederherstellung des zweiten Zuführweges
R2 der erste Zuführweg
R1 auf den zweiten Zuführweg R2
umgeschaltet wird, wird der Wechselstromschalter 1 geöffnet. In
jeder der unterbrechungsfreien Stromversorgungen aus 8B und 8C kann
die Konfiguration der vorliegenden Erfindung zum Öffnen des
Wechselstromschalters 1, der in dem ersten und dem zweiten
Ausführungsbeispiel
verwendet wird, die in 1 bis 7 gezeigt werden,
angepasst werden, um den Wechselstromschalter 1 sofort
zu öffnen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung und da in dem Fall des Ausfalles der Netzstromversorgung
die Bezugs-Sinusspannungs-Erzeugungsschaltung eine Bezugs-Sinusspannung erzeugt,
die eine Ausgangsspannung des Stromrichters auf einen solchen Pegel setzt,
der eine Sperrspannung an den leitenden der Thyristoren anlegen
kann, die den Wechselstromschalter bilden, kann der Wechselstromschalter schnell
geöffnet
werden, ohne dass eine besondere Thyristor-Zwangsöffnungsschaltung
bereitgestellt werden muss. Insbesondere bietet die Erfindung gemäß Definition
in den Anspruch 1 den Vorteil, dass während des Vorganges des Öffnens des
Wechselstromschalters ein Zeitraum vorhanden ist, in dem die Netzstromversorgung
und der Stromrichter parallel geschaltet sind, wodurch Fließen eines
Querstromes zwischen der Netzstromversorgung und dem Stromrichter
verhindert wird.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
verschiedene Änderungen
und Varianten können
vorgenommen und ausgeführt
werden, ohne von dem Erfindungsbereich gemäß Definition in den Patentansprüchen abzuweichen.