DE2448427A1 - Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien stromversorgung eines verbrauchers - Google Patents

Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien stromversorgung eines verbrauchers

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DE2448427A1 DE19742448427 DE2448427A DE2448427A1 DE 2448427 A1 DE2448427 A1 DE 2448427A1 DE 19742448427 DE19742448427 DE 19742448427 DE 2448427 A DE2448427 A DE 2448427A DE 2448427 A1 DE2448427 A1 DE 2448427A1
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind rasch startbare Wechselrichter geeignet. Besonders vorteilhaft sind Wechselrichter, die sofort, phasenrichtig und mit vollem Laststrom gestartet werden können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weiterhin ist es möglich, Netzimpedanzen, Leitungswiderstände und Streuimpedanzen von vorgeschalteten Transformatoren zur Begrenzung eines Ausgleichsstromes ganz oder teilweise heranzuziehen und gegebenenfalls entsprechend zu dimensionieren.
  • 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.
  • Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Filters 2b.
  • Zur Begrenzung eines etwaigen Ausgleichsstromes ist der Kondensator im Längszweig des Filters doppelt vorhanden.
  • Damit ist sowohl der Netzschalter 3 über einen Kondensator 24 wie auch der Netzschalter 4 über einen Kondensator 25 beschaltet.
  • 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.
  • Gleichzeitig wird über die Steuereinrichtung 5 der Netzschalter 3 in-Sperrung gesteuert.
  • 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.
  • 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 B 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Steuergerät 52 zur Steuerung des Stellers enthält einen Steuersatz und einen Spannungsregler.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispieles einer hierfür geeigneten Steuereinrichtung 57.
  • 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.
  • 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.
  • Dieser Betriebsfall wurde bereits beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • Derartige Meldeeinrichtungen können in entsprechend abgewandblter Form andere Signale in der Steuereinrichtung vorgesehen werden.
  • 9 Patent ansprüche 8 Figuren

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1.Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers, der aus einem Netz bzw. aus einem Ersatzstromaggregat mit einer Ersatz stromquelle und einem Wechselrichter gespeist ist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: a) Dem Verbraucher (1) ist ein nergiespeicher enthaltendes Filter (2) vorgeschaltet, b) das Filter (2) ist eingangsseitig über gesteuerte Schaltmittel (3, 4) im Normalbetrieb mit dem speisenden Netz (9) bzw. im Störungsfalle der Netzspannung mit dem Ersatzstromaggregat (6, 8) verbunden, c) eine Steuereinrichtung (5) überwacht die Spannung am Eingang des Filters (2) und steuert die Schaltmittel (3, 4) sowie den Wechselrichter (6).
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gesteuerten Schaltmitteln (3, 4) und dem eingang des Filters (2) strombegrenzende Elemente (11, 12) vorgesehen sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang des Filters (2a) ein strombegrenzendes Element (20) vorgesehen ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere gesteuerte Schaltglieder (30, 31) zwischen dem Ausgang des Filters (2) und dem Verbraucher (1a bis 1c), sowie zwischen dem speisenden Netz (9) und dem Verbraucher, und eine diesen zugeordnete weitere Steuereinrichtung (26) zur Überwachung der Netzspannung und der Verbraucherspannung, die bei einer unzulässngen Abweichung der Verbraucherspannung und bei ordnungsgemäßer Netzspannung das Schaltglied (30) zwischen dem Ausgang des Filters (2) und dem Verbraucher in Sperrung und das Schaltglied (31) zwischen Verbraucher und Netz durchlässig steuert.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Steuereinrichtung zusätzlich die Spannung im Ausgang des Filters überwacht.
  6. X. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (9) über einen Transformator (54) und einen Steller (52, 53) mit dem Eingang des Filters (2) verbunden ist.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (9) über einen weiteren Steller (54, 55) mit dem Verbraucher verbunden ist.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Schaltm-ittels (4) zwischen dem Wechselrichter (6) und dem Eingang des Filters (2) von den gesteuerten Ventilen des Wechselrichters übernommen wird.
  9. 9. Schaltungsanordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung eines Verbrauchers, der energiespeichernde Elemente enthält oder dem energiespeichernde Elemente vorgeschaltet sind, und der aus einem Netz bzw. aus einem Ersatzstromaggregat mit einer Ersatz stromquelle und einem Wechselrichter gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher eingangsseitig über gesteuerte Schaltmittel im Normalbetrieb mit dem speisenden Netz bzw. im Störungsfalle der Netzspannung mit dem Ersatzstromaggregat verbunden ist und daß eine Steuereinrichtung die Verbraucherspannung überwacht und die Schaltmittel sowie den Wechselrichter steuert.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2724278A1 (de) * 1976-06-02 1977-12-15 Honeywell Inc Notstromversorgungseinrichtung

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