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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage eines Wechsel-oder Drehstromverbrauchers, bestehend aus mindestens einer mit einem Wechsel-oder Drehspannungsnetz als Normalbetriebsnetz verbundenen Netzschalteinrichtung und einer mit einem aus einem statischen Stromrichter und aus einer Batterie bestehenden Notbetriebsnetz verbundenen Wechselrichterschalteinrichtung, an welche beiden Betriebsnetze über die von einem Steuerwerk gesteuerten Schalteinrichtungen der Wechselstromverbraucher geschaltet wird, und weiters aus mindestens zwei Regeleinrichtungen, von denen eine dem Steuersatz des Stromrichters als Spannungsregler vorgeschaltet ist.
Bei bekannten unterbrechungsfreien Notstromversorgungsanlagen mit Wechselrichtern wird der Verbraucher ständig über einen Wechselrichter gespeist, der an eine Batterie angeschlossen ist, die ihrerseits über ein Ladegerät und einen Ladetransformator an ein Versorgungsnetz angeschlossen ist. Bei einem Ausfall des Versorgungsnetzes geht die Speisung des Verbrauchers ohne Unterbrechung aus der Batterie über den Wechselrichter weiter. Das Ladegerät ist so dimensioniert, dass es gleichzeitig den vollen Verbraucherstrom abgeben und nach einem Netzausfall die Batterie wieder aufladen kann. Das Ladegerät ist also relativ gross. Der Wirkungsgrad der gesamten Notstromversorgungsanlage ist durch die ständige zweimalige Energieumformung im Normalbetrieb schlecht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie Notstromversorgungsanlage mit einem Wechselrichter zu schaffen, die einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem Steuersatz und den gesteuerten Leistungsventilen des Stromrichters eine elektronische Übernahmeeinheit geschaltet ist, die aus einer bei Normalbetrieb ansprechenden Sperreinrictung für die Zündimpulse des auch im Normalbetrieb laufenden und von einer Steuerspannung einstellbaren Steuersatzes und einer bei Notbetrieb ansprechenden Durchschalteinrichtung für die Zündimpulse besteht, und dass dem Verbraucher ein als Siebstufe und Energiespeicher dienendes Filter vorgeschaltet ist, dessen Filtereingang bei Normalbetrieb über die Netzschalteinrichtung an das Normalbetriebsnetz bzw. bei Notbetrieb über die Wechselrichterschalteinrichtung an den Ausgang des Stromrichters geschaltet ist.
Bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Notstromversorgungsanlage ist im Normalbetrieb der Wechselrichter nicht angesteuert. Der Verbraucher wird über ein Filter aus dem Wechselspannungs-Ver- sorgungsnetz aufgeladen. Der Steuersatz und die Regeleinrichtung des Wechselrichters arbeiten jedoch bereits im Normalbetrieb. Die Weitergabe der Zündimpulse an die gesteuerten Wechselrichterventile ist jedoch im Normalbetrieb gesperrt. Durch den ständigen Betrieb des Steuersatzes und der Regeleinrichtung entstehen nur geringe Betriebskosten. Verluste und Geräusche im Leistungsteil des Wechselrichters, insbesondere durch Transformatoren und Drosseln, fallen im Normalbetrieb nicht an.
Bei einem Zusammenbruch oder einem unzulässigen Einbruch der Spannung des WechselspannungsVersorgungsnetzes wird der Filtereingang durch den Netzschalter vom Versorgungsnetz getrennt und der Wechselrichter durch Freigabe der Zündimpulse gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert. Die Energieversorgung des Verbrauchers erfolgt jetzt aus der Batterie über den Wechselrichter und das Filter. Das Filter hat somit eine mehrfache Funktion. Im Normalbetrieb siebt es die hoch- und niederfrequenten Störungen der Netzspannung. Im Notstrombetrieb siebt das Filter die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Beim Umschalten vom Normalbetrieb auf den Notstrombetrieb und zurück zum Normalbetrieb überbrückt die in den Filterelementen gespeicherte Energie die Umschaltpausen.
Eine bedeutende Verbesserung im Betriebsverhalten einer mit der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ausgerüsteten unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage wird dadurch erreicht, dass die Netzschalteinrichtung über einen Netztransformator und einen Halbleitersteller an das Normalbetriebsnetz angeschlossen ist, wobei der Halbleitersteller ein gesteuertes Halbleiterstellglied mit einem Steuersatz und der weiteren diesem vorgeschalteten Spannungseinrichtung aufweist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere für Versorgungsnetze vorteilhaft, bei denen ein vollständiger Spannungsausfall relativ unwahrscheinlich ist, bei denen jedoch mit längeren Spannungsabsenkungen oder auch Spannungsüberhöhungen gerechnet werden muss.
Hier lässt sich eine Konditionierung der Netzspannung vornehmen, wobei der Netztransformator die Amplitude der Netzspannung erhöht und der nachgeordnete Halbleitersteller die Ausgangsspannung des Netztransformators durch eine Anschnittsteuerung oder eine Pulssteuerung verringert. Das Filter siebt die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers und versorgt den Verbraucher mit einer weitgehend oberwellenfreien Spannung. Hiedurch können Schwankungen der Netzspannung von
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beispielsweise bis zu 20% des Nennwertes ausgeglichen werden. Innerhalb der Schwankungen der Netzspannung, die vom Netztransformator und dem Halbleitersteller ausgeregelt werden können, braucht der Wechselrichter nicht zur Notstromversorgung des Verbrauchers eingeschaltet zu werden.
Der Wechselrichter wird vielmehr nur bei starken Einbrüchen der Netzspannung zur Notstromversorgung des Verbrauchers herangezogen, die den Regelbereich der Netzkonditionierung überschreiten. Die Reihenfolge des Netztransformators und des Halbleiterstellers ist prinzipiell vertauschbar.
Wenn bei einer derartigen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage vom Notstrombetrieb über den Wechselrichter auf den Normalbetrieb zurückgeschaltet werden soll, so besteht das Problem, dass die Regeleinrichtung des Halbleiterstellers eine gewisse Zeitspanne benötigt, um die Ausgangsspannung des Stellers auf den Nennwert der Verbraucherspannung zu regeln. Dies lässt sich verbessern, wenn zwischen dem Steuersatz und dem Halbleiterstellglied des Halbleiterstellers eine weitere bei Notbetrieb ansprechende Sperreinrichtung für die Zündimpulse des auch im Notbetrieb arbeitenden Steuersatzes an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes geschaltet ist, und wenn weiters eine Ansteuereinrichtung zur Erzeugung einer Steuerspannung im Notbetrieb dem Steuersatz vorgeschaltet ist.
Als besonders schnelle Ansteuereinrichtung kann ein Ansteuerungsrechner vorgesehen sein, durch den dem Steuersatz wenigstens kurz vor der Rückschaltung vom Notbetrieb auf den Normalbetrieb eine errechnete Steuerspannung zugeführt wird.
Die beschriebene Ausgestaltung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage ermöglicht folgendes Betriebsverfahren :
Im Normalbetrieb wird der Verbraucher aus dem Wechselspannungsnetz als Normalbetriebsnetz über den Netztransformator, den vorzugsweise spannungsgeregelten Halbleitersteller, die geschlossene Netzschalteinrichtung und das Filter gespeist. Schwankungen der Netzspannung innerhalb des Regelbereichs der Netzkonditionierung werden vom Netztransformator im Zusammenwirken mit dem Halbleitersteller ausgeregelt.
Bei einem völligen Ausfall oder einem starken Einbruch der Netzspannung wird der Filtereingang vom Normalbetriebsnetz getrennt und auf den Stromrichter als Notbetriebsnetz geschaltet. Der Stromrichter wird durch Freigabe der Zündimpulse seines Steuersatzes gestartet und auf Leistungsabgabe gesteuert.
Bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung wird der Steuersatz des Halbleiterstellers mit der Spannung des speisenden Netzes synchronisiert und es wird der Zündwinkel für die Zündimpulse voreingestellt. Anschliessend wird der Wechselrichter stillgesetzt und über die Wechselrichterschalteinrichtung vom Filtereingang abgeschaltet. Die Netzschalteinrichtung wird geschlossen und der Halbleitersteller wird mit Zündimpulsen durchlässig gesteuert, die den voreingestellten Zündwinkel aufweisen.
Bei einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage, bei der ein Verbraucher sowohl im Normalbetrieb als auch im Notstrombetrieb über ein Filter gespeist wird, besteht das Problem, dass bei einem Verbraucher mit vorgeschalteten Sicherungen bei einem Defekt im Verbraucher der Kurzschlussstrom durch das Filter so stark gedämpft wird, dass die dem Verbraucher vorgeschalteten Sicherungen nicht oder zumindest nicht schnell genug auslösen. Im defekten Verbraucher können dadurch schwere Folgeschäden entstehen.
Die lässt sich dadurch verhindern, dass die dritte Schalteinrichtung zwischen dem Ausgang des Filters und dem Verbraucher und die vierte Schalteinrichtung zwischen dem Normalbetriebsnetz und dem Verbraucher angeordnet ist, wobei durch eine mindestens der dritten und vierten Schalteinrichtung zugeordneten Überwachungseinrichtung bei einer unzulässigen Abweichung der Verbraucherspannung und bei gleichzeitiger ordnungsgemässer Netzspannung die dritte Schalteinrichtung zwischen Filter und Verbraucher gesperrt wird und die vierte Schalteinrichtung zwischen Netz und Verbraucher stromdurchlässig ist. Von der Überwachungseinrichtung wird ein Defekt im Verbraucher oder im Filter durch einen Einbruch der Verbraucherspannung bei unverändert anstehender ordnungsgemässer Netzspannung erkannt.
Die Überwachungseinrichtung schaltet den Verbraucher sofort auf eine unmittelbare Netzversorgung um. Jetzt kann sich ein Kurzschlussstrom mit sehr steilem Stromanstieg ausbilden, der die dem defekten Verbraucher vorgeschaltete Sicherung zum Auslösen bringt und damit den defekten Verbraucher abschaltet. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn mehrere spannungsempfindliche Verbraucher jeweils über vorgeschaltete Sicherungen an eine sichere Stromschiene angeschlossen sind, die über ein Filter, einen Halbleitersteller und einen Netztransformator mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz verbunden ist.
Wenn die einem gestörten Vebraucher vorgeschaltete
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Sicherung nicht schnell genug auslöst, so hat dies einen länger andauernden Einbruch der Schienenspannung der sicheren Stromschiene zur Folge, der bereits Schäden in den übrigen Verbrauchern hervorrufen kann, insbesondere Störungen im Programmablauf von Datenverarbeitungsanlagen.
Wenn die Überwachungseinrichtung zusätzlich die Spannung am Ausgang des Filters überwacht, so kann unterschieden werden, ob ein Defekt in einem der Verbraucher oder ein Defekt im Netztransformator, im Halbleitersteller oder im Filter aufgetreten ist. Wenn die Ausgangsspannung des Filters trotz ordnungsgemäss anstehender Netzspannung ihren Nennwert nicht erreicht, so wird keine Rückschaltung auf den Betrieb über das Filter vorgenommen. Der Verbraucher wird dann solange unmittelbar aus dem Versorgungsnetz gespeist, bis der Defekt im Filter, im Netztransformator oder im Halbleitersteller beseitigt ist.
Bei der Rückschaltung von der unmittelbaren Netzversorgung des Verbrauchers auf die Versorgung über das Filter kann es vorkommen, dass die energiespeichernden Filterelemente im Augenblick der Zuschaltung entladen sind und dadurch ein grosser Stromstoss auf das Filter entsteht. Dies lässt sich bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Notstromversorgungsanlage dadurch vermeiden, dass bei einer derartigen Rückschaltung das Filter durch Betätigung des Netzschalters zunächst vom Netz getrennt und der Wechselrichter angefahren und auf eine der Verbraucherleistung entsprechenden Leistungsabgabe gesteuert wird. Der Wechselrichter wird über den Wechselrichterschalter auf das Filter geschaltet und lädt dadurch das Filter auf.
Nachdem das Filter aufgeladen ist und der Wechselrichter die Verbraucherleistung liefert, wird der Verbraucher vom Netz getrennt und auf den Filterausgang geschaltet. Der Filtereingang wird durch Betätigung des Wechselrichterschalters vom Wechselrichter getrennt. Der Wechselrichter wird stillgesetzt. Der Netzschalter wird geschlossen.
In einer derartigen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage werden Schalteinrichtungen benötigt, die einen Stromkreis in einer sehr kurzen Zeit unterbrechen und schliessen können. Bekannte elektrische Schalteinrichtungen sind entweder als schnelle Öffner oder als schnelle Schliesser ausgebildet.
So können beispielsweise die Schaltkontakte von mechanischen Trennschaltern mit Hilfe von geeigneten Auslösemechanismen sehr schnell geöffnet werden. Das Schliessen der Schaltkontakte von mechanischen Trennschaltern dauert jedoch erheblich länger. Anderseits können Halbleiterschalter durch geeignete Ansteuerung bzw. durch Zündimpulse sehr schnell stromdurchlässig gesteuert werden. Das Ausschalten geschieht durch Sperrung der Zündimpulse. Beim Ausschalten von Wechselstrom fliesst dieser jedoch noch bis zu seinem nächsten natürlichen Nulldurchgang weiter. Gleichstrom kann nur durch spezielle Löschkreise mit Zwangskommutierung unterbrochen werden.
Die bei einer erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage vorgesehenen schnellen Schalteinrichtungen sind jeweils aus der Reihenschaltung eines mechanischen Trennschalters und eines Halbleiterstellers aufgebaut, wobei eine Schaltsteuerlogik vorgesehen ist, die bei einem Ausschaltbefehl die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters öffnet und den Halbleitersteller in Sperrung steuert und nach Eintritt des strom- und/oder spannungslosen Zustandes die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters wieder geschlossen steuert, und die bei einem Einschaltbefehl den Halbleiterschalter stromdurchlässig steuert. Bei diesen Schalteinrichtungen werden somit in neuartiger Weise die Vorteile von mechanischen Trennschaltern und von elektronischen Halbleiterstellern ausgenutzt, ohne dass die Nachteile wirksam werden.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass beim Wechselrichterschalter die gesteuerten Ventile des Wechselrichters die Aufgabe des Halbleiterstellers übernehmen können, während beim Netzschalter der gesteuerte Halbleitersteller als Halbleiterschalter verwendet werden kann.
Hiedurch wird der erforderliche Aufwand an Halbleiterschaltern entscheidend vermindert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. l eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung,
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Schaltung, die eine Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse ermöglicht, Fig. 4b ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Ansteuerungsrechners und die Fig. 5 und 6 den Prinzipaufbau von Rückschalteinrichtungen.
Fig. l zeigt eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage. Mehrere Verbraucher --la bis lc--sind über Sicherungen--lla, llb ; 12a, 12b ; 13a, 13b-- an eine "sichere Stromschiene" --10-- angeschlossen. Die Stromschiene --10-- ist mit einem Filter - über eine Schalteinrichtung --9-- verbunden, die aus einem mechanischen Trennschalter und einem
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Halbleiterschalter aufgebaut ist. Das Filter--2--siebt beim Netzbetrieb die hoch-und niederfrequenten Störungen der Netzspannung und beim Notstrombetrieb die Ausgangsspannung des Wechselrichters. Beim Umschalten von Netzbetrieb auf Notstrombetrieb und zurück auf Netzbetrieb überbrückt die in den Filterelementen gespeicherte Energie die Umschaltpause.
Das Filter --2-- ist eingangsseitig über eine Schalteinrichtung --3--, einen Halbleitersteller --25-und einen Netztransformator --24-- mit einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- verbunden. Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes --25a-- sind über eine Sperrstufe --25b-mit einem Steuersatz --25c-- verbunden, dem eine Regeleinrichtung --25d-- und eine Synchronisations- Überwachung --25e-- mit einem Synchronisationsabgrüf --26-- vorgeschaltet ist.
Das Filter --2-- ist eingangsseitig weiterhin über eine Schalteinrichtung --6-- und einen Wechselrichter-Transformator --8-- mit einem Wechselrichter --5-- verbunden, an dessen Gleichspannungseingänge eine Gleichspannungsquelle --7-- geschaltet ist. Als Gleichspannungsquelle kann ein aufladbarer Akkumulator vorgesehen sein. Wenn der Wechselrichter jeweils nur für sehr kurze Zeiten in Betrieb ist, beispielsweise nur bis zum Anlaufen eines Notstrom-Dieselaggregats, so kann auch ein Kondensator als Gleichspannungsquelle vorgesehen sein.
Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Leistungsteils - 5a-- des Wechselrichters --5-- sind über eine Übernahmestufe --5b-- mit einem Steuersatz --5c-verbunden, dem eine Regeleinrichtung --5d-- und eine Synchronisationsüberwachung --5e-- zugeordnet ist, die wiederum mit dem Synchronisationsabgriff --26-- verbunden ist.
Zwischen dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- und der sicheren Stromschiene --10-befindet sich eine weitere Schalteinrichtung --14--, die aus der Reihenschaltung eines mechanischen Trennschalters und eines Halbleiterschalters aufgebaut ist.
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gesamten Verbraucherstrom auf der sicheren Stromschiene --10--, sowie ein Spannungsmessfühler-27- für die Ausgangsspannung des Wechselrichters --5--, ein Spannungsmessfühler --28-- für die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25--, ein Spannungsmessfühler --29-- für die Wechselspannung des Versorgungsnetzes --4-- und ein Spannungsmessfühler --30-- für Schienenspannung vorgesehen.
Die Messwerte dieser Messgeber sind einer zentralen Steuereinrichtung --20-- zugeführt, die diese Messwerte auswertet und Befehle für die einzelnen Bauglieder der unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage erzeugt. Aufbau und Funktion der Steuereinrichtung --20-- werden im einzelnen an Hand des nachfolgenden Beschreibungsteiles erläutert. Eine weitere Steuereinrichtung --21-- dient zur Steuerung der Schalteinrichtungen --9 und 14--.
Die in Fig. 1 dargestellte unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage zeichnet sich durch einen besonders guten Wirkungsgrad im Normalbetrieb aus. Im Normalbetrieb ist die Stromschiene --10-- über die geschlossenen Schaltkontakte --9a-- und den durchlässig gesteuerten Halbleitersteller --9b-- der Schalteinrichtung --9--, über das Filter --2-- und die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und über das durchlässig gesteuerte Halbleiterstellglied --25a-- vom Wechselspannungs-Versorgungsnetz -4-- gespeist. Der Wechselrichter --5-- befindet sich in einer Bereitschaftsstellung, bei der sein Steuersatz --5c-- und seine vorgeschaltete Regeleinrichtung --5d-- bereits in Betrieb und mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- synchronisiert sind.
Die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes --5c-- an die gesteuerten Ventile des Leistungsteils --5a-- des Wechselrichters ist von der Übernahmestufe --5b-- gesperrt. Bei einem Zusammenbruch oder einem unzulässigen Einbruch des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes --4-- wird die sichere Stromschiene --10-- durch Öffnen der Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- vom Wechselspannungs-Versorgungsnetz - getrennt. Der Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- wird in äusserst kurzer Zeit gestartet und auf volle Leistungsabgabe gesteuert. Der Wechselrichter --5-- übernimmt im Notstrombetrieb die Versorgung der sicheren Stromschiene --10-- mit den angeschlossenen Verbrauchern --la bis 1c--.
Gegenüber bekannten unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen, bei denen die Verbraucher im Normalbetrieb ständig über einen Wechselrichter, eine Batterie und ein Batterieladegerät aus einem Wechselspannungs-Versorgungsnetz gespeist werden, treten bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage im Normalbetrieb keine Verluste durch die zweimalige Energieumformung im Batterieladegerät und im Wechselrichter auf. Der bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage im Normalbetrieb erforderliche Energieverbrauch zum Betrieb des Steuersatzes
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und der Regeleinrichtung --5d-- des Wechselrichters --5-- ist demgegenüber wesentlich geringer und bei grösseren Einheiten vernachlässigbar.
Die erfindungsgemässe unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage weist auch Vorteile gegenüber bekannten Anlagen auf, bei denen der Wechselrichter in der Bereitschaftsstellung im Leerlaufbetrieb arbeitet, wobei die gesteuerten Ventile des Wechselrichters angesteuert werden und seine Kommutierungeinrichtungen ständig aufgeladen und umgeladen werden. Im Leerlaufbetrieb entstehen Verluste, die etwa 5% der Nennleistung eines Wechselrichters betragen.
Bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage sind zur schnellen Unterbrechung und zur schnellen Zuschaltung von Strömen Schalteinrichtungen vorgesehen, die aus der Reihenschaltung eines mechanischen Trennschalters und eines Halbleiterschalters bestehen. Eine Steuereinrichtung öffnet bei einem Ausschaltbefehl die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters und steuert den Halbleiterschalter in Sperrung. Nach Eintritt des stromlosen Zustandes werden die Schaltkontakte des mechanischen Trennschalters wieder geschlossen. Bei einem Einschaltbefehl wird der Halbleiterschalter stromdurchlässig gesteuert. Die Schalteinrichtung --9-- enthält in der Laststrecke eine Reihenschaltung eines Halbleiterstellgliedes --9b-- mit den Schaltkontakten --9a-- eines mechanischen Trennschalters.
Dem Halbleiterstellglied --9b-- ist ein Zündimpulsgenerator-9e-zugeordnet. Der mechanische Trennschalter enthält weiterhin einen Aufzugmechanismus --9c-- und einen Auslöse- mechanismus --9d--. Die Schalteinrichtung --14-- umfasst in analoger Weise einen mechanischen Trennschalter mit Schaltkontakten --14a--, einen Aufzugsmechanismus --14c-- und einen Auslösemechanismus --14d--, sowie einen Halbleiterschalter --14b-- mit einem Zündimpulsgenerator --14e--.
Auch die Schalteinrichtungen --3 und 6-- sind in analoger Weise aufgebaut. Bei der Schalteinrichtung --3--, die einen mechanischen Trennschalter mit Schaltkontakten --3a--, einen Aufzugmechanismus --3c-- und einen Auslösemechanismus --3d-- enthält, ist der Halbleitersteller --25-- als Halbleiterschalter ausgebildet. Bei der Schalteinrichtung --6--, die einen mechanischen Trennschalter mit Schaltkontakten --6a--, einen Aufzugmechanismus --6c-- und einen Auslösemechanismus --6d-- enthält, dient der Wechselrichter --5-- gleichzeitig als Halbleiterschalter.
Das Prinzip einer solchen schnellen Schalteinrichtung wird an Hand Fig. 2 erläutert, die in vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit der Schalteinrichtung --9-- zeigt. Die Zündstrecken der gesteuerten Ventile des Halbleiterschaltgliedes --9b-- sind über eine Sperrstufe --9f-mit einem Zündimpulsgenerator-9e--verbunden. Hiebet ist angenommen, dass der Zündimpulsgenerator ständig läuft und Zündimpulse erzeugt. Dies ist bei der Schalteinrichtung --9-- sinnvoll, die diese nahezu ständig stromdurchlässig gesteuert und nur bei Defekten in einem der Verbraucher oder im Filter gesperrt gesteuert wird. Bei der Schalteinrichtung --14-- dagegen, die nur selten für kurze Zeit stromdurchlässig gesteuert wird, ist es sinnvoll, den Zündimpulsgenerator erst bei einem Schaltbefehl zu starten. Es kann dann auf eine Sperrstufe verzichtet werden.
Prinzipielle Unterschiede in der Funktionsweise ergeben sich hiedurch nicht.
Die Sperrstufe --9f-- enthält Sperrgatter, die vom Ausgangssignal eines Flip-Flops --40-- gesteuert sind. Der mechanische Trennschalter umfasst Schaltkontakte --9a-- sowie einen Aufzugmechanismus --9c-und einen Auslösemechanismus --9d--, insbesondere eine Wirbelstrom-Auslösespule. Der Auslösemechanismus --9d-- ist über einen elektronischen Schalter --41-- an einen Kondensator --42-angeschlossen, der von einer Gleichspannungsquelle --43-- aufgeladen wird. Als Gleichspannungsquelle - kann eine Batterie oder insbesondere ein mit einer Wechselspannung gespeister Gleichrichter vorgesehen sein.
Wenn der elektronische Schalter --41-- von einem Zündimpuls eines Zündimpuls- generators --44-- stromdurchlässig gesteuert wird, entlädt sich der Kondensator --42-- über die Auslösespule --9d-- und bewirkt ein sehr rasches Öffnen der Schaltkontakte --9a-- des mechanischen Trennschalters. Das Schliessen der Schaltkontakte --9a-- erfolgt durch den Aufzugmechanismus --9c--, der über den Hilfskontakt --9g-- an eine weitere Gleichspannungsquelle --45-- geschaltet werden kann.
Wenn ein Relais --46-- erregt und sein Schaltkontakt --46a-- geschlossen ist, läuft der Aufzugmechanismus --9c-- solange, bis die Schaltkontakte --9a-- geschlossen und damit der Hilfskontakt --9g-geöffnet ist. Das Schliessen der Schaltkontakte --9a-- nimmt eine erheblich grössere Zeit in Anspruch als das Öffnen.
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Zustand geschlossen. Im stromlosen Zustand ist die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes-9e- an das Halbleiterschaltglied --9b-- von der Sperrstufe --9f-- gesperrt.
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--40-- dieHalbleiterschaltgliedes --9b-- frei. Der Strom kann über das durchlässig gesteuerte Halbleiterschaltglied - und die bereits geschlossenen Schaltkontakte --9a-- des Trennschalters fliessen.
Bei einem Ausschaltbefehl AUS steuert das Ausgangssignal des Flip-Flops --40-- über eine Impulsstufe --48-- den Zündimpulsgenerator --44-- des elektronischen Schalters --41-- an und lässt damit die Auslösespule --9d-des mechanischen Trennschalters sehr rasch ansprechen. Die Schaltkontakte --9a-- werden aufgerissen und unterbrechen den Strom. Mit dem Wechsel der Ausgangssignale des Flip-Flops --40-- werden die Sperrgatter in der Sperrstufe --9f-- gesperrt gesteuert, so dass keine Zündimpulse mehr an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes --9b-- gelangen. Der Strom im Halbleiterstellglied --9b-erlischt ebenfalls. Der Ausschaltbefehl wird von einem Verzögerungsglied --47-- um eine kurez Zeitdauer verzögert, die so bemessen ist, dass mit Sicherheit der strom- und bzw. der spannungslose Zustand erreicht ist.
Der verzögerte Ausschaltbefehl steuert das Relais --46-- an und setzt damit den Aufzugmechanismus in Betrieb. Die Schaltkontakte --9a-- werden geschlossen. Die Schalteinrichtung --9-- ist damit für einen neuen Einschaltbefehl vorbereitet.
Mit den in Fig. 2 beschriebenen Prinzip einer schnellen Schalteinrichtung lässt sich in der unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage nach Fig. l eine schnelle Umschaltung vom Netzbetrieb auf dem Notstrombetrieb und wieder zurück auf den Netzbetrieb durchführen. Hiezu wird vorausgesetzt, dass die Schalteinrichtung --3-- als mechanischer Trennschalter ausgebildet und in Reihe mit dem Halbleitersteller --25-- am Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- liegt, und dass die Schalteinrichtung --6-ebenfalls als mechanischer Trennschalter ausgebildet ist, wobei die gesteuerten Ventile des Wechselrichters - die Funktion eines Halbleiterschaltgliedes übernehmen.
Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Steuerlogik --20-- zur Steuerung eines derartigen Umschaltvorganges. An die Steuerlogik --20-- ist eingangsseitig der Strommessfühler --16-- zur Erfassung des Stromes über die Schaltkontakte --3a--, der Spannungsmessfühler --30-- zur Erfassung der Schienenspannung, der Spannungsmessfühler --29-- zur Erfassung der Netzspannung und der Strommess- fühler --15-- zur Erfassung des Stromes des Wechselrichters --5-- angeschlossen. Den Messfühlern --16, 30, 29, 15-- sind Grenzwertmelder --51, 52,53, 54-- nachgeschaltet, die jeweils ihr Ausgangssignal ändern, wenn die entsprechenden Messwerte vorgegebene Grenzwerte über-bzw. unterschreiten.
Der Grenzwertmelder --52-- erzeugt beispielsweise ein logisches 0-Signal, solange die Schienenspannung ihren vorgegebenen Wert innerhalb der zulässigen Toleranzen einhält. Der Grenzwertmelder --52-- erzeugt dagegen ein logisches 1-Signal, wenn die Schienenspannung unzulässige Abweichungen aufweist. Der Grenzwertmelder --53-- erzeugt ein logisches 0-Signal, wenn die Netzspannung innerhalb ihrer zulässigen Toleranzen liegt, dagegen ein logisches 1-Signal bei unzulässigen Störungen der Netzspannung.
Die Grenzwertmelder --51 und 54-ändern ihre Ausgangssignale, wenn die überwachten Ströme vorgegebene Grenzwerte unterschreiten, vorzugsweise wenn die überwachten Ströme zu Null werden.
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gelangt ein 1-Signal vom Grenzwertmelder --52-- sofort auf einen Befehlsspeicher --49--, dessen Ausgangssignal die Übernahmestufe --5b-- des Wechselrichters --5-- für die Zündimpulse des Steuersatzes durchlässig steuert. Der Wechselrichter --5-- wird gestartet. Sein Ausgangsstrom kann unverzüglich über den geschlossenen Schaltkontakt --6a-- und das Filter --2-- in die sichere Schiene --10-- fliessen. Gleichzeitig wird ein Flip-Flop --57-- gesetzt. Der obere Ausgang des Flip-Flops --57-- kippt auf 1-Signal und setzt ein weiteres Flip-Flop --58--, sowie ein Flip-Flop --62--.
Der obere Ausgang des Flip-Flops - steuert mit einem 1-Signal die Auslösespule --3d-- der Schalteinrichtung --3-- an. Die Schaltkontakte --3a-- werden aufgerissen. Der untere Ausgang des Flip-Flops --58-- führt ein 0-Signal, welches die Sperrstufe --25b-- für die Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- sperrt. Der Strom im Halbleiterstellglied --25a-- erlischt. Sobald der Strom im Halbleiterstellglied --25a-- zu Null geworden ist, bildet der Grenzwertmelder --51-- aus dem vom Strommessfühler --16-- erfassten Strom des Halbleiter- stellers-25-- ein 1-Signal, welches ein Sperrgatter --60-- durchlässig steuert. Das Ausgangssignal des Sperrgatters --60-- setzt ein Flip-Flop --59--.
Gleichzeitig wird vom Ausgangssignal des Flip-Flops --59-der Aufzugmechanismus --3c-- der Schalteinrichtung --3-- betätigt und die Schaltkontakte --3a-- werden
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hiedurch geschlossen. Der untere Ausgang des Flip-Flops --59-- kippt von 1-Signal auf 0-Signal und setzt mit seiner fallenden Flanke das Flip-Flop --63--. Der untere Ausgang des Flip-Flops --63-- führt somit ein 0-Signal, das den Auslösemechanismus --6d-- der Schalteinrichtung --6-- nicht ansteuert. Der Umschaltvorgang vom Netzbetrieb auf den Notstrombetrieb ist damit durchgeführt.
Eine Rückschaltung vom Notstrombetrieb auf den Netzbetrieb wird vorgenommen, wenn die Spannung des Versorgungsnetzes --4-- ihren vorgegebenen Wert wieder erreicht. Hiezu wird das Ausgangssignal des Grenzwertmelders --52--, der eingangsseitig mit dem Spannungsmessfühler-30-für die Schienenspannung verbunden ist, einem Zeitglied --55-- mit Abfallverzögerung zugeführt, dessen verzögertes Ausgangssignal in einem NOR-Glied --56-- mit dem Ausgangssignal des Grenzwertmelders --53-- verknüpft ist.
Wenn die vom Spannungsmessfühler-29-überwachte Netzspannung ihren Nennwert erreicht und für die Verzögerungszeit des Zeitgliedes --55-- nicht wieder unterschreitet, so beeinflusst das Ausgangssignal des NOR-Gliedes --56-- den Befehlsspeicher --49-- derart, dass die Zündimpulse des Steuersatzes --5c-von der Übernahmestufe --5b-- gesperrt werden. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes --56-- setzt auch das Flip-Flop --57-- zurück. Der untere Ausgang des Flip-Flops --57-- führt ein logisches 1-Signal.
Dieses kippt das Flip-Flop --63--, dessen Ausgangssignal den Auslösemechanismus --6d-- der Schalteinrichtung --6-- mit einem 1-Signal ansteuert. Die Schaltkontakte --6a-- werden aufgerissen. Das Ausgangssignal des Flip-Flops --57-- setzt auch das Flip-Flop --59-- zurück, dessen oberer Ausgang nunmehr ein 0-Signal führt. Dieses 0-Signal beeinflusst den Aufzugmechanismus --3c-- der Schalteinrichtung --3-- nicht, da die Schaltkontakte --3a-- bereits geschlossen sind. Sobald der vom Strommess-
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Der Halbleitersteller --25-- übernimmt Strom. Zugleich wird der Aufzugmechanismus --6c-- des Trennschalters --6-- betätigt. Die Schaltkontakte --6a-- werden geschlossen. Das Signal am oberen Ausgang des Flip-Flops --58-- kippt von 1-Signal auf 0-Signal und setzt mit seiner fallenden Flanke das
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Bei der bisher beschriebenen Funktionsweise der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage war davon ausgegangen worden, dass der Halbleitersteller --25-- als Halbleiterschalter verwendet wird. Wenn jedoch dem Halbleitersteller --25-- eine Regeleinrichtung --25d-vorgeschaltet ist, so ist es möglich, durch den Netztransformator --24-- eine Steuerung der Schienenspannung im Normalbetrieb zu erreichen.
Damit kann die sichere. Stromschiene --10-- mit den Verbrauchen-la bis 1c-- sowohl bei überhöhter als insbesondere auch bei abgesenkter Netzspannung mit einer konstanten Schienenspannung gespeist werden. Der Netztransformator --24-- erhöht die Amplitude der Spannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes --4--. Der Halbleitersteller --25-- verringert durch eine Anschnittsteuerung oder eine Pulssteuerung den Effektivwert der Ausgangsspannung des Netztransformators --24--. Hiezu wird seiner Regeleinrichtung --25d-- als Istwert die vom Spannungs- messfühler --28-- erfasste Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- oder die vom Spannungsmessfühler --30-- erfasste Schienenspannung und ein entsprechender Sollwert für die Schienenspannung zugeführt.
Das Filter --2-- siebt die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- und liefert eine weitgehend oberwellenfreie Verbraucherspannung für die Stromschiene-10-. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung können Schwankungen der Spannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes-4-- beispielsweise bis zu 20% ihres Nennwertes ausgeglichen werden. Diese Spannungskonditionierung ist insbesondere für Wechselspannungs-Versorgungsnetze geeignet, bei denen ein vollständiger Spannungsausfall relativ unwahrscheinlich ist, bei denen jedoch mit längeren Spannungsabsenkungen oder auch Spannungsüberhöhungen gerechnet werden muss.
Die Spannungskonditionierung ermöglicht es, dass der Wechselrichter --5-- nicht angefahren werden braucht, solange die Veränderungen der Netzspannung vom Netztransformator --24-- in Verbindung mit dem Halbleitersteller --25-- ausgeregelt werden können. Der Wechselrichter-5-- wird vielmehr nur bei starken Einbrüchen oder einem völligen Ausfall der Netzspannung zur Stromversorgung der Verbraucher herangezogen.
Die Spannungsanhebung durch den Netztransformator --24-- ermöglicht eine optimale Anpassung des Halbleiterstellers --25-- an das speisende Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4--. Neben einer
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Anpassung der Spannungsamplitude kann auch eine Anpassung der Phase oder der Impedanz des Netzes vorgesehen sein. Als Netztransformatoren können Spartransformatoren zur Anpassung der Spannungsamplitude, Schwenktransformatoren zur Anpassung der Phasenlage der Netzspannung oder Streutransformatoren zur Anpassung der Netzimpedanz bzw. als Ersatz für die Kommutierungsinduktivität des Halbleiterstellers vorgesehen sein. Der Halbleitersteller-25-kann je nach der Art des speisenden Netzes als an sich bekannter Drehstromsteller oder als Wechselstromsteller ausgebildet sein.
Die Reihenfolge von Netztransformator --24-- und Halbleitersteller --25-- ist prinzipiell vertauschbar.
Wenn bei der Rückschaltung vom Notstrombetrieb über den Wechselrichter auf den Normalbetrieb ein kurzzeitiger Spannungssprung der Schienenspannung vermieden werden soll, so sind besondere Massnahmen erforderlich, damit die Zündimpulse des Steuersatzes --25cu für das Halbleiterstellglied --25a-- des Halbleiterstellers --25-- bereits im Augenblick der Zuschaltung den richtigen Steuerwinkel aufweisen, um die Schienenspannung konstant zu halten. Die Problematik liegt darin, dass beim Notstrombetrieb die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- nicht als Istwert für die Regelein- richtung-25d-zur Verfügung steht.
Es sind daher besondere Massnahmen erforderlich, um zu gewährleisten, dass dem Steuersatz-25c-bereits vor der Rückschaltung auf das Versorgungsnetz --4-die Steuerspannung für den richtigen Zündwinkel der Zündimpulse für die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes --25a-- zugeführt wird.
Fig. 4a zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Schaltung, die eine derartige Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse ermöglicht. Die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes - sind über die Sperrstufe-25b-mit den Zündimpulsausgängen des Steuersatzes-25c- verbunden. Die Sperrstufe --25b-- kann beispielsweise eine Anzahl von UND-Gliedern enthalten, die von
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--20u fürdurchführen zu können.
Die Regeleinrichtung --25d-- des Halbleiterstellers --25-- ist als PI-Regler dargestellt. Die Rückführung des Reglers ist von einem elektronischen Schalter-31-überbrückt, beispielsweise von einem FET-Transistor. Der elektronische Schalter --31-- wird von der Steuereinrichtung --20-- gesperrt bzw. stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung-25d-ist eingangsseitig im Istwertkanal mit dem Spannungsmessfühler --28-- für die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers-25-und im Sollwertkanal mit einem Sollwertspannungsgeber --32-- verbunden, beispielsweise einem Einstellpotentiometer. Die
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Verbraucherstrom auf der Stromschiene --10-- beschaltet ist.
Der als Analogrechenverstärker dargestellte Ansteuerungsrechner --34-- errechnet aus diesen Eingangsgrössen die Steuerspannung für den Steuersatz --25c--. Die Ausgangsspannung des Ansteuerungsrechners-34-kann über einen Funktionsgeber --35-geführt sein, mit dessen Kennlinie alle Nichtlinearitäten in der Steuerstrecke ausgeglichen werden. Der Ansteuerungsrechner --34-- errechnet eine Steuerspannung für den Steuersatz-25c-, der eine Korrekturspannung aus der Regeleinrichtung --25d-- vorzeichenrichtig hinzugefügt wird. Im Normalbe-
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genauer der Ansteuerungsrechner-34-- die erforderliche Steuerspannung für den Steuersatz --25c-berechnet.
Bei der Umschaltung auf den Notstrombetrieb wird der elektronische Schalter --31-- stromdurchlässig gesteuert. Die Regeleinrichtung --25d-- ist damit kurzgeschlossen und liefert keine Ausgangsspannung.
Der Ansteuerungsrechner-34-bleibt weiterhin in Betrieb und errechnet laufend eine Steuerspannung für den Steuersatz --25c--. Wenn die Spannung des Versorgungsnetzes-4-- wieder ihren Nennwert erreicht hat und für eine vorgegebene Zeitdauer nicht wieder verlässt, bzw. innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt, kann die Umschaltung vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb vorbereitet werden.
Der Ansteuerungsrechner --34-- ermittelt aus der wieder vorliegenden Netzspannung die Steuerspannung für den Steuersatz-25c-. Der Steuersatz --25c-- ist in Betrieb und erzeugt Zündimpulse, die jedoch
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noch von der Sperrstufe --25b-- gesperrt sind. Beim Umschaltbefehl wird die Weitergabe der Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- an die gesteuerten Halbleiterventile des Halbleiterstellgliedes --25a-- durch einen entsprechenden Ansteuerbefehl auf die Sperrstufe --25b-- freigegeben. Ausserdem wird der elektronische Schalter --31-- gesperrt gesteuert, so dass die Regeleinrichtung --25d-- in Eingriff kommt und einen Korrekturwert für den Ansteuerungsrechner --34-- liefert.
Im Augenblick der Zuschaltung des Versorgungsnetzes --4-- weisen die Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- somit einen bereits weitgehend richtigen Zündwinkel auf. Die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- entspricht daher bereits weitgehend ihrem Sollwert. Etwaige Abweichungen werden von der Regeleinrichtung --25d-- anschliessend ausgeregelt.
Die in Fig. 4a dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht ein Rückschaltverfahren vom Notstrombetrieb auf den Normalbetrieb, bei dem bei einer Wiederkehr einer ausreichenden Netzspannung des Ver- sorgungsnetzes --4-- der Steuersatz --25c-- des Halbleiterstellers --25-- und der Steuersatz-5c-des Wechselrichters --5-- mit der wiedervorliegenden Spannung des Versorgungsnetzes --4-- synchronisiert werden, wobei der Steuersatz --25c-- des Halbleiterstellers --25-- Zündimpulse mit einem voreingestellten Zündwinkel erzeugt.
Nach erfolgter Synchronisierung der beiden Steuersätze--5e und 25c-und der Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse des Steuersatzes --25c-- können die Schaltkontakte - 6a-- des mechanischen Trennschalters --6-- geöffnet und der Wechselrichter --5-- stillgesetzt werden.
Sobald der Strom über die Schaltkontakte --6a-- des Trennschalters --6-- einen vorgegebenen Wert unterschreitet, vorzugsweise zu Null wird, wird die Weitergabe der Zündimpulse mit voreingestelltem Zündwinkel vom Steuersatz --25c-- an die gesteuerten Ventile des Halbleiterstellgliedes --25a-freigegeben. Der Strom kann daher unverzüglich aus dem Versorgungsnetz --4-- über den Netztransformator --24--, den mit den Zündimpulsen mit voreingestelltem Zündwinkel angesteuerten Halbleitersteller - und die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- des Trennschalters --3-- und weiterhin über das Filter --2-- in die Stromschiene --10-- fliessen.
Fig. 4b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Ansteuerungsrechners-37--. Der digitale
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digitalisierte Messwert wird einem Rechner --37d-- eingegeben, dessen Programmspeicher mit --37e-bezeichnet ist. Der Rechner --37d-- ermittelt nach einem ihm vorgegebenen Programm aus den Messwerten für die Netzspannung und den Strom auf der Stromschiene --10-- einen digitalen Wert für den erforderlichen Zündwinkel. Dieser Wert wird in einem Digital-Analog-Wandler --37f-- in eine analoge Spannung umgesetzt, welche die Steuerspannung für den Steuersatz --25c-- darstellt. Am unteren Ausgang des Rechners --37d-- erscheint ein Taktsignal zur Steuerung des Multiplexers --37a--, des analogen Speichers --37b-- und des Analog-Digital-Wandlers --37c--.
Durch eine entsprechende Programmierung des Rechners --37d-- können sämtliche Nichtlinearitäten in der Steuerstrecke berücksichtigt werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass im Normalbetrieb auch für den Wechselrichter --5-in analoger Weise eine Voreinstellung des Zündwinkels der Zündimpulse seines Steuersatzes --5c-- vorgenommen werden kann. Anstelle eines Messwertes für die Netzspannung wird einem entsprechenden Ansteuerungsrechner ein Messwert für die Batteriespannung zugeführt, vorzugsweise ein laststrombezogener Wert der Batteriespannung. Auch die Übernahmestufe-5b-- kann ebenfalls aus UND-Gliedern aufgebaut sein, die von einem Signal der Steuereinrichtung --20-- durchlässig bzw. gesperrt gesteuert
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Leistungsniveau durchführen zu können.
Bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage ist das Filter --2-- so angeordnet, dass es sowohl die Ausgangsspannung des Wechselrichters --5-- wie auch die Ausgangsspannung des Halbleiterstellers --25-- siebt. Durch diese Anordnung des Filters --2-- besteht jedoch die Möglichkeit, dass bei einem Defekt in einem der Verbraucher --la bis lu-der Anstieg des Kurzschlussstromes über das Filter --2-- so stark gedämpft wird, dass die dem defekten Verbraucher vorgeschalteten
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Sicherungen nicht oder zumindest nicht schnell genug auslösen. Im defekten Verbraucher können dadurch Folgeschäden auftreten. Wenn die dem defekten Verbraucher vorgeschalteten Sicherungen nicht schnell genug auslösen, kann auch ein länger andauernder Einbruch der Schienenspannung auf der sicheren Stromschiene --10-- erfolgen.
Ein derartiger, länger andauernder Einbruch der Schienenspannung kann bereits Schäden in den übrigen Verbrauchern hervorrufen, insbesondere Störungen im Programmablauf von Datenverarbeitungsanlagen.
Um ein schnelles und sicheres Ansprechen der den Verbrauchern vorgeschalteten Sicherungen zu gewährleisten, ist bei der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage die Scahlteinrichtung --9-- zwischen dem Filter --2-- und der Stromschiene --10-- und die weitere
Schalteinrichtung --14-- zwischen dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- und der Stromschiene - vorgesehen. Bei einem Defekt in einem der Verbraucher --la bis lc--, beispielsweise im Verbraucher --la--, wird die vom Spannungsmessfühler-30-erfasste Sehienenspannung abfallen, ohne dass eine gleichzeitige Störung der Netzspannung vorliegt. Dies wird als Kriterium dafür gewertet, dass einer der Verbraucher defekt ist oder dass eine Störung im Filter --2--, im Halbleitersteller --25-- oder im Netztransformator --24-- vorliegt.
Es werden nun sofort die Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung - geöffnet und die weitere Schalteinrichtung --14-- wird stromdurchlässig gesteuert. Die Stromschiene - ist damit unmittelbar auf das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- geschaltet. Jetzt bildet sich ein Kurzschlussstrom mit sehr steilem Stromanstieg aus, der die dem defekten Verbraucher --la-vorgeschalteten Sicherungen --lla, llb-- auslöst und damit den defekten Verbraucher --la-- abschaltet.
Falls ein Defekt in einem der Verbraucher, nicht aber im Filter --2--, im Halbleitersteller --25-- oder im Netztransformator --24-- vorliegt, kehrt anschliessend die Schienenspannung auf ihren Nennwert zurück und es kann wieder auf die normale Netzeinspeisung über den Netztransformator --24--, den Halbleitersteller --25-- und das Filter --2-- rückgeschaltet werden. Liegt jedoch ein Defekt im Netztransformator - oder im Halbleitersteller --25-- vor, so wird die Stromschiene --10-- weiterhin unmittelbar aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- über die Schalteinrichtung --14-- gespeist, wobei gegebenenfalls der Wechselrichter --5-- für den Notstrombetrieb angefahren werden kann, wenn die Netzspannung zusammenbricht.
Bei einem Defekt im Filter --2-- bleibt die Stromschiene --10-- bis zur Beseitigung dieses Defektes über die Schalteinrichtung --14-- mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz--4-verbunden. Bei einem Zusammenbruch der Netzspannung ist dann allerdings keine sichere Stromversorgung der Verbraucher mehr gewährleistet. Berechnungen haben jedoch gezeigt, dass ein gleichzeitiger Defekt im Filter --2-- und ein Zusammenbruch der Netzspannung äusserst unwahrscheinlich ist.
Bei der Rückschaltung von der unmittelbaren Netzeinspeisung über die Schalteinrichtung--14-- auf die für den Normalbetrieb vorgesehene Einspeisung über den Netztransformator --24--, den Halbleitersteller --25-- und das Filter --2-- ist darauf zu achten, dass bei der Rückschaltung auf das entladene Filter --2-- kein unzulässig grosser Stromstoss hervorgerufen wird. Hiezu kann die Rückschaltung wie folgt ablaufen :
Bei einer unmittelbaren Einspeisung vom Versorgungsnetz --4-- auf die Stromschiene --10-- sind die Schaltkontakte --14a-- geschlossen und das Stellglied --14b-- der Schalteinrichtung --14-- ist stromdurchlässig gesteuert und verbindet die Stromschiene --10-- über die geschlossenen Schaltkontakte - unmittelbar mit dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4--.
Der Wechselrichter --5-- befindet sich in der Bereitschaftsstellung und ist damit nicht in Betrieb. Der Rückschaltvorgang wird durch eine Ansteuerung des Halbleiterstellers --25-- eingeleitet. Die Steuereinrichtung --20-- steuert in Verbindung mit der Regeleinrichtung --25d-- den Halbleitersteller --25-- so, dass die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- der Schalteinrichtung --9-- im Ausgang des Filters --2-- zu Null wird. Jetzt werden die Schaltkontakte --9a-- geschlossen und unmittelbar anschliessend wird durch entsprechende Ansteuerung des Halbleiterstellers --25-- über seinen Steuersatz --25c-- und seine Regeleinrichtung --25d-- die Stromstärke im Filter --2-- auf den Wert der Stromaufnahme der Stromschiene --10-- gebracht.
Die Schaltkontakte --14a-- der Schalteinrichtung --14-- werden durch Ansteuerung des Auslösemechanismus - geöffnet und das Stellglied --14b-- der Schalteinrichtung --14-- wird in Sperrung gesteuert, sobald sein Strom zu Null oder zumindest so klein geworden ist, dass beim Sperren der Schalteinrichtung - kein unzulässig hoher Stromstoss auf das Filter --2-- erfolgt.
Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Rückschalteinrichtung Die Rückschalteinrichtung - ist eingangsseitig mit dem Messfühler --29-- für die Spannung des Wechselspannungs-Versorgungs-
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netzes --4--, dem Spannungsmessfühler --30-- für die Schienenspannung und mit dem Strommessfühler - für den Strom über die Schalteinrichtung --14-- verbunden. Ein Grenzwertmelder --71-- erzeugt ein logisches 1-Signal bei einer unzulässigen Abweichung der Netzspannung. Ein weiterer Grenzwertmelder - erzeugt ein logisches 1-Signal bei einer unzulässigen Abweichung der Schienenspannung.
Ein dritter Grenzwertmelder --73-- erzeugt ein logisches 1-Signal, wenn der vom Strommessfühler --36-- erfasste Strom über die Schalteinrichtung --14-- einen vorgegebenen Wert unterschreitet, der so gewählt ist, dass beim Öffnen der Schaltkontakte --14a-- kein unzulässig hoher Stromstoss auf das Filter erfolgen kann.
Bei einem Einbruch der Netzspannung und einem gleichzeitigen Einbruch der Schienenspannung steuert das Ausgangssignal eines UND-Gliedes --74-- mit einem logischen 1-Signal die Übernahmestufe - des Wechselrichters für die Zündimpulse des Steuersatzes --5c-- durchlässig. Der Wechselrichter - wird gestartet und übernimmt die Notstromversorgung der Stromschiene-10-. Dieser Betriebsfall wurde bereits erörtert.
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und gegebenenfalls ein weiteres 1-Signal vom Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- an, das anzeigt, dass der Wechselrichter nicht in Betrieb ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes --76-- steuert den Auslösemechanismus --9d-- der Schalteinrichtung --9-- an und öffnet damit die Schaltkontakte --9a--.
Gleichzeitig wird über eine Befehlslogik-86-der Zündimpulsgenerator-14e-für das Halbleiterstell- glied --14b-- der Schalteinrichtung --14-- voll angesteuert. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes --76-erregt ausserdem eine Zeitstufe --77--, die ausgangsseitig ein Dauersignal erzeugt. Das Ausgangssignal der Zeitstufe --77-- beeinflusst über ein weiteres UND-Glied --81-- die Regeleinheit --25d-- derart, dass diese eine Spannungsregelung für den Halbleitersteller --25-- über dessen Steuersatz --25c-- durchführt, um die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- der Schalteinrichtung --9-- zu Null zu machen.
Das Ausgangssignal der Zeitstufe --77-- erregt eine weitere Zeitstufe --78--, deren Ansprechverzögerung derjenigen Zeitdauer entspricht, die erforderlich ist, um die Spannung über den Schaltkontakten --9a-zu Null zu machen. Anstelle der Zeitstufe --78-- könnte beispielsweise auch eine logische Verknüpfung mit einem entsprechenden Rückmeldesignal vorgesehen sein. Das Ausgangssignal der Zeitstufe --78-- steuert die Schaltkontakte --9a-- über den Aufzugmotor-9c-- stromdurchlässig und schaltet die Regeleinheit --25d-- des Halbleiterstellers --25-- auf eine normale Lastregelung um. Der mit dem Spannungsmessfühler - beschaltete Eingang für die Spannungsregelung wird gesperrt. Die Regeleinheit --25d-- steuert den Halbleitersteller --25-- über seinen Steuersatz --25c-- auf volle Lastübernahme.
Die Speisung der Stromschiene --10-- über die Schalteinrichtung --14-- wird abgelöst durch die Speisung über den Halbleitersteller --25--. Wenn der Strom in der Schalteinrichtung --14-- den : im Grenzwertmelder --73-- vorgegebenen Wert unterschreitet, erzeugt dieser ein 1-Signal. Dieses steuert ein weiteres UND-Glied - durch, dessen Ausgangssignal den Zündimpulsgenerator-14e-- für das Stellglied --14b-- sperrt und die Schaltkontakte --14a-- über den Auslösemechanismus --14d-- öffnet. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer können die Schaltkontakte --14a-- durch Ansteuerung des Aufzugmechanismus --14c-- wieder geschlossen werden.
Der mechanische Trennschalter in der Schalteinrichtung --14-- wäre prinzipiell nicht erforderlich, da die Zuschaltung und Abschaltung des Stromes über die Schalteinrichtung --14-- alleine durch entsprechende Steuerung des Halbleiterschalters --14b-- vorgenommen werden kann. Der mechanische Trennschalter erweist sich jedoch für Wartungsarbeiten als zweckmässig. Ausserdem kann eine einfachere Beschaltung des Halbleiterschalters --14b-- vorgesehen werden. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit einer schnellen und definierten Stromunterbrechung in der Schalteinrichtung --14--.
Auch der Halbleiterschalter --9b-- ist prinzipiell nicht erforderlich. Er kann entweder ständig angesteuert oder zusammen mit der Ansteuerung des Auslösemechanismus --9d-- bzw. des Aufzugmechanismus --9c-- gesperrt bzw. durchlässig gesteuert werden. Der Halbleiterschalter --9b-- kann jedoch Schutzmassnahmen übernehmen.
In der dargestellten Rückschalteinrichtung --21-- ist noch eine Meldeeinrichtung mit einer Anzeige - vorgesehen. Wenn der Strom den im Grenzwertmelder-73-- vorgegebenen Wert aufgrund eines Defektes nicht unterschreitet, obwohl die für die Spannungsabsteuerung über den Schaltkontakten --9a--
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vorgesehene Zeitdauer bereits überschritten ist, stösst das in einer Umkehrstufe --82-- invertierte 0-Signal des Grenzwertmelders --73-- über ein UND-Glied --83-- eine Zeitstufe --84-- an, deren Ausgangssignal eine Anzeige --85-- zur Abgabe einer Störungsmeldung veranlasst.
Derartige Meldeeinrichtungen können in entsprechend abgewandelter Form auch für andere Signale in der Rückschalteinrichtung vorgesehen werden.
Eine weitere Möglichkeit, ein schnelles und sicheres Ansprechen der Sicherungen zu gewährleisten, besteht darin, dass ebenfalls ständig die Netzspannung und die Schienenspannung bezüglich unzulässiger Abweichungen überwacht werden. Bei einer unzulässigen Abweichung der Schienenspannung und einer gleichzeitig innerhalb ihrer Toleranzwerte liegenden Netzspannung wird der Filterausgang wiederum durch die Schalteinrichtung --9-- von der Stromschiene --10-- getrennt und die Stromschiene --10-- wird über die Schalteinrichtung --14-- unmittelbar auf das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- geschaltet.
Jetzt kann sich ein Kurzschlussstrom mit sehr steilem Stromanstieg aufbauen, der die Sicherungen vor dem defekten Verbraucher hinreichend rasch zur Auslösung bringt. Der Spannungseinbruch an der Stromschiene dauert somit nur eine äusserst kurze Zeitspanne, während der die übrigen Verbraucher noch nicht gestört werden. Sobald der gestörte Verbraucher über die ausgelösten Sicherungen von der Stromschiene --10-- getrennt ist, erreicht die Schienenspannung wieder ihren Nennwert. Nun kann die Rückschaltung auf die Stromversorgung über den Netztransformator --24--, den Halbleitersteller --25-und das Filter --2-- in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten vorgenommen werden.
Zunächst wird das Filter --2-- eingangsseitig durch Öffnen der Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und gegebenenfalls durch Sperren des Halbleiterstellers --25-- vom Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-getrennt. Der Wechselrichter --5-- wird auf Spannungsabgabe gesteuert und über die Schaltkontakte - der Schalteinrichtung --6-- auf den Eingang des Filters --2-- geschaltet, bis die Energiespeicher (Drosselspulen, Kondensatoren) im Filter --2-- aufgeladen sind. Erst jetzt wird der Ausgang des Filters - -2-- durch Schliessen der Schaltkontakte --9a-- und durch Ansteuerung des Halbleiterschalters --9b-der Schalteinrichtung --9-- erneut auf die Stromschiene --10-- geschaltet.
Die Energieversorgung der Stromschiene --10-- erfolgt jetzt parallel aus dem Netz --4-- über die Schalteinrichtung --14-- und aus dem Wechselrichter --5-- über das Filter --2--. Der Wechselrichter --5-- wird auf Leistungsabgabe gesteuert. Sobald der Wechselrichter --5-- die volle Verbraucherleistung übernommen hat, wird die Schalteinrichtung --14-- stromsperrend gesteuert und damit die Schiene --10-- vom Netz --4-- getrennt.
Dieser Zustand entspricht dem Notstrombetrieb, von dem aus in der bereits beschriebenen Weise auf die Einspeisung über den Netztransformator --24-- und den Halbleitersteller --25-- zurückgeschaltet werden kann. Durch Schliessen der Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und durch entsprechende Ansteuerung des Halbleiterstellers --25-- mit Zündimpulsen mit vorzugsweise voreingestelltem Zündwinkel erfolgt die Energieversorgung der Schiene --10-- dann wieder aus dem Wechselspannungs-Versorgungsnetz
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--24--,richter --5-- wird stillgesetzt und in den Bereitschaftsbetrieb überführt. Durch diese Art der Rückschaltung wird ebenfalls ein unzulässiger Stromstoss auf das Filter vermieden, der auftreten könnte, wenn das entladene Filter --2-- ohne die beschriebenen Massnahmen zugeschaltet würde.
Fig. 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer andern Rückschalteinrichtung --21'--. Eingangsseitig ist ein Spannungsmessfühler-29-für die Spannung des Wechselspannungs-Versorgungsnetzes --4--, ein
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die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- im Ausgang des Filters --2-- angeschlossen. Die Signale dieser Spannungsmessfühler beaufschlagen drei Grenzwertmelder --92, 93 und 94--, die logische Signale abgeben. Die beiden Grenzwertmelder --92 und 93-- erzeugen jeweils ein logisches 1-Signal, wenn die überwachte Spannung innerhalb ihrer vorgegebenen Toleranzen liegt. Bei unzulässigen Abweichungen der jeweils überwachten Spannung wird ein logisches 0-Signal abgegeben.
Der dritte Grenzwertmelder --94-erzeugt ein 1-Signal, wenn die Spannung über den Kontakten --9a-- der Schalteinrichtung --9-- zu Null wird.
Bei ordnungsgemäss anstehender Netzspannung und gleichzeitig ordnungsgemäss anstehender Schienenspannung stehen an den Eingängen eines UND-Gliedes --95-- ein logisches 1-Signal vom Grenzwertmelder --92-- und ein logisches 0-Signal an, da das 1-Signal des Grenzwertmelders --93-invertiert wird. Das UND-Glied --95-- ist gesperrt. Die Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung --9-sind geschlossen und der Halbleiterschalter --9b-- ist durchlässig gesteuert. Die Schalteinrichtung --14--
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ist gesperrt gesteuert, wobei die Schaltkontakte --14a-- geschlossen und der Halbleiterschalter --14b-- gesperrt ist.
Bei einer unzulässigen Abweichung der Schienenspannung und gleichzeitiger ordnungsgemäss anstehender Netzspannung erscheinen an beiden Eingängen des UND-Gliedes --95-- logische 1-Signale.
Das Ausgangssignal des UND-Gliedes --95-- wechselt auf 1-Signal und setzt ein Flip-Flop --96--. Der Wechsel von 0-Signal auf 1-Signal am Ausgang des Flip-Flops --96-- erzeugt in einer nachgeschalteten monostabilen Kippstufe --97-- einen Steuerimpuls für den Auslösemechanismus --9d-- der Schalteinrichtung --9-- und einen Einschaltbefehl für die Schalteinrichtung --14--. Die Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung --9-- werden vom Auslösemechanismus --9d-- geöffnet. Die Schalteinrichtung-14wird durch Ansteuerung des Halbleiterschalters --14b-- vom Zündimpulsgenerator --14e-- durchlässig gesteuert. Die Stromschiene --10-- ist jetzt unter Umgehung des Filters --2-- unmittelbar auf das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- geschaltet.
Es bildet sich ein Kurzschlussstrom mit steilem Stromanstieg aus.
Es wird angenommen, dass die Schienenspannung auf ihren Nennwert zurückkehrt, nachdem der gestörte Verbraucher durch Auslösen der ihm vorgeschalteten Sicherungen von der Stromschiene --10-getrennt ist. Das Ausgangssignal des Grenzwertmelders --93-- für die Schienenspannung wechselt wieder auf ein logisches 1-Signal, das in ein 0-Signal invertiert wird. Wenn kein Defekt im Filter --2-- vorliegt, gibt der Grenzwertmelder --38-- für die Spannung über den Schaltkontakten --9a-- ein logisches 1-Signal ab. Ein weiteres UND-Glied --98-- mit einem invertierenden Eingang wird von diesen Signalen durchgesteuert und setzt ein weiteres Flip-Flop --99--.
Der Wechsel von 0-Signal auf 1-Signal am Ausgang des Flip-Flops --99-- erzeugt in einer nachgeschalteten monostabilen Kippstufe ---100-- einen Steuerimpuls für den Auslösemechanismus --3d-- der Schalteinrichtungen --3-- und für den Aufzugmechanismus --6c-- der Schalteinrichtung --6--, sofern deren Schaltkontakte --6a-- nicht bereits geschlossen sind. Der Steuerimpuls beeinflusst auch die Übernahmestufe --5b-- des Wechselrichters --5--.
Dieser Steuerimpuls der monostabilen Kippstufe --100-- öffnet über den Auslösemechanismus --3d-- die Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und steuert über den Aufzugmotor --6c-- die Schaltkontakte --6a-- der Schalteinrichtung --6-- geschlossen. Weiterhin wird der Wechselrichter durch
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verzögerten Impuls, der aus Sicherheitsgründen in einem weiteren UND-Glied --102-- mit einem Signal vom Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- konjunktiv verknüpft wird, das die ordnungsgemässe Funktion des Wechselrichters anzeigt.
Nach einer weiteren Verzögerung durch ein weiteres Zeitglied
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daraufhin die Schaltkontakte --9a-- schliesst. Da das Filter --2-- über die Schalteinrichtung --6-- bereits vom Wechselrichter --5-- aufgeladen ist, entsteht beim Schliessen der Schaltkontakte --9a-- der Schalteinrichtung --9-- kein unzulässig hoher Stromstoss.
Nach einer weiteren Verzögerung durch ein Zeitglied --104-- und einem im UND-Glied --105-- konjunktiv verknüpften 1-Signal vom Grenzwertmelder --94--, das anzeigt, dass die Spannung am Filterausgang ihren Nennwert erreicht hat und somit auch die volle Leistungsübernahme durch den Wechselrichter anzeigt, wird die Schalteinrichtung --14-- gesperrt,
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--14a-- überAufzugmechanismus --3c-- geschlossen und der Halbleitersteller --25-- wird in der bereits beschriebenen Weise über seine Sperrstufe durchlässig gesteuert. Der Wechselrichter --5-- wird stillgesetzt und in den Bereitschaftsbetrieb überführt, indem die Weitergabe der Zündimpulse seines Steuersatzes --5c-- an die gesteuerten Wechselrichterventile von der Übernahmestufe --5b-- gesperrt wird.
Die beiden Flip-Flops - 96 und 99-- werden in ihre Ausgangslage von einem Impuls rückgesetzt, der von einem Zeitglied --106-verzögert wird. Der Impuls vom Zeitglied --106-- steuert auch den Aufzugmechanismus --14c-- an und bewirkt, dass die Schaltkontakte --14a-- geschlossen werden.
Den beiden beschriebenen Einrichtungen zum Rückschalten von einer unmittelbaren Speisung der Stromschiene --10-- über die Schalteinrichtung --14-- auf den Normalbetrieb aus dem Versorgungsnetz
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--24--,dass zunächst das Filter --2-- entweder vom Versorgungsnetz --4-- oder vom Wechselrichter-5aufgeladen wird, bevor der Ausgang des Filters --2-- auf die Stromschiene --10-- geschaltet wird.
Aus den beiden beschriebenen Einrichtungen zum Rückschalten ergibt sich, dass die Schalteinrichtungen --9 und 14-- im Prinzip einfacher aufgebaut sein können. Bei der Schalteinrichtung --9-kann der Halbleiterschalter-9b, 9e-und bei der Schalteinrichtung --14-- kann der mechanische Trennschalter --14a, 14c, 14d-- entfallen. Wesentlich ist, dass der Filterausgang durch Öffnen der Schaltkontakte --9a-- sehr schnell von der Stromschiene --10-- getrennt und dass die Stromschiene --10-durch Ansteuerung des Halbleiterschalters --14b-- sehr schnell auf das Versorgungsnetz --4-- geschaltet werden kann, damit sich im defekten Verbraucher oder Filter ein Kurzschlussstrom mit steilem Stromanstieg ausbilden kann, der die Sicherungen des defekten Verbrauchers auslöst.
Für die Rückschaltung sind prinzipiell keine schnellen Schaltvorgänge erforderlich, jedoch soll der Ablauf der Schaltvorgänge zur Aufladung des Filters --2-- und zur anschliessenden Zuschaltung des Filters --2-- auf die Stromschiene
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über das Filter --2--, die Stromschiene --10-- zurück zum Netz --4-- zu verhindern. Der Halbleiterschalter --9b-- und der mechanische Trennschalter-14a, 14c, 14d-können zweckmässigerweise zu Schutzfunktionen herangezogen werden. Dies gilt auch für die Schalteinrichtung --6--.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Umschaltung auf eine direkte Netzeinspeisung und die Rückschaltung nach vorheriger Aufladung des Filters --2-- auch dann von Bedeutung ist, wenn auf den Netztransformator --24-- und bzw. oder den Halbleitersteller --25-- verzichtet wird, weil keine Konditionierung der Netzspannung im Normalbetrieb vorgesehen ist. In diesem Falle wird die Rückschaltung angewendet, bei der das Filter vom Wechselrichter aufgeladen wird.
Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemässen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage besteht darin, dass im Normalbetrieb die Aufladung des Akkumulators --7-- mit gutem Wirkungsgrad und geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand möglich ist. Da im Normalbetrieb die gesteuerten Ventile im Leistungsteil --5a-- des Wechselrichters --5-- nicht mit Zündimpulsen beaufschlagt sind, lässt sich eine Ladeeinrichtung realisieren, die den Stromrichtertransformator --8--, eine Gleichrichterschaltung und eine Einrichtung zur Einstellung des Ladestroms im Ladebetrieb umfasst.
Die netzseitige Wicklung des Stromrichtertransformators --8-- ist im Normalbetrieb über die geschlossenen Schaltkontakte --6a-- der Schalteinrichtung --6--, über die geschlossenen Schaltkontakte --3a-- der Schalteinrichtung --3-- und über den durchlässig gesteuerten Halbleitersteller --25--, sowie über den Netztransformator --24-- an das Wechselspannungs-Versorgungsnetz --4-- angeschlossen. Hiedurch entfällt die Notwendigkeit eines eigenen Ladetransformators für ein Ladegerät.
Um den Akkumulator --7-- im Normalbetrieb auf volle Spannung aufzuladen, müsste an die netzseitige Wicklung des Stromrichtertransformators --8-- eine höhere Spannung angelegt werden, als im Notstrombetrieb vom Wechselrichter --5-- erzeugt wird. Eine derartige höhere Wechselspannung steht jedoch im Normalbetrieb nicht zur Verfügung. Es ist daher vorgesehen, entweder den Akkumulator --7-- aus zwei Teilakkumulatoren aufzubauen, die im Normalbetrieb parallelgeschaltet und im Notstrombetrieb in Reihe geschaltet werden. Eine andere Variante besteht darin, dass der Wechselrichtertransformator --8-- mit stromrichterseitigen Zusatzwicklungen versehen wird. In beiden Fällen ist eine Aufladung des Akkumulators --7-- auf seine volle Spannung mit der üblichen Spannung des Wechselspannungs-Versorgungs- netzes --4-- möglich.
Besonders vorteilhaft lässt sich der Ladebetrieb gestalten, wenn der Wechselrichter --5-- als Parallelwechselrichter ausgebildet ist. Ein Parallelwechselrichter weist Brückenzweige mit gesteuerten Hauptstromventilen und Brückenzweige mit antiparallel geschalteten Rückstromventilen auf, wobei die Mittelpunkte der Brückenzweige mit Rückstromventilen jeweils an Endanschlüssen oder an Anzapfungen der stromrichterseitigen Wicklung des Stromrichter-Transformators liegen. Die aus den Rückstromventilen aufgebaute Gleichrichterschaltung kann im Ladebetrieb zur Aufladung des Akkumulators benutzt werden.
Hiedurch wird der Aufwand an benötigten Ventilen entscheidend verringert. Wenn beispielsweise in einem Parallelwechselrichter Rückstromdioden als Rückstromventile vorgesehen sind, so bilden diese eine ungesteuerte Gleichrichterschaltung. Es ist jedoch auch möglich, gesteuerte Ventile, insbesondere Thyristoren, als Rückstromventile in einem Parallelwechselrichter einzusetzen. Im Notstrombetrieb werden diese steuerbaren Rückstromventile ständig mit Zündimpulsen angesteuert. Im Ladebetrieb werden die
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gesteuerten Rückstromventile wie bei einer gesteuerten Gleichrichterschaltung mit einer Anschnittsteuerung oder einer Pulssteuerung angesteuert.
Im Ladebetrieb kann der Zündwinkel der Zündimpulse für die gesteuerten Rückstromventile insbesondere von einer Laderegeleinrichtung nach beliebigen Ladekennlinien bestimmt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage eines Wechsel- oder Drehstromverbrauchers, bestehend aus mindestens einer mit einem Wechsel- oder Drehspannungsnetz als Normalbetriebsnetz verbundenen Netzschalteinrichtung und einer mit einem aus einem statischen Stromrichter und aus einer Batterie bestehenden Notbetriebsnetz verbundenen Wechselrichterschalteinrichtung, an welche beiden Betriebsnetze über die von einem Steuerwerk gesteuerten Schalteinrichtungen der Wechselstromverbraucher geschaltet wird, und weiters aus mindestens zwei Regeleinrichtungen, von denen eine dem Steuersatz des Stromrichters als Spannungsregler vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuersatz (5c) und den gesteuerten Leistungsventilen (5a)
des Stromrichters eine elektronische Übernahmeeinheit (5b) geschaltet ist, die aus einer bei Normalbetrieb ansprechenden Sperreinrichtung für die Zündimpulse des auch im Normalbetrieb laufenden und von einer Steuerspannung einstellbaren Steuersatzes (5c) und einer bei Notbetrieb ansprechenden Durchschalteinrichtung für die Zündimpulse besteht, und dass dem Verbraucher (la bis le ; 10) ein als Siebstufe und Energiespeicher dienendes Filter (2) vorgeschaltet ist, dessen Filtereingang bei Normalbetrieb über die Netzschalteinrichtung (3) an das Normalbetriebsnetz (4) bzw. bei Notbetrieb über die Wechselrichterschalteinrichtung (6) an den Ausgang des Stromrichters (5) geschaltet ist.