DE2618082B2

DE2618082B2 - Unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE2618082B2
Application number: DE2618082A
Authority: DE
Inventors: Hermann Morristown Fickenscher; Rudolph Mountain Lakes Scuderi
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1980-08-14
Also published as: NL172712B; IL49445A0; IT1059912B; DE2618082C3; NL172712C; ES447269A1; JPS5915457B2; CH615786A5; DE2618082A1; MY7800309A; AU499839B2; SE419148B; GB1487049A; CA1053753A; BE841009A; BR7602392A; FR2309065B1; IL49445A; SE7604335L; JPS51130835A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung mit einem Netzeingang und einem Reservenetzeingang, der eine Hilfsstromquelle, insbesondere einen Wechselrichter, enthält, mit einer Überwachungseinrichtung für die Netzspannung, mit einer an den Reservenetzeingang angeschalteten Steuereinrichtung, die Steuersignale für die Hilfsstromquelle liefert

Moderne Schaltungen für Übertragungsanlagen und Datenverarbeitungsantagen verwenden integrierte Festkörperschaltungen zum Übertragen und Verarbeiten von Daten und Schaltinformationen. Solche Schaltungen sind jedoch sehr empfindlich für Abweichungen der Versorgungsspannung vom Nennwert. Die Versorgungsspannung der Schaltungen kann einer kommerziellen Wechselstromquelle, z. B. dem Wechselstromnetz, entnommen werden, jedoch tre en bei solchen Stromquellen Spannungsschwankungen auf, die durch Schwankungen des Stromverbrauchs und durch andere Einflüsse bewirkt werden. Die Schwankungen können als völliger Netzausfall, Absinken der Net/.span nung, kurzzeitige Unterbrechungen oder in Form von Wanderwellen auftreten.

Störungen der vorstehend beschriebenen ArI können in einer Übertragungsanlage gespeicherte Daten und Schaltsignale stark verändern und in besonderen Fällen auch die in einer solchen Anlage enthaltenen integrierten Schaltungen zerstören. Die gefährlichsten Fchler/ustünde sind kurzzeitige Unterbrechungen oder Wanderwellcn, da sie nicht sofort feststellbare Fehler bewirken. Fs können dadurch fehlerhafte Daten oder Steuersignale erzeugt werden, durch die ein Schaden auftreten kann, der nicht sofort feststellbar oder ersichtlich ist. Solche kurzzeitigen Unterbrechungen können durch Blitze oder große elektrische Anlagen in der iinmiitelbaren Nachbarschaft erzeugt werden.

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß für Schaltungen mit integrierten Festkörpcrschaltkreisen eine sehr zuverlässige elektrische Energiequelle notwendig ist. Bei einer solchen Schaltung darf die Speisespannung während der Dauer von höchstens einer halben Periode um nicht mehr als ±10% schwanken. Wenn die Spannungsschwankungtn größer sind, können kostspielige Abschaltungen, unterbrochene Verbindungen, fehlerhafte Berechnungen und Be-Schädigungen der Schaltung auftreten.

Zum Verhindern der erläuterten schädlichen Auswirkungen von Versorgungsschwankungen werden unterbrechungsfreie Stromversorgungscinrichtungen verwendet.

Ein allgemein übliches Gerät dieser Art besitzt ein (ileichrichterladcgeräi, das vom Wechselstromnetz gespeist wird und das einen nachgcschaltcten Wechselrichter betreibt, der dauernd die gewünschte Ausgangsleistung liefert. Ober dem Ausgang des Gleichrichteriaclegeräts liegt eine 'iattcrie, welche an den Wechselrichter Gleichstrom liefert, wenn die vom Netz gelieferte [■"ncfüic schwankt oder iiusfulU. Dieses Gerät ist

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25 vorteilhaft, da es nur wenige Bauteile benötigt. Jedoch ist die Zuverlässigkeit eines solchen Geräts nicht größer als die Zuverlässigkeit des Wechselrichters, der zur Lieferung der benötigten Energie dauernd arbeiten muß. Zudem ist der Wirkungsgrad dieses Geräts nicht sehr hoch, da der Gesamtwirkungsgrad höchstens gleich dem Wirkungsgrad der Serienschaltung von Wechselrichter und Gleichrichterladegerät d.h. kleiner ist als der Wirkungsgrad jedes dieser Bauteile allein.

Ein anderes Gerät dieser Art besitzt zwei parallele, dauernd eingeschaltete Anordnungen mit zwei unabhängigen Energiequellen, von denen die eine das Wechselstromnetz und die andere eine als Reserve dienende, parallel geschaltete Wechselstromquelle ist. Die Wechselströme der beiden Quellen werden kombiniert und der Last dauernd zugeführt. Wenn eine der beiden Quellen ausfällt, übernimmt die andere die volle Versorgung der Last.

Ein solches Gerät ist in der US-PS 33 98 292 beschrieben. Bei diesem Gerät wird ein Ferroresonanz-Transformator verwendet, der Energie von zwei unabhängigen, jedoch synchronisierten Wechselstromquellen erhält. Wie in der vorgenannten Patentschrift erläutert, ist bei einem Ferroresonanz-Transformator ein Teil seines Mitteljoches, das von einer Sekundärwicklung umgeben wird, mittels eines geeignet bemessenen, an die Sekundärwicklung angeschalteten Kondensators bei der Frequenz der jeweiligen Wechselstromquelle in Resonanz. Der Ferroresonanz-Transformator kombiniert die Leistung der beiden Quellen und liefert die kombinierte Leistung an eine am Ausgang liegende Last. Die beiden Eingangswicklungen des Transformators sind mit dem Wechselstromnetz und einer vom Netz unabhängigen Wechselstromquelle verbunden und voneinander durch magnetische Nebenschlüsse hoher Reluktanz isoliert. Dabei handelt es sich um besondere Bleche, die bis auf Luftspalte an die äußeren Schenkel des Transformatorkerns herangeführt sind. Sie bewirken, daß zwar die beiden Eingangswicklungen jeweils Leistung an die Sekundärwicklung und damit die Last liefern können, daß aber keine Leistungsübertragung zwischen den beiden Eingangswicklungen möglich ist. Beide Stromquellen liefern dauernd Energie an die Last. Wenn eine Stromquelle ausfällt, liefert die andere die notwendige Gesamtenergie. Da die beiden Stromquellen dauernd und gleichzeitig Energie liefern, haben sie nicht den höchsten Wirkungsgrad.

Einen besseren Wirkungsgrad besitzen jedenfalls bekannte Geräte vom Umschalttyp. Bei solchen Geräten liefert normalerweise das Wechselstromnetz die volle Leistung an die Last. Wenn das Wechselstromnetz die Nennspannung besitzt und normal Energie liefert, wird von einer sich im Bereitschaftszustand befindenden Hilfs- oder Ersatzstromquelle, die üblicherweise ein batteriebetriebener, statischer Wechselrichter ist, keine Energie an die Last geliefert. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, wird der Wechselrichter an die Last angeschaltet und das Wechselstromnetz von der Last abgeschaltet. Die beiden Stromquellen versorgen somit die Last unabhängig voneinander mit der Geamtleistung. Der Vorteil solcher Gerate besteht darin, daß jede Stromquelle für einen Betrieb mit dem höchsten Wirkungsgrad ausgelegt sein kann. Außerdem wird ein Ausfall der Energieversorgung von der einen Stromquelle durch die andere Stromquelle voll kompensiert.

Zum vollkommenen Schutz einer Ubcrtr-iiiuniis- oder

Datenverarbeitungsanlage gegen kurzzeitige Fehler im Wechselstromnetz muß das Umschalten von der einen Stromquelle auf die andere Stromquelle praktisch sofort und sehr zuverlässig erfolgen. Die Ersatzstromquelle muß beim Ausfall des Wechselstromnetzes die Energie sofort an die Last liefern können. Wenn das Wechselstromnetz wieder Strom liefert, muß die Last ohne Stoß und schnell von der Ersatzstromquelle wieder auf das Wechselstromnetz umgeschaltet werden können.

Ein bekanntes Gerät vom Umschalttyp ist in der US-PS 32 29 111 beschrieben. Bei diesem Gerät ist das Wechselstromnetz die eine Stromquelle und eine in Bereitschaft gehaltene Wechselstromquelle die andere Stromquelle. Die Leistung wird normalerweise vom Wechselstromnetz an die Last geliefert. Die Ersatzstromquelle beinhaltet einen batteriegetriebenen, statischen Wechselrichter. Dieser Wechselrichter erzeugt eine Wechselspannung, die so gesteuert wird, daß sie eine bestimmte, feste Phasennacheilung mit Bezug auf die Spannung des Wechselstromnetzes besitzt. Die Phasennacheilung ist so gewählt, daß im normalen Betriebszustand des Wechselstromnetzes die Gesamtleistung vom Wechselstromnetz an die Last geliefert wird. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, liefert der Wechselrichter die Gesamtleistung.

Ein weiterhin bekanntes Gerät vom Umschalttyp (DE-OS 22 50 437) besitzt einen Stromrichter, der im Normalbetrieb, bei dem die gesamte Leistung aus dem Wechselstromnetz an den Verbraucher geliefert wird, einen Akkumulator auflädt. Bei Netzausfall wird der Stromrichter aus dem Akkumulator gespeist und liefert dann die Gesamtleistung. Zur Einstellung des Ladestroms für den Akkumulator wird die Phase des Oszillators für den Stromrichter in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung gesteuert. Eine Leistungsaufteilung zwischen dem Wechselstromnetz und dem Akkumulator ist nicht möglich.

Bekannt ist darüber hinaus ein Gerät vom Umschalttyp (US-PS 33 48 060), das eine dauernd arbeitende, in Bereitschaft stehende Ersatzstromquelle für das Wechselstromnetz besitzt, welches normalerweise die Leitung liefert. Die Ersatzstromquelle ist mit dem Wechselstromnetz hinsichtlich der Frequenz synchronisiert und in der Phase korreliert. Während des normalen Betriebes arbeitet die Ersatzstromquelle dauernd, liefert aber praktisch keine Leistung an die Last. Wenn das Netz ausfällt, wird die Last auf die Ersatzstromquelle geschaltet. Die Energie zum Betrieb der Ersatzstromquelle wird dem Wechselstromnetz entnommen. Zu diesem Zweck ist ein Akkumulator vorgesehen, der von einem aus dem Netz gespeisten Ladegerät aufgeladen wird.

Schließlich ist ein weiteres Gerät vom Umschalttyp bekannt (US-PS 33 39 082), bei dem ein statischer Wechselrichter und das Wechselstromnetz parallel ein ein Ferroresonanz-System angeschlossen sind. Solange das Wechselstromnetz richtig arbeitet, liefert es die Leistung an die Last Wenn das Netz ausfällt, liefert der statische Wechselrichter die Leistung.

Die vorstehend beschriebenen, bekannten Geräte zur ununterbrochenen Stromlieferung, welche eine Last von einer ausgefallenen Stromquelle auf eine in Betrieb stehende Stromquelle schalten können, bieten eine gute Sicherheit gegen das Auftreten von Fehlern, sie benötigen jedoch komplizierte Anordnungen aus Transformatoren und statischen Schaltern zum Umschalten von einer Stromquelle auf die andere. Bei einigen dieser Geräte mit solchen Transformatoranord nungen ist der Eingang nicht vom Ausgang isoliert Zudem ist bei diesen Geräten kein verlustloser Bereitschaftszusiand der Ersatzstromquelle oder des *-, statischen Wechselrichters möglich, wenn die kommerzielle Wechselstromquelle, d. h. das Wechselstromnetz normal arbeitet, und im Falle des Absinkens der vom Wechelstromnetz gelieferten Energie wird immer sowohl vom Netz als auch von der Ersatzstromquelle

ίο Energie bezogen. Dieser Mangel an Vielseitigkeit berschränkt den maximal erzielbaren Wirkungsgrad dieser Geräte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, die an eine primäre Wechselstromqueile, ζ. Β ein Wechselstromnetz, angeschlossen ist und eine Hilfsstromquelle besitzt, die ebenfalls elektrische Leistung an die Last liefern kann, so daß die Last bei allen Zuständen des Wechselstromnetzes die erforderliehe elektrische Leistung erhält. Die Stromversorgungseinrichtung soll eine Aufteilung der Belastung auf das Wechselstromnetz und die Hilfsstromquelle mit hohem Wirkungsgrad ermöglichen, wobei die Hilfsstromquelle im Bereitschaftszustand praktisch keine Leistung aufnimmt, bei Bedarf aber sofort eine Ersatzleistung an die Last liefern kann.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art und ist dadurch

jo gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung bei Netznennspannung die Steuersignale phasengleich an die Hilfsstromquelle liefert, so daß die Hilfsstromquelle keine Leistung abgibt, und daß bei Absinken der Netzspannung die Steuersignale so in ihrer Phase

j5 verschoben werden, daß die Hilfsstromquelle die fehlende Leistung an den Verbraucher liefert.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Geräts nach der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung;

F i g. 2 und 3 ein genaues Schaltbild des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1;

F i g. 4, wie die F i g. 2 und 3 zu kombinieren sind.
In Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Energieversorgungsgeräts nach der Erfindung dargestellt. Das Gerät nach Fig. 1 besitzt einen

so ersten Wechselstromeingang mit Eingangsklemmen 13 und 14 zum Anschluß an eine kommerzielle Wechselstromquelle, zum Beispiel an ein Wechselstromnetz, und einen zweiten Gleichstromeingang mit Eingangsklemmen 15 und 16 zum Anschluß einer Gleichstromquelle, zum Beispiel einer Batterie. Der Wechselstromeingang und der Gleichstromeingang sind über eine Steuerschaltung mit einer ersten Primärwicklung 1-2 und mit einer zweiten Primärwicklung 9-10 verbunden. Diese beiden Primärwicklungen bilden Teil eines ferroresonanten Transformators mit einem sättigbaren Eisenkern 56. Der Transformator besitzt eine Sekundärwicklung 11-12 und magnetische Nebenschlüsse 50,51,52 und 53 mit hohem magnetischen Widerstand. Diese magnetischen Nebenschlüsse trennen jede Primärwicklung von der Sekundär- oder Ausgangswicklung 11-1Z Die magnetischen Nebenschlüsse mit hoher Reluktanz ermöglichen die Übertragung von Leistung von jeder Primärwicklung zur Sekundärwicklung, begrenzen

jedoch die Übertragung von Leistung von einer Primärwicklung zur anderen.

Die Vorteile des Geräts nach der Fig. 1 werden am besten aus der Erläuterung der verschiedenen Betriebszustände ersichtlich. Das Gerät kann drei verschiedene Betriebszustände aufweisen. Der erste oder normale Betriebszustand tritt auf, wenn die vom Netz an die Eingangsklemmen 13 und 14 gelieferte Spannung ihren normalen Wert hat und keine kurzzeitigen Unterbrechungen vorhanden sind. Während der Zeitdauer dieses normalen Betriebs nimmt der Wechselrichter 30 keine Leistung auf.

Der zweite Betriebszustand kann als Aufteilungszustand bezeichnet werden. Dieser Zustand tritt auf, wenn die vom Netz an die Eingangskiemmen 13 und 14 gelieferte Spannung unter einen bestimmten Pegel fällt, jedoch das Netz noch gleichmäßig Energie liefert. Diese Abnahme kann kurzzeitig sein oder längere Zeit dauern. Die Abnahme der Spannung kann 10 bis 15% vom normalen Wert betragen. Bei diesem Betriebszustand wird vom Wechselstromnetz noch Energie an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert, jedoch ist jetzt der Wechselrichter aktiviert und liefert Energie von der Gleichstromquelle an die Sekundärwicklung 11-12. Während dieses Betriebszustands wird die an die Last gelieferte Ausgangsleistung teilweise von der Wechselstromquelle an den Eingangsklemmen 13 und 14 und teilweise von der Gleichstromquelle an den Eingangsklemmen 15 und Ui aufgebracht. Infolge des oben beschriebenen Aufbaus des Transformators liefert jede dieser Stromq-ielien etwa 50% der Ausgangsleistung.

Der dritte Betriebszustand tritt auf, wenn die Wechselstromquelle keine Energie an die Eingangsklemmen 13 und 14 liefert. Dieser Ausfall kann kürzere oder längere Zeit dauern. Bei diesem Betriebszustand wird die ganze Ausgangsleistung über den Wechselrichter der Gleichstromquelle entnommen.

Ein kritischer Punkt ist, daß bei Geräten zur ununterbrochenen Energieversorgung der Übergang von einem Betriebszustand zum anderen rasch und mit minimaler Verzerrung des Ausgangssignals auf der Sekundärwicklung 11-12 erfolgen muß. Bei dem beschriebenen Gerät erfolgt ein glatter und schneller Übergang von einem Betriebszustand zum anderen, so daß Verzerrungen der Ausgangsspannung an' der Sekundärwicklung 11-12 nur eine sehr kurze Dauer, im allgemeinen weniger als eine halbe Periode besitzen.

Durch die Verwendung des ferroresonanten Transformators sind keine statischen Schalter für die Umschaltung von einer Stromquelle auf die andere erforderlich. Der ferroresonante Transformator wird mit Leerlauf-Ferroresonanz betrieben. Die Ferroresonanz wird durch einen Kondensator 49 bewirkt, der über einer Wicklung 3-4 des Transformators liegt Wie oben erwähnt, vermindert die hohe Reluktanz der Nebenschlüsse 50, 51, 52 und 53 die Übertragung von Leistung von einer Primärwicklung zur anderen. Dadurch kann der Wechselrichter 30 während des normalen Betriebszustands, in dem die ganze Ausgangsleistung über die Primärwicklung 1-2 geliefert wird, im Leerlauf betrieben werden.

Während des normalen Betriebs ist die an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechelstromquelle über ein Tor 20 mit der Primärwicklung 1-2 verbunden. Das Tor 20 umfaßt zwei antiparallel geschaltete, steuerbare Siliziumgleichrichter. Diese Gleichrichter werden bei jeder Halbperiode in Abhängigkeit von einem über die Leitung 48 dem Tor 20 zugeführten Signal getriggert. Dieses Signal wird von der Fühleranordnung 18 geliefert, welche die Höfie der von der Wechselstromquelle an die Eingangskiemmen 13 und 14 gelieferten Spannung überwacht und die, ι wenn diese Spannung innerhalb ihres normalen Bereichs liegt, über die Leitung 48 ein Signal zum Triggern der Gleichrichter des Tores 20 liefert.

Während des normalen Betriebs liefert die Fühleranordnung 18 auch ein Signal an die Schaltanordnung 21,

κι das veranlaßt, daß das Ausgangssignal eines Phasendetektors 28 über die Leitungen 38 und 35 an den Oszillator 25 gelangt. Dadurch wird während des normalen Betriebs die Leistung von der Wechelstromquelle über die Eingangskiemmen 13 und 14, das Tor 20,

is weiches jede Haibperiode getriggert wird, und die Primärwicklung 1-2 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert.

Der Phasendetektor 28 liegt an der Wicklung 5-6 des Transformators und dient zum Feststellen der NuII-durchgänge des Ausgangssignals, welches angenähert eine Rechteckwelle ist, und erzeugt ein Rechteckwellensignal, das mit dem Ausgangssignal in Phase ist. Dieses Signal gelangt über die Leitung 38 zur Schaltanordnung 21. Der Zustand des von der Fühleranordnung 18 über

2^r> die Leitung 36 an die Schaltanordnung 21 gelieferten Signale zeigt den normalen Betrieb der an den Eingangsleitungen 13 und 14 liegenden Wechelstromquelle an und steuert die Verbindung des Phasendetektors 28 mit dem Oszillator 25. Die Schaltanordnung 25

«ι kann einen bilateralen Halbleiterschalter umfassen. Ein für diesen Zweck geeigneter bilateraler Schalter ist in RCA Solid State Data Book Series unter dem Titel »Cosmos Digital Integrated Circuits« auf den Seiten 78—83 beschrieben.

J> Die inneren Schaltwege der Schaltanordnung 21 vervollständigen eine Verbindung von der Leitung 38, die ein Signal in Phase mit dem Ausgangssignal führt, über die Leitung 55 zum Oszillator 25. Der Oszillator 25 arbeitet in Phase mit dem Ausgangssignal an der Sekundärwicklung 11-12. Das Ausgangssignal des Oszillators 25 wird über die Leitung 44 dem Wechselrichter 30 zugeführt, um dessen Schaltvorrichtungen zu steuern.
Die Gleichstromquelle, zum Beispiel eine Batterie, ist an die Eingangskiemmen 15 und 16 angeschlossen. Der Gleichstrom dieser Quelle gelangt über das Eingangsfilter 23 und die Leitungen 40 und 41 zum Wechselrichter 30. Der Wechselrichter 30 enthält Leistungsschalter, welche in Abhängigkeit vom Oszillator 25 die Gleichspannung am Eingang an die Primärwicklung 9-10 anschalten.

Da die Leistungsschalter in Phase mit dem Ausgangssignal auf der Sekundärwicklung 11-12 geschaltet werden, wird keine Leistung über den Wechselrichter 30

S3 und die Primärwicklung 9-10 an die Sekundärwicklung

11-12 geliefert Das heißt, während der normalen

Funktion der Wechselstromquelle liefert diese die

gesamte Ausgangsleistung.

Die Betriebsspannung für die verschiedenen Steuer-

schaltungen des Geräts wird von der Vorspannungswicklung 7-8 geliefert, die mit der Steuerspannungsquelle 29 verbunden ist Die Spannungsquelle 29 enthält im wesentlichen einen Gleichrichter, dessen Ausgang über die Leitung 42 mit einem linearen Regler 27, einer Bezugsspannungsquelle 26 und einem Startkreis 22 verbunden ist Der Startkreis 22 enthält einen Reglerkreis zum Liefern einer Spannung von der an die Eingangskiemmen 15 und 16 angeschlossenen Gleich-

stromquelle an die Bezugsspannungsquelle 26 und den linearen Regler 27, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 29 niedrig ist, wie dies beim Einschalten des Geräts der Fall ist.

Am Ausgang des Filters 23 liegt ein Niedrigspannungs-Abschaltkreis 24, der die Ausgangsspannung des Filters 23 überwacht und während der Einschaltperiode, wenn die Gleichspannung auf den Leitungen 40 und 41 niedrig ist, über die Leitung 43 ein Signal an den Wechselrichter 30 liefert, das den Betrieb des Wechselrichters 30 sperrt. Dieser Schutz ist notwendig, da bei niedriger Gleichspannung der Oszillator 25 unstabil arbeitet.

Wenn die an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselspannung der Wechselstromquelle bis zu 15% oder mehr unter ihrem normalen Wert liegt, kann die Wechelstroinquelle nicht mehr die ganze zum Speisen der Last notwendige Ausgangsleistung liefern. Dieser Zustand der an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegenden Wechselstromquelle wird vom Niedrigspannungsfühler 17 festgestellt. Der Niedrigspannungsfühler 17 ist zum Feststellen eines Abfalls von 10 bis 15% der Eingangswechelspannung ausgebildet und liefert, wenn ein solcher Spannungsabfall auftritt, über die Leitung 35 ein Steuersignal an die Schaltanordnung 21.

Die Phase des Wechselstroms an den Eingangsklemmen 13 und 14 wird von einem Phasendetektor 19 abgefühlt, der ein Rechteckwellensignal erzeugt, das mit den Nulldurchgängen des Wechselstroms in Phase ist. Dieses Rechteckwellensignal wird über die Leitung 37 der Schaltanordnung 21 zugeführt, welche in Abhängigkeit vom Steuersignal auf der Leitung 35, welches einen Leistungsabfall der Wechelstromquelle anzeigt, die Leitung 37 mit der Leitung 55 verbindet. Dadurch wird das Phasensteuersignal des Phasentektors 19 an den Oszillator 25 gelegt, so daß dieser in Phase mit dem genannten Wechselstrom arbeitet.

Während des Leistungsabfalls der Wechselstromquelle schaltet der Wechselrichter 30 in Phase mit dem Wechselstromsignal an den tingangsklemmen 13 und 14 und die Ausgangsleistung wird zu gleichen Teilen von der Wechselstromquelle und der Gleichstromquelle geliefert.

Der Ausfallbetrieb des Geräts ergibt sich, wenn die an den Eingangsklemmen 13 und 14 liegende Wechselspannung auf einen solchen Wert abgenommen hat, daß sie nichts mehr zur Ausgangsleistung beiträgt. Dieser Betriebszustand tritt auf, wenn die Wechselspannung an den Eingangsklemmen 13 und 14 um 25% oder mehr kleiner ist als ihr normaler Wert. Dieser Ausfallszustand wird von der Fühleranordnung 18 festgestellt, welche über die Leitung 36 an die Schaltungsanordnung 21 ein Signal liefert, das diesen Zustand anzeigt. Dieses Signal bewirkt das Trennen der Schaltwege in der Schaltungsanordnung und damit das Abschalten des Oszillators 25 von den Phasendetektoren 19 und 28. Dadurch läuft der Oszillator 25 jetzt frei und treibt den Wechselrichter 30, so daß die ganze Energie von der an den Eingangsklemmen 15 und 16 liegenden Gleichstromquelle über den Wechselrichter 30 an die Sekundärwicklung 11-12 geliefert wird.

Aus dem vorstehenden folgt, daß das beschriebene Gerät die erforderliche Leistung entweder von einer Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle an die Last liefern kann oder beiden Stromquellen gleichzeitig eine geregelte Leistung zur Lieferung an die Last entnehmen kann.

Ein genaues Schaltbild des Ausführungsbeispiels der

Erfindung ist in F i g. 2 und 3 dargestellt, welche wie in der Fig.4 gezeigt miteinander zu verbinden sind. Das Gerät nach F i g. 2 und 3 erhält von einem kommerziellen Wechselstromnetz über die Eingangsklemmen 713

τ und 714 eine Wechselspannung, bei diesem Beispiel mit 240 V und einer Frequenz von 60 Hz. Über die Eingangsklemmen 715 und 716 erhält das Gerät auch eine Gleichspannung, die von einer beliebigen Gleichstrom-Ersatzstromquelle stammen kann. Bei dem

κι Beispiel hat die Gleichspannung einen Wert von 48 V.

Die an den Eingangsklemmen 713 und 714 liegende Wechselspannung wird über die Leitungen 733 und 734 sowie das Tor 720 an eine Primärwicklung 101-102 angekoppelt. Die an den Eingangsklemmen 715 und 716

i^r> liegende Gleichspannung gelangt über die Leitungen 740 und 741 sowie einen Wechselrichter 730 zu einer Primärwicklung 109-110. Die Primärwicklungen 101-102 sowie eine Sekundärwicklung 111-112, sind auf den Kern eines ferroresonanten Transformators 100 gewik-

2(i kelt. Die zu speisende Last ist über die Ausgangsklemmen 731 und 732 mit der Sekundärwicklung 111-112 verbunden. Über eine Wicklung 103-104 des Transformators 100 liegt ein Kondensator 403, welcher die Resonanz bei der gewünschten Frequenz erzeugt. Die

2^r> Wicklung 105-106 dient zum Überwachen der Phase des Signals an der Sekundärwicklung 111-112. Eine Wicklung 107-108 dient zum Erzeugen einer Spannung, aus der eine Versorgungsspannung und eine Bezugsspannung abgeleitet werden.

ι» Die magnetischen Nebenschlüsse 150, 151, 152 und 153 mit hoher Reluktanz des Transformators 100 dienen zur magnetischen Trennung der beiden Primärwicklungen 101-102 und 109-110 voneinander und zum Koppeln jeder Primärwicklung mit den Wicklungen 103-104,

i> 105-106 und 111-112. Durch diese spezielle Art der Isolierung der beiden Primärwicklungen 101-102 und 109-110 voneinander wird die Aufteilung der Ausgangsbelastung der Sekundärwicklung auf die an den beiden Primärwicklungen angeschlossenen Stromquellen er-

•fii möglicht und gleichzeitig die Erzeugung von von einer Primärwicklung zur anderen fließendes Strömen verhindert.

Normalbetrieb

•f' Bei diesem Betrieb entnimmt das Gerät die der Sekundärwicklung 111-112 zuzuführende Leistung der an die Eingangsklemmen 713 und 714 angeschlossenen kommerziellen Wechselstromquelle. Die Wechselstromquelle bildet so lange die einzige Energiequelle als

^r>(i die Spannung dieser Quelle größer als 216 V ist, d. h. 90% des Nominalwerts der Wechselspannung von 240 V. Der Strom der Wechselstromquelle gelangt über die Leitungen 733 und 734 und das Tor 720 zur Primärwicklung 101-lOZ Das Tor 270 besitzt zwei

■>■> antiparallel geschaltete, steuerbare Siliziumgleichrichter 501 und 5OZ die von lichtempfindlichen Photodetektoren gesteuert werden. Die Steuersignale werden von einer Leuchtdiode 503 erzeugt welche die Photodetektoren beleuchtet. Die Leuchtdiode 503 wird im Takt der

μ Wechselspannung an den Eingangsklemmen 713 und 714 erregt, wie noch beschrieben wird.

Die Sekundärwicklung 111-112 liefert eine geregelte Ausgangsspannung. Die Regelung erfolgt durch die Ferroresonanz des gesättigten Kerns des Transforma-

^b5 tors 100, die vom Kondensator 403 induziert wird. Da diese ferroresonante Regelung bekannt ist, wird sie hier nicht näher beschrieben.

Die Höhe der Wechselspannung an den Eingangs-

klemmen 713 und 714 wird von einem Transformator 120 überwacht, der eine Primärwicklung 121-122 besitzt, die über den Eingangsklemmen 713 und 714 liegt. Eine Sekundärwicklung 124-125 des Transformators 120 ist mit einem Brückengleichrichter 251 verbunden, der die ϊ Gleichrichterdioden 201, 202,203 und 204 umfaßt. Unter normalen Betriebsbedingungen hat die Ausgleichsspannung dieses Brückengleichrichters die Form einer tileichgerirhteten Sinuswelle mit einer Spitzenspannung von angenähert 30 V. Dieses gleichgerichtete Sinuswel- ι ο lensignal mit 30 V Spiuenspannung wird über eine Diode 205, einen Widerstand 303 und die Zenerdiode 224 an die Leuchtdiode 503 angelegt. Solange die Spitzenspannung angenähert 26 bis 30 V ist, leitet die Zenerdiode 224 in Sperrichtung und liefert Strom an die '^r' Leuchtdiode 503. Die Leuchtdiode 503 triggert dann die lichtempfindlichen Photodetektoren der Siliziumgleichrichter 501 und 502 bei jeder Halbperiode, so daß die Eingangswechselspannung an den Eingangsklemmen 713 und 714 dauernd an der Primärwicklung 101-102 '<> anliegt. Beim Betrieb des Geräts mit aufgeteilter Belastung, d. h. bei verminderter Leistung der Wechselstromquelle, liefert eine Hilfsstromquelle 761 Strom an die Leuchtdiode 503.

Der Transformator 120 besitzt eine Sekundärwick- -^r' lung 126-127 welche mit einem Phasendetektor 719 verbunden ist. Der Phasendetektor 719 enthält einen Operationsverstärker 818, welcher ein Rechteckwellensignal erzeugt, dessen Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen der sinusförmigen Eingangswechelspan- ^!" nung zusammenfallen. Dieses Rechteckwellensignal wird bei bestimmten Betriebsbedingungen zum Synchronisieren eines Wechselrichterkreises 730 verwendet.

Die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspan- ^!l nung des Gleichrichters 251 liegt an einem Spannungsteiler, der aus den Widerständen 301 und 302 besteht. Dieser Spannungsteiler ist ein Teil der Fühleranordnung 718 zur Überwachung der Höhe der Eingangswechselspannung. Die Spannung am Verbindungspunkt der ⁴" Widerstände 301 und 302 wird dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparator 801 zugeführt. Der invertierende Eingang des Komparators801 erhält über den Widerstand 331 eine Bezugsspannung. Wenn die gleichgerichtete Sinusspannung am Verbindungspunkt ^4l der Widerstände 301 und 302 größer als die Brzugsspannung am invertierenden Eingang ist, wird das Ausgangssignal des Komparators 801 in den hohen Spannungszustand geschaltet. Das heißt, solange die Eingangswechselspannung ihre normale Größe hat wird ^r>" das Ausgangssignal des Komparators 801 bei jeder Halbperiode in den hohen Spannungszusland geschaltet. Das Ausgangssignal hoher Spannung des Komparators 801 Hegt über einen Kondensator 410 und einen Widerstand 333 an der Basis eines Transistors 512, ^V) welcher dadurch periodisch leitet. Während der periodisch auftretenden, nicht leitenden Intervalle des Transistors 512 lädt eine Spannungsquelle über einen Widerstand 335 einen Kondensator 411 periodisch auf, wodurch die im Kondensator 411 gespeicherte Ladung ^b0 periodisch ergänzt wird. Während der leitenden Intervalle des Transistors 512 wird jedoch der Kondensator 411 periodisch entladen, so daß der maximale Wert der am nicht invertierenden Eingang eines Komparators 806 liegenden Ladespannung des ^b5 Kondensators 411 nicht ausreicht, um das Ausgangssigna! des Komparators 806 in den hohen Spannungszustand zu schalten. Das heißt solange die Eingangswechselspannung ihre normale Größe hat, bleibt das Ausgangssignal des Komparators 806 im niedrigen Spannungszustand. Dieses Ausgangssignal niedriger Spannung liegt über einen Widerstand 336 an der Basis eines Transistors 505 und halt diesen im nichtleitenden Zustand.

Durch den nichtleitenden Zustand des Transistors 505 liegt ein Signal mit hoher Spannung, beim beschriebenen Beispiel 12 V über einen Widerstand 253 und eine Leitung 736 an einem bilateralen Schalter 721. Der Schalter 721 ist ein Halbleiterschalter, der innere Schaltwege besitzt, die In Abhängigkeit von äußeren Steuerspannungen geöffnet oder geschlossen werden. Eine genaue Beschreibung eines geeigneten bilateralen Schalters ist in der früher angegebenen Veröffentlichung enthalten.

Der bilateriale Schalter 721 besitzt drei aktive innere Schaltwege, nämlich Weg A-B, Weg C-Dund Weg E-F. Das durch den nichtleitenden Zustand des Transistors 505 auf der Leitung 736 auftretende Signal hoher Spannung bewirkt das Schließen des Schaltwegs C-D. Dieser Schaltweg bleibt so lange geschlossen, als die Spannung auf der Leitung 736 hoch ist, und diese Spannung bleibt hoch bis die Eingangswechselspannung auf den Leitungen 713 und 714 unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.

Das gleichgerichtete Ausgangssignal des Brückengleichrichters 251 wird über eine Diode 205 und einen Widerstand 303 auch an einen Spannungsteiler angelegt, der aus den Widerständen 340 und 341 des Niederspannungsdetektors 717 besteht. Die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 340 und 341 liegt über einen Widerstand 342 am nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 816. Wenn die Eingangswechselspannung ihren normalen Wert hat, befindet sich das Ausgangssignal des Komparators 816 im Zustand hoher Spannung. Diese hohe Spannung liegt über eine Leitung 780 am bilateralen Schalter 721 und hält den Schaltweg E-Fdieses Schalters geschlossen.

Das Ausgangssignal hoher Spannung des Komparators 816 liegt über einen aus den Widerständen 346 und 347 bestehenden Spannungsteiler an der Basis eines Transistors 508, wodurch dieser leitend ist. Ein zum Transistor 508 parallel geschalteter Transistor 507 wird durch das Ausgangssignal niederer Spannung des Komparators 806 im nichtleitenden Zustand gehalten. Dadurch gelangt das Signal niederer Spannung der Erdleitung 766 auf die Leitung 735, die mit dem Schaltweg /t-ßdes Schalters 721 gekoppelt ist, wodurch dieser Schaltweg geöffnet wird.

Im normalen Betriebszustand, d.h. wenn die Eingangswechselspannung ihren normalen Wert hat, sind der Schaltweg A-B geöffnet und die Schaltwege C-D und E-Fgeschlossen. Die geschlossenen und geöffneten Schaltwege des bilateralen Schalters 721 bestimmen die Phasenbeziehungen zwischen der Wechselspannung an den Klemmen 713 und 714, der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 111-112 und der Ausgangsspannung des Wechselrichters 730 an der Primärwicklung 109-110. Wie bereits erwähnt, besitzt der Transformator 120 eine Wicklung 126-127, welche mit dem Phasendetektor 719 verbunden ist Der Operationsverstärker 818 des Phasendetektors 719 erzeugt ein Rechteckwellensigna!, das in Phase mit der sinusförmigen Eingangswechselspannung an den Klemmen 713 und 714 ist Dieses Rechteckwellensignal wird über die Leitung 737 an den Schaltweg A-B des Schalters 721 angelegt Wie oben erwähnt ist der Schaltweg A-B bei normalem Betrieb,

d. h. wenn die ganze Ausgangsleistung des Geräts von der kommerziellen Wechselstromquelle geliefert wird, geöffnet, so daß das in Phase mit der Eingangswechselspannung befindliche Rechteckwellensignal auf der Leitung 737 von den Steuerkreisen des Geräts abgeschaltet ist

Die Phase des Ausgangssignals der Sekundärwicklung 111-112 wird durch den Phasendetektor 728 überwacht, der mit der Transformatorwicklung 105-106 verbunden ist Der Phasendetektor 728 enthält einen Operationsverstärker 808, der über die Widerstände 354 und 355 mit der Wicklung 105-106 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 ist ein Rechteckwellensignal, dessen Nulldurchgänge mit den Nulldurchgängen des Rechteckwellensignals an der Sekundärwicklung 111-112 koinzident sind, d.h. die beiden Signale sind gleichphasig. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 wird über die Widerstände 353 und 345 an die Schaltwege C-D und E-F des Schalters 721 angelegt. Diese beiden Schaltwege sind über den Verbindungspunkt 772 miteinander verbunden, so daß die Widerstände 353 und 345 parallel geschaltet sind. Die Widerstände 353 und 345 haben verschiedene Werte, wobei derjenige des Widerstands 345 wesentlich höher ist als der des Widerstands 353. Der Widerstand 353 ist während des Übergangs vom normalen Betrieb zum weiter unten beschriebenen Betrieb mit aufgeteilter Belastung abgeschaltet, um Einschwingvorgänge während dieses Übergangs zu begrenzen, wenn die Phase des Wechselrichters 730 geändert wird.

Das Rechteckwellensignal des Phasendetektors 728 liegt über Leitung 755 an einem Oszillator 725, der die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 steuert. Das Rechteckwellensignal auf der Leitung 755 wird der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 359 und 360 im Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 809 des Oszillators 725 zugeführt. Die Impedanz der Widerstände 359 und 360 ist gleich, so daß das Rechteckwellensignal auf der Leitung 755 gleichmäßig zwischen dem nicht invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 809 aufgeteilt wird. Das; Rechteckwellensignal bewirkt, daß der Oszillator 725 in Phase mit dem Signal auf der Sekundärwicklung Ii 1-112 schwingt.

Der Ausgang des Oszillators 725 ist über Treibertransistoren 515 und 516 mit den beiden gegenphasig schaltenden Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 verbunden, die im Gegentakt arbeiten. Zur Erzielung des Leerlaufbetriebs des Wechselrichters liegen Rückflußdioden im Nebenschluß zu den Schaltvorrichtungen. Wechselrichter dieser Art sind bekannt, so daß keine weitere Beschreibung nötig ist.

Während des Leerlaufbetriebs, wenn der Wechselrichter 730 in Phase mit dem Signal an der Sekundärwicklung 111-112 schaltet, nimmt der Wechselrichter keine Energie von der Gleichstromquelle auf und liefert keine Energie an die Sekundärwicklung 111-112. Der Strom, der während jeder Halbperiode durch eine Schaltvorrichtung fließt, ist gleich und identisch mit dem Strom, der durch eine Rückflußdiode fließt. Dadurch nimmt der Wechselrichter 730 keine Energie aus der an den Eingangsklemmen 715 und 716 liegenden Gleichstromquelle auf und liefert keine Energie an die Primärwicklung 109-110.

Mit der Eingangsklemme 716 ist eine Sperrdiode 747 verbunden, die das Fließen eines Ladestroms zu der mit den F.ingangsklemmen 715 und 716 verbiinHcnrn Gleichstromquelle während des Leerlaufbetriebs de; Wechselrichters 730 verhindert Die Sperrdiode 747 isi deswegen wirksam, da die gleichgerichtete Spannung der Primärwicklung 109-110 während des Leerlaufbe triebs des Wechselrichters 730 etwas höher ist als die ar den Eingangsklemmen 715 und 716 liegende Gleichspannung.

Die Steuer- und Bezugsspannungen zum Betrieb der Steuerkreise des Geräts werden von der Spannung

ίο abgeleitet die von der Transformatorwicklung 107-1Of erzeugt wird. Diese Wicklung ist mit einer Gleichspan nungsquelle 729 verbunden, die einen Brückengleich richter 252 mit den Gleichrichterdioden 214, 215, 21f und 217 besitzt Der Gleichrichter 252 erzeugt bei den· beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Gleichspannung von angenähert 15 V aus der über der Wicklung 107-108 auftretenden RechteckwHlenspannung. Die Gleichspannung von 15 V wird über eine Leitung 742 einem linearen Regler 727 und einer Bezugsspan nungsquelle 726 zugeführt. Der lineare Regler 727 erzeug! eine geregelte Spannung von 12 V auf der Ausgangsleitung 745, welche eine Speisespannung für die verschiedenen integrierten Sieuerschaltungen dient. Die Bezugsspannungsquclle 726 liefert an die Ausgangsleitung

2ί 746 ein Signal von 6 V, welches als Bezugssignal für die Steuerschallungen dient.

Betrieb mit aufgeteilter Ausgangsbelastung

Wenn die Eingangswechselspannung abgesunken ist

J<· so daß die Wechselstromquelle nicht mehr die ganze benötigte Ausgangsleistung liefern kann, jedoch die Eingangswechselspannung noch so hoch ist, daß die Wechselstromquelle Leistung liefert, arbeitet das Geräi mit aufgeteilter Ausgangsbelastung, wobei sowohl die

υ Wechselstromquelle an den Klemmen 713 und 714 al.« auch die Gleichstromquelle an den Klemmen 715 und 716 zur Lieferung der Ausgangsleistung herangezoger werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispic tritt der Betrieb mit aufgeteilter Ausgangsleistung auf

to wenn die Eingangswechselspannung kleiner als 216 V jedoch größer als 175 V ist. Dieser Spannungszustanc wird vom Niederspannungsdetektor 717 festgestellt.

Wenn die Eingangswechselspannung auf einen Wen im vorstehend genannten Spannungsbereich abnimmt nimmt auch die gleichgerichtete, sinusförmige Aus gangsspannung des Gleichrichters 251 entsprechend ab Dieses gleichgerichtete Sinuswellensignal liegt an einerr aus den Widerständen 340 und 341 bestehender Spannungsteiler, so daß auch die Spannung am Abgrifl des Spannungsteilers zwischen den beiden Widerstän den 340 und 341 entsprechend kleiner ist. Diese kleinen Spannung wird über einen Widerstand 342 dem nichi invertierenden Eingang des Komparators 816 zugeführt. Der Komparator 816 ist über einen Widerstanc 344 durch eine Bezugsspannung so vorgespannt, daE durch das Auftreten der genannten kleineren Spannung sein Ausgangssignal in den niedrigen Spannungszustanc geschaltet wird. Dieses Signal niedriger Spannung gelangt über die Leitung 780 zum bilateralen Schaltei

w 721 und öffnet den Schaltweg E-F.

Die niedrige Ausgangsspannung des Komparator: 816 liegt an einem Spannungsteiler, bestehend aus der Widerständen 346 und 347. Die Spannung am Abgrifi des Spannungsteilers zwischen den Widerständen 34f

^h5 und 347 hält den Transistor 508 im nichtleitender Zustand. Der Transistor 507 wird, wie erwähnt, durch die niedrige Ausgangsspannung des Komparators 80t im nichtleitenden Zustand pehnlten. Dadurch wird di«

hohe Spannung über den Widerstand 349 und die Leitung 735 an den Schalter 721 angelegt, wodurch der Schaltweg A-Bdieses Schalters geschlossen wird.

Während des Betriebs mit aufgeteilter Ausgangsleistung sind die Schaltwege. \ -B und C-D geschlossen und der Schaltweg E-Foffen. Die Phase der Eingangswechselspannung wird durch den Phasendetektor 719 festgestellt Der Operationsverstärker 818 liefert ein mit der Eingangswechselspannung in Phase befindliches Rechteckwellensignal über die Leitung 737, den Schaltweg A-B und den Widerstand 357 an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 808. Dadurch ist das sinuswellenförmige Ausgangssignal des Operationsverstärkers 808 in Phase mit der Eingangswechselspannung an den Eingangsklemmen

713 und 714. Dieses Sinuswellensignal wird über den Widerstand 353, den Schaltweg C-D und die Leitung 755 der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 359 und 360 des Rückkopplungsnetzwerks des Operationsverstärkers 809 des Oszillators 725 zugeführt. Dadurch ist das Sinuswellensignal am Ausgang des Operationsverstärkers 809 in Phase mit der Eingangswechselspannung an den Eingangsklemmen 713 und 714. Dieses Sinuswellensignal wird an die Treibertransistoren 515 und 516 angelegt und von diesen an den Wechselrichter 730, welcher dadurch in Phase mit der Eingangswechselspannung schaltet.

Aus den vorstehende Ausführungen ergibt sich, daß die Widerstände 353 und 345 nicht mehr parallel geschaltet sind. Durch das Abschalten des Widerstands 3D 345 vom Widerstand 353 kommt dessen höherer Wert zur Wirkung, wodurch der Phasenübergang der Schwingung des Oszillators 725 von der Phase des Ausgangssignals zur Phase des Eingangssignals verzögert wird. Diese gesteuerte Verzögerung des Phasen-Übergangs verhindert, daß unerwünschte Einschwingsignale an die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 730 angelegt werden.

Die Fühleranordnung 718 zum Feststellen des Ausfalls der Wechselstromquelle ist so vorgespannt, daß *o ihr Verhalten bei normalem Betrieb und beim Betrieb mit verteilter Ausgangsleistung gleich ist. Dadurch bleibt das Ausgangssignal des Komparators 806 im niedrigen Spannungszustand und hält den Transistor 505 weiterhin nichtleitend, so daß die über den *5 Widerstand 352 und die Leitung 736 am Schalter 721 liegende Spannung den Schaltweg C-D dieses Schalters geschlossen hält. Der kontinuierliche Betrieb des Tores 720 wird durch die an der Klemme 761 liegende Spannung gewährleistet, welche die Zenerdiode 224 leiten läßt.

Betrieb bei Ausfall der Wechselstromquelle

Wenn der Wert der an den Eingangsklemmen 713 und

714 liegenden Eingangswechselspannung unter 175 V fällt, liefert die Wechselstromquelle praktisch keine Leistung mehr an den Ausgang des Geräts. Ein solcher Ausfall kann durch einen Kurzschluß, eine Unterbrechung oder eine Fehlerimpedanz im Wechselstromnetz auftreten. Die verringerte Eingangswechselspannung &o hat sofort eine verringerte Spitzenspannung der gleichgerichteten, sinusförmigen Ausgangsspannung des Gleichrichters 251 zur Folge, wodurch auch die Spannung auf der Verbindungsleitung der beiden Widerstände 301 und 302 entsprechend abnimmt. Diese " Spannung reicht jetzt nicht mehr aus, um das Ausgangssignal des Komparators 801 im hohen Spannungszustand zu halten, so daß dieses Ausgangssignal den Zustand niedriger Spannung annimmt, wodurch der Transistor 512 von jetzt an im nichtleitenden Zustand gehalten wird. Dadurch wird der Kondensator 411 über den Widerstand 335 auf etwa 12 V aufgeladen. Diese hohe Spannung gelangt zum Komparator 806 und schattet dessen Ausgangssignal in den hohen Spannungszustand. Das Ausgangssignal hoher Spannung des Komparators 806 spannt über den Widerstand 336 den Transistor 505 in den gesättigten, leitenden Zustand vor, wodurch das Ausgangssignal der Fühleranordnung 718 auf der Leitung 736 den niedrigen Spannungszustand annimmt

Die niedrige Spannung auf der Leitung 736 gelangt zum Schalter 721 und öffnet den Schaltweg C-D dieses Schalters. Der Schaltweg E-F im Schalter 721 wird durch den Niederspannungsdetektor 718 offen gehalten. Die verringerte Gleichspannung des Gleichrichters 251 gelangt auch zum Niederspannungsdetektor 717 und wird über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 341 und 340 an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 816 des Detektors 717 angelegt, wodurch auf der Ausgangsleitung 780 ein Ausgangssignal mit niedrigem Spannungszustand auftritt, welches bewirkt, daß der Schaltweg E-F im Schalter 721 im offenen Zustand bleibt.

Da die beiden Schaltwege C-D, und E-Fdes Schalters 721 offen sind, ist der Oszillator 725 von den beiden Phasendetektoren 719 und 728 abgeschaltet und schwingt frei mit angenähert 60 Hz.

Die verringerte Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters 251 wird auch zum Trennen der Wechselstromeingangsklemmen 713 und 714 von der Primärwicklung 101-102 verwendet. Diese Trennung wird durch das Schließen des Tores 720 bewirkt. Die niedrige, gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichten; 251 bewirkt, daß die Fühleranordnung 718 den Ausfall der Wechselstromquelle anzeigt. Die dadurch am Ausgang des Komparators 806 auftretende hohe Spannung spannt den Transistor 510 in den leitenden Zustand vor, so daß das Erdpotential der Leitung 766 an die Zenerdiode 224 gelegt wird. Dadurch fällt die Spannung an der Zenerdiode 224 unter den Wert der Zenerspannung, so daß die Zenerdiode 224 nichtleitend wird, wodurch der Stromfluß zur Leuchtdiode 503 gesperrt wird. Dadurch gelangen keine Lichtsignale mehr zu den Photodetektoren der Siliziumgleichrichter 501 und 502, wdurch das Tor 720 die Verbindung zur Primärwicklung 101-102 unterbricht.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß bei Ausfall der Wechselstromquelle der Niederspannungsdetektor 717 und die Fühleranordnung 718 die Wechselstromquelle von der Primärwicklung 101-102 abschaltet und alle Leitungswege, welche die Phasendetektoren 719 und 728 mit dem Oszillator 725 verbinden, unterbrechen, so daß der den Wechselrichter 730 steuernde Oszillator 725 frei laufen kann.

Wenn wieder eine ausreichend große Eingangswechselspannung an den Eingangsklemmen 713 und 714 auftritt, muß der Oszillator 725 wieder mit der Eingangswechselspannung derart synchronisiert werden, daß sich ein glatter und stetiger Übergang von einer Stromquelle auf die andere ergibt. Die Zunahme der Eingangswechselspannung wird an der Wicklung 124-125 des Transformators 120 abgefühlt, wodurch die gleichgerichtete, sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters 251 wieder ihren normalen hohen Wert annimmt. Dadurch nimmt auch die Spannung am aus den Widerständen 301 und 302 bestehenden Spannungs-

teiler zu, so daß das Ausgangssignal des (Comparators 801 bei jeder Halbperiode in den hohen Spannungszustand geschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß das Ausgangssignal des !Comparators 806 in den niedrigen Spannungszustand geschaltet wird, wodurch der Transistor 507 nichtleitend wird. Der Transistor 508 wird durch das Ausgangssignal niedriger Spannung des !Comparators 816 in den nichtleitenden Zustand gebracht Durch den nichtleitenden Zustand der Transistoren 507 und 508 wird ein Ausgangssignal hoher Spannung über den Widerstand 349 und die Leitung 735 an den Schalter 721 angelegt Dadurch wird der Schaltweg A-B geschlossen und der Ausgang des Operationsverstärkers 818 des Phasendetektors 719 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 808 des Phasendetektors 728 verbunden.

Das Ausgangssigna! niedriger Spannung des »Comparators 806 bringt den Transistor 505 in den nichtleitenden Zustand, so daß über die Leitung 736 eine hohe Spannung an den Schalter 721 angelegt und dessen Schaltweg C-D geschlossen wird. Dadurch wird ein in Phase mit der Eingangswechselspannung an den Klemmen 713 und 714 befindliches Rechteckwellensignal über die Leitung 755 an den Oszillator 725 angelegt, so daß dieser in Phase mit der Eingangswechselspannung schwingt.

Durch das Auftreten des Ausgangssignals niedriger Spannung des !Comparators 806 wird der Kondensator 412 langsam entladen und dadurch der Transistor 510 langsam in den nichtleitenden Zustand gebracht, wodurch die Zenerdiode 224 leitend wird und die Leuchtdiode 503 im Tor 720 erregt. Dadurch werden die beiden Siliziumgleichrichter wieder bei jeder Halbperiode getriggert, so daß die Eingangswechselspannung zur Primärwicklung 101-102 gelangen kann. Je nach der Größe der an den Eingangsklemmen 713 und 714 liegenden Wechselspannung arbeitet dann das Gerät entweder normal oder mit aufgeteilter Ausgangsbelastung.

Infolge der gegebenen Eigenschaften der integrierten Schaltkreise arbeiten diese nicht mehr zuverlässig, wenn sie mit zu niedriger Spannung betrieben werden. Beispielsweise kann eine niedrige Spannung an den Gleichstromeingängen 715 und 716 und an der Wicklung 107-108 ein unregelmäßiges Arbeiten der Steuerschaltungen und des Oszillators bewirken, wodurch die Schaltvorrichtungen im Wechselrichter 730 beschädigt werden können. Da die Spannung über der Wicklung 107-108 bei Betriebsbeginn niedrig ist, werden die Steuerspannungen zu Betriebsbeginn von der Eingangsgleichspannung an den Klemmen 715 und 716 abgeleitet, bis die Spannung über der Wicklung 107-108 auf einen Minimalwert zugenommem hat. Die Eingangsgleichspannung an der Klemme 715 wird über die Leitung 739 an einer Längsregelschaltung 712 angelegt, die einen Längsregeltransistor 511 und eine Bezugsspannungsdiode 210 besitzt Dieser lineare Regler erzeugt in Abhängigkeit von der angelegten Spannung eine geregelte Spannung von 15 V am Emitter des Transistors 511. Diese Spannung wird an eine Bezugsspannungsquelle 726, die ein 6-Volt-Bezugssigiial liefert und an einen linearen Regler 727, der eine 12-Volt-Steuerspannung liefert angelegt Wenn die Spannung an der Wicklung 107-108 den normalen

ίο Betriebswert erreicht wird der Transistor 511 durch die Gleichspannung des Gleichrichters 252 auf der Leitung 742 in Sperrichtung vorgespannt. Die Steuerspannungen werden dann von der Gleichspannungsquelle 729 geliefert

is Die Eingangsklemmen 715 und 716 sind über ein Filter 723 und einen Niederspannungsabschaltkreis 724 mit dem Wechselrichter 730 verbunden. Der Abschaltkreis 724 enthält einen aus den Widerständen 315 und 316 bestehenden Spannungsteiler, der im Nebenschluß zum Filter 723 liegt. Die gefilterte Eingangsgleichspannung gelangt über den Abgriff zwischen den Widerständen 315 und 316 und den Widerstand 317 zum nichtinvertierenden Eingang des Komparator 811. Bei Eingangsgleichspannungen von kleiner als 40 V nimmt das Ausgangssignal des Komparator 811 den niedrigen Spannungszustand an. Die niedrige Spannung genügt nicht um die Zenerdiode 209 in den leitenden Zustand zu bringen, so daß der Transistor 504 nichtleitend vorgespannt ist. Die Eingangsgleichspannung auf der

Leitung 739 liegt über die Widerstände 322 und 323 am Transistor 506 und ist so groß, daß dieser in den leitenden Zustand gebracht wird. Da der Transistor 506 leitend ist, sind die beiden zum Kollektor dieses Transistor parallel geschalteten Dioden 212 und 213 in Durchlaßrichtung vorgespannt Die Anoden der Dioden 212 und 213 sind über die beiden Leitungen 743 und 744 mit Haltekreisen im Wechselrichter 730 verbunden, welche den Betrieb der Schaltvorrichtungen des Wechselrichter verhindern.

Solange die Dioden 212 und 213 in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, ist der Betrieb des Wechselrichters 730 gesperrt. Wenn die an den Klemmen 715 und 716 liegende Eingangsgleichspannung größer als 40 V wird, wird das Ausgangssignal des Komparator 811 in den hohen Spannungszustand geschaltet. Dieses Ausgangssignal hoher Spannung bewirkt ein Leiten der Zenerdiode 209, wodurch der Transistor 504 so vorgespannt wird, daß er den gesättigten, leitenden Zustand annimmt. Der leitende Transistor 504 leitet Strom von der Basis des Transistor 506 ab, wodurch dieser gesperrt wird. Dadurch werden die Dioden 212 und 213 in Sperrichtung vorgespannt, so daß jetzt die Schaltvorrichtungen des Wechselrichter 730 in Abhängigkeit vom Oszillator 725 normal arbeiten und Leistung an die Last liefern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Unterbrechungsfreie Stormversorgungseinrichtung mit einem Netzeingang und einem Reservenetzeingang, der eine Hilfsstromquelle, insbesonde- s re einen Wechselrichter enthält, mit einer Überwachungseinrichtung für die Netzspannung, mit einer an den Reservenetzeingang angeschalteten Steuereinrichtung, die Steuersignale für die Hilfsstromquelle liefert, da durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (21) bei Netznennspannung die Steuersignale phasengieich an die Hilfsstromquelle (25, 30) liefert, so daß die Hilfsstromquelle keine Leistung abgibt, und
daß bei Absinken der Netzspannung die Steuersi- '5 gnale so in ihrer Phase verschoben werden, daß die Hilfsstromquelle die fehlende Leistung an den Verbraucherin, 12) liefert

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fühleinrichtung (17) mit einem Spannungsfühler (Fig.2: 816) vorgesehen ist, der an den Netzeingang (13, 14) angeschaltet ist und als ersten Zustand das Vorhandensein der Netzspannung (240 V bis 216V) und als zweiten Zustand eine abgesunkene Netzspannung (< 216 V) erkennt,

daß ein erster Phasendektor (28) mit dem Ausgang (11, 12) für den Verbraucher und ein zweiter Phasendelektor (19) mit den: Netzeingang (13, 14) gekoppelt ist, und '"

daß die Steuereinrichtung (21) abhängig vom ersten Zustand des ersten Phasendetektor (28) und abhängig vom zweiten Zustand den zweiten Phasendetektor (19) zur Steuerung an die Hilfsstromquelle (25,30) anschaltet. ^)r>

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Phasendetektor (728) über eine erste Impedanz (345) und eine zweite Impedanz (353) an einen ersten Schaltweg (E-F) bzw. an einen zu diesem parallel geschalteten zweiten Schaltweg ^o (C-D) der Steuereinrichtung (721) gekoppelt ist, wobei die erste Impedanz (345) wesentlich größer als die zweite Impedanz (353) ist, und daß die Steuereinrichtung (721) abhängig vom zweiten Zustand den zweiten Schaltweg (C-D) unterbricht, t^r> so daß die Ausgangsimpedanz des ersten Phasendetektors (728) vergrößert wird, und den Ausgang des zweiten Phasendesektors (719) mit dem Eingang des ersten Phasendetektors (728) koppelt, so daß dieser in Phase mit dem ersten Phasendetektor arbeitet. ^r>"

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Fühleinrichtung (18) an den Neueingang (13,14) angeschaltet ist und als dritten Zustand des Unterschreiten eines unteren Grenzwertes (175 V) der Netzspannung erkennt und ^Γ)Γ' daß die Steuereinrichtung (21) abhängig vom dritten Zustand den ersten und den zweiten Phasendetektor (28,19) von der Hilfsstromquelle (25,30) abtrennt, so daß diese freilaufend allein die Leistung an den Verbraucher liefert. <>o

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Netzeingang (13, 14) ein Tor (20) nachgeschaltet ist, das unter Ansprechen auf die weitere Fühleinrichtung (18) beim Auftreten des dritten Zustandesden Netzeingang (13,14) abtrennt. *>^Γ>

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tor (F i g. 2: 720) zwei antiparallele, steuerbare Schaltvorrichtuneen (501. 502) sowie eine mit dem Netzeingang (713, 714) gekoppelte Aktivierungseinrichtung (503) für die beiden Schaltvorrichtungen (501,502) aufweist

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Entkopplungseinrichtungen (50 bis 53), die eine Leistungsübertragung zwischen dem Netzengang (13, 14) und dem Reservenetzeingang (15, 16) verhindern.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Verbraucher (11, 12) einerseits und dem Netzeingang (13, 14) bzw. dem Reservenetzeingang (15,16) andererseits ein Transformator (56) geschaltet ist und daß die Entkopplungseinrichtungen magnetische Nebenschlüsse (50 bis 53) hoher Reluktanz zwischen den Wicklungen (1, 2; 9, 10), die mit dem Netzeingang (13, 14) bzw. dem Reservenetzeingang (15, 16) einerseits und der Wicklung (11, 12), die mit dem Verbraucher andererseits verbunden sind, umfassen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator ein Ferroresonanz-Transformator (56) mit geregelter Ausgangsspannung ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferroresonanz-Transformator (56) eine mit dem Netzeingang (13, 14) gekoppelte erste Primärwicklung (1,2), eine mit dem Reservenetzeingang (15, 16) gekoppelte zweite Primärwicklung (9, 10) und eine mit dem Verbraucher gekoppelte Sekundärwicklung (11, 12) aufweist, daß die Wicklungen in der Reihenfolge erste Primärwicklung (1, 2), Sekundärwicklung (11, 12) und /weite Primärwicklung (9, 10) nebeneinander auf einen gemeinsamen Eisenkern (56) gewickelt sind und daß die magnetischen Nebenschlüsse (50, 52; 51, 53) hoher Reluktanz zwischen der ersten Primärwicklung (1, 2) und der Sekundärwicklung (11, 12) bzw. zwischen der zweiten Primärwicklung (9,10) und der Sekundärwicklung (11,12) angeordnet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator einen gesättigten Eisenkern (56) und neben den Primärwicklungen (1, 2; 9, 10) und der Sekundärwicklung (11, 12) eine Ferroresonanz-Wicklung (3, 4) zur Anschaltung eines Kondensators (49) und eine Wicklung (5,6) zur Anschaltung des ersten Phasendeicktors (28) aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (56) cine Betriebsspannungswicklung (Fig. 2: 107, 108) besitzt, die über einen Gleichrichter (229) eine Gleichspannung an einen Spannungsregler (727) zur Erzeugung von Betriebsspannungen liefert, und daß an den Rescrvcnclzcingang (715, 716) ein weiterer, eine Gleichspannung liefernder Spannungsregler (722) als Startschaltung angeschlossen ist, der mit dem Gleichrichterausgang verbunden ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 12 mit einem Wechselrichter als Hilfsstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (Fig. 2: 730) von einem Oszillator (725) gesteuert wird, der einen Operationsverstärker (809) mit zwei gleichen, in Reihe geschalteten Impedanzen (359, 360) zwischen seinem Ausgang und seinem mchiinvertierenden Eingang aufweist,· und daß der Vcrbindungspunkl zwischen den beiden Impedanzen mit dem Ausgang der Steuereinrichtung (721) verbunden ist

14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen mit dem Reservenetzeingang (F i g. 3: 715, 716) gekoppelten Niedrigspannungsdetektor (724), der den Wechselrichter (730) sperrt, wenn die Spannung der Hilfsstromquelle ιιικιτ einen vorgegebenen Schwellenwert abfällt.