WO1995005698A1

WO1995005698A1 - Verfahren zur unterbrechungsfreien, elektrischen versorgung einer lastimpedanz mit einer versorgungs-spannungsquelle

Info

Publication number: WO1995005698A1
Application number: PCT/AT1994/000111
Authority: WO
Inventors: Franco Giglifiore
Original assignee: Entec Energietechnik GmbH
Current assignee: Entec Energietechnik GmbH
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 1996-02-19
Also published as: ZA945823B; AU7259894A; CO4290394A1

Abstract

Verfahren zur unterbrechungsfreien, elektrischen Versorgung einer Lastimpedanz mit einer Versorgungs-Spannungsquelle, wobei Betriebsparameter der Ausgangsspannung der Versorgangs-Spannungsquelle, laufend von einer Steuereinheit gemessen werden und bei Abweichen der Betriebsparameter ein Bereichs-Steuersignal erzeugt wird. Eine parallele Notversorgung wird dadurch realisiert, dass bei Vorliegen der Betriebsparameter innerhalb der Grenzwertbereiche in einem ersten Schritt die Ausgangsspannung U2 der mittels der Steuereinheit (6) steuerbaren Reserve-Spannungsquelle (1, 2) auf gleiche Frequenz und Phasenlage mit der Ausgangsspannung U1 der Versorgungs-Spannungsquelle (3) gebracht wird, sodann eine Betriebsspannung U3 = U1.N3/N1 zum Betreiben einer Lastimpedanz (7) erzeugt wird und wobei die Ausgangsspannung U2 von der Steuereinheit (6) annähernd gleich gross, jedoch nicht gleich gross oder grösser als U2 = U3.N2/N3 gehalten wird, dass sodann insbesondere bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle (3) die Betriebsspannung U3 der Lastimpedanz allein durch die Reserve-Spannungsquelle (1, 2) aufrecht erhalten wird.

Description

Verfahren zur unterbrechungsfreien, elektrischen Versorgung einer Lastimpedanz mit einer Versorgungs-Spannungsquelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unterbrechungsfreien, elektrischen Versorgung einer Lastimpedanz mit einer Versorgungs-Spannungsquelle, z.B. Netz¬ spannungsquelle, und einer, z.B. vom Netz, unabhängigen Reserve-Spannungsquelle, welche bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle die Versorgung übernimmt, wobei Betriebs¬ parameter der Ausgangsspannung der Versorgungs-Spannungsquelle, wie z.B. Frequenz und Spannung, laufend von einer Steuereinheit gemessen werden und bei Abweichen der Be¬ triebsparameter von vorbestimmbaren Grenzwertebereichen ein Bereichs-Steuersignal erzeugt wird.

Verfahren dieser Art benötigen mindestens zwei Spannungsquellen zur Auf¬ rechterhaltung einer dauernden Versorgung. Eine der Quellen wird üblicherweise durch eine Netzspannung, eine lokale Generatorspannung o.a. gebildet, während die andere aus der Kombination einer Batterieeinheit mit einem Gleich- in Wechselspannung umwandelnden Wechselrichter, einem Notversorgungsgenerator im Dauerbetrieb o.ä besteht. Bei Ausfall der im Normalfall bestehenden Netzversorgung wird für gewöhnlich auf die Batterieeinheit mit Wechselrichter, den Generator o.ä. umgeschaltet. Dies kann in Stand-By-, On-Line-Betrieb oder ähnlichem geschehen, wobei es jedoch sehr von Nachteil ist, daß die bekannten Systeme immer nur einen Pfad für den Energiefluß bereitstellen, wodurch immer ein serieller Ablauf bei Umschaltung zwischen den beiden Spannungsquellen bedingt ist. So ist etwa bei einer auftretenden Funktionsstörung de? Wechselrichters während der Notversorgung ein Zurück¬ schalten auf die ursprüngliche Versorgungsquelle aus dem Netz notwendig. Dieser Vorgang nimmt bei serieller Schaltung der Versorgungspfade ;ιne Zeit in der Größenordnung von Millisekunden in Anspruch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches mit zwei parallelen Pfaden für den Energiefluß ausgestattet ist, sodaß zu keinem Zeitpunkt eine Unterbrechung der Versorgung der Lastimpedanz notwendig ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei Vorliegen der Be¬ triebsparameter innerhalb der Grenzwertebereiche in einem ersten Schritt die Ausgangs¬ spannung U2 der mittels der Steuereinheit steuerbaren Reserve-Spannungsquelle auf gleiche Frequenz und Phasenlage mit der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle gebracht wird, daß bei Vorliegen von gleicher Frequenz und Phasenlage der beiden Aus¬ gangsspannungen U_}, U2 in einem zweiten Schritt die Versorgungs-Spannungsquelle mit ei¬ nem ersten Wicklungsteil mit N_] Wicklungen einer geteilten Primärwicklung eines Trans¬ formators und die Reserve-Spannungsquelle mit einem zweiten Wicklungsteil mit N2 Wick¬ lungen der geteilten Primärwicklung des Transformators verbunden wird, sodaß über das Wirken der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle im ersten Wicklungs¬ teil in einer ersten Sekundärwicklung des Transformators mit N Wicklungen eine Betriebs¬ spannung U = U^.N^/N_j zum Betreiben der Lastimpedanz erzeugt wird und wobei die Ausgangsspannung U2 der Reserve- Spannungsquelle von der Steuereinheit annähernd gleich groß, jedoch nicht gleich groß oder größer als U2 = U3.N2 N3 gehalten wird, daß sodann bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle oder Abweichen eines oder mehrerer Be- triebsparameter(s) der Versorgungs-Spannungsquelle, wie z.B. Spannung und Frequenz, von den vorbestimmbaren Grenzwertbereichen die Versorgungs-Spannungsquelle vom ersten Wicklungsteil der Primärwicklung des Transformators getrennt wird, sodaß die Betriebs¬ spannung U3 der Lastimpedanz in der ersten Sekundärwicklung allein durch die mit dem zweiten Wicklungsteil der geteilten Primärwicklung verbundene Reserve-Spannungsqύelle aufrecht erhalten wird. Ein derartiges Verfahren hält unter Einsatz von zwei synchronisierten, phasengleichen und parallel geschalteten Spannungsquellen die Versorgung einer Last¬ impedanz bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle unterbrechungslos aufrecht.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß un¬ mittelbar nach dem Trennen der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle vom ersten Wicklungsteil die Ausgangsspannung U2 der Reserve-Spannungsquelle auf den Wert U2 = U3.N2 N3 angehoben wird. Ein derartiges Anheben von U2 gleicht die kleine Spannungsdifferenz aus, die im normalen Betriebsfall verhindert, daß die Reserve- Spannungsquelle entladen wird, wodurch die Spannung U3 exakt von der Notversorgung auf¬ rechterhalten wird.

Nach einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß bei Ausfall der Re¬ serve-Spannungsquelle die Versorgungs-Spannungsquelle wieder mit dem ersten Wick¬ lungsteil verbunden wird, sodaß die Betriebsspannung U3 der Lastimpedanz wieder über die Versorgungs-Spannungsquelle erzeugt wird. Dadurch übernimmt bei Ausfall der Reserve- Spannungsquelle die Versorgungs-Spannungsquelle wieder die Versorgung, ohne daß eine Unterbrechung erfolgt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß nach Wieder¬ vorliegen der Betriebsparameter innerhalb der vorbestimmbaren Grenzwertbereiche der erste Wicklungsteil der Primärwicklung wieder gemäß dem ersten und zweiten Schritt des Ver¬ fahrens nach Anspruch 1 mit der Versorgungs-Spannungsquelle verbunden wird, sodaß die Betriebsspannung der Lastimpedanz wieder durch die Versorgungs-Spannungsquelle erzeugt wird. Diese Maßnahme belastet die Reserve-Spannungsquelle nur solange die Betriebspara¬ meter der Versorgungs-Spannungsquelle außerhalb der Grenzwertbereiche liegen und ist da¬ her für eine längere Lebensdauer der Reserve- Spannungsquelle vorteilhaft. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß eine wiederaufladbare Reserve- Spannungsquelle durch eine mit einer zweiten Sekundärwicklung verbundene Gleichrichtereinheit laufend geladen wird, wobei der Lade¬ vorgang bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle oder bei Abweichen der Betriebs¬ parameter der Versorgungs-Spannungsquelle von den vorbestimmbaren Grenzwertbereichen unterbrochen wird. Dadurch wird die wiederaufladbare Reserve-Spannungsquelle im Normal- Fall ständig in optimalem Ladezustand gehalten, um bei Ausfall der Versorgungs-Span¬ nungsquelle die Versorgung übernehmen zu können. Im letzteren Fall verhindert die Unter¬ brechung des Ladungskreises die Selbstentladung der Reserve-Spannungsquelle.

Nach einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, daß die Ausgangs¬ spannung U2 der Reserve- Spannungsquelle zunächst im wesentlichen durch einen ersten Os¬ zillator mit vorbestimmbarer, konstanter Frequenz erzeugt wird, daß der erste Schritt des Ver¬ fahrens nach Anspruch 1 so ausgeführt wird, daß ein verstimmbarer, zweiter Oszillator ange¬ regt wird, welcher zweite Oszillator mit einer Frequenz, die um einen vorbestimmbaren Be¬ trag niedriger als die der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle ist, schwingt, und die Funktion des ersten Oszillators vom zweiten Oszillator übernommen vird, sodaß die Ausgangsspannung U2 der Reserve-Spannungsquelle mit der Frequenz des zweiten Oszillators schwingt, daß die Frequenz der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Span¬ nungsquelle und die des zweiten Oszillat*-*— verglichen und ihr Unterschied durch Ver¬ stimmen des zweiten Oszillators auf Null geigelt wird. Dadurch wird die Synchronisierung der beiden Spannungsquellen mit niedrigem Aufwand ermöglicht.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß bei Ausfall der Reserve-Spannungsquelle die Versorgungs-Spannungsquelle unmittelbar mit der Lastim¬ pedanz verbunden wird. Ein derartiges Überbrücken der Notversorgung erlaubt es im Falle eines Defekts derselben die Versorgung aufrecht zu erhalten.

Die Erfindung löst die oben angegebene Aufgabe auch mittels einer Schal¬ tungsanordnung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, welche dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß der Ausgang einer Versorgungs-Spannungsquelle mit einem ersten Eingang einer Steuereinheit und über einen Schalter mit einem ersten Wicklungsteil einer Primär¬ wicklung eines Transformators verbunden ist, wobei der Schalter über einen ersten Ausgang der Steuereinheit steuerbar ist, der Ausgang einer Reserve- Spannungsquelle mit einem zwei¬ ten Eingang der Steuereinheit und mit dem Eingang eines über einen zweiten Ausgang der Steuereinheit steuerbaren Wechselrichters verbunden ist, dessen Ausgang mit einem zweiten Wicklungsteil der Primärwicklung des Transformators verbunden ist, und eine erste Sekun¬ därwicklung des Transformators mit einer Lastimpedanz verbunden ist. Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist die Re¬ serve-Spannungsquelle aus einer oder mehrerer in Serie und/oder parallel geschalteter Batte- rie(n) und einer nachfolgenden durch die Steuereinheit steuerbare Wechselrichtereinheit ge¬ bildet. Eine derartige Kombination ist durch ihre Zuverlässigkeit und Problemlosigkeit im Betrieb vorteilhaft.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Batterien wiederaufladbar sind. Dadurch ist ein ressourcenfteundlicher, dauerhafter Betrieb möglich.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß eine zweite Se¬ kundärwicklung des Transformators mit dem Eingang einer Gleichrichtereinheit und deren Ausgang mit den Ausgängen der Batterien verbunden ist. Durch diese Maßnahme erfolgt im Normalfall ein ständiges Nachladen der Batterien über die Versorgungs-Spannungsquelle.

Schließlich besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, daß die La¬ stimpedanz unmittelbar über einen Bypass-Schalter mit der Versorgungs-Spannungsquelle verbindbar ist. Dadurch kann die Versorgungsspannung bei Ausfall der Reserve-Spannungs¬ quelle direkt an den Verbraucher geschaltet werden, wodurch eine Unterbrechung verhindert wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Zuhilfenahme der angeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen Fig.l ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durch¬ fuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 ; Fig.2 einen erfindungsgemäßen Transformator mit geteilter Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 7; Fig.4 ein Block¬ schaltbild einer Schaltungsanordnimg zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 6.

In Fig.l ist eine Versorgungs-Spannungsquelle 3 mit der Spannung U_j, z.B. eine Netz- oder Generatorspannung, über einen statischen Schalter 4, der von einer Steuereinheit 6 gesteuert wird, mit einem ersten Wicklungsteil 31 mit N_j Wicklungen der Primärwicklung eines Transformators 5 verbunden. Die Betriebsparameter, wie etwa Span¬ nung und Frequenz, der Versorgungs-Spannungsquelle 3 werden laufend über einen Eingang der Steuereinheit 6 gemessen, in welche ein vorbestimmbarer Betriebsparameterbereich eingegeben werden kann, den die Steuereinheit überwacht. Beispielsweise kann dieser Be¬ reich von 210 V bis 230 V und von 49 Hz bis 51 Hz gewählt werden. Bei Abweichen der Betriebsparameter von diesem Bereich gibt die Steuereinheit 6 an einem ihrer Ausgänge ein Bereichs-Steuersignal ab. Dieses Signal wird dazu benutzt, den Schalter 4 zu steuern. Eine Reserve- Spannungsquelle 1, in diesem Ausführungsbeispiel eine wiederaufladbare Batterie- Einheit, die aus mehreren in Serie und/oder parallel geschalteten Zellen bestehen kann, ist mit einem Eingang der Steuereinheit 6 und mit dem Eingang eines Gleichspannung in Wechsel¬ spannung umwandelnden Wechselrichters 2 verbunden, dessen Ausgangsspannung U2 von einem der Ausgänge der Steuereinheit 6 in ihren Betriebsparametern, wie etwa Spannung und Frequenz, steuerbar ist. Die Reserve-Spannungsquelle 1 kann jedoch auch aus einem Gene¬ rator, der im Normalfall im Leerlauf betrieben wird, gebildet sein. Auch weitere andere Arten von elektrischen Reservequellen, etwa auf Solarenergiebasis, sind im Umfang der Erfindung erhalten. Der Ausgang des Wechselrichters 2 ist mit einem zweiten Wicklungsteil 32 der Primärwicklung des Transformators 5 mit N2 Wicklungen verbindbar. Zur Bereitstellung der Notversorgung bringt die Steuereinheit 6 die an einem ihrer Eingänge anliegenden aktuellen Betriebsparameter der Versorgungs-Spannungsquelle über einen ihrer Ausgänge in Überein¬ stimmung mit der Ausgangsspannung U2 des Wechselrichters 2, indem deren Phase und Fre¬ quenz auf die entsprechenden Werte der Versorgungs-Spannungsquelle U_j gebracht werden und Phasenunterschied Null und Frequenzgleichheit zwischen U_j und U2 hergestellt wird. Sobald dies durchgeführt ist, verbindet der von der Steuereinheit 6 gesteuerte, statische Schalter 4 die Versorgungs-Spannungsquelle 3 mit dem ersten Teil 31 der geteilten Primär¬ wicklung und diese erzeugt in einer ersten Sekundärwicklung 33 des Transformators 5 mit N3 Wicklungen eine Betriebsspannung U3 = UJ-N /NJ, mit welcher die Lastimpedanz 7 be¬ trieben wird. Solange die Betriebsparameter innerhalb des vorgegeben Bereichs liegen, wird also nur die Versorgungs-Spannung mit einem durch die Anzahl der Wicklungen N_j und N3 bestimmten Verhältnis übertragen. Der Wechselrichter ist mit dem zweiten Teil 32 der ge¬ teilten Primärwicklung des Transformators 5 mit N2 Wicklungen verbunden. Die Höhe der Wechselrichter- Ausgangsspannung U2 ist dem Wert U2 = ^-^/^ = U-_j-^/N_j angepaßt, sodaß diese mit gleicher Frequenz und gleichphasig zu U_j in der ersten Sekundärwicklung 33 des Transformators die Betriebsspannung U3 für die Lastimpedanz 7 erzeugt. Im normalen Betriebsfall wird die Ausgangsspannung U2 des Wechselrichters 2 um einen kleinen Prozent¬ satz unter diesem errechneten Wert gehalten, sodaß je nach Genauigkeit der Spannungsrege¬ lung dieser gerade nicht erreicht wird, um zu vermeiden, daß die Batterieinheit Energie zur normalen Versorgung abgeben muß. Vom Zeitpunkt an, an dem die Versorgungs-Spannungs¬ quelle 3 mit dem ersten Wicklungsteil 31 verbunden ist, herrscht Bereitschaft für die Not¬ versorgung. Weichen nun zu irgendeinem Zeitpunkt die Betriebsparameter der Versorgungs- Spannungsquelle 3 vom vorgegebenen Betriebsparameterbereich ab, wird durch das Bereichs- Steuersignal der Schalter 4 umgesteuert und damit die Versorgungs-Spannungsquelle 3 vom ersten Teil 31 der geteilten Primärwicklung getrennt. Dadurch übernimmt die Ausgangs¬ spannung des Wechselrichters 2 die Aufgabe der Versorgung ohne jede Unterbrechung. Sie muß lediglich um den Betrag, um den sie unter dem errechneten Wert für U2 gelegen war, angehoben werden, um exakt U3 zu liefern. Das Anheben der Spannung hat dabei keine großen Auswirkungen auf die Lastimpedanz 7, da sie in der Größenordnung der Spannungs¬ schwankungen im Netz liegt. Die Energie zur Versorgung liefert in diesem Notversorgungs- zustand die Batterieeinheit 1. Die Steuereinheit 6 überprüft weiterhin die Betriebsparameter der Versorgungs-Spannungsquelle, um bei Vorliegen innerhalb der Grenzwertbereiche ein erneutes Bereichs- Steuersignal abzugeben, welches nunmehr wieder Schalter 4 in den Nor¬ malzustand versetzt, in dem die Versorgungs-Spannungsquelle 3 nach einem erneuten Syn¬ chronisiervorgang mit dem ersten Teil 31 der Primärwicklung verbunden ist. Darauf folgt wieder ein leichtes Absenken der Ausgangsspannug U2 zur Entlastung der nunmehr nicht mehr notwendigen Notversorgung. Weiters ist in Fig. 1 eine zweite Sekundärwicklung 34 mit einer Gleichrichtereinheit 8 verbunden, dessen Ausgang als Ladequelle mit der Batterieinheit 1 verbunden ist. Diese Ladung der Batterien erfolgt nur zu Zeiten, in denen ein normaler Be¬ triebszustand mit den Betriebsparametern der Versorgungs-Spannungsquelle 3 innerhalb des zugelassenen Bereichs vorherrscht, während bei Notversorgung die Gleichrichtereinheit 8 von der zweiten Sekundärwicklung 34 getrennt wird.

Fig. 2 zeigt eine für die Schaltungsanordnung zur Durchfuhrung des Ver¬ fahrens vorteilhafte Ausführung eines Transformators mit geteilter Primärwicklung 31, 32 und zwei Sekundärwicklungen 33, 34. Die Primärwicklung weist insgesamt N_j Windungen auf, wobei eine Anzapfung bei N2 Windungen als Anschluß ausgebildet ist. Zwischen den Windungen N_j liegt die Spannung U_j und zwischen den Windungen N2 die Spannung U2. Die N_j Windungen stellen den ersten Teil 31 der Primärwicklung dar und sind in diesem Fall gleich der gesamten Primärwicklung, während die N2 Windungen den zweiten Teil 32 bilden und ein Teil von den N_j Windungen sind. Beide Wicklungsteile 31, 32 sind somit galvanisch miteinander verbunden, während die beiden Sekundärwicklungen 33, 34 mit den in diesen er¬ zeugten Sekundärspannungen U3 und U4 dagegen galvanisch getrennt sind. Nach den Trans¬ formatorgleichungen gelten die folgenden Zusammenhänge:

N₁/N₃ = U₁/U₃

N₂/N₃ = U₂/U₃

Daraus folgt:

und

U₁/N₁ = U₂/N₂ Die letzte Gleichung gibt das Verhältnis von Spannung zu Anzahl der Win¬ dungen an, um in der ersten Sekundärwicklung mit N3 Wicklungen jeweils die gleiche Span¬ nung U3 zu erzeugen, wenn an den beiden Primärwicklungsteilen 31, 32 die Spannungen Ui bzw. U2 anliegen. Die Spannung U_j allein erzeugt also mit N_j Windungen des ersten Wick¬ lungsteils 31 in der ersten Sekundärwicklung 33 die Spannung U3, während die Spannung U2 mit N2 Windungen des zweiten Wicklungsteils 32 in der ersten Sekundärwicklung 33 ge¬ nauso die Spannung U erzeugt. Die gleichen Gleichungen gelten entsprechend auch für die zweite, unabhängige Sekundärwicklung mit U4 statt U3 und N4 statt N3 Wicklungen. Wenn U_j und U2 als gleichfrequent und gleichphasig angenommen werden, erzeugt entweder U_j oder U2 allein oder U_j gleichzeitig mit U die Sekundärspannung U3. Fällt bei gleich¬ zeitigem Betrieb von U_j und U eine der beiden Spannungen aus, bleibt U3 weiterhin in gleicher Höhe aufrecht.

In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung zu sehen, bei der sobald die Betriebs¬ parameter einer Versorgungs-Spannungsquelle 103 innerhalb eines vorbestimmbaren Be¬ reichs liegen, die Ausgangsspannung eines Wechselrichters 102 mit einer Versorgungs-Span¬ nungsquelle 103 synchronisiert und durch Umsteuern eines Schalters 104 die Versorgungs- Spannungsquelle 3 mit einem ersten Teil 131 der Primärwicklung eines Transformators 105 verbunden wird, um so die Versorgung einer Lastimpedanz 7 und einer Gleichrichtereinheit

108 zum Laden der Battereieinheit 101 zu gewährleisten. Weiters ist die Steuereinheit 106 abgebildet, die wie im Beispiel von Fig.l die Steuerungsaufgaben übernimmt. Die HF-Filter

109 und 111 unterdrücken hochfrequente Signale die durch Umschaltvorgänge oder Taktfre¬ quenzen hervorgerufen werden.

Folgende drei Betriebszustände können eintreten:

1) Betriebszustand NORMAL

In diesem Zustand sind beide Spannungsquellen 103, 101 aktiv und parallel geschaltet. Solange die Versorgungs-Spannungsquelle J 03 ihre Betriebsparameter innerhalb des vorgegebenen Bereichs hält, ist sie über eine statischen Schalter 104 mit dem Wick¬ lungsteil 131 verbunden. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters 102 liegt um einen kleinen Betrag unter der zum Parallelbetrieb erforderlichen Spannung, um zu vermeiden, daß der Batterie 101 Leistung zum Betreiben der Lastimpedanz 107 und der Gleichrichtereinheit 108 entnommen wird. Dadurch fließt ein kleiner Teilbetrag der Energie vom zweiten Wick¬ lungsteil 132 der Primärwicklung des Transformators 16 zum Wechselrichter 102, der jedoch keinen Einfluß auf das Wiederaufladen der Batterie hat. Ein automatischer Spannungsregler 112 ist in dieser Anordnung integriert, um die Schwankungen der Versorgungs-Spannungs¬ quelle 103 durch Umschalten auf unterschiedliche Wicklungsabzweigungen zu kompensieren, sodaß die Spannungen in den anderen Wicklungen und Wicklungsteilen konstant bleiben. Der Regler 112 verwendet Wicklungsumschalter für seinen Regelvorgang.

2) Betriebszustand BYPASS

Der Bypass-Zustand tritt dann ein, wenn die Betriebsparameter auf der Sekun¬ därseite außerhalb von vorgegeben Werten liegen. In diesem Fall verbindet ein BYPASS- Schalter 110 die Versorgungs-Spannungsquelle 103 direkt mit der Lastimpedanz 107.

3) Betriebszustand BATTERIE

Dieser Zustand tritt bei einem Ausfall der Versorgungs-Spannung 103 oder Abweichen ihrer Betriebsparameter vom vorgegebenen Bereich in Kraft. Dabei wird der sta¬ tische Schalter 104 geöffnet, die Gleichrichtereinheit 108 von ihrer Sekundärwicklung ge¬ trennt und der Wechselrichter 102 übernimmt mit dem Energiefluß aus der Batterie 101 un¬ terbrechungslos die Versorgung. Die Lastimpedanz 107 wird nun über die Batterie 101 ver¬ sorgt solange diese geladen ist oder bis zum Zeitpunkt, an dem die Betriebsparameter der Versorgungs-Spannungsquelle 103 wieder in den vorgegebenen Betriebsparameterbereich zu¬ rückkehrt. Wenn dies der Fall ist, wird wieder mit dem Synchronisieren auf Phasen- und Fre¬ quenzgleichheit der Ausgangsspannung des Wechselrichters 102 begonnen und dann auf den NORMAL-Betriebszustand übergegangen.

Der Vorgang des Synchronisierens der Ausgangsspannung des Wechselrichters 202 mit der Versorgungsspannung wird anhand von Fig. 4 näher erläutert. Der von der Steuereinheit gesteuerte Wechselrichter 202 erzeugt vorerst eine Wechselspannung mit fester Frequenz, z.B. 50 Hz oder 60 Hz. Diese durch einen Schwingquarz-gesteuerten, ersten Os¬ zillator 222 mit Teiler 223 erzeugte Frequenz wird konstant gehalten. Wenn die Steuereinheit 206 feststellt, daß die Versorgungs-Spannungsquelle 203 mit ihrer Ausgangsspannung inner¬ halb des vorbestimmbaren Betriebsparameterbereichs liegt, mißt sie deren Frequenz und akti¬ viert einen in seiner Frequenz veränderbaren, zweiten Oszillator 221, welcher vorerst eine im Vergleich zur gemessenen Frequenz etwas kleinere Frequenz erzeugt, die beispielsweise 1 Hz unter der Betriebsfrequenz liegt. Zum selben Zeitpunkt übernimmt nun der zweite Oszillator 221 die Funktion des ersten Generators 222, wodurch die Ausgangsspannung des Wechsel¬ richters 202 auf die Frequenz des zweiten Oszillators 221 gebracht wird. Nun geschieht das Abstimmen der niedrigeren Frequenz des zweiten Oszillators 221 mit der Versorgungs-Span¬ nung 203 durch Vergleich in der Einheit 260 bis der Nulldurchgang der beiden Spannungen übereinstimmt. Dadurch schwingt der Oszillator 221 nun mit derselben Frequenz wie die Versorgungs-Spannur ... 203. Nach diesem Vorgang kann der statische Schalter 204 die Par¬ allelverbindung der beiden Spannungsquellen 203 und 201 herstellen. Die Frequenz der Ver¬ sorgungs-Spannung 203 wird einmal pro Periode geprüft. Bei Abweichung vom Betriebspa¬ rameterbereich übernimmt der erste Oszillator 222 seine Funktion wieder und der statische Schalter 204 wird wieder geöffnet.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zur unterbrechungsfreien, elektrischen Versorgung einer Lastimpedanz mit einer Versorgungs-Spannungsquelle, z.B. Netzspannungsquelle, und einer, z.B. vom Netz, unabhängigen Reserve-Spannungsquelle, welche bei Ausfall der Versorgungs-Spannungs¬ quelle die Versorgung übernimmt, wobei Betriebsparameter der Ausgangsspannung der Ver¬ sorgungs-Spannungsquelle, wie z.B. Frequenz und Spannung, laufend von einer Steuereinheit gemessen werden und bei Abweichen der Betriebsparameter von vorbestimmbaren Grenz¬ wertebereichen ein Bereichs-Steuersignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen der Betriebsparameter innerhalb der Grenzwertebereiche in einem ersten Schritt die Ausgangsspannung U der mittels der Steuereinheit (6) steuerbaren Reserve- Spannungsquelle (1,2) auf gleiche Frequenz und Phasenlage mit der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle (3) gebracht wird,

daß bei Vorliegen von gleicher Frequenz und Phasenlage der beiden Ausgangsspannungen U_|, U2 in einem zweiten Schritt die Versorgungs-Spannungsquelle (3) mit einem ersten Wicklungsteil (31) mit N-_j Wicklungen einer geteilten Primärwicklung eines Transformators

(5) und die Reserve-Spannungsquelle mit einem zweiten Wicklungsteil (31) mit N2 Wick¬ lungen der geteilten Primärwicklung des Transformators (5) verbunden wird, sodaß über das Wirken der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle (3) im ersten Wick¬ lungsteil in einer ersten Sekundärwicklung (33) des Transformators (5) mit N Wicklungen eine Betriebsspannung U3 = U_j.^/N_j zum Betreiben der Lastimpedanz (7) erzeugt wird und wobei die Ausgangsspannung U2 der Reserve-Spannungsquelle (3) von der Steuereinheit

(6) annähernd gleich groß, jedoch nicht gleich groß oder größer als U2 = U3.N2/N3 ge¬ halten wird,

daß sodann bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle (3) oder Abweichen eines oder mehrerer Betriebsparameter(s) der Versorgungs-Spannungsquelle (3), wie z.B. Spannung und Frequenz, von den vorbestimmbaren Grenzwertbereichen die Versorgungs-Spannungsquelle (3) vom ersten Wicklungsteil (31) der Primärwicklung des Transformators (5) getrennt wird, sodaß die Betriebsspannung U3 der Lastimpedanz in der ersten Sekundärwicklung allein durch die mit dem zweiten Wicklungsteil (32) der geteilten Primärwicklung verbundene Re¬ serve-Spannungsquelle (1, 2) aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Trennen der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle (3) vom ersten Wick¬ lungsteil (31) die Ausgangsspannung U2 der Reserve-Spannungsquelle (1, 2) auf den Wert U2 = U3.N2/ 3 angehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Re¬ serve-Spannungsquelle (1, 2) die Versorgungs-Spannungsquelle (3) wieder mit dem ersten Wicklungsteil (31) verbunden wird, sodaß die Betriebsspannung U3 der Lastimpedanz (7) wieder über die Versorgungs-Spannungsquelle (3) erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß nach Wieder¬ vorliegen der Betriebsparameter innerhalb der vorbestimmbaren Grenzwertbereiche der erste Wicklungsteil (31) der Primärwicklung wieder gemäß dem ersten und zweiten Schritt des Verfahrens nach Anspruch 1 mit der Versorgungs-Spannungsquelle (3) verbunden wird, so¬ daß die Betriebsspannung der Lastimpedanz (7) wieder durch die Versorgungs-Spannungs¬ quelle (3) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine wiederaufladbare Reserve-Spannungsquelle (1, 2) durch eine mit einer zweiten Sekun¬ därwicklung (34) verbundene Gleichrichtereinheit (8) laufend geladen wird, wobei der Lade¬ vorgang bei Ausfall der Versorgungs-Spannungsquelle (3) oder bei Abweichen der Be¬ triebsparameter der Versorgungs-Spannungsquelle (3) von den vorbestimmbaren Grenzwert¬ bereichen unterbrochen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung U der Reserve-Spannungsquelle (201, 202) zunächst im wesent¬ lichen durch einen ersten Oszillator (222) mit vorbestimmbarer, konstanter Frequenz erzeugt wird,

daß der erste Schritt des Verfahrens nach Anspruch 1 so ausgeführt wird, daß ein verstimm¬ barer, zweiter Oszillator (221) angeregt wird, welcher zweite Oszillator (221) mit einer Fre¬ quenz, die um einen vorbestimmbaren Betrag niedriger als die der Ausgangsspannung U*_j der Versorgungs-Spannungsquelle (203) ist, schwingt, und die Funktion des ersten Oszillators (222) vom zweiten Oszillator (221) übernommen wird, sodaß die Ausgangsspannung U2 der Reserve-Spannungsquelle (1, 2) mit der Frequenz des zweiten Oszillators (221) schwingt, daß die Frequenz der Ausgangsspannung U_j der Versorgungs-Spannungsquelle und die des zweiten Oszillators verglichen und ihr Unterschied durch Verstimmen des zweiten Oszillators auf Null geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Reserve-Spannungsquelle (1, 2) die Versorgungs-Spannungsquelle (3) un¬ mittelbar mit der Lastimpedanz (7) verbunden wird.

8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang einer Versorgungs-Spannungsquelle (3) mit einem ersten Eingang einer Steuereinheit (6) und über einen Schalter (4) mit einem ersten Wicklungsteil einer Primärwicklung eines Transformators (5) verbunden ist, wobei der Schalter (4) über einen ersten Ausgang der Steuereinheit (6) steuerbar ist, der Ausgang einer Reserve-Span¬ nungsquelle (1, 2) mit einem zweiten Eingang der Steuereinheit (6) und mit dem Eingang ei¬ nes über einen zweiten Ausgang der Steuereinheit (6) steuerbaren Wechselrichters (2) ver¬ bunden ist, dessen Ausgang mit einem zweiten Wicklungsteil der Primärwicklung des Trans¬ formators (5) verbunden ist, und eine erste Sekundärwicklung des Transformators (5) mit ei¬ ner Lastimpedanz (7) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Reserve-Spannungsquelle (1, 2) aus einer oder mehrere in Serie und/oder parallel geschalteter Batterie(n) und einer nachfolgenden durch die Steuereinheit (6) steuer¬ bare Wechselrichtereinheit (2) gebildet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Batterien wiederaufladbar sind.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Sekundärwicklung (34) des Transformators (5) mit dem Eingang einer Gleichrichtereinheit (8) und deren Ausgang mit den Ausgängen der Batterien verbunden ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Lastimpedanz (7) unmittelbar über einen Bypass-Schalter (10) mit der Ver¬ sorgungs-Spannungsquelle (3) verbindbar ist.