DE3620493A1 - Unterbrechungsfreie stromversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (Notstromaggregat), die eine Last im Falle eines Netzausfalls mit Strom versorgt, insbesondere betrifft sie eine Einrichtung zum Schutz einer Batterie, die in der Stromversorgung vorgesehen ist, wenn die entsprechenden Bauteile zusammengebrochen sind.

Eine solche herkömmliche unterbrechungsfreie Stromversorgung ist in Fig. 1 gezeigt. Die Einrichtung weist einen Maschinengenerator E-G auf, der eine Last L, wie einen Rechner oder dergleichen, im Falle eines langfristigen Netzausfalls mit Strom versorgt, ein Unterspannungsrelais RY, das den Ausfall der Netzspannung abtastet, eine Maschinenbetätigungseinrichtung oder einen Block PC, an dem das Ausgangssignal des Relais RY anliegt, um die Maschine E automatisch anzulassen und zu steuern, einen Schalter S mit den Kontakten a und b, der die Netzspannung und den Maschinengenerator anwählt, einen Überstrom-Ausschalter NFB, einen Gleichrichter Rec, der auch als Notladevorrichtung dient, einen mit dem Gleichrichter Rec verbundene Batterie B, einen mit dem Gleichrichter Rec und der Batterie B verbundenen Wechselrichter IV, welcher die Spannung automatisch nachstellt.

Diese Einrichtung arbeitet normalerweise störungsfrei, wenn ihre Bauteile richtig betätigt werden. Wenn die Einrichtung wegen einer Störung oder Ausfalls des Gleichrichters Rec oder einer Auslösung des Ausschalters NFB aus beliebigem Grunde nicht störungsfrei arbeitet, entlädt sich die Batterie B laufend, bis die Spannung die Entladeschlußspannung erreicht, so daß die Einrichtung automatisch angehalten werden muß, was durch eine nicht gezeigte automatische Anhalteschaltung erfolgt, nachdem die Entladeschlußspannung erreicht ist. Unter diesen Umständen braucht die Batterie B zu lange Zeit, um sich wieder aufzuladen, wobei eine Abscheidung des Polmaterials so häufig auftritt, daß die Gebrauchslebensdauer der Batterie herabgesetzt wird. Außerdem nimmt die Menge der Ablagerung des Polmaterials zu, so daß sich eine Sulfatierung ergibt, welche zu einem Austausch der Batterie und damit zu großen Kosten führt.

Im allgemeinen muß die Notladevorrichtung für eine Batterie so betrieben werden, daß sie die Eigenschaften der Batterie selbst nicht beeinflußt, wodurch deren Gebrauchslebensdauer verlängert wird und eine Batterie mit stabilen Bedingungen zur Verfügung steht. Zu diesem Zweck wird meist ein Laden mit konstanter Spannung oder konstantem Strom verwendet.

Wenn ein Netzspannungsausfall eintritt, wird die Netzspannungsversorgung im Betrieb sofort auf Batterieversorgung umgestellt. Wenn dann die Batterie eine schlechte Kapazität aufweist, fließt Überladestrom in die Batterie, die als Last für den Generator dient, so daß dieser überladen wird.

Wenn die Kapazität des Generators erhöht wird, so wird er verbraucht und mehr Überstrom fließt in die Batterie, so daß es zur oben erwähnten Abscheidung des Polmaterials kommt, wodurch die Gebrauchslebensdauer der Batterie herabgesetzt wird.

Ziel der Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile einer herkömmlichen unterbrechungsfreien Stromversorgung auszuschalten.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung soll eine unterbrechungsfreie Stromversorgung geschaffen werden, die eine Last ohne Unterbrechung selbst bei Ausfall oder Störung mit Strom versorgen kann und dadurch die Betriebssicherheit erhöht.

Schließlich ist nach einer Ausführungsform der Erfindung eine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorgesehen, welche der Batterie einen entsprechenden Ladestrom einspeist, ohne die Kapazität des Generators zu erhöhen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorgesehen, gekennzeichnet durch einen am Netz angeschlossenen Schalter mit einem ersten und zweiten Kontakt, einen mit dem Schalter über einen Überstrom-Ausschalter verbundenen ersten Gleichrichter, einen an den ersten Gleichrichter gekoppelten Wechselrichter, der ein Ausgangssignal mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz einer Last einspeist, durch einen an den Schalter geführten Notgenerator zum Erzeugen einer Versorgungsspannung bei Netzspannungsunterbrechung oder Ausfall von Bauteilen, einen parallel zur Serienschaltung- Ausschalter, Überstrom-Ausschalter und ersten Gleichrichter geschalteten zweiten Gleichrichter sowie ein Spannungsrelais, das zwischen den Notgenerator und die Notbatterie geschaltet ist und den Notgenerator auslöst.

Der Notgenerator weist einen Maschinengeneratur auf, der an den zweiten Kontakt des Schalters geführt ist, eine Maschinenbetätigungseinrichtung, die mit der Maschine zum Antrieb des Maschinengenerators verbunden ist und ein Unterspannungsrelais, das zwischen die Netzspannungsquelle und die Maschinenbetätigungseinrichtung geschaltet ist, um diese auszulösen. Der erste und zweite Gleichrichter dienen auch als Notladevorrichtung für die Notbatterie.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist auch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (Notstromaggregat) vorgesehen, gekennzeichnet durch einen an Netzspannung angeschlossenen ersten Gleichrichter, einen über einen Überstrom-Ausschalter mit dem ersten Gleichrichter verbundenen Wechselrichter, der eine konstante Ausgangsspannung mit konstanter Frequenz einer Last einspeist, einem zwischen die Netzspannung und den Wechselrichter geschalteten Notgenerator, der langzeitlich eine Versorgungsspannung bei Unterbrechung der Netzspannung oder Ausfall von Bauteilen erzeugt, eine Notladevorrichtung, die an einen Knotenpunkt zwischen erstem Gleichrichter, Notgenerator und Wechselrichter geführt ist, eine zwischen die Notladevorrichtung und Masse geschaltete Notbatterie, welche eine kurzzeitige Spannung bei Unterbrechung der Netzspannung oder Ausfall von Bauteilen erzeugt sowie durch ein Unterspannungsrelais, das zwischen den Notgenerator und die Notbatterie geschaltet ist, um den Notgenerator auszulösen.

Der Notgenerator weist einen Maschinengenerator auf, der mit dem Doppelten der Nenndrehzahl läuft, eine mit der Maschine verbundene Maschinenbetätigungseinrichtung, welche den Maschinengenerator antreibt, ein zwischen Netzspannungsversorgung und die Maschinenbetätigungseinrichtung geschaltetes Unterspannungsrelais, welches die Maschinenbetätigungseinrichtung auslöst, einen zweiten an den Ausgang des Generators geführten Gleichrichter sowie eine Serienschaltung aus einer ersten Diode und einen Überstrom-Ausschalter, die zwischen den zweiten Gleichrichter und den Wechselrichter gelegt ist. Die Notladeeinrichtung weist eine zweite zwischen den Wechselrichter und die Notbatterie gegenpolig geschaltete Diode auf, wobei eine Strombegrenzungseinrichtung zwischen den ersten Gleichrichter und die Notbatterie so geschaltet ist, daß sie parallel zur zweiten Diode liegt, und einen mit der Strombegrenzungseinrichtung verbundener Gleichspannungsmesser.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen unterbrechungsfreien Stromversorgung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung. Die Schaltelemente oder -bausteine der Fig. 2, die denen der Fig. 1 entsprechen, weisen dieselben Bezugszeichen auf, wobei eine Erläuterung ihres Aufbaus entfällt.

Beim gegenwärtigen Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung einen zweiten Gleichrichter Rec 2 auf, der zwischen den Maschinengenerator E-G und den Wechselrichter IV so geschaltet ist, daß er parallel zu einer Serienschaltung bestehend aus dem Schalter S, dem Überstrom-Ausschalter NFB und dem ersten Gleichrichter Rec 1 liegt. Der zweite Gleichrichter Rec 2 weist dieselbe Kapazität wie der erste Gleichrichter Rec 1 auf. Die Einrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung weist auch ein zwischen die Maschinenbetätigungseinrichtung PC und die Notbatterie B geschaltetes Spannungsrelais VD auf, wobei ein Pol der Notbatterie B an Masse geführt ist. Das Spannungsrelais VD überwacht stets die Spannung der Batterie B und gibt nur dann ein Auslösesignal an die Maschinenbetätigungseinrichtung PC ab, wenn die Spannung der Batterie B unter einen eingestellten Pegel abfällt.

In Betrieb wird, wie erwähnt, die Spannung der Batterie B stets durch das Spannungsrelais VD überwacht. Wenn die Eingangsspannung des Wechselrichters IV gegenüber einem bestimmten Pegel infolge des Ausfalls des ersten Gleichrichters Rec 1 oder einer Fehlfunktion des Überstrom-Ausschalters NFB abfällt, wird die Batterie B sofort entladen, um die Eingangsspannung des Wechselrichters IV auf dem vorgegebenen Pegel zu halten, wodurch die Ausgangsspannung der Batterie B stetig abnimmt. Wird die Spannung der Batterie B kleiner als der eingestellte Pegel, dann löst das Spannungsrelais VD ein Signal für die Maschinenbetätigungseinrichtung PC aus, so daß diese den Maschinengenerator E-G antreibt, wobei sich der Schalter S vom Kontakt a auf den Kontakt b umlegt. Die Ausgangsspannung des Maschinengenerators E-G wird dann dem Wechselrichter IV über den zweiten Gleichrichter Rec 2 eingespeist, so daß der Wechselrichter IV ein Ausgangssignal im Normalzustand hält.

Kehrt die Eingangsspannung des Wechselrichters IV auf ihren normalen Wert zurück, so ändert sich der Zustand der Batterie B vom Ladezustand auf den Notladezustand.

Sobald die Spannung der Batterie B den vorgegebenen Pegel erreicht, unterbricht das Spannungsrelais VD das Signal für die Maschinenbetätigungseinrichtung PC, wodurch der Maschinengenerator E-G nach einer bestimmten Zeit angehalten wird, die durch die Maschinenbetätigungseinrichtung eingestellt ist, so daß der Schalter S auf den Kontakt a zurückschaltet und die Last vom Netz im Normalbetrieb versorgt wird.

Wenn die Versorgung über das Netz P (Fig. 1) unterbrochen ist, wird der Maschinengenerator E-G durch einen Befehl angetrieben, der vom Unterspannungsrelais RY erzeugt wird, so daß der Schalter S automatisch auf den Kontakt b gelegt wird, wodurch die Ausgangsspannung des Maschinengenerators E-G dem Wechselrichter IV und damit der Last L eingespeist wird.

Nach dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Betrieb der Einrichtung unterbrechungsfrei gestaltet werden, wobei ein Ausfall der Batterie B vermieden werden kann, selbst wenn der Gleichrichter Rec ausfällt oder der Überstrom-Ausschalter auslöst.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung. In den Fig. 3 und 2 werden dieselben Bezugszeichen für entsprechende Bauteile verwendet, wobei eine Erläuterung ihres Aufbaus entfällt.

Bei dieser Ausführungsform weist die Einrichtung eine Reihenschaltung aus einem zweiten Gleichrichter Rec 2, eine Diode D 1 und einen Überstrom-Ausschalter NFB 1, der zwischen den Maschinengenerator E-G des Notstromgenerators und den Wechselrichter IV geschaltet ist. Die Einrichtung umfaßt auch eine Notladevorrichtung mit einer zweiten Diode D 2, die zwischen den Wechselrichter IV und die Batterie B gelegt ist, sowie eine Strombegrenzungseinrichtung Lc, wobei ein Gleichspannungsmesser V parallel zur zweiten Diode D 2 geschaltet ist, um einen Speise-Überstrom für die Batterie B zu vermeiden. Die Notladevorrichtung weist auch einen ersten Gleichrichter Rec 1 auf, der als Gleichrichter für den Wechselrichter IV dient. Der Maschinengenerator E-G umfaßt eine Maschine und einen allgemeinen vierpoligen, dreiphasigen Wechselspannungsgenerator, der von der Maschine angetrieben wird. Der Generator wird mit dem Zweifachen der Nenndrehzahl angetrieben. Die Maschine wird durch einen Befehl der Maschinenbetätigungseinrichtung PC betrieben, die durch den Unterspannungsrelais RY 1 und RY 2 ausgelöst wird. Das Relais RY 1 ist zwischen dem Netzanschluß P und die Maschinenbetätigungseinrichtung PC geschaltet, und das Relais RY 2 liegt zwischen der Batterie B und der Maschinenbetätigungseinrichtung PC. Das Relais RY 2 überwacht die Spannung der Batterie B, wobei es einen Befehl an die Maschinenbetätigungseinrichtung PC abgibt, wenn die Batterie der Spannung B unter einen bestimmten Wert abfällt und der Gleichrichter Rec 1 ausfällt.

Im normalen Netzbetrieb arbeitet das Unterspannungsrelais RY 1 nicht und gibt auch keinen Befehl an die Maschinenbetätigungseinrichtung PC ab, so daß auch der Maschinengenerator nicht arbeitet, und der Wechselrichter IV Gleichstrom über die Netzspannungsversorgung P über den Gleichrichter Rec 1 erhält. Dieser Gleichstrom gelangt auch an die Notbatterie B über die Strombegrenzungseinrichtung Lc, wodurch die Batterie B im Notladezustand aufgeladen wird.

Wenn unter diesem Zustand eine Netzunterbrechung auftritt, greift das Relais RY 1 diesen Zustand ab und führt der Maschinenbetätigungseinrichtung PC 1 einen Befehl zu, so daß der Maschinengenerator E-G zu laufen beginnt. Die Ausgangsspannung des Generators E-G wird vom Gleichrichter Rec 2 in Gleichspannung umgesetzt und über die erste Diode D 1 und den Überstrom- Ausschalter NFB 1 dem Wechselrichter IV eingespeist. Gleichzeitig gelangt diese Gleichspannung über die Strombegrenzungseinrichtung Lc an die Batterie B, die somit im Notladezustand aufgeladen wird. Dieses Aufladen wird während des Netzausfalls aufrechterhalten, so daß die Last L, die ein Rechner unter normalen Betriebsbedingungen weiter arbeiten kann.

Sobald die Netzspannungsversorgung P wieder normal arbeitet, tastet das Unterspannungsrelais RY 1 diesen Zustand ab und schaltet den Befehl für die Maschinenbetätigungseinrichtung PC ab, so daß die Last L die normale Netzspannung erhält.

Nach den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Generator verwendet, der mit der doppelten Nenndrehzahl als ein Generator E-G laufen kann, wodurch sich eine Ausgangsspannung mit dem Zweifachen der erzeugten Frequenz ergibt, so daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters Rec 2 nur sehr geringe Welligkeiten aufweist, die eine Gleichspannung hoher Qualität und hohen Wirkungsgrades ergibt. Gleichzeitig wird die zweite Diode D 2 zwischen den Wechselrichter IV und die Batterie B mit umgekehrter Polarität geschaltet, so daß die Ladeströme der Gleichrichter Rec 1 und Rec 2 der Batterie B nicht direkt eingespeist werden können, sondern nur über die Strombegrenzungseinrichtung Lc, die den Ladestrom auf eine geeignete Größe begrenzt, wodurch der Generator keine anormalen Überlastungszustände erfährt. Außerdem ist die Batterie B über das Unterspannungsrelais RY 2 mit der Maschinenbetätigungseinrichtung PC verbunden, so daß selbst bei Ausfall des Gleichrichters Rec 1 die Versorgung und Ausladung bei normalem Netzbetrieb durch den Maschinengenerator E-G erfolgen kann.

Claims (8)

1. Unterbrechungsfreie Stromversorgung, gekennzeichnet, durch einen an einen Netzanschluß (P) geführten Schalter (S) mit einem ersten (a) und zweiten (b) Kontakt, einen mit dem Schalter (S) über einen Überstrom-Ausschalter (NFB) verbundenen ersten Gleichrichter (Rec 1), einen mit dem ersten Gleichrichter (Rec 1) verbundenen Wechselrichter (IV), dessen Ausgangssignal mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz einer Last (L) eingespeist wird, einen mit dem Schalter (S) verbundenen Notgenerator (E-G), der bei Ausfall der Netzspannung oder eines Bauteils eine Versorgungsspannung erzeugt, einen zweiten Gleichrichter (Rec 2), der parallel zu einer Reihenschaltung aus dem Schalter (S), dem Überstrom- Ausschalter (NFB) und dem ersten Gleichrichter (Rec 1) geschaltet ist sowie einem Spannungsrelais (VD), das zwischen den Notgenerator (E-G) und die Notbatterie (B) geschaltet ist, und den Notgenerator (E-G) beaufschlagt.

2. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Notgenerator (E-G) einen Maschinengenerator (E-G) aufweist, der mit dem zweiten Kontakt (b) des Schalters (S) verbunden ist, eine Maschinenbetätigungseinrichtung (PC) an die Maschine geführt ist, um den Maschinengenerator (E-G) anzutreiben und, daß ein Unterspannungsrelais (RY) zwischen den Netzanschluß (P) und die Maschinenbetätigungseinrichtung (PC) geschaltet ist, um diese zu beaufschlagen.

3. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (Rec 1) und zweite Gleichrichter (Rec 2) auch als Notladeeinrichtung für die Notbatterie (B) dienen.

4. Unterbrechungsfreie Stromversorgungs, gekennzeichnet durch einen ersten, an einen Netzanschluß (P) geführten Gleichrichter (Rec 1), einen mit dem ersten Gleichrichter (Rec 1) über einen Überstrom-Ausschalter (NFB 2) verbundenen Wechselrichter (IV), dessen Aussgangssignal mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz einer Last (L) eingespeist wird, einen Notgenerator (E-G), der zwischen den Netzanschluß (P) und den Wechselrichter (IV) geschaltet ist, und langzeitig eine Versorgungsspannung bei Ausfall der Netzspannung oder eines Bauteils erzeugt, eine Notladeeinrichtung (Rec 1, D 2), die an einen Knotenpunkt von ersten Gleichrichter (Rec 1), Notgenerator (E-G) und Wechselrichtung (IV) geführt ist, eine zwischen die Notladeeinrichtung (Rec 1, D 2) und Masse geschaltete Notbatterie (P), die kurzzeitig eine Spannung bei Ausfall des Netzanschlusses oder eines Bauteils erzeugt sowie ein zwischen den Notgenerator (E-G) und die Notbatterie (B) geschaltetes Unterspannungsrelais (RY 2), welches den Notgenerator (E-G) beaufschlagt.

5. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Notgenerator (E-G) einen Maschinengenerator (E-G) aufweist, der mit dem Zweifachen der Nenndrehzahl läuft, eine Maschinenbetätigungseinrichtung (PC) mit der Maschine zum Antrieb des Maschinengenerators (E-G) verbunden ist, ein Unterspannungsrelais (RY 1) zwischen den Netzanschluß (P) und die Maschinenbetätigungseinrichtung (PC) geschaltet ist, um diese zu beaufschlagen, ein zweiter Gleichrichter (Rec 2) an den Ausgang des Generators (E-G) geführt ist und schließlich dadurch, daß eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode (D 1) und einem Überstrom-Ausschalter (NFB 1) zwischen den zweiten Gleichrichter (Rec 2) und den Wechselrichter (IV) geschaltet ist.

6. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Notladeeinrichtung (Rec 1, D 2) eine zweite Diode (D 2) aufweist, die gegenpolig zwischen den Wechselrichter (IV) und die Notbatterie (B) geschaltet ist, und eine Strombegrenzungseinrichtung (Lc) zwischen den ersten Gleichrichter (Rec 1) und die Notbatterie (B) so geschaltet ist, daß sie parallel zur zweiten Diode (D 2) liegt und, daß ein Gleichspannungsmesser (V) mit der Strombegrenzungseinrichtung (Lc) verbunden ist.

7. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gleichrichter (Rec 1) auch als Notladeeinrichtung (Rec 1, D 2) für die Notbatterie (B) dient.

8. Unterbrechungsfreie Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (L) ein Rechner ist.