DE2420557A1 - Wechselstromumschalter - Google Patents

Description

• "Wechselstromumschalter" Die Erfindung bezieht sich auf einen wechselstromumschalter für einen ständig zu versorgenden Verbraucher, mit zwei aus elektronischen Schaltelementen hestehenden Schaltern, von denen der eine in einer Anschlußleitung des Verbrauchers an ein Netz und der andere in einer Verbindungsleitung zu einem Wæchselrichter angeordnet ist, und mit einer zum Vergleichen der Momentanwerte der Netzspannung mit denen einer Bezugsspannung geeigneten Überwachungseinrichtung, die bei einer unzulässigen Abweichung der Netzspannung die Zuschaltung des Wechselrichters durch dessen elektronischen Schalter zu steuern vermag.
• Wechselstromumschalter dienen dazu, einen Verbrauchervon einem Netz auf ein anderes umzuschalten, wenn das erste Netz bezüglich Spannungshöhe, Frequenz o.dgl. den Anforderungen des Verbrauchers nicht mehr genügt. In allen Fehlerfällen, auch bei plötzlichen Netzausfällen, muß so urageschaltet werden, daß der Verbraucher seine Umschaltung praktisch überhaupt nicht merkt, jedenfalls aber keine Schäden davonträgt.
• Das ist beispielsweise für Signalsysteme erforderlich, bei denen eine Unterbrechung oder Veränderung der speisenden Spannung eine Störung zur Folge hätte.
• Bei einem Wechselstromumschalter der eingangs genannten Gattung wird eine Überwachungseinrichtung verwendet, di di normale Spannungsquelle bzw. die Netzspannung mit Hilfe eines ebenfalls von dieser gespeisten Sinuswellen-Bezugsspannungsquelle fortlaufend überprüft und gegebenenfalls ein Fehlersignal erzeugt, Lit dem über eine logische Schaltung die Abschaltung des Verbrauchers von der normalen Spannungsquelle und daran.
• anschließend die Zuschaltung des Verbrauchers an ein: Hilfsspannungsquelle bewirkt wird. Dieser schnell wirkende Wechselstromumschalter benötigt jedoch für die Umschaltung immer noch 100 Mikrosekunden, schaltet also nicht lückenlos um.
• Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wechselstromumschalter dr eingangs genannten Gattung zu schaffen, der im Fehlerfall lückenlos und verzerrungsfrei die sofortige Umschaltung von einem Netz auf das hereitstehnde zweit3 Netz zu bewirken vermag. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Überwachungseinrichtung an den eine stabilisierte, netzsynchrone und sinusförmige Spannung abgebenden Wechselrichter angeschlossen ist und ein einerseits an die Netzspannung und andererseits an die Wechselrichter-Bezugsspannung gelegte Meßbrücke mit nachgeschaltetem Diskriminator aufweist, der das sofortige überlappende Einschalten dr als Triacs oder als Thyristoren in Anti-Parallelschaltung ausgebildeten elektronischen Schaltelemente der elektronischen Schalter mit die Schaltelemente völlig durchsteuernden Gleichstrom-bzw. gleichstromähnlichen Signalen zu steuern vermag.
• Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß der Wechselstromumschalter die erforderlichen Einschalt- bzw. Ansteuersignale aus dem Vergleich der Netzspannung mit der Spannung des Wechselrichters gewinnt. Hierbei versteht sich, daß an die Stelle des Wechselrichters auch ein zweites Netz treten kann, sofern dieses eine gleichwertige Spannung zu liefern vermag, die insbesondere mit der Spannung des ersten Netzes synchronisierbar bzw. synchronisiert ist. Bei einem derartigen Anschluß der überwachungseinrichtung ist es möglich, daß Fehler des Wechselrichters berücksichtigt werden. Von Bedeutung ist ferner, daß die elektronischen Schaltelemente mit diese völlig durchsteuernden Gleichstrom-bzw. gleichstromähnlichen Signalen angesteuert werden. Der die durchgesteuerten elektronischen Schaltelemente durchfließende Verbraucherstrom muß zur Durchsteuerung der elektronischen Schaltelemente nicht mehr beitragen, was insbesondere im Bereich des Nulldurchganges bzw. bei nur geringen Amplituden keine Verzerrungen verursacht. Das sofortige Einschalten der jeweils anderen Spannungsquelle vermeidet Lücken, die unweigerlich entstehen würden, wenn das Zuschalten der in Bereitschaft stehenden Spannungsquelle erst dann erfolgt, nachdem die bis dahin speisende und nun mit einem Fehler behaftete Spannungsquelle abgeschaltet wurde.
• In Ausbildung der Erfindung vermag der Diskriminator das Einschalt- bzw. Ansteuersignal sofort von einem auf den anderen elektronischen Schalter umzuschalten, wenn das der Meßbrücke entnommene Vergleichssignal bei @etzspannungsausfall einen vorbestimmten Schwellwert plötzlich unterschreitet. Bei Netzspannungsausfall wird also durch den Diskriminator sichergestellt, daß der Verbraucher lückenlos weiterversorgt wird, während der der bisher speisenden Spannungsquelle zugeordnete elektronische Schalter sofort keine Ansteuersignale mehr -rhält, so daß der Verbraucher von dieser Spannungsquelle alsbald nicht mehr versorgt bzw. beeinflußt wird, also im nächsten Nulldurchgang durch Erlöschen weggeschaltet wird.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Erzeugung des Einschalt- bzw. Ansteuersignals zur Umschaltung von einem auf den anderen elektronischen Schalter erst im nächsten Spannungs- oder Stromnulldurchgang, w:-nn das der Meßbrücke entnommene Vergleichssignal bei allmählichem Absinken der Netzspannung einen vorbestimmten, unter dem Schwellwert für sofortige Umschaltung liegenden Grenzwert unterschreitet.
• Bei einem vom Wechselrichter versorgten Verbraucher ist eine der Meßbrücke parallel geschaltete Zusatzüberwachungseinrichtung vorhanden, die bei Unterschreitung eines vorbsstimmten Spannungswertes der Bezugsspannung eine sofortig Einschaltung des elektronischen Netzschalters über den Diskriminator zu veranlassen vermag. Insbesondere bei Wechselricht-rbetrieb erfolgt also eine ständige Überwachung der Bezugsspannung nach unten. Es ist natürlich auch eine überwachung nach oben möglich, falls ein Wechselrichter ohne obere Spannungsstabilisierung verwendet wird.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild des an die Versorgung des Verbrauchers angeschlossenen chslstromumschalters, und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schalters.
• Der Verbraucher 10 ist über den Stromwandler 11 mit der Anschlußleitung 13 an das Netz 12 angeschlossen. Außerdem ist er über den Stromwandler mit der Verbindungsleitung 14 an den Wechselrichter 15 angeschlossen. In der Anschlußleitung 13 und in der Verbindungsleitung 14 ist je ein elektronischer Schalter 16, 17 angeordnet, der entweder, wie dargestellt, Triacs, oder in Fig. 2 dargestellte, Thyristoren 18' in Anti-Parallelschaltung als elektronisch Schaltelemente besitzt.
• Wesentlicher Teil der überwachungsvorrichtung ist die Meßbrücke 19, die über eine Zuleitung 19', den Transformator 20 und die Störungserfassung 21 an die Verbindungsleitung 14 angeschlossen ist. Außerdem ist die Meßbrücke 19 über eine weitere Zuleitung 19'', einen weiteren Transformator 20 und eine weitere Störungserfassung 21 an die AnschluB-leitung 13 geschaltet. Die Vergleichssignalleitung 22 verbindet den Ausgang der Meßbrücke mit einem Eingang des Diskriminators 23, der seinerseits mit zwei Signalleitungen 24 an den Leistungsverstärker 25 angeschlossen ist. Vom Leistungsverstärker 25 können, entsprechend seiner Beaufschlagung durch den Diskrininator 23, die elektronischen Schaltelemente 16', 17' der elektronische Schalter 16, 17 durchsteuernde Gleichstrom- bzw.
• gleichstromähnliche Signale über die Steuerleitungen 26 gegeben werden.
• Parallel zur Meßbrücke 19 ist eine Zusatzürwachungseinrichtung 27 vorhanden, die den Diskriminator 23 bei Unterschreitung eines vorbestimmten Spannungswertes der Bezugsspannung beaufschlagt, so daß von diesem eine sofortige Einschaltung des elektronischen ietzschalters 16 bewirkt wird.
• Zugleich werden kurzzeitige Abweichungen der Bezugsspannung durch dynamische Einflüsse, z.B. durch Belastungen des Wechseltrichters, unwirksam gemacht.
• Der an die Zuleitung 19" der Meßbrücke 19 angeschlossene Überbrückungsimpulsgenerator 28 stabilisiwsrt die undefinierte Spannungsmessung der Meßbrücke 19 im Spannungsnulldurchgang, so daß auch in diesem Fall eine sofortige lückenlose und verzerrungsfreie Umschaltung gewährleistet ist.
• In die Zuleitung 19" ist ein Spannungsteiler 29 geschaltxet, der mit einzm Nullpunkt-Steuergerät 30 verbunden ist. Außerdm ist eine Zuleitung 31 vom Stromwandler 11 vorhanden, so daß das Steuergerät wahlweise in Abhängigkeit vom Spannungs- oder Stromnulldurchgang arbeten kann. Bin waiterer Eingang des Steuergerätes 30 ist mit einem Ausgang des Diskriminators 23 verbunden, so daß das Steuergerät das allmähliche Absinken der Netzspannung unter einen vorbestimmten Grenzwert erfassen und die Umschaltung der elektronischen Schalter 16, 17- über saine mit dem Leistungsverstärker 25 verbundene Ausgangsleitung 32 veranlassen kann.
• Zur Vorwahl der Betriebsart, also vorrangig Speisung des Verbrauchers aus dem Netz 12, ist ein Vorwahlschalter 33 an den Spannungsteiler 29 angeschlossen. Die Rückumschaltung der elektronischen Schalter 16, 17 erfolgt nach Beheben der Störung automatisch, ist aber auch zu verriegeln, wi durch die Verriegelungsleitung 34 zwischen dem Leistungsverstärker 25 und dem Spannungsteiler 29 dargestellt. Die Rückumschaltung wird dann manuell vorgenommen. Des weiteren kann die Rückumschaltung zeitverzögernd erfolgen. Hierzu ist ein mit dem Diskriminator 23 verbundener Rückstellzeit-Einsteller 35 vorhanden. Der jeweilige Schaltzustand des Wechselstromumschalters wird durch Meldeorgane 36 angezeigt, die vom Leistungsverstärker gesteuert werden.
• Zwischen den elektronischen Schaltern 16, 17 und dem Netz 12 bzw. dem Wechselrichter 15 ist je ein verzögert wirkender einstellbarer Einschalter 37, 37' bzw. 38, 38' vorhanden. Die Verzögerungszeit zwischen dem Wiederherstellen normaler Verhältnisse nach Ausfall des Netzes oder des Wechselrichters und der tatsächlichen Zuschaltung der Spannung ist so bemessen, daß die Synchronisierzeit für den Wechselrichter abgewartet wird, bzw. daß nach dem Einschalten des Wechselrichters ohne Fehlerfall die Synchronisierzeit und die Regelungszeit für die Wechselrichterspannung abgewartet wird.
• An die nicht von den Zuleitungen 19', 19t' besetzten Sekundärwicklungen der Transformatoren 20 sind Gleichrichter 39 für die Stromversorgung der Bauelemente des Wechselstromumschalters angeschlossen.
• Wenn das Wegschalten des bisher speisenden Netzes 12 oder 15 durch Erlöschen nicht abgewartet werden soll, kann der Einschalter 37, 37' jeweils als Schnellschalter ausgebildet werden, der über die Steuerleitungen 37", 38" vom Leistungsverstärker 25 bzw. Diskriminator 23 zur Schnellabschaltung angesteuert wind.
• Die Störungserfassung 21 wird jeweils auch durch den ihr zugeordneten Schalter 37 oder 38 beaufschlagt, um die Schaltzustände der die elektronischen Schalter 16, 17 aufweisenden Abschnitte der Leitungen 13, 14 zu erfassen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Wechselstromumschalter für einen ständig zu versorgenden Verbraucher, mit zwei aus elektronischen Schaltelemerten bestehenden Schaltern, von denen der eine in einer Anschlußleitung des Verbrauchers an ein Netz und d-r andere in inr Verbindungsleitung zu einem Wechselrichter angeordnet ist, und mit einer zum Vergleichen a*r Momentanwerte a-r Netz spannung mit denen einer Bezugsspannung geeigneten Überwachungseinrichtung, die bei einer unzulässigen Abweichung der Netzspannung die Zuschaltung des Wechselrichters durch dessen elektronischen Schalter zu steuern vermag, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Überwachungseinrichtung an den eine stabilisierte, netzsynchrone und sinusförmige Spannung abgebenden Wechselrichter (15) angeschlossen ist und eine einerseits an die Netzspannung und andererseits an die Wechselrichter-Bezugsspannung gelegte Meßbrücke (19) mit nachgeschaltetem Diskriminator (23) aufweist, der das sofortige überlappende Einschalten der als Triacs oder als Thyristoren in Anti-Parallelschaltung ausgebildeten elektronischen Schaltelemente (16',17',18') der elektronischen Schalter (16,17) mit die Schaltelemente völli@ durchsteuernden Gleichstrom- bzw. gleichstromähnlichen Signalen zu steuern vermag.

2. Wechselstromumschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h:g ek e n n z e i c h n e t , daß der Diskriminator (23) das Einschalt- bzw. Ansteuersignal sofort von einem auf den anderen elektronischen Schalter (16,17) umzuschalten vermag, wenn das der -IeBbrücke (19) entnommene Vergleichssignal bei etzspannungsausfall einen vorbestinmten Schwellwert plötzlich unterschreitet.

3. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Erzeugung des Einschalt-bzw. Ansteuersignals zur Umschaltung von einem auf den anderen elektronischen Schalter (16,17) erst im nächsten Spannungs-oder Stromnulldurchgang erfolgt, wenn das der Meßbrücke (19) entnommene Vergleichssignal bei allmählichem Absinken der Netzspannung einen vorbestimmten, unter dem Schwellwert für sofortige Umschaltung liegenden Grenzwert unterschreitet.

4. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit vom Wechselrichter versorgtem Verbraucher, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine der Meßbrücke (19) parallel geschaltete Zusatzüberwachungseinrichtung (27) vorhanden ist, die bei Unterschreiten eines vorbestimmten Spannungswertes der Bezugsspannung eine sofortige Einschaltung des elektronischen Netzschalters (16) über den Diskriminator (23) zu veranlassen vermag.

5. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Unterdrückung kurzzeitiger Abweichungen der Bezugs Spannung bei dynamischem Verhalten des Wechselrichters (15) vorhanden ist.

6. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßbrücke (19) im Nulldurchgang der Netzspannung ein stabilisierender Uberbrückungsimpuls aufgedrückt ist.

7. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine verriegelbare, bedarfsweise verzögerte und automatische Rückumschaltung der elektronischen Schalter (16,17) vorhanden ist.

8. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den elektronischen Schaltern (16,17) und dem Netz (12) bzw.

dem-Wechselrichter (15) je ein verzögert wirkender Einschalter (37,37';38,38') vorhanden ist.

9. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß seinen Schaltzustand anzeigende Meldeorgane (36) vorhanden sind.

10. Wechselstromumschalter nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c h g -- k e n n z e i c h n t t , daß zwischen den Diskriminator (23) und die elektronischen Schalter (16,17) ein Leistungsverstärker (25) geschaltet ist.

11. Wechselstromumschalter nach d-.n Ansprüchen 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der @inschalter (37,37') als Schnellabschalter für das @isher speisende Netz (12 oder 15) ausgebildet ist.