DE1488780B2 - Notstromaggregat - Google Patents

Description

oder auf die Verbraucher abgeben können, wobei die Ausgangsspannung trotz Spannungsschwankungen im Netz, an der Last und an der Batterie stabilisiert ist. Das gilt für Netzbetrieb und für Notstrombetrieb. Der Übergang von einer zur anderen Betriebsart soll ohne Zeitverzögerung erfolgen. Wegen der Frequenzunabhängigkeit sollen komplizierte Verbraucher, wie z. B. Datenverarbeitungsanlagen oder Radaranlagen, betrieben werden können, welche entweder mit Wechsel- oder Dreiphasenstrom von 50 oder 60 Hz oder mehr gespeist werden müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem Notstromaggregat der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Speisegleichrichter und am Ladegleichrichter mindestens zwei Wechselrichter parallel angeschlossen sind, eine Diode zwischen der Batterie und einer Speiseleitung vorgesehen ist, die Ausgänge der Wechselrichter in Reihe mit dem Verbraucher verbunden sind und ein auf Änderung der Verbraucherspannung ansprechender Differentialverstärker ein Steuergerät so beeinflußt, daß Zündimpulse mit einstellbarer Phasenverschiebung auf die genannten Wechselrichter gegeben werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung,

Fig. 2a, 2b, 2c die Schaltung der einzelnen zu dem Notstromaggregat gehörenden Bauelemente,

Fig. 3 verschiedene Impulsformen, wie sie an einzelnen Schaltungspunkten im Steuergerät, im Zündkreis, am Ausgangstransformator und am Filter erscheinen.

Die Anlage besteht aus einem stabilisierten Speisegleichrichter 1, einer Batterie 2, einem Gleichrichter 3 mit einer Spannungs-Strom-Kennlinie zum Laden der Batterie, einer Diode 4 zur Trennung der Batterie vom Speisegleichrichter 1, zwei Wechselrichtern 5, 6 in Brückenschaltung, einem Filter 7 für die Sinusform der Ausgangsspannung und einem Differentialverstärker 8 für die Erzeugung eines Signals, das das Steuergerät 9 so steuert, daß die Ausgangsspannung stabilisiert wird. Der Speisegleichrichter 1 und der Ladegleichrichter 3 haben je drei Netzanschlüsse für ein Dreiphasennetz. Sie können aber auch nur je zwei Netzanschlüsse für ein Einphasennetz haben. Der Differentialverstärker 8 und das Steuergerät 9 sind ständig aus der Batterie 2 gespeist mittels eines Speisegerätes 10. Wie die Fig. 2a bis 2c zeigen, dienen die Leitungen 201, 221 der Speisung des Differentialverstärkers 8 und die Leitungen 201, 202, 204, 221 der Speisung des Steuergerätes 9. Für die Beschreibung der Schaltung wird angenommen, daß das Netz an die Gleichrichter 1, 3 Spannung abgibt. Somit wird beim Einschalten des Netzstromaggregats durch den stabilisierten Speisegleichrichter 1 eine Gleichspannung U₁ erzeugt. Die Spannung CZ₁, der Batterie ist kleiner gegenüber CZ₁. Es soll CZ₂ um 2 Volt kleiner sein als CZ₁. Da das Potential am Punkt α höher ist als das Potential am Punkt ß, kann die Diode 4 nicht leiten, weil ihre Kathode positiver ist als ihre Anode. Die Gleichspannung U₁ speist somit die Wechselrichter 5 und 6, die eine Wechselspannung erzeugen, die vom Steuergerät 9 befohlen wird. Die Batterie liefert keinen Strom, und ihre Ladung ist im Schwebezustand durch den Ladegleichrichter 3 gehalten.

Es soll nun angenommen werden, daß das Netz aussetzt. Der stabilisierte Speisegleichrichter 1 und der Ladegleichrichter 3 können keinen Strom mehr liefern, somit wird die Spannung CZ₁ plötzlich Null. In diesem Moment kann aber die Diode 4 leiten, weil der Punkt α negativer (oder weniger positiv) gegenüber β ist. Der Umformer, gebildet durch die beiden Wechselrichter 5, 6, wird jetzt über die Diode 4 gespeist. Die Batterie 2 hat eine Kapazität,

ίο die z. B. imstande ist, während 2 Stunden die Wechselrichter 5, 6 zu speisen, ohne daß ihre Spannung wesentlich absinkt. Wenn das Netz wiederkommt, bildet sich sofort wieder die Spannung U₁ höher als U₂, und die Batterie ist außer Betrieb. Sie muß nachgeladen werden. Dies erfolgt durch den Ladegleichrichter 3, der eine sogenannte Spannungs-Strom-Kennlinie aufweist.

Auf eine detaillierte Beschreibung des Ladegleich·* richters 3 und des stabilisierten Speisegleichrichters 1

ao wird verzichtet. Der stabilisierte Speisegleichrichter 1 besteht aus einer Drehstrom-Brückenschaltung mit steuerbaren Silizium-Zellen. Durch Steuerung des Phasenanschnittes wird die Ausgangsspannung stabilisiert. Der Ladegleichrichter 3 enthält auch eine steuerbare Drehstrom-Brückenschaltung. Man kann durch Phasenanschnitt die Spannung so steuern, daß die Ladung der Batterie im Schwebezustand gehalten oder daß nach einer bekannten Strom-Spannungs-Kennlinie geladen wird.

Es wird nun im Detail die Schaltung der Trenndiöden und der beiden Wechselrichter in Brückenschaltung beschrieben. Es wird zuerst auf die Wirkungsweise des Steuergerätes 9 eingegangen (s. Fig. 2b). Es besteht aus einem Quarz-Oszillator 900 mit einstellbarer Frequenz und Untersetzerstufen 901. Schwingt z. B. der Quarz mit 12 800 Hz, so kann man mit acht Untersetzerstufen erreichen, daß eine Spannung der Frequenz 50 Hz mit einer Genauigkeit von ± 1/2 Hz am Ausgang (Signal A) entsteht. Die Spannung am anderen Ausgang (Signal B) ist um 180° phasenverschoben (s. Fig. 3 bei A, B). Das Signal A wird über Widerstand 20 an Transistor T₁ gegeben und verstärkt. Das verstärkte Signal gelangt über Widerstand 23 und Kondensator 23 a auf die Basis des Transistors T₂ und wird wieder verstärkt. Man sieht, daß das Signale am Verbindungspunkt vom Widerstand 31 und Kondensator 32 dieselbe Phase wie Signal^l hat, weil es zweimal um 180° phasenverschoben wird (s. Fig. 3). Genau dasselbe geschieht mit Signal B, das über die Transistoren T₃ und T₄ am Kollektor von Transistor T₄ (Signal D) verstärkt, aber in Phase mit Signal B erscheint. Die Basis von T₄ ist über Widerstand 28 und Kondensator 28 a mit dem Signalausgang von T₃

verbunden. Die Schaltungen der beschriebenen Transistoren T₁, T₀, T₃, T₄ weisen weitere Widerstände 21, 22, 24, 25, 26, 27, 29, 30 auf. Das Signale wird mittels Kondensator 32 und Widerstand 34 differenziert. Das Signal D wird mittels Kondensator 33 und Widerstand 35 differenziert. Bei E und F liegt je ein differenziertes Signal vor, die in F i g. 3 abgebildet sind. Über die Dioden 36 und 37 wird nur das positive Signal durchgelassen. Am Verbindungspunkt der beiden Dioden 36, 37 liegt eine Impuls- folge G vor (s. F i g. 3 bei G), welche den aus den Transistoren T₅, T₆, T₁ bestehenden monostabilen Multivibrator steuert.

Um die Wirkungsweise des monostabilen Multi-

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vibrators zu erläutern, wird angenommen, daß keine geben. Mittels der Dioden 59 und 66 ist der Flip-Impulsfolge G vorliegt. Der Transistor T₆, dessen Flop über die positiven Impulse getriggert, so daß Schaltung aus den Widerständen 44, 45, 47, der am Ausgang ein Signal O mit einer Frequenz von Zenerdiode 46 und dem Kondensator 43 besteht, ist z. B. 50 Hz (Synchronisierung durch die Signale C leitend. Seine Basis ist nämlich negativ gegenüber 5 und D über Widerstände 30 und 31) entsteht, weldem Emitter. Wenn der Transistor T₆ leitet, leitet ches jedoch eine Phasenverschiebung gegenüber auch der Transistor T₇, dessen Schaltung aus den Signal C hat, die gegeben ist durch die Variation Widerständen 42, 48 und dem Kondensator 42a be- von Ux (Fig. 3 bei 0). Die Phasenverschiebung ist steht. Der Kollektor des Transistors T₇ liegt auf dem über den Differentialverstärker 8 durch die Benegativen Potential der Leitung 201. Über den io lastungsänderungen an der Ausgangsspannung geWiderstand 42 wird die Basis von Transistor T₅, geben.

dessen Schaltung aus den Zenerdioden 38, 39 und Das so erhaltene Signal O gelangt über die Zündden Widerständen 40, 41 besteht, negativ, so daß er kreiseX (Fig. 2b, 2c) auf die Steuergitter der versperrt. Unter der Annahme, daß eine variable Span- schiedenen steuerbaren Silizium-Gleichrichter in den nung Ux vom Differentialverstärker 8, bestehend aus 15 Wechselrichtern 5 und 6 (Fig. 2a). Vorher wird das den Transistoren T₂₁, T₂₂, T₂₃, T₂₄ (F i g. 2 a) über Signal umgewandelt. Diese Umwandlung ist jedoch eine Leitung 210 an den Punkt H (Fig. 2b) angelegt nicht in jedem Falle notwendig und wird nur für ist, wird der Kondensator 43 des Transistors T₀ auf dieses Ausführungsbeispiel beschrieben, und da die z. B. 5 Volt geladen. Der Ladungsstrom fließt von H Baugrößen der Transformatoren in den Zündüber Widerstand 40, Zenerdiode 39, Widerstand 41 20 kreisen X trotz der tiefen Frequenz (z. B. 50 Hz) des und Kondensator 43 (Fig. 2b). Die rechte Klemme Signals O klein gehalten werden sollen, wird eine des Kondensators 43 ist über den Transistor T₇ auf hohe Frequenz von z. B. 10 kHz dem Signal über-Minus-Potential der Leitung201 gelegt. Unter der lagert. Der Multivibrator, welcher gemäß Fig. 2c Annahme, daß die positive Impulsfolge G am Aus- aus den Transistoren T₁₇, T₁₈, T₁₉, T₂₀, den Widergang der Dioden 36, 37 erscheint, leitet der Tran- 25 ständen 106, 107, 108, 113, 113a, 113b, 115, 116, SiStOrT₅, so daß Punkt/ auf Minus-Potential der 118, den Kondensatoren 107a, 109, 112, 114, 116a Leitung 201 liegt. Der zwischen diesem Punkt /, der und den Dioden 110, 111 besteht, erzeugt die höhere Basis des Transistors T₇ und an einem Ausgang des Frequenz. Am Kollektor von Transistor T,_o liegt ein Transistors T₆ angeordnete Kondensator 43 erhält SignalP an (s. Fig. 3). Die SignaleO und"P werden hierdurch ein noch negativeres Potential, so daß der 30 auf ein Und-Gatter, welches aus Dioden 68, 69 und Transistor T₇ sperrt. Der Kondensator 43 entlädt sich Widerstand 70 besteht (Fig. 2 b), gegeben. Am Verüber die Transistoren T₅ und T₆, bis der Transistor T₇ bindungspunkt zwischen dem Ausgang des Undwieder leitet. Der Vorgang wiederholt sich dann. Gatters und dem Basiswiderstand 71 des Transistors Über den Widerstand42 wird jetzt die Basis des T₁₃ der Fig. 2b entsteht somit das Signal Q als Transistors T₅ positiv, weil der Transistor T₇ ge- 35 Produkt beider Signale, wie in der F i g. 3 abgebildet sperrt war. Wenn nun am Punkt H die Spannung U χ ist. Das Signal Q wird verstärkt. Dies erfolgt über verändert wird, so ändert sich nach der Formel die Transistoren T₁₃, T₁₄, T₁₅ und T₁₆ (Zündkreis X

in F i g. 2 b). Der aus den Widerständen 72, 73 be-

Ux == ^Strom'^Zeit ₌ Elektrizitätsmenge stehende Spannungsteiler ermöglicht die Überführung

Kapazität Kapazität 4° zwischen einer Minus- und einer Plus-Batteriespannung (Leitung 203). Der Zündkreis X enthält weitere

die Zeit proportional. In der Formel sind der Strom Widerstände 74, 75, 76, 77, 79, Kondensatoren 76 α,

und die Kapazität konstant. Somit erreicht man ein 80, 81 und eine Diode 78. Das verstärkte Signal Q

Signal L am Verbindungspunkt zwischen den Wider- (Zündimpulse) wird über Transformator 82 und Lei-

ständen 42, 48, 49, den Kondensatoren 42 a, 49 a 45 tung 217 an das Gitter vom steuerbaren Gleichrichter

und einem Ausgang des Transistors T₇. Die Breite 119 im Wechseltrichter 5 gegeben (F i g. 2 a). Die

des Signals L ist in Abhängigkeit der Änderungen Zündimpulse R im Verbindungspunkt von Zener-

von Ux einstellbar. Das ist in Fig. 3 durch einen diode 85 und Widerstand 84 der Fig. 2 b sind positiv

Pfeil bei L gezeigt. gegenüber der Leitung 216. Es ist bekannt, daß zur

Die Zenerdiode 39 ist als Begrenzung vorgesehen, 50 Zündung von steuerbaren Silizium-Gleichrichtern ein

damit die Spannung Ux nicht höher als die Zener- positives Signal auf der Steuerelektrode benötigt

spannung werden kann. wird. Der Transformator 83 desselben Zündkreises

Das Signal L hat somit eine doppelte Frequenz (Fig. 2b) überträgt Zündimpulse S über Leitung

gegenüber derjenigen von Signal C und zudem eine 215 auf den steuerbaren Gleichrichter 126 des

variable Breite entsprechend der Variation von Ux 55 Wechselrichters 5 (Fig. 2a). Am Verbindungspunkt

beim PunktH. Das Signal L wird über den Wider- von Widerstand 86 und Zenerdiode 87 der Fig. 2b

stand 49 und den Kondensator 49 a auf die Basis des erhält man somit die gleichen Zündimpulse 5 wie

Transistors T₈ gegeben. Dieser erzeugt zwischen sei- beim Transformator 82. Beide Zündimpulse R, S sind

nem Ausgang und dem Widerstand 50 das Signal L' jedoch galvanisch getrennt. Die F i g. 3 zeigt die

(s. F i g. 3 bei L'). Der aus den Transistoren T₉, T₁₀, 60 Zündimpulse R und S.

den Kondensatoren 51 a, 54 α und den Widerständen Dieselbe Überlagerung mit einer höheren Fre-

51, 52, 53, 54, 55, 56 bestehenden Schmitt-Trigger quenz und Verstärkung wie beim Signal O erfolgt

verbessert das Signal L' in seiner Flankensteilheit. mit dem Signal T beim Verbindungspunkt von

Das Signal L' wird durch die Kondensatoren 57, 67 Widerständen 58, 62 und Transistor T₁₁ (Fig. 2b).

sowie die Widerstände 58, 60, 65 differenziert (Fig. 3 65 Das Signal T ist gegenüber Signal O um 180°

bei M, N) und in einen durch Transistoren T₁₁, T₁₂, phasenverschoben und wird auf den anderen Zünd-

Widerstände 61, 61a, 62, 63, 64, Dioden 59, 66 und kreisX (Fig. 2c) mit den Ausgangstransformatoren

Kondensatoren 60 a, 64 a gebildeten Flip-Flop ge- 88, 89 gegeben, an deren Sekundärwicklungen die

Zenerdioden 91, 93 und die Widerstände 90, 92 angeordnet sind. Die verstärkten Zündimpulse U (s. Fig. 3) werden über den Ausgangstransformator 88 auf die Steuerelektrode des Gleichrichters 122 (Fig. 2a) gegeben. Die verstärkten Zündimpulse V (s. Fig. 3) gelangen vom Transformator 89 auf die Steuerelektrode des Gleichrichters 123.

Die beiden beschriebenen Zündkreise X geben also auf den Wechselrichter 5 (F i g. 2 a) die Zündimpulse R, S, U, V ab, die um 180° gegenseitig phasenverschoben sind (F i g. 3). Außerdem sind pro Halbwelle der gewünschten Wechselspannung mindestens drei Zündimpulse vorhanden für den Fall, daß der erste Zündimpuls den Gleichrichter nicht zündet.

Die weiteren in der Fig. 2c nur angedeuteten Zündkreise X mit den Ausgangstransformatoren 94, 95; 100, 101 erhalten ihre Signale C, D aus dem Steuergerät 9. Die Eingänge dieser Zündkreise sind über die Leitungen 211, 212 an den Verbindungspunkten der Widerstände 31, 24 mit dem Transistor T₂ und des Kondensators 33 mit dem Transistor T£ angeschlossen (Fig. 2b). Sie geben ihre Zündimpulse W, Y und Z, Z₁ auf den Wechselrichter 6, und zwar in gleicher Weise, wie es bereits beim Wechselrichter 5 beschrieben wurde. Daher sind die Verbindungsleitungen zwischen den weiteren Zündkreisen und dem Wechselrichter 6 in den Fig. 2a, 2c nicht gezeigt. Über die Ausgangstransformatoren 94, 95 mit den Zenerdioden 99, 97 und den Widerständen 96, 98 werden die Gleichrichter 132, 142 und über die Ausgangstransformatoren 100, 101 mit den Zenerdioden 103, 105 und den Widerständen 102, 104 gezündet. An den Ausgängen dieser Zündkreise sind die den Zündimpulsen entsprechenden Buchstaben wegen der besseren Übersicht angegeben (Fig. 2c). Die Phasenlage zwischen den Zündimpulsen W, Y und Z, Z₁ ist ebenfalls um 180° versetzt. Der einzige Unterschied liegt darin, daß die Zündimpulse R, S, U, V für den Wechselrichter 5 gegenüber den Zündimpulsen W, Y, Z, Z₁ für den Wechselrichter 6 um einen Winkel φ phasenverschoben sind. Die Phasenverschiebung φ wird durch den Differentialverstärker 8 auf Grund der Spannung am Verbraucher 149 vorgenommen. Die Phasenverschiebung macht sich an den Transformatoren 143, 144 der beiden Wechselrichter 5, 6 bemerkbar, wie dies in F i g. 3 bei u 143, u 144 gezeigt ist. Da diese beiden Transformatoren in Reihe geschaltet sind, gelangt die in Fig. 3 gezeigte Spannungsform u sek auf das Filter 7, welches bewirkt, daß die Spannungsform der gewünschten Wechselspannung sinusförmig wird.

Wie bereits gesagt, bestehen die Wechselrichter 5, 6 der Fig. 2a eigentlich aus zwei getrennten Brückenschaltungen mit zugehörigen Zündkreisen. Die Phasenlage der beiden Ausgangsspannungen ist gesteuert, so daß durch Verschiebung derselben eine Spannungsstabilisierung hervorgerufen wird.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2a gezeigten Brückenschaltung des Wechselrichters 5 ist folgende: Sie besteht aus den steuerbaren Gleichrichtern 119, 122, 123, 126, den dazu in Serie geschalteten Dioden 120, 121, 124, 125, den Blindstromdioden 119 α, 122α, 123α, 126α, den Kondensatoren 127, 128, den Drosseln 129, 130 und dem Transformator 143. Die Impulse für die Steuerelektroden der Gleichrichter sind so ausgelegt, daß die Gleichrichter 119 und 126 zusammen eingeschaltet werden und dann (mit 180° Phasenverschiebung) die Gleichrichter 122 und 123. In der Annahme, daß beim Einschalten des Gerätes die Gleichrichter 119 und 126 Impulse auf ihre Steuerelektroden über die Leitungen 217j 216, 215, 214 bekommen, fließt der Strom aus dem Speisegleichrichter 1 (Fig. 2a) folgendermaßen: Plus-Pol des Kondensators 172, Leitung 206, Drossel

129, Gleichrichter 119, Diode 120, Punkt S₂, Wicklung des Transformators 143, Punkt S₁, Diode 125, Gleichrichter 126, Drossel 130 und zurück über die Leitung 205 auf den Minus-Pol. Die Kondensatoren 127 und 128 bekommen eine Spannung, wie in Fig. 2a eingezeichnet. Wie ersichtlich ist, fließt der Strom im Transformator 143 vom Punkt S₂ bis S₁. Bei Fortnahme der Zündimpulse von den Steuerelektroden der Gleichrichter 119 und 126 und bei Anlegen der Zündimpulse an die Steuerelektroden der Gleichrichter 123, 122 fließt der Strom jetzt vom

zö Plus-Pol auf Leitung 206, Drossel 129, Gleichrichter 123, Diode 124, Punkt S₁, Transformator 143, Punkt S₂, Diode 121, Gleichrichter 122, Drossel 130 und zurück längs der Leitung 205 auf den Minus-Pol. Der Strom fließt jetzt im Transformator 143

vom Punkt S₁ bis Punkt S,, d. h. genau umgekehrt wie vorher. Da der Fluß im Transformator 143 sein Vorzeichen ändert, entsteht an der Sekundärwicklung von 143 eine rechteckige Wechselspannung u sek (s. Fig. 3).

Zum Löschen der Gleichrichter dienen die Kondensatoren 127 und 128 und die Drosseln 129 und

130. Der Kondensator soll wie in F i g. 2 a geladen sein (wenn die Gleichrichter 119 und 126 leiten). Wenn plötzlich der Gleichrichter 123 leitet, sieht man, daß über ihn an die Anode vom Gleichrichter 119 eine von dem Kondensator 127 herrührende Minus-Spannung gelegt wird, so daß während z. B. 50 Mikrosekunden (bestimmt durch den Wert von

127 und 129) die Anode eine negative Spannung bekommt und den Gleichrichter 119 sperrt. Dasselbe geschieht mit den Gleichrichtern 126 und 122. Wenn der Gleichrichter 122 leitet, so wird der Plus-Pol des Kondensators 128 auf die Kathode des Gleichrichters 126 gelegt und somit der Gleichrichter 126 zum Sperren gebracht. Die Dioden 120, 121, 124 und 125 vermeiden, daß die Kondensatoren 127 und

128 sich über die Primärwicklung des Transformators entladen. Die Blindstromdioden 119a, 122a, 123a und 126 a verhindern die bei induktiver Last an der Primärseite entstehenden Spannungsspitzen. Sie führen den Strom zurück in die Batterie 2. Die Energie der induktiven Last wird über den Transformator an der Primärseite übertragen und durch die Dioden in den Gleichrichter zurückgegeben.

Da der zweite Wechselrichter 6 (F i g. 2 a), bestehend aus Drosseln 131 und 136, Gleichrichtern 132, 135, 139, 142, Dioden 133, 134, 140, 141, Kondensatoren 137, 138, Blindstromdioden 132 a, 135 a, 139 a, 142 a, gegenüber dem ersten Wechselrichter 5 um einen gewissen Winkel φ phasenverschoben ist, ergibt sich das Spannungsdiagramm u 144 in Fig. 3. Die Sekundärwicklungen der Transformatoren 143, 144 sind in Serie geschaltet. Deswegen werden beide Spannungen u 143, u 144 addiert.

Am Ausgang entsteht die Spannung u sek gemäß Fig. 3. Wie ersichtlich, ergibt sich je nach Phasenverschiebung ein schmaler oder ein breiter Spannungsverlauf. Somit kann die Spannung entsprechend

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der Änderung des Integrals der Flächen gesteuert werden. Die treppenförmige Spannung u sek wird im Filter 7, bestehend aus Drosseln 145, 147 und Kondensatoren .146, 148, zu einer sinusförmigen Ausgangsspannung nl mit geringem Klirrfaktor geändert.

Die Stabilisierung der Spannung erfolgt durch den Differentialverstärker 8, der den Transformator 150, die Dioden 151, 152, 153, 154, den Kodensator 155, die Transistoren J₂₁, J₂₂, T₂₃, J₂₄ und die Widerstände 156, 158 enthält (s. Fig. 2a).

Im folgenden wird der Differentialverstärker 8 beschrieben. Die Spannung am Verbraucher 149 wird über Leitungen 208, 209 durch den Transformator 150 auf eine niedrigere Spannung übertragen. Sie wird durch die Dioden 151 bis 154 gleichgerichtet und durch den Kondensator 155 geglättet. Mittels des Potentiometers 157 ergibt sich eine Variationsmöglichkeit der Ist-Spannung an dem Verbraucher 149, die mit einer Soll-Spannung zwischen den Lei- so tungen 201, 221 über den aus den Widerständen 164, 165 bestehenden Spannungsteiler verglichen wird. Die Transistoren T₂₁, T₂₂ und die Widerstände 159, 160, .161, 162, 163 bilden einen normalen Differentialverstärker. Das verstärkte Differenzsignal wird an die Transistoren T₂₃₅T₂₄ gegeben und gelangt über die Leitung 210 zum Punkt H (Fig. 2b) des monostabilen Multivibrators im Steuergerät 9. Die Wirkung dieses Gleichstromsignals ist bereits früher erläutert worden. Je nach Lastverhältnissen und Schwankungen der Batteriespannung wird somit die Phasenverschiebung der beiden Brücken in den Wechselrichtern 5, 6 geändert, um eine optimale Spannungsstabilisierung zu erzeugen. Der Widerstand 170 im Differentialverstärker 8 bildet eine Gegenkopplung zur Verbesserung der Stabilität und Linearität des Gleichstromverstärkers. Die übrigen Widerstände 166, 167, 168, 169 im Differentialverstärker 8 gehören zu den Transistoren T₂₃, J₂₄.

Die Speisung der Wechselrichter 5, 6 erfolgt im normalen Fall (wenn das Netz Spannung führt) über den stabilisierten Speisegleichrichter 1. Die Drossel 171 und der Kondensator 172 sind Siebglieder. Bei Netzbetrieb erscheint an dem Kondensator 172 zwischen Leitungen 205 und 206 eine Spannung von z.B. 115VoIt. Die Spannung der Batterie 175 soll 110 Volt betragen. Die Diode 176 kann nicht leiten, weil ihre Kathode positiver (um 5VoIt) gegenüber ihrer Anode ist. Bei Netzausfall erscheint an dem Kondensator 172 keine Spannung, weil der Speisegleichrichter 1 nicht mehr im Betrieb ist. Somit leitet die Diode 176. Der Speisestrom für den Wechselrichter fließt in folgender Richtung: Plus-Pol der Batterie 175, Diode 176, Leitung 206, Drosseln 129, 131, beide Diodensätze der Brückenschaltungen, Drosseln 130, 136 und über die Leitungen 205, 230 zurück auf den Minus-Pol der Batterie 175. Die Batterie hat eine Kapazität, die den Wechselrichter für 2 Stunden Ununterbrochen speisen kann. Wenn der Netzbetrieb wieder vorhanden ist, wird die Batterie außer Betrieb gesetzt (wegen der Diodenwirkung), und das Notstromaggregat, läuft weiter ohne Unterbrechung, gespeist durch das Netz: .. ·..■

Der Ladegleichrichter 3 lädt dann über die Drossel und den Kondensator 174 die Batterie 175 nach einer bekannten Spannungs-Strom-Kennlinie wieder auf. Der Gleichrichter hält die geladene Batterie in Schwebeladung, da er ebenfalls. ständig am Netz angeschlossen ist. · ■ ■ .

Das erfindungsgemäße Notstromaggregat bringt folgende Vorteile:

a) Eine ununterbrochene Speisung irgendeines Verbrauchers (z. B. Computer).

b) Die Spannung am Ausgang ist stabilisiert gegenüber Lastschwankungen .. zwischen 30 und 100%, Netzschwankungen sowie Batterieschwankungen von ±10% bei Notbetrieb.

c) Die Pufferbatterie ist bei Netzspannung mittels der Diode 176 entlastet. Sie ist ständig durch den Gleichrichter in Schwebeladung gehalten. Somit ist ihre Lebensdauer beträchtlich langer, da sie nur. bei Netzausfall die Wechselrichter speist.

d) Durch die Wirkung des Ausgangsfilters ist die Spannung sinusförmig mit einem sehr geringen Klirrfaktor (z.B. 10%).

e) Die Zündung der Gleichrichter erfolgt mittels einer Folge von Impulszügen, die eine sichere Zündung gewährleisten. Wenn der erste Impuls nicht zündet, kommt sofort ein zweiter. Die Speisung erfolgt über Transformatoren, die klein sein können, weil die Impulsfrequenz bedeutend höher als die tatsächliche Frequenz des Wechselrichters ist (10 kHz gegenüber 50Hz).

f) Durch Verwendung einer Brückenschaltung für den Wechselrichterbaustein bekommen die Gleichrichter keine großen Überspannungen (maximal l,5mal die Batteriespannung), die Transformatoren 143 und. 144 werden in ihrer Bauweise vereinfacht: keine bifilarenund verschachtelten Wicklungen notwendig wie in der Mittelpunkt-Schaltung.

g) Indem das gesamte System dreimal verwendet wird, ergibt sich eine einfache Dauerstrom-Versorgung für Drehstrom. Die Spannungen (Signal Λ) müssen dann in dreifacher Ausführung um 120° phasenverschoben erzeugt werden. Die Sekundärwicklungen der sechs Transformatoren würden dann z. B. in Stern geschaltet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Notstromaggregat, welches an ein Netz beliebiger Frequenz anschließbar ist, einen Verbraucher mit einer Wechselspannung beliebiger Frequenz speist und einen Speisegleichrichter, eine Batterie und einen Ladegleichrichter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß am Speisegleichrichter (1) und am Ladegleichrichter (3) mindestens zwei Wechselrichter (5, 6) parallel angeschlossen sind, eine Diode (4) zwischen der Batterie (2) und einer Speiseleitung vorgesehen ist, die Ausgänge der Wechselrichter (5, 6) in Reihe mit dem Verbraucher (149) verbunden sind, und ein auf Änderung der Verbraucherspannung ansprechender Differentialverstärker (8) ein Steuergerät (9) so beeinflußt, daß Zündimpulse (R, S, U, V; W, Y, Z, Z₁) mit einstellbarer Phasenverschiebung (φ) auf die genannten Wechselrichter gegeben werden.

2. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speisegerät (10) zwischen der Batterie (2) und dem Steuergerät (9) bzw. dem Differentialverstärker (8) vorgesehen ist.

3. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (7) zwischen den Ausgängen der Wechselrichter (5, 6) und dem Verbraucher (149) vorgesehen ist.

4. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Transistoren (T₁₇, T₁₈, T₁₉, T₂₀) bestehender Multivibrator mit dem Eingang der im Steuergerät (9) angeordneten Zündkreise (X) verbunden ist.

5. Notstromaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkreise (X) in jeder Halbwelle der auf den Verbraucher gelangenden Wechselspannung mindestens drei Impulse abgeben.

6. Notstromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wechselrichter (S bzw. 6) eine Brückenschaltung enthält, bestehend aus den steuerbaren Gleichrichtern (119, 122, 123, 126 bzw. 132, 135, 139, 142), an je einem Gleichrichterpaar angeschlossenen Kondensatoren (127, 128 bzw. 137, 138) und im Verbindungszug der zugeordneten Gleichrichterpaare liegenden Dioden (120, 121, 124, 125 bzw. 133, 134, 140, 141), wobei der Eingang der Brückenschaltung über Drosseln (129, 130 bzw. 131, 136) mit dem Speisegleichrichter (1) sowie über die Diode (4) mit dem Plus-Pol der Batterie (2) verbunden ist und der Ausgang der Brückenschaltung durch die Symmetriepunkte (S₁, S₂) zwischen je zwei Dioden (120, 121 bzw. 124, 125) gebildet ist.

7. Notstromaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Wechselrichter (5, 6) als Transformatoren (143, 144) ausgebildet sind, deren Primärwicklungen mit den Symmetriepunkten (S₁, S₂) der Brückenschaltung im zugeordneten Wechselrichter verbunden und deren Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Notstromaggregat, welches an ein Netz beliebiger Frequenz anschließbar ist, einen Verbraucher mit einer Wechselspannung beliebiger Frequenz speist und einen Speisegleichrichter, eine Batterie und einen Ladegleichrichter enthält.

Bekannte Notstromaggregate bestehen aus Dieselmotor, Batterie, Gleichstrommaschine und Drehstrom-Synchrongenerator. Der Verbraucher ist über mechanische Umschalter direkt mit dem Stromversorgungsnetz verbunden. Bei Netzausfall vergeht wegen der Umschaltung der Relais und der mechanischen Schalter auf Batteriebetrieb mit anschließendem Anwerfen des Dieselaggregats eine gewisse Zeit bis zur Einsatzbereitschaft des Notstromaggregats.

Bei einem bekannten Notstromaggregat (Elektrotechnik und Maschinenbau, 78. Jahrgang (1961), Heft 1/2, F. 113 und 114), welches aus Dieselmotor, Gleichstrom-Motor-Generator, Wechselstromgenerator, Wechselrichter und Batterie besteht, sind der Verbraucher, der Gleichstrom-Motor-Generator sowie der Wechselrichter über mechanische Umschalter direkt am Stromversorgungsnetz bzw. an der Batterie anschließbar. Bei Normalbetrieb wird der Verbraucher vom Stromversorgungsnetz gespeist. Bei Netzausfall wird der Wechselrichter eingeschaltet und übernimmt die Stromversorgung des Verbrauchers. Nach Anlassen und Hochlaufen des Dieselmotors übernimmt der Wechselstromgenerator die Stromversorgung vom Wechselrichter. Wenn auch durch diesen großen Aufwand an Maschinen die bis zur Einsatzbereitschaft der Notstromgruppe erforderliche Zeit durch das zwischenzeitliche Einschalten des Wechselrichters mit umlaufendem Quecksilberstrahl etwas verkürzt werden konnte, so ist die durch das Umschalten von einer Betriebsart auf die andere erforderliche Zeit für empfindliche Verbraucher noch zu lang, da die Verbraucher kurzzeitig von jeder Stromversorgung abgeschaltet sind.

Es ist auch eine Gleichstromversorgungsanlage mit Netzgleichrichter und Reservebatterie bekannt (deutsche Patentschrift 1 134 153), bei der ein Speisegleichrichter und ein Ladegleichrichter mit zwei verschiedenen Ladespannungen für die Reservebatterie in paralleler Anordnung mit dem Verbraucher verbunden sind, wobei Richtleiter zwischen der einen Speiseleitung und der Reservebatterie vorgesehen sind. Mechanische Schalter schalten diese Richtleiter und die verschiedenen Ladespannungen des Ladegleichrichters in bestimmter Kombination ein oder aus. Dies richtet sich danach, ob der Gleichspannungsverbraucher vom Speisegleichrichter bei normalem Betrieb oder vom Speisegleichrichter und Ladegleichrichter bei Überlastbetrieb oder nur von der Reservebatterie bei Netzausfall gespeist werden soll. Diese bekannte Gleichstromversorgungsanlage bezweckt die Ausnutzung des Ladegleichrichters für folgende drei Funktionen: Aufladen und Spannungserhaltung der Reservebatterie sowie Unterstützung des Speisegleichrichters bei Überlastbetrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dauerstromversorgung zu schaffen, die den hohen Anforderungen von komplizierten Verbrauchern sowohl bei normalem Netzbetrieb als auch bei Netzausfall genügt. Das erfindungsgemäße Notstromaggregat soll an ein Stromversorgungsnetz mit beliebiger Frequenz angeschlossen werden und eine Wechselspannung von gewünschter Frequenz auf den