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Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines
Verbrauchers Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien
Stromversorgung eines Verbrauchers, der aus einem Netz bzw. aus einem Ersatzstromaggregat
mit einer Ersatzstromquelle und einem Wechselrichter gespeist ist.
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Bei derartigen unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen wählt
man in Abhängigkeit davon, ob und wie lange ein Verbraucher eine Spannungsunterbrechung
bei einem Netzausfall verträgt, entweder Anlauf-, Mitlauf- oder Dauerbetrieb.
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Beim Anlaufbetrieb wird der Verbraucher normalerweise aus dem Netz
geppeist. Der Wechselrichter läuft bei einem Netzausfall innerhalb von 200 ms bis
500 ms an und übernimmt dann die Versorgung des Verbrauchers. Diese Zeitspanne ist
für empfindliche Verbraucher zu groß, insbesondere für Datenverarbeitungsanlagen
oder medizinische Geräte. Eür derartig empfindliche Verbraucher wählt man den Mitlaufbetrieb,
bei dem der Verbraucher bei einem Netzausfall innerhalb von 50 ms bis 150 ms auf
einen bereits im Leerlauf mitlaufenden Wechselrichter umgeschaltet wird. Verträgt
der Verbraucher auch eine derartig kurze Spannungsunterbrechung nicht, so wird er
im Dauerbetrieb ständig über einen Wechselrichter versorgt.
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Beim Dauerbetrieb ist der Verbraucher ständig von einem Wechselrichter
gespeist, der sowohl an eine Batterie als auch über ein Gleichrichtergerät an das
speisende Netz angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine unterbrechungsfreie
Stromversorgung.
Nachteilig ist jedoch, daß die Energie im Normalbetrieb mehrfach umgeformt wird.
Dabei entstehen Geräusche und Verlustwärme. Die Verluste bei der Energieumformung
und die erforderlichen Maßnahmen zur Beseitigung der Verlustwärme verursachen ständig
zusätzliche Betriebskosten. Nachteilig ist ferner, daß das Gleichrichtergerät für
die volle Verbrauchdrleistung, die Verluste im Wechselrichter und die erforderliche
Leistung zur Aufladung der Batterie dimensioniert sein muß.
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Der ErfindungLliegt daher die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie
Stromversorgung zu schaffen, bei der ein Verbraucher im Normalbetrieb aus einem
speisenden Netz und im Störungsfalle von einem Ersatzstromaggregat mit einem Wechselrichter
versorgt wird, ohne daß bei der Umschaltung eine Unterbrechung der Stromversorgung
auftritt, die eine ordnungsgemäße Funktion des Verbrauchers beeinträchtigten könnte.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kombination mehrerer Maßnahmen gelöst:
a) Dem Verbraucher ist ein Energiespeicher enthaltendes Filter vorgeschaltet, b)
das Filter ist eingangsseitig über gesteuerte Schaltmittel im Normalbetrieb mit
dem speisenden Netz bzw.
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im Störungsfalle der Netzspannung mit dem Ersatz stromaggregat verbunden,
c) eine Steuereinrichtung überwacht die Spannung am Eingang des Filters und steuert
die Schaltmittel sowie den Start des Wechselrichters.
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Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der Verbraucher
im Normalbetrieb aus dem speisenden Netz über das Filter versorgt. Der Wechselrichter
wird erst bei einer Störung der Netzversorgung so gesteuert, daß er die
vom
Verbraucher geforderte Leistung abgibt. Die Umschaltmöglichkeit zwischen der Stromversorgung
aus dem Netz bzw über den Wechselrichter ist am Eingang des Filters vorgesehen.
Das Filter enthält ein oder mehrere energiespeichernde Elemente, insbesondere Xondensatoren
und/oder Drosselsalen. Ihr Energieinhalt überbrückt die Startphase-des We chselricht
ers Ausfüiirungsbeisiele der Erfindun-g und ihre in den Un-teransprechen näher gekennzeichneten
Ausgestaltung-en sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben: Die Fig 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung.
Ein Verbraucher 1 ist über ein filter 2 und einen im Normalbetrieb geschlossenen
Netz schalter 3 mit einem speisenden Netz 9 verbunden. Niederfrequente und hochfrequente
Störungen in der Netzspannung werden vom Filter 2 gedämpft und können den Verbraucher
1 nicht störend beeinflussen. Das Netz 9 wird von einem Meßfühler. 10 überwacht,
der die Amplitude und/oder die Frequenz der Netzspannung arfaßt. Die Signale des
Meßfühlers 10 sind einer Steuereinrichtung 5 zugeführt, die bei einer unzulässigen
Abweichung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz vom Nennwert den Umschaltvorgang
einleitet. Zunächst wird der Netzschalter 3 in Sperrung gesteuert und der Wechselrichter
6 über -seine Steuereinheit 7 gestartet. Der Wechselrichter 6 bezieht seine Energie
aus einer Ersatzstromquelle 8. Sobald der Wechselrichter 6 die erforderliche Ausgangsspannung
phasenrichtig- erzeugt, wird der Wechselrichterschalter 4 durchlässig gesteuert.
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Der Verbraucher 1 wird jetzt aus der Ersatzstromquelle 8 über den
Wechselrichter 6, den durchlässig gesteuerten Wechseirichterschalter 4 und das Filter
2 mit Energie versorgt. Das Filter 2 siebt die Ausgangsspannung des Wechselrichters
6,
um dem Verbraucher 1 eine Spannung mit geringem Oberwellengehalt zur Verfügung zu
stellen. Während des Umschaltvorganges liefert das Filter 2, das entsprechende energiespeichernde
Elemente, wie Kondensatoren und/oder Drosselspulen enthält, die Energie für den
Verbraucher.
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Bei geeigneter Dimensionierung der Elemente des Filters - gegebenenfalls
unter Einbezug energiespeichernder Elemente im Verbraucher selbst, beispielsweise
Impedanzen - läßt sich die Versorgung des Verbrauchers so gewährleisten, daß für
ihn zulässige Abweichungen nicht überschritten werden, obwohl beim Umschaltvorgang
eine kurzzeitige Unterbrechung am Filtereingang auftritt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist das Filter 2 stets
dem Verbraucher 1 vorgeschaltet. Beim Normalbetrieb dämpft es die nieder- und hochfrequenten
Verzerrungen der Netzspannung. Beim Umschaltvorgang vom Normalbetrieb zum Betrieb
aus der Ersatz stromquelle und zurück zum Normalbetrieb wirkt es als kurzzeitiger
Energiespeicher. Beim Betrieb über den Wechselrichter siebt es die Ausgangsspannung
des Wechselrichters. Da sich diese Forderungen nicht wiedersprechen, ist eine geeignete
Dimensionierung der Elemente des Filters möglich.
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Es gibt Verbraucher, die einen Ausfall von einer oder zwei Halbwellen
ihrer Versorgungsspannung ohne Funktionsstörung vertragen, beispielsweise Elektromotoren
oder Gleichstromverbraucher, die über einen Transformator und einen Gleichrichter
mit.Glättungskondensatoren gespeist sind. Diese Verbraucher enthalten somit Elemente
zur kurzzeitigen Speicherung von mechanischer oder elektrischer Energie.
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Für den Fall, daß diese kurzeitigen Energiespeicher die Startphase
des Wechselrichters überbrücken können, ist eine Variante der Erfindung möglich,
bei der das Filter
entfallen kann. Eine derartige Schaltungsanordnung
zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Energiespeicher enthaltenden Verbrauchers
enthält gesteuerte Schaltmittel, die den Verbraucher im Normalbetrieb mit dem speisenden
Netz bzw. im Störungsfall mit dem Ersatzstromaggregat verbinden. Eine Steuereinrichtung
überwacht wiederum die Netzspannung und steuert die Schaltglieder sowie den Start
des Wechselrichters.
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Die Ersatzstromquelle 8 ist mit dem Symbol einer Batterie dargestellt.
Als Ersatzstromquellen können jedoch nicht nur Batterien oder Akkumulatoren dienen,
sondern beispielsweise auch Kondensatoren, Brennstoffzellen oder Schwungräder und
Dieselmotoren mit gekuppelten Generatoren. Es ist auch möglich, ein anderes Netz
als ErsatzstromqWelle einzusetzen, beispielsweise ein Gleichstromnetz oder ein Netz
mit anderer Frequenz, beispielsweise ein Bahnstromnetz.
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Der Wechselrichterschalter 4 ist vorteilhaft als schnellschließender
Schalter ausgebildet, beismelsweise als mechanischer Schalter oder Schütz oder als
Halbleiterschalter mit Thyristoren, Triacs oder Ignitrons. Es sind auch Kombinationen
von verschiedenen Schalteinrichtungen in Reihen- oder Parallelschaltung möglich.
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Bei üblichen Wechselrichtern sind bei nicht gezündeten Ventilen in
einem durch die RUckarbeitsdioden bestimmten Spannungsbereich keine Rückströme möglich.
In diesem Fall kann ein gesonderter Wechselrichterschalter entfallen. Der Wechselrichter
ist dann ständig mit dem Filtereingang verbunden. Die gesteuerten Wechselrichterventile
erfüllen die Schaltfunktion des Wechselrichterschalters.Ein eigener echselrichterschalter
ist für Wartungsarbeiten zweckmäßig.
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Der Netzschalter 3 ist zweckmäßigerweise als schnell öffnender Schalter
ausgeführt. Es können mechanische Schnellschalter
oder Schütze
verwendet werden, gegebenenfalls mit besonderen Auslösemechanismen, oder schnelltrennende
Schalter mit Sprengladungen. Möglich sind auch Halbleiterschalter mit natürlicher
Kommutierung oder mit Zwangskommutierung, die mit Thyristoren, Turn-off-Thyristoren,
Triacs, Ignitrons oder Entladungsventilen bestückt sein können. Kombinationen von
verschiedenen Schalteinrichtungen in Reihen- oder Parallelschaltung sind ebenfalls
geeignet.
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Für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind rasch startbare
Wechselrichter geeignet. Besonders vorteilhaft sind Wechselrichter, die sofort,
phasenrichtig und mit vollem Laststrom gestartet werden können.
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Eine Steuereinrichtung 5 kann auch so ausgestaltet sein, daß sie nach
einer aufgrund einer Störung der Spannung am Filtereingang erfolgten Umschaltung
vom Netz auf den Wechselrichter die Netzspannung weiterhin überwacht und bei einer
Wiederkehr der ordnungsgemäßen Netzspannung eine Umschaltung des Verbrauchers vom
Wechselrichterbetrieb zurück auf Netzbetrieb durchführt. Hierzu ist die Steuereinrichtung
5 eingangsseitig mit einem Menfühler 13 für die Netzspannung verbunden. Die Steuereinrichtung
stellt fest, ob Amplitude und Phasen der Netzspannung und der Wechselrichterspannug
übereinstimmen. Ist dies der Fall, so wird der Wechselrichterschalter 4 in Sperrung
und der Netzschalter 3 durchlässig gesteuert.
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Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer geeigneten Steuereinrichtung
5. Eingangsseitig sind der Meßfühler 10 für die Spannung am Eingang des Filters
2 und der MeßfuBler 13 für die Netzspannung angeschlossen. Die Ausgangsspannungen
der Meßfühler 10 und 13 beaufschlagen Überwachungsstufen 14 und 15, die als Grenzwertmelder
symbolisch
dargestellt sind und logische Signale erzeugen.
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Die Überwachungsstufe 14 erzeugt beispielsweise ein logisches O-Signal,
wenn die Spannung am Filtereingang ordnungsgemäß ansteht, hingegen ein logisches
L-Signal, wenn die Spannung am Filtereingang unzulässige Abweichungen aufweist.
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Die Überwachungsstufe 15 erzeugt ein logisches O-Signal, wenn die
Netzspannung innerhalb ihrer zulässigen Toleranzen liegt, dagegen ein logisches
L-Signal bei unzglässigen Störungen der Netzspannung.
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Bei einer unzulässigen Abweichung der Spannung am Filtereingang gelangt
das L-Signal von der Überwachungsstufe 14 sofort auf die Steuereinheit 7 des Wechselrichters
6, die ihrerseits den Vechselrichter startet. Gleichzeitig werden Ansteuerglieder
18 und 19 für die Schalter 3 und 4 beeinflußt. Das Ansteuerglied 18 steuert den
Schalter 4 durchlässig und dad Ansteuerglied 19 steuert den Schalter 3 in Sperrung.
Das L-Signal der Überwachungseinrichtung 14 wird in einem Zeitglied 16 mit Abfallverzögerung
verlängert und in einem NOR-Glied 17 mit dem Signal der Überwachungsstufe 15 verknüpft.
Wenn die Netzspannung ihren Nennwert wieder erreicht und für die Verzögerungszeit
des ZeitXliedes 16 nicht wieder unterschreitet, so beeinflußt das Ausgangssignal
des NOR-Gliedes 17 die Steuereinheit 7 des Wechselrichters dahingehend, daß der
Wechselrichter stillgesetzt oder auf Leerlaufbetrieb gesteuert wird. Außerdem wird
der Schalter 4 über seine Ansteuerstufe 18 gesperrt und der Schalter 3 über seine
Ansteuerstufe 19 durchlässig gesteuert. Die Versorgung des Verbrauchers 1 erfolgt
jetzt wieder aus dem Netz 9 über das Filter 2.
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Um bei einer möglichen zeitlichen Überlappung bei der Betätigung der
Schalter 3 und 4 den Ausgleichstrom zwischen dem Netz 9 und dem Wechselrichter 6
zu begrenzen, sind in Fig.1
Drosselspulen 11 und 12 zwischen dem
Schalter 3 bzw 4 und dem Eingang des Filters 2 angeordnet. Zur Begrenzung eines
derartigen Ausgleichstromes können auch andere Bauelemente Verwendung finden, wie
beispielsweise Wirkwiderstände, nichtlineare Halbleiterwiderstände, Drosselspulen
mit sättigbarem Kern, gesteuerte Halbleiterventile oder Gasentladungsventile.
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Weiterhin ist es möglich, Netzimpedanzen, Leitungswiderstände und
Streuimpedanzen von vorgeschalteten Transformatoren zur Begrenzung eines Ausgleichsstromes
ganz oder teilweise heranzuziehen und gegebenenfalls entsprechend zu dimensionieren.
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Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Filter
2a, das zur Begrenzung des Ausgleichsstromes geeignet ausgestaltet ist. Das Filter
ist als Bandfilter aufgebaut und enthält im Längszweig eine Serienschaltung mit
einer Drosselspule 20 mit Anzapfung und einem Kondensator 21, sowie im Querzweig
eine Parallelschaltung mit einer Drosselspule 22 und einem Kondensator 23. Ein derartiges
Bandfilter verursacht keine Phasendrehung. In einem mehrphasigen System treten daher
keine Asymmetrien in der Phasenlage auf. Die über die Anzapfung der Drosselspule
dem Filtereingang zugeordnete Impedanz, sowie die Streuimpedanz begrenzt einen entwaigen
Ausgleichs strom zwischen den Schaltern 3 und 4.
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Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Filters 2b.
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Zur Begrenzung eines etwaigen Ausgleichsstromes ist der Kondensator
im Längszweig des Filters doppelt vorhanden.
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Damit ist sowohl der Netzschalter 3 über einen Kondensator 24 wie
auch der Netzschalter 4 über einen Kondensator 25 beschaltet.
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Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei der auch im Falle einer Störung im
Filter 2 oder in einem der
Verbraucher la, 1b, 1c eine Stromversorgung sichergestellt ist. binde weitere Steuereinrichtung
26 überwacht mit einem Meßfühler 27 die Spannung der Stromschiene 28 und damit die
Eingangsspannung für die Verbraucher. Ein weiterer Meßfühler 29 für die Netzspannung
ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 26 verbunden. Bei einer für die Verbraucher
unzulässigen Abweichung der Spannung an der Stromschiene 28 und bei ordnungsgemäß
anstehender Netzspannung steuert die weitere Steuereinrichtung 26 einen Schalter
30 zwischen dem Filter und der Stromschienein Sperrung und schließt die Stromschiene
über einen weitcren Schalter 31 unmittelbar an das Netz 9 an.
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Gleichzeitig wird über die Steuereinrichtung 5 der Netzschalter 3
in-Sperrung gesteuert.
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Die Rückschaltung auf den Betrieb über das Filter 2 geht in einer
Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten vor sich, um einen Stromstoß auf das Filter
und damit einen Spannungseinbruch an der Schiene 28 zu vermeiden.
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Bei der Versorgung der Stromschiene 28 unmittelbar aus dem Netz 9
ist lediglich der Schalter 31 durchlässig, die weiteren Schalter 3, 4 und 30 sind
gesperrt. Der Wechselrichter 6 ist nicht in Betrieb. In einem ersten Schritt wird
der Wechselrichter 7 angefahren und der Wechselrichterschalter 4 durchlässig gesteuert.
Der Wechselrichter 6 wird so gesteuert, daß die Spannung über dem Schalter 30 im
Filterauagang zu Null wird. Jetzt wird der Schalter 30 im Filter ausgang durchlässig
gesteuert und gleichzeitig wird der Wechselrichter 6 durch eine Lastregelung so
geregelt, daß die volle Yerbraucherleistung vom Wechselrichter 6 über das Filter
2 geliefert wird. Sobald der Strom über den Schalter 31 zu Null oder zumindest so
klein geworden ist, daß beim Öffnen dieses Schalters kein unzulässiger Laststo
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auf das Filter erfolgt, wird der Schalter 31 in Sperrung gesteuert und gleichzeitig
der Wechselrichter 6 auf Spannungsregelung umgeschaltet bzw. seine Lastregelung
außer Eingriff gebracht. Die Stromschiene 28 wird durch Schließen des Netzschalters
3 und Sperren des Wechselrichterschalters 4 auf das Netz 9 geschaltet. Der Wechselrichter
6 wird abgeschaltet und die Ersatzstromquelle 8 gegebenenfalls nachgeladen.
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Fig. 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer derartigen Steuereinrichtung
26. Eingangsseitig sind der Meßfühler 29 für die Netzspannung, der Meßfühler 27
für die Schienenspannung und ein weiterer Meßfühler 34 für die Spannung am Ausgang
des Filters 2 angeschlossen. Die Signale der Meßfühler beaufschlagen Überwachungsstufen
35, 36, 37,die als Grenzwertmelder dargestellt sind und logische Signale erzeugen.
Die Überwachungsstufen 35 bis 37 erzeugen jeweils ein logisches L-Signal, wenn die
überwachten Spannungen innerhalb ihrer Toleranzen liegen, dagegen ein logisches
O-Signal, wenn die überwachten Spannungen unzulässige Abweichungen zeigen.
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Bei ordnungsgemäß anstehender Netzspannung und ordnungsgemäß anstehender
Schienenspannung erzeugen somit die Überwachungsstufen 35 und 36 logischel-Signale,
Das Signal der Überwachungsstufe 36 wirk im Umkehrglied 39 invertiert.
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An den Eingängen eines UND-Gliedes 38 stehen daher ein logisches L-Signal
von der Uberwachungsstufe 35 und ein logisches O-Signal vom Umkehrglied 39 an. Das
UND-Glied 38 ist gesperrt. Der Schalter 30 ist von seinem Ansteuerglied 45 durchlässig
und der Schalter 31 von seinem Ansteuerglied 46 gesperrt gesteuert.
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Bei einer für die'Verbraucher unzulässigen Abweichung der
Schienenspannung
und ordnungsgemäß anstehender Netzspannung stehen an beiden Eingängen des UND-Gliedes
38 logische L-Signale an. Das Ausgangs signal des UND-Gliedes 38 wechselt auf L-Signal
und setzt ein Flip-Flop 41. Der Wechsel von O-Signal auf L-Signal am Ausgang des
Flip-Flops 41 erzeugt in einer nachgeschalteten monostabilen Kippstufe 43 einen
Steuerimpuls für die Ansteuerglieder 45 und 46. Das Ansteuerglied 45 steuert den
Schalter 30 in Sperrung und das Ansteuerglied 46 steuert den Schalter 31 durchlässig.
Die Stromschiene 28 ist jetzt unter Umgehung des Filters unmittelbar auf das speisende
Netz geschaltet. Es kann sich ein sehr steiler Stromanstieg aubbilden, der eine
der Sicherungen 32a bis 32c oder 33 zum Ansprechen bringt.
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Nachdem eine der Sicherungen angesprochen hat und den gestörten Verbraucher
bzw. das Filter vom Netz getrennt hat, kehrt die Schienenspannung auf ihren Sollwert
zurück und die Überwachungsstufe 36 erzeugt wieder ein logisches L-Signal' Wenn
kein Defekt im Filter vorliegt, gibt die Überwachungestufe 37 für die Spannung im
Filterausgang ein logisches L-Signal ab. Ein weiteres UND-Glied 40 wird von den
beiden L-Signalen an seinen Eingängen durchgesteuert und setzt ein Flip-Flop 42.
Der Wechsel von O-Signal auf L-Signal am Ausgang des Plip-Blops 42 erzeugt in einer
nachgeschalteten monostabilen Kippstufe 44 einen Steuerimpuls für die Ansteuerglieder
47 und 48 sowie für die Steuereinheit 7 des Wechselrichters. Dieser Steuerimpuls
der monostabilen Kippstufe 44 sperrt über das AnsteuerJglied 47 den Schalter 3 und
steuert über das Ansteuerglied 48 den Schalter 4 durchlässig. Außerdem wird der
Wechselrichter durch Einwirkung auf seine Steuereinheit 7 gestartet bzw. auf Spannungsabgabe
gesteuert.
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Ein dem Flip-Flop 42 nachgeschaltetes Zeitglied 49 mit Ansprechverzögerung
erzeugt einen verzögerten Impuls, der
den Wechselrichter über dessen
Steuereinheit 7 zur Leistungsabgabe veranlaßt. Außerdem ist das Ausgangssignal des
Zeitgliedes 49 dem Ansteuerglied 45 zugeführt, das daraufhin den Schalter 30 durchlässig
steuert. Da das Filter über den Schalter 4 vom Wechselrichter bereits weitgehend
aufgeladen ist, entsteht beim Schließen des Schalters 30kein unzulässiger Stromstoß.
Nach einer weiteren Verzögerung durch ein Zeitglied 50 wird der Scnalter 31 überjsein
Ansteuerglied 46 durchlässig gesteuert, der Schalter 3 wird über sein Ansteuerglied
47 gesperrt, der Schalter 4 wird über sein Ansteuerglied 48 gesperrt und der Wechselrichter
wird stillgesetzt oder auf Mitlaufbetrieb gesteuert. Ein von einem Zeitglied 51
verögerter Impuls setzt die beiden Flip-Plops 41 und 42 in ihre Ausgangslage zürück.
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Es gibt Netze, bei denen ein vollständiger Spannungsausfall relativ
unwahrscheinlich ist, bei denen jedoch mit längeren Spannungsabsenkungn oder auch
Spannungsüberhöhungen gerechnet werden muß. Hier sieht eine Ausgestaltung der Erfindung
eine Konditionierung der Netzspannung vor. Bei Änderungen der Netzspannung, die
von der Netzkonditionierung ausgeregelt werden können, braucht der Wechselrichter
die Stromversorgung des Verbrauchers nicht zu übernehmen. Der Wechselrichter wird
vielmehr nur bei starken Einbrüchen der Netzspannung zur Stromversorgung herangezogen.
Eine derartige Netzkonditionierung kann mit einem Transformator, einem steller und
einem Steuergerät ausgeführt sein. Da der Steller zugleich als Netzschalter verwendbar
ist, stellt nur der Transformator ein zusätzliches Bauelement dar.
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Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Netzkonditinierung.
Das Das Netz 9 ist über einen Stelltransformator 54 und ein Stellglied 53 mit dem
Lingang des
Filters 2 verbunden. Das Stellglied 5 ist von einem
Steuergerät 52 gesteuert und dient zur Einstellung des Spannungsverhältnisses zwischen
der Ausgangsspannung des Transformators 54 und der Spannung a; Eingang des Filters
2. Das Stellglied kann mit bekannten Mitteln realisiert sein, beispielsweise mit
steuerbaren Ventilen, steuerbaren Impedanzen oder steuerbaren Drosseln oder Kombinationen
hiervon. Je nach Art des Netzes 9 ist ein Drehstromsteller oder ein Wechselstromsteller
vorgesehen. Das Stellglied erfüllt auch die Funktion des gesteuerten Netzschalters
zwischen dem Eingang des Filters 2 und dem Netz 9.
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Die Spannungsanpassung durch den Stelltransformator dient Zur optimalen
Anpassung des Stellers an das Netz 9. Neben einer Anpassung der Spannungsamplitude
kann auch eine Anpassung der Phase oder der Impedanz des Netzes vorgesehen sein.
Als Stelltransformator 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 Stellers vorgesehen sein.
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Das Steuergerät 52 zur Steuerung des Stellers enthält einen Steuersatz
und einen Spannungsregler.
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Ein weiteres Stellglied 55 mit einem Steuergerät 58 dient als schneller
Netzschalter, um den Verbraucher bei einer unzulässigen Änderung der Verbraucherspannung
unmittelbar auf das Netz 9 zu schalten.
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Durch eine entsprechende Steuerung und Auslegung des Transformators
als Schwenktransörmator kann erreicht werden, daß im Kreis vom Netz 9 über den Stelltransformator
54,
das Stellglied 53, das Filter 2, den durchlässig gesteuerten
Schalter 30 und den weiteren durchlässig gesteuerten Steller 55 ein Strom fließt,
der dem Laststrom wenigstens annähernd entspricht. Die Umschaltung der Stromversorgung
des Verbrauchers 1 vom unmittelbaren Netzbetrieb auf den Netzbetrieb über das Filter
kann in diesem Falle folgendermaßen gesteuert werden: Im Ausgangszustand ist der
Steller 55 durchlässig gesteuert und verbindet den Verbraucher unmíttelber mit dem
Netz 9.
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Der Wechselrichter 6 ist nicht in Betrieb. Der Umschaltvorgang wird
durch eine Ansteuerung des Stellgliedes 53 eingeleitet. Das Steuergerät 52 steuert
das Stellglied 53 so, daß die Spannung über dem Schalter 50 im ilterausgang zu Null
wird. Jetzt wird der Schalter 30 durchlässig gesteuert und unmittelbar anschleßend
durch entsprechende Ansteuerung des Stellgliedes 53 durch das Steuergerät 52 die
Stromstärke im Filter 2 auf den Wert der Stromaufnahme des Verbrauchers 1 gebracht.
Das Stellglied 55 wird auf Sperrung gesteuert, sobald sein Strom zu Null oder zumindest
so klein geworden ist, daß beim Sperren des Stellers 55 kein unzulässig hoher Stromstoß
auf das Filter 2 erfolgt. Der Wechselrichter wird bei diesem Umschaltvorgang nicht
angefahren.
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Fig. 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispieles
einer hierfür geeigneten Steuereinrichtung 57.
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Die Steuereinrichtung 57 ist eingangsseitig mit dem Meßfühler 13 für
die Netzspannung, einem weiteren Meßfühler 56 für die Schienenspannung und einem
weiteren BIeß:'iihner 61 für den Strom über das Stellglied 55 verbunden. Ein Grenzwertmelder
59 erzeugt ein logisches L-Signal bei einer unzulässigen Abweichung der Netzspannung.
Ein weiterer
Grenzwertmelder 60 erzeugt ein logisches L-Signal
bei einer für den Verbraucher unzulässigen Abweichung der Schienenspannung. Ein
weiterer Grenzwertmelder 65 erzeugt ein logisches L-Signal, wenn der vom Meßfühler
61 erfaßte Strom einen vorgegebenen Wert unterschreitet, der so gewählt ist, daß
beim Sperren des Stellers 55 kein unzulässig hoher Stromstoß auf das Filter erfolgt.
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Bei einer Störung der Netzspannung und der Schienenspannung schaltet
ein UND-Glied 62 ein logisches L-Signal auf die Steuereinrichtung 5, die daraufhin
den Wechselrichter startet.
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Dieser Betriebsfall wurde bereits beschrieben.
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Dagegen stehen bei einer Störung der Schienenspannung und ordnungsgemäßen
Netzspannung an den Eingängen eines weiteren UND-Gliedes 63 ein L-Signal vom Grenzwertmelder
60, ein weiteres L-Signal von der dem Grenzwertmelder 59 nachgeschalteten Umkehrstufe
64 und gegebenenfalls ein weiteres L-Signal von der Steuereinrichtung 5 an, das
anzeigt, daß der Wechselrichter nicht in Betrieb ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes
63 steuert den Schalter 30 über sein Ansteuerglied 45 in Sperrung und zuglcich das
Stellglied 55 über dessen Steuergerät 58 und eine vorgeschaltete Ansteuereinheit
66 voll durchlässig. Das Ausgangs signal des UND-Gliedes 63 stößt außerdem eine
Zeitstufe 67 an, die ein stabiles Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal der
Zeitstufe 67 beeinflußt über eieiteres UND-Glied 69 eine Regeleinheit 70 derart,
daß diese eine Spannungsregelung für das Stellglied 53 über dessen Steuergerät 52
durchführt, um die Spannung über dem Schalter 30 zu Null zu machen. Das Ausgangssignal
der Zeitstufe 67 stößt eine weitere Zeitstufe 68 an, deren Ansprechverzögerung derjenigen
Zeitdauer entspricht, die erforderlich ist, um die Spannung über dem Schalter 30
zu Null zu machen. Anstelle der Zeitstufe 68
könnte beispielsweise
auch eine logische Verknüpfung mit einem entsprechenden Rückmeldesignal vorgesehen
sein. Das Ausgangssignal deeitstufe 68 steuert den Schulter 30 über sein Ansteuerglied
45 durchlässig und schaltet die Regeleinheit 70 auf eine Lastregelung um. Der Eingang
für die Spannungsregelung wird gesperrt. Die Reglereinheit 70 steuert das Stellglied
53 über sein Steuergerät 52 auf volle Lastübernahme. Der Reglereinheit 70 werden
eingangsseitig in nicht näher dargestellte Weise als erforderliche Meßwerte die
Spannung über dem Schalter 30 und der Laststrom zugeführt. Wenn der Strom im Stellglied
55 den im Grenzwertmelder 65 vorgegebenen Wert unterschreitet, erzeugt dieser ein
L-Signal. Dieses steuert ein weiteres UND-Glied 71 durch, dessen Ausgangssignal
das Stellglied 55 über dessen Steuergerät 58 und die vorgeschaltete Ansteuereinheit
66 in Sperrung steuert.
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In der dargestellten Steuereinrichtung 57 ist noch eine Meldeeinrichtung
mit einer Anzeige 72 vorgesehen. Wenn der Strom den im Grenzwertmelder 65 vorgegebenen
Wert aufgrund eines Defektes nicht unterschreitet, obwohl die für die Spannungsabsteuerung
über dem Schalter 30 vorgesehene Zeitdauer bereits überschritten ist, stößt das
in einer Umkehrstufe 73 invertierte O-Signal des Grenzwertmelders 65 über ein UND-Glied
74 eine Zeitstufe 75 an, deren Ausgangssignal die Anzeige 72 zur Abgabe einer Störungsmeldung
veranlaßt.
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Derartige Meldeeinrichtungen können in entsprechend abgewandblter
Form andere Signale in der Steuereinrichtung vorgesehen werden.
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9 Patent ansprüche 8 Figuren