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Bei
den meisten unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen mit gemeinsamem
Neutralleiter auf der Einspeise- und der Abgangsseite liefert eine
erste vom Netz gespeiste Gleichrichterstufe eine Gleichspannung
an einen Gleichspannungsbus, und zwar an die Klemmen von zwei in
Reihe geschalteten Kondensatoren, deren gemeinsamer Anschlußpunkt mit
dem gemeinsamen Neutralleiter verbunden ist. Die Ausgangswechselspannung
der Stromversorgungsanlage wird zwischen dem gemeinsamen Neutralleiter
und dem Ausgang eines an die Klemmen des Gleichspannungsbusses angeschlossenen, als
Halbbrückenschaltung
ausgelegten Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichters abgenommen. An den Gleichspannungsbus
ist über
einen Gleichspannungswandler eine Batterie angeschlossen.
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In
der Druckschrift US-A-4.823.247 ist eine Schaltung mit zwei Batterien
beschrieben, die jeweils zwischen den positiven bzw. den negativen
Ausgang der Gleichrichterstufe und den gemeinsamen Neutralleiter
angeschlossen sind.
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Bei
der Schaltung nach Druckschrift GB-A-2.111.326 besteht die Gleichrichterstufe
aus zwei, als Verdoppler geschalteten Dioden, und der vor die Akkumulatorbatterien
geschaltete Gleichspannungswandler umfaßt einen HF-Aufspanntransformator.
Durch die Verwendung einer Einweggleichrichtung ist am Ausgang keine
Spannung mit ausreichender Amplitude für alle Eingangsspannungswerte gewährleistet.
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In
der Druckschrift US-A-5.126-585 ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung
beschrieben, in der die Gleichrichterstufe aus einem Zweiweggleichrichter
und der vor die Akkumulatorbatterien geschaltete Gleichspannungswandler
aus einem einfachen Zerhackerverstärker bestehen.
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Des
weiteren wurde bereits vorgeschlagen, einen doppelten Zerhackerverstärker zwischen
einen, sowohl mit dem Ausgang eines Gleichrichters als auch mit
dem Ausgang eines Gleichspannungswandlers mit HF-Trafo verbundenen,
ersten Gleichspannungsbus und einen, mit dem Eingang des Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichters verbundenen
zweiten Gleichspannungsbus zu schalten, wobei der HF-Trafo eine
Sekundärwicklung
mit Mittelanschluß aufweist
und seine Primärwicklung
an die Batterie angeschlossen ist. Der gemeinsame Neutralleiter
wird dabei sowohl auf der Einspeiseseite als auch auf der Abgangsseite
des doppelten Zerhackervestärkers
an den Mittelanschluß des
Transformators bzw. den Mittelanschluß der beiden in Reihe geschalteten
Kondensatoren angeschlossen. Bei dieser Stromversorgung ist den
Batterien wie im vorhergehenden Beispiel ein Gleichspannungswandler zugeordnet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage mit
gemeinsamem Neutralleiter auf der Einspeise- und der Abgangsseite, d.h. mit durchgeschleiftem Neutralleiter,
zu schaffen, die kostengünstig
ist, die Anzahl der leistungselektronischen Bauteile begrenzt und
für mittlere
Leistungen geeignet ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
unterbrechungsfreie Stromversorgung gemäß Anspruch 1 erfüllt.
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Durch
Verwendung einer einzigen gesteuerten Verstärkerstufe und die Regelung
des gemeinsamen Anschlußpunkts
am Ausgang des doppelten Zerhackerverstärkers durch die Steuerschaltung
der Verstärkerstufe
sowohl im Batterie- als auch im Netzbetrieb der Stromversorgung
lassen sich die Kosten der Stromversorgungsanlage bei gleichzeitiger
Einhaltung der geforderten Leistungsdaten minimieren. Eine solche
Stromversorgung eignet sich besonders für mittlere Leistungen, d.h.
für den
Leistungsbereich von etwa 5 bis 30 kVA.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die Abweichungsregelmittel
Meßmittel
zur Messung der ersten und der zweiten Gleichspannung, erste Differenzbestimmungsmittel
zur Bestimmung der Differenz zwischen den Absolutwerten der ersten
und der zweiten Gleichspannung, an die ersten Differenzbestimmungsmittel
angeschlossene erste Korrekturmittel, ein an die ersten Differenzbestimmungsmittel
angeschlossenes Invertierglied mit einem, an einen Eingang von zweiten
Korrekturmitteln angeschlossenen Ausgang, Umschaltmittel mit einem
an den Ausgang der ersten Korrekturmittel angeschlossenen ersten
Eingang, einem an den Ausgang der zweiten Korrekturmittel angeschlossenen zweiten
Eingang, sowie einem Steuereingang zur Verbindung des ersten Eingangs
der Umschaltmittel mit einem Ausgang der Abweichungsregelmittel, wenn
die Stromversorgungsanlage im Netzbetrieb arbeitet, bzw. zur Verbindung
des zweiten Eingangs der Umschaltmittel mit dem genannten Ausgang, wenn
die Stromversorgungsanlage im Batteriebetrieb arbeitet.
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Die
ersten und die zweiten Korrekturmittel umfassen jeweils einen Integrierer
und einen Rückstelleingang,
wobei der Integrierer der ersten Korrekturmittel auf null gehalten
wird, solange die Stromversorgungsanlage im Batteriebetrieb arbeitet,
und der Integrierer der zweiten Korrekturmittel auf null gehalten
wird, solange die Anlage im Netzbetrieb arbeitet.
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Nach
einer vorzugsweisen Ausgestaltung umfaßt die Steuerschaltung Spannungsregelmittel zur
Regelung der Spannung zwischen dem positiven und dem negativen Leiter
sowie jeder der Zerhackerschaltungen zugeordnete erste und zweite
Stromregelmittel, wobei der Ausgang der Abweichungsregelmittel mit
einem Eingang jedes der Stromregelmittel verbunden ist. Die Abweichungsregelung
ergänzt
auf diese Weise die doppelte Spannungs- und Stromregelung.
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Nach
einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfassen die ersten und
die zweiten Stromregelmittel jeweils Zwangssetzmittel zum zwangsweisen
Setzen einer, einen Referenzstrom abbildenden Größe auf einen festgelegten Wert
sowie Steuermittel zur Ansteuerung der genannten Zwangssetzmittel,
die Vergleichsmittel zum Vergleich der ersten und der zweiten Gleichspannung
mit jeweils festgelegten Schwellwerten umfassen.
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Vorzugsweise
liefern die Steuermittel bei Batteriebetrieb der Anlage ein Steuersignal
zur Ansteuerung der Zwangssetzmittel der positiven und der negativen
Zerhackerschaltung, wenn die erste und die zweite Gleichspannung
gleichzeitig unter ihrem jeweiligen Schwellwert liegen, ein Steuersignal zur
Ansteuerung der Zwangssetzmittel der positiven Zerhackerschaltung,
wenn die zweite Gleichspannung unter dem zugeordneten Schwellwert
und die erste Gleichspannung über
dem zugeordneten Schwellwert liegen, und ein Steuersignal zur Ansteuerung
der Zwangssetzmittel der negativen Zerhackerschaltung, wenn die
erste Gleichspannung unter dem zugeordneten Schwellwert und die
zweite Gleichspannung über
dem zugeordneten Schwellwert liegen.
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Mehrere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer
Vorteile und Merkmale näher
erläutert.
Dabei zeigen
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1 einen Übersichtsschaltplan einer unterbrechungsfreien
Stromversorgungsanlage, in der die Erfindung eingesetzt ist;
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2 eine Ausführungsvariante
des Gleichrichters bei Einspeisung der Stromversorgungsanlage über ein
Dreiphasennetz;
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3 das Blockschaltbild einer
besonderen Ausgestaltung der Steuerschaltung des doppelten Zerhackerverstärkers aus 1;
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4 eine besondere Ausgestaltung
der Abweichungsregelschaltung der Steuerschaltung aus 3;
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5 eine besondere Ausgestaltung
einer Steuerschaltung für
die Überlastfunktion
der Steuerschaltung aus 3;
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6 eine besondere Ausgestaltung
der Korrekturschaltung des Spannungsregelkreises der Steuerschaltung
aus 3.
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Die
in 1 gezeigte unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage
ist an ein Einphasen-Wechselstromnetz mit einem Phasenleiter P und einem
Neutralleiter N angeschlossen. Der hier als gemeinsamer oder durchgeschleifter
Neutralleiter bezeichnete Neutralleiter N ist direkt mit einem Ausgang
der Stromversorgungsanlage verbunden.
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Der
Phasenleiter P ist an den Eingang eines Gleichrichters 1 angeschlossen.
Gemäß 1 besteht der Gleichrichter
aus zwei Dioden D1 und D2, die zwischen dem positiven Ausgang und
dem negativen Ausgang des Gleichrichters in Reihe geschaltet sind.
Der Phasenleiter ist über
eine Induktivität
mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt
der Dioden D1 und D2 verbunden. Der Gleichrichter 1 entspricht
daher einem doppelten Einweggleichrichter.
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2 zeigt eine Ausführungsvariante
des Gleichrichters 1 für
eine Einspeisung über
ein Dreiphasennetz. In diesem Fall ist jeder der Phasenleiter P1,
P2, P3 des Netzes mit einem Gleichrichterzweig verbunden, der jeweils
genauso ausgeführt
ist wie der Gleichrichter bei einphasiger Einspeisung, wobei die
drei Gleichrichterzweige parallel zueinander geschaltet sind.
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Zur
besseren Ausregelung der Ausgangsspannung des Gleichrichters, insbesondere
im Einschaltmoment oder bei außerhalb
der Toleranz liegenden Netzparametern, können die Dioden durch Thyristoren
ersetzt werden.
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An
die Ausgangsklemmen des Gleichrichters ist über einen statischen Schalter 3,
der in der Zeichnung als Thyristor ausgeführt ist, eine Batterie 2 angeschlossen.
Der Thyristor wird an einem Steuereingang mit einem Steuersignal
A1 beaufschlagt. Das Signal A1 wird von einer Netzzustands-Erfassungsschaltung
(nicht dargestellt) geliefert. Liegt die Netzspannung innerhalb
festgelegter zulässiger
Toleranzgrenzen, steuert das Signal A1 die Abschaltung des statischen
Schalters 3, d.h. das Sperren des Thyristors. Sobald jedoch
die Netzspannung diesen Toleranzbereich verläßt, steuert das Signal A1 das Durchschalten
des statischen Schalters, so daß die Batterie 2 parallel
zum Ausgang des Gleichrichters 1 geschaltet wird und die
unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage im Batteriebetrieb arbeitet.
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Die
unterbrechungsfreie Stromversorgung umfaßt einen doppelten Zerhackerverstärker 4 mit zwei
Eingängen 5 und 6,
die jeweils mit dem positiven bzw. dem negativen Ausgang des Gleichrichters 1 verbunden
sind. Der doppelte Zerhackerverstärker 4 umfaßt einen,
an den Eingang 5 angeschlossenen positiven Zerhackerverstärker sowie
einen, an den Eingang 6 angeschlossenen negativen Zerhackerverstärker.
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Der
positive Zerhackerverstärker
umfaßt eine
Induktivität
L1, die zwischen dem Eingang 5 und einem positiven Ausgang 7 mit
einer Diode D3 in Reihe geschaltet ist. Im Ausgangskreis der Induktivität L1 ist
ein in der Zeichnung als IGBT-Transistor ausgeführter statischer Schalter T1
zwischen den gemeinsamen Anschlußpunkt von L1 und D3 sowie
einen, direkt mit dem Neutralleiter N verbundenen Zwischenausgang
geschaltet. Parallel zum Transistor T1 ist eine Diode D4 in Sperrichtung
geschaltet. Analog hierzu umfaßt
der negative Zerhackerverstärker
eine Induktivität
L2, die in Reihe mit einer Diode D5 zwischen den Eingang 6 und
einen negativen Ausgang 8 geschaltet ist. Ein beispielsweise
als IGBT-Transistor ausgebildeter statischer Schalter T2 ist in
den Ausgangskreis der Induktivität
L2, zwischen den Zwischenausgang und den gemeinsamen Anschlußpunkt von
L2 und D5 geschaltet. Parallel zum Transistor T2 ist eine Diode
D6 in Sperrichtung geschaltet.
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Zwischen
den Ausgängen 7 und 8 sind
zwei Kondensatoren C1 und C2 in Reihe geschaltet, deren gemeinsamer
Anschlußpunkt
mit dem Zwischenausgang verbunden ist. Eine Steuerschaltung 9 beaufschlagt
die Steuereingänge
der zugeordneten statischen Schalter T1 und T2 mit Steuersignalen
A2 bzw. A3. Stromwandler 10 und 11 messen die über die Eingangsinduktivitäten L1 und
L2 des positiven bzw. des negativen Zerhackerverstärkers fließenden Ströme 11 bzw. 12 und
leiten die Meßwerte
an die Steuerschaltung weiter. Die Steuerschaltung umfaßt darüber hinaus
Eingänge,
die an den mit dem Ausgang 7 verbundenen positiven Leiter,
an den mit dem Ausgang 8 verbundenen negativen Leiter,
sowie an den Neutralleiter N angeschlossen sind und zum Empfang
von Signalen dienen, welche die Spannungen V1 und V2 zwischen dem
positiven bzw. negativen Leiter und dem Neutralleiter abbilden.
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Die
Ausgänge 7 und 8 des
doppelten Zerhackerverstärkers 4 sind
an die Eingänge
eines Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichters 12 angeschlossen. Bei
der in 1 gezeigten Ausgestaltung
umfaßt
der Umrichter 12 eine Halbbrückenschaltung, in der auf bekannte
Weise zwei statische Schalter T3 und T4 vom Typ IGBT zwischen die
Ausgänge 7 und 8 in Reihe
geschaltet sind. Parallel zu T3 und T4 ist jeweils eine Diode D7
bzw. D8 in Sperrichtung geschaltet. Der gemeinsame Anschlußpunkt der
statischen Schalter T3 und T4 ist über eine Induktivität L3 mit
einem Ausgang der unterbrechungsfreien Stromversorgung verbunden,
deren zweiter Ausgang durch den Neutralleiter N gebildet wird. Zwischen
die Ausgänge
des Umrichters 12 ist auf übliche Art ein Kondensator
C3 geschaltet. Eine Steuerschaltung 13 liefert Steuersignale
A4 und A5 an die Steuereingänge der
zugeordneten statischen Schalter T3 bzw. T4. Die Steuerschaltung
umfaßt
mit den Klemmen von C3 verbundene Eingänge zur Aufnahme von Signalen,
welche die Ausgangsspannung V3 der Stromversorgung abbilden. Ein
Stromwandler 14 liefert an die Steuerschaltung 13 Signale,
die den über
die Induktivität
L3 fließenden
Strom 13 abbilden. Die Steuerschaltung 13 besitzt
die übliche
Funktionsweise und soll hier nicht näher erläutert werden.
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3 zeigt die Steuerschaltung 9 des
doppelten Zerhackerverstärkers
im Detail.
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Die
Steuerschaltung 9 bewirkt eine Regelung der Gesamtausgangsspannung
des Zerhackerverstärkers.
Außerdem
führt sie
eine Ausregelung der Abweichung zwischen den Spannungen V1 und V2
in Kombination mit einer Regelung des Stroms im positiven Zerhackerverstärker bzw.
des Stroms im negativen Zerhackerverstärker durch.
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Ein
erster Regelkreis zur Regelung der Gesamtausgangsspannung des doppelten
Zerhackerverstärkers
umfaßt
Eingänge,
die mit der positiven Spannung V1 bzw. der negativen Spannung V2
beaufschlagt werden, sowie eine Schaltung 15, in der die
Gesamtspannung Vg = V1 – V2
zwischen den Ausgängen 7 und 8 berechnet
wird. In der gezeigten Ausgestaltung wird ein anderer Eingang des
Regelkreises mit einer Referenzgleichspannung Vref beaufschlagt
und eine Schaltung 16 ermittelt die Differenz zwischen
der Referenzspannung Vref und der Gesamtspannung Vg, um ein den
Gesamtspannungsfehler abbildendes erstes Fehlersignal E1 zu liefern.
Das Signal E1 wird auf den Eingang einer Korrekturschaltung 17 gegeben,
die weiter unten mit Bezug auf 6 näher beschrieben
wird und ein zweites Fehlersignal E2 liefert.
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Ist
das Einspeisenetz als Einphasennetz ausgebildet, wird der Spannungsregelkreis
vorzugsweise so ergänzt,
daß dem
Netz ein Sinusstrom entnommen werden kann. Zu diesem Zweck umfaßt die vorzugsweise
Ausgestaltung gemäß 3 eine Multiplizierschaltung 18,
die an einem Eingang mit dem Signal E2 und an einem anderen Eingang
mit einem die Netzspannung abbildenden Wechselsignal Vr beaufschlagt
wird. Die Schaltung 18 liefert ein drittes, sinusförmiges Fehlersignal
E3.
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Gemäß 3 wird das Signal E3 in
zwei Schaltungen 19 und 20 zu einem vierten Fehlersignal E4
hinzuaddiert. Das Fehlersignal E4 wird von einer Abweichungsregelschaltung 30 geliefert,
die mit Bezug auf 4 näher beschrieben
wird. Die Schaltungen 19 und 20 liefern ein fünftes bzw.
ein sechstes Fehlersignal E5 und E6.
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Das
Fehlersignal E5 wird vom Stromregelkreis des positiven Zerhackerverstärkers als
Referenzsignal verwendet. Eine Schaltung 21 bildet die Differenz
zwischen dem Fehlersignal E5 und einem den Strom 11 im
positiven Zerhackerverstärker
abbildenden Signal und liefert ein siebtes Fehlersignal E7. Das
Signal E7 wird auf den Eingang einer Regel- und Steuerschaltung,
oder Interfaceschaltung 22, gegeben, die das Steuersignal
A2 zur Ansteuerung des statischen Schalter T1 des positiven Zerhackerverstärkers ausgibt.
Analog hierzu wird das Fehlersignal E6 vom Stromregelkreis des negativen
Zerhackerverstärkers
als Referenzsignal verwendet. Eine Schaltung 23 bildet
die Differenz zwischen dem Fehlersignal E6 und einem den Strom 12 im
negativen Zerhackerverstärker
abbildenden Signal und liefert ein achtes Fehlersignal E8. Das dem
Strom im negativen Zerhackerverstärker zugeordnete Fehlersignal E8
wird dem Eingang einer Regel- und Steuerschaltung bzw. Interfaceschaltung 24 zugeführt, die
das Steuersignal A3 zur Ansteuerung des statischen Schalters T2
des negativen Zerhackerverstärkers ausgibt.
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Bei
einem Dreiphasen-Einspeisenetz sowie bei Batteriebetrieb der Stromversorgungsanlage
enthält
der Spannungsregelkreis keine Multiplizierschaltung 18.
Gemäß der in 3 gezeigten vorzugsweisen
Ausgestaltung, die sich sowohl für
ein Einphasennetz mit Sinusstromentnahme als auch für ein Dreiphasennetz
sowie für
Batteriebetrieb mit Gleichstromentnahme eignet, ist eine Weiche
vorgesehen. Die Weiche umfaßt
einen Umschalter 25, der bei einphasigem Einspeisenetz
den Ausgang der Multiplizierschaltung 18 mit dem Eingang
der Schaltung 19 verbindet. Im Batteriebetrieb der Stromversorgung oder
bei Einspeisung aus einem Dreiphasennetz steuert ein Signal A6 den
Umschalter so, daß der Eingang
der Schaltung 19 direkt mit dem Ausgang der Korrekturschaltung 17 verbunden
wird. Entsprechend verbindet ein durch das gleiche Signal A6 angesteuerter
Umschalter 26 den Eingang der Schaltung 20 mit
dem Ausgang der Multiplizierschaltung 18, wenn die Einspeisung
aus einem Einphasennetz erfolgt, bzw. mit dem Ausgang eines, an
den Ausgang der Korrekturschaltung 17 angeschlossenen Invertierglieds 27,
wenn die Einspeisung aus einem Dreiphasennetz erfolgt oder die Stromversorgung
im Batteriebetrieb arbeitet.
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Die
Stromversorgungsanlage aus 3 umfaßt darüber hinaus
Mittel mit einer Überlastfunktion, die
dazu dienen, das dynamische Verhalten der Spannungsregelung im Überlastfall
zu verbessern. Diese Mittel umfassen in jedem Stromregelkreis einen
Zwangssetzschalter. Ein Umschalter 28 erlaubt es, durch
Ansteuerung mit einem Steuersignal A7 im Normalfall das Fehlersignal
E5 und im Überlastfall eine
festgelegte, hohe positive Gleichspannung +Va als Referenzsignal
des Stromregelkreises des positiven Zerhackerverstärkers zu
verwenden. Analog hierzu erlaubt es ein Umschalter 29,
durch Ansteuerung mit einem Steuersignal A8 im Normalfall das Fehlersignal
E6 und im Überlastfall
eine festgelegte, hohe negative Gleichspannung –Va als Referenzsignal des
Regelkreises des negativen Zerhackerverstärkers zu verwenden. Die Spannungen
+Va und –Va
können
beispielsweise etwa + 15V und –15V
betragen. Auf diese Weise ist es möglich, im Überlastfall schnell die am
Ausgang der Stromversorgung verfügbare
Leistung zu erhöhen.
Die die Signale A7 und A8 liefernde Steuerschaltung der Überlastfunktion
wird weiter unten mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Die
in 4 gezeigte Abweichungsregelschaltung 30 liefert
das vierte Fehlersignal E4 zur Korrektur einer Abweichung zwischen
den Spannungen V1 und V2.
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Im
Netzbetrieb umfaßt
der doppelte Zerhackerverstärker
drei Eingänge 5, 6 und
N sowie drei Ausgänge 7, 8 und
N, während
er im Batteriebetrieb zwar auch drei Ausgänge, jedoch nur zwei Eingänge 5 und 6 aufweist.
Bei Netzbetrieb der Stromversorgungsanlage kann zwar eine getrennte
Regelung von V1 und V2 erfolgen, aufgrund der Abhängigkeit zwischen
dem positiven und dem negativen Zerhackerverstärker im Batteriebetrieb ist
jedoch eine Regelung des gemeinsamen N-Leiters erforderlich. Die verwendete
Lösung,
d.h. die Regelung der Gesamtspannung Vg in Verbindung mit einer
Regelung der Spannungsabweichung ist sowohl im Netzbetrieb als auch
im Batteriebetrieb anwendbar.
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Bei
der in 4 gezeigten besonderen
Ausgestaltung der Abweichungsregelschaltung bildet eine Schaltung 31 die
Summe der beiden, ggf. über Meßverstärker 32, 33 mit
einem festgelegten Verstärkungsfaktor
Gm an sie angelegten Spannungen V1 und V2. Da die Spannung V1 positiv
und die Spannung V2 negativ ist, entspricht dies der Bildung der Differenz
zwischen den Absolutwerten der Spannungen V1 und V2. Die Schaltung 31 liefert
so ein achtes Fehlersignal E8, das auf den Eingang eines Filters 34 gegeben
wird, das dazu dient, die Netzfrequenz, in der gezeigten Schaltung
50 Hz, herauszufiltern. Das Ausgangssignal des Filters bildet ein
neuntes Fehlersignal E9.
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Dieser
Teil der Abweichungsregelschaltung ist für Netz- und Batteriebetrieb
der Stromversorgung identisch. Für
die anschließende
Regelung sind jedoch in jedem Fall zwei Korrekturpfade erforderlich. Die Übertragungsfunktionen
des doppelten Zerhackerverstärkers
sind nämlich
für Netzbetrieb
und Batteriebetrieb unterschiedlich.
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Im
Netzbetrieb arbeitet jeder Zerhacker mit einer Eingangsspannung,
die den Neutralleiter als Bezugspotential verwendet und die durch
ein- oder dreiphasige Einweggleichrichtung erzeugt wird. Jeder Zerhacker
arbeitet unabhängig.
Es erfolgt keine Energieübertragung
zwischen den beiden Zerhackern. Im Batteriebetrieb jedoch kann der
Wandler, wie 1 zeigt,
die Energie der Batterie entweder vollständig nach C1 (T2 permanent
durchgeschaltet) oder vollständig
nach C2 (T1 permanent durchgeschaltet) übertragen oder in Abhängigkeit
von der Durchschaltdauer von T1 und T2 in einem bestimmten Verhältnis auf
C1 und C2 verteilen.
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Das
Signal E9 wird auf den Eingang eines ersten Korrekturglieds 35 und über ein
Invertierglied 36 auf den Eingang eines zweiten Korrekturglieds 37 gegeben.
Ein durch das Steuersignal A1 angesteuerter Umschalter 38 verbindet
den Ausgang der das vierte Fehlersignal E4 liefernden Schaltung 38 bei Netzbetrieb
der Stromversorgung mit dem Ausgang des ersten Korrekturglieds 35 und
bei Batteriebetrieb der Stromversorgung mit dem Ausgang des zweiten Korrekturglieds 37.
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Nach
der in 4 gezeigten vorzugsweisen Ausgestaltung
ist das erste Korrekturglied 35 als I-Regler ausgeführt, während es
sich beim zweiten Korrekturglied um einen Proportional-Integral-Differential-Regler
(PID-Regler) handelt, um die Stabilität des Systems zu gewährleisten.
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Zur
Verminderung der Störbeeinflussung
bei der Umschaltung von einem Korrekturpfad auf den anderen können die
Integrierfunktionen der Korrekturregler 35 und 37 auf
null zurückgestellt
werden, wenn der betreffende Pfad nicht verwendet wird. Bei der
gezeigten Ausgestaltung umfaßt
jedes Korrekturglied 35, 37 einen Rückstelleingang
für die
jeweilige Integrierfunktion. Das Korrekturglied 35 wird
an seinem Rückstelleingang
mit dem Steuersignal A1 beaufschlagt und so auf null gehalten, wenn
die Stromversorgung im Batteriebetrieb arbeitet, während das Korrekturglied 37 an
seinem Rückstelleingang
ein zu A1 komplementäres
Signal erhält
und dadurch auf null bleibt, solange die Stromversorgung im Netzbetrieb
arbeitet.
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Eine
besondere Ausgestaltung der Steuerschaltung für die Überlastfunktion ist in 5 dargestellt. Arbeitet
die Stromversorgung im Netzbetrieb (entsprechend der Darstellung
in der Figur), steuert die Schaltung die beiden Spannungen V1 und
V2 getrennt und wirkt unabhängig
auf den jeweiligen Stromregelkreis des positiven bzw. negativen
Zerhackerverstärkers.
Dabei wird die Spannung V1 mit einem festgelegten Schwellwert durch
einen Komparator 39 verglichen, der das Steuersignal A7
zur Ansteuerung des Umschalters 28 (siehe 3) liefert. Liegt die Spannung V1 unterhalb
des Schwellwerts S1, bewirkt das Signal A7 das zwangsweise Aktivieren
des positiven Zerhackerverstärkers,
wobei als Referenzsignal seines Stromregelkreises die Spannung +Va
verwendet wird. Analog hierzu wird die Spannung V2 mit einem festgelegten
Schwellwert S2 durch einen Komparator 40 verglichen, der
das Steuersignal A8 zur Ansteuerung des Umschalters 29 liefert.
Liegt der Absolutwert der Spannung V2 unterhalb des Schwellwerts
S2, bewirkt das Signal A8 das zwangsweise Aktivieren des negativen
Zerhackerverstärkers,
wobei als Referenzsignal seines Stromregelkreises die Spannung -Va
verwendet wird. Die Komparatoren 39 und 40 sind
vorzugsweise als Hysteresekomparatoren ausgebildet, und die Schwellwerte
S1 und S2 können
beispielsweise etwa 5% unter der Nennspannung des Netzes liegen.
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Im
Batteriebetrieb der Stromversorgung können der positive und der negative
Zerhackerverstärker
nicht unabhängig
voneinander gesteuert werden. Die Steuerschaltung für die Überlastfunktion
wirkt daher im 1. Fall, d.h. wenn V1 unter S1 liegt und gleichzeitig
der Absolutwert von V2 unter S2 liegt, sowohl auf den positiven
als auch auf den negativen Zerhackerverstärker, um so die Referenzsignale
ihrer jeweiligen Stromregelkreise zwangsweise auf +Va bzw. – Va zu
setzen. Liegt gemäß dem 2.
Fall V1 unter dem Schwellwert, während
V2 gleichzeitig einen korrekten Wert aufweist, wirkt die Steuerschaltung ausschließlich auf
den negativen Zerhackerverstärker.
Liegt gemäß dem 3.
Fall der Absolutwert von V2 unter S2, während V1 einen korrekten Wert
aufweist, wirkt die Steuerschaltung ausschließlich auf den positiven Zerhackerverstärker. Die
in 5 dargestellte Schaltung
zeigt eine besondere Ausführung,
mit der diese Funktion korrekt gesteuert werden kann. Zwischen die
Ausgänge
der Komparatoren 39 und 40 ist ein logisches UND-Gatter 41 geschaltet,
das ein logisches Signal mit dem Pegel 1 liefert, wenn die Spannungen
V1 und V2 unter ihren jeweiligen Schwellwerten liegen, d.h. der
genannte 1. Fall vorliegt. An den Ausgang des Komparators 39 sowie
den Ausgang des UND-Gatters 41 ist ein logisches ODER-Gatter 42 angeschlossen,
das im genannten 1. und 2. Fall ein logisches Signal mit dem Pegel
1 ausgibt. An den Ausgang des Komparators 40 sowie den
Ausgang des UND-Gatters 41 ist ein logisches ODER-Gatter 43 angeschlossen,
das im genannten 1. und 3. Fall ein logisches Signal mit dem Pegel
1 ausgibt. Ein über
das Steuersignal A1 gesteuerter Umschalter 44 verbindet
einen das Signal A7 liefernden ersten Ausgang der Steuerschaltung
für die Überlastfunktion
mit dem Ausgang des Komparators 39, wenn die Stromversorgung
im Netzbetrieb arbeitet, bzw. mit dem Ausgang des ODER-Gatters 43,
wenn die Stromversorgung im Batteriebetrieb arbeitet. Auf diese
Weise erfolgt die zwangsweise Aktivierung des positiven Zerhackerverstärkers, wenn
bei Netzbetrieb V1 unter S1 liegt bzw. bei Batteriebetrieb im genannten
1. und 3. Fall, d.h., wenn V1 und V2 gleichzeitig unter ihrem jeweiligen
Schwellwert liegen oder wenn V2 unter dem zugeordneten Schwellwert
S2 liegt. Außerdem verbindet
der Umschalter 44 einen, das Signal 8 liefernden
zweiten Ausgang bei Netzbetrieb mit dem Ausgang des Komparators 40 und
bei Batteriebetrieb mit dem Ausgang des ODER-Gatters 42.
Auf diese Weise erfolgt die zwangsweise Aktivierung des negativen
Zerhackerverstärkers,
wenn bei Netzbetrieb V2 unter S2 liegt bzw. bei Batteriebetrieb
im genannten 1. und 2. Fall.
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6 zeigt eine besondere Ausgestaltung der
Korrekturschaltung 17 des Spannungsregelkreises. Die Schaltung 17 umfaßt eine
Schnellkorrekturschaltung 45, deren Eingang mit dem ersten
Fehlersignal E1 beaufschlagt wird und die am Ausgang ein zehntes
Fehlersignal E10 liefert. Das Signal E10 wird auf den Eingang eines
Korrekturglieds 46 gegeben, das beispielsweise als Proportional-Integral-Regler ausgebildet
ist und das zweite Fehlersignal E2 liefert. Solange der Fehler E1
klein ist, entspricht das Signal E10 dem Signal E1. Übersteigt
der Absolutwert von E1 jedoch einen festgelegten Schwellwert Set,
ergibt sich das Fehlersignal E10 aus E10=KE1, wobei
K ein Koeffizient > 1
ist. Auf diese Weise wird der Fehler verstärkt und die Korrektur, insbesondere bei
Auftreten einer Überlast,
beschleunigt. Der Schwellwert Se1 kann beispielsweise etwa 5% der Gesamtspannung
Vg und der Wert für
K etwa 10 betragen.