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Dokumentenidentifikation DE69835497T2 30.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000923184
Titel Notstromversorgungseinrichtung mit Stromausfallverwaltung
Anmelder Fanuc Ltd., Yamanashi, JP
Erfinder Kono, 7-203, Shinichi, Minamitsuru-gun, Yamanashi, 401-0511, JP;
Hanyu, Shigeki, Minamitsuru-gun, Yamanashi, 401-0511, JP
Vertreter Haseltine Lake Partners GbR, 80333 München
DE-Aktenzeichen 69835497
Vertragsstaaten DE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.12.1998
EP-Aktenzeichen 983101304
EP-Offenlegungsdatum 16.06.1999
EP date of grant 09.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse H02J 9/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H02J 7/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung zum Antreiben einer Werkzeugmaschine und dergleichen und insbesondere eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung zum Zuführen von Energie, die für das Ausfallsmanagement bei Stromausfall benötigt wird.

Für eine Werkzeugmaschine und dergleichen wird eine Reihe von Maßnahmen zur Bewältigung eines Stromausfalls durchgeführt. Als Steuervorrichtungen für das Ausfallsmanagement gibt es Rückziehsteuerung, Bremssteuerung und Absturzverhinderungssteuerung.

Bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei der ein Werkzeug und ein Werkstück synchronisiert sind, behält bei einem Stromausfall die Rückziehsteuerung die Synchronisierung von Werkstück und Werkzeug bei und entfernt sie an eine Stelle, an der sie einander nicht behindern. Mithilfe dieser Steuerung wird Beschädigung aufgrund einer Verstellung der Werkstück-Werkzeug-Synchronisation verhindert. Werkzeugmaschinen, die diese Art der Rückziehsteuerung ausüben, sind u.a. Abwälzfräsmaschinen, Zahnradschleifmaschinen, Mutternfräsmaschinen und dergleichen.

Bei Werkzeugmaschinen, bei denen die Auslaufstrecke der Vorschubwelle bei einem Stromausfall zum Problem wird, führt die Bremssteuerung das Abbremsen und Abstoppen durch, so dass nicht zu Kollision aufgrund des Trägheitslaufs der Vorschubwelle kommt.

Bei Maschinen, die mit einer Schwerkraftachse ausgestattet sind, behält die Absturzverhinderungssteuerung die gegenwärtige Stellung bei, so dass die Schwerkraftachse bei einem Stromausfall nicht herunterfällt und Werkstück und Werkzeug beschädigt.

Zur Durchführung des obigen Ausfallsmanagements ist Antriebsenergie notwendig. Weil die von der Stromquelle zugeführte Antriebsenergie bei einem Stromausfall aber abrupt ausfällt, ist eine Notstromversorgungsvorrichtung erforderlich, die den Mangel durch Zuleitung von Energie behebt.

Die Zuleitung fehlender Energie bei einem Ausfallsmanagement erfolgte früher mithilfe einer nicht unterbrechbaren Stromquelle (uninterruptible power supply, UPS), die an einen Wandlereingang angeschlossen wird.

Ein bekanntes UPS-System wird als M-G-System bezeichnet. Es kombiniert ein Schwungrad und einen Generator. Mit dem M-G-System lässt man das Schwungrad unter Normalbedingungen rotieren. Tritt ein Stromausfall auf, treibt das Schwungrad den Generator an, und die so erhaltene Ausgabe wird als Reservestrom verwendet.

Die Probleme bei Verwendung einer UPS als Quelle für Energie, die bei einem Ausfallsmanagement nach einem Stromausfall benötigt wird, sind, dass die Bauweise des Systems komplex ist und dass es Wartung erfordert, so dass Kosten in Verbindung mit dem System selbst und mit der Wartung auflaufen. Ebenfalls ein Problem ist, dass es eine große Installationsfläche benötigt.

Wird vergleichsweise wenig Energie zur Bewältigung eines Ausfalls benötigt, kann die fehlende Energie durch Verbinden eines Hilfskondensators in Reihe mit einem Gleichstromglied zugeführt werden, bei dem es sich um eine mit dem Ausgang eines Wandlers verbundene Gleichspannungszuleitung handelt.

1 ist ein Beispiel für die Bauweise einer Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung, die einen Hilfskondensator verwendet. Bei dem Aufbaubeispiel der 1 umfasst eine Wandlervorrichtung 2 einen Wandlerkreis 21 und einen Glättungskondensator 20. Der Wandlerkreis 21 umfasst einen Gleichrichterabschnitt, der Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Der Glättungskondensator 20 ist mit dem Wandlerkreis 21 über einen parallelen Stromkreis verbunden, der aus einem Ladestrombegrenzungswiderstand 22, einer Diode 23 und einem Thyristor 24 besteht. Der Verbindungsanschluss des Glättungskondensators 20 bildet ein Gleichstromglied 4.

Eine Invertervorrichtung 3 umfasst einen Wandlerkreis 31 und einen Glättungskreis 30, empfängt Gleichstrom vom Gleichstromglied 4, wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und führt einem Motor 5 Antriebsstrom zu.

Ein Hilfskondensator 10 ist mit dem Gleichstromglied 4 dieser Wandlervorrichtung 2 verbunden. Für das Ausfallsmanagement benötigte Energie kann durch Speichern von Energie im Hilfskondensator 10 bei normalem Betrieb und Entladen von Energie daraus bei Stromausfall zugeführt werden.

Wird für das Ausfallsmanagement nach einem Stromausfall viel Energie benötigt, kann dies durch Erhöhen der Kapazität des Hilfskondensators bewältigt werden, der mit dem Gleichstromglied 4 verbunden ist. Die Kapazität eines Hilfskondensators ist jedoch beschränkt. Der Grund dafür wird weiter unten anhand der Schaltungsdiagramme der 2A und 2B erläutert.

Der erste Grund hängt mit einem Problem zusammen, das beim Anschalten einer Wandlervorrichtung auftritt. Beim Starten der Wandlervorrichtung fließt ein Notfallladestrom zu den Glättungskondensatoren 20 und 30, wie in 2A durch Pfeile angedeutet. Dem Hilfskondensator 10 wird vom Gleichstromglied 4 Strom zugeführt. Hat in diesem Fall der Hilfskondensator 10 eine große Kapazität, wird der zu den Glättungskondensatoren 20 und 30 fließende Notfallladestrom kleiner, was die für die Notfallaufladung benötigte Zeit verlängert. Damit die Notfallaufladung in der vorgeschriebenen Zeit beendet ist, muss also die Kapazität des Hilfskondensators begrenzt werden.

Weil der zum Ladestrombegrenzungswiderstand 22 fließende Strom mit zunehmender Kapazität des Hilfskondensators 10 ansteigt, muss ein Ladestrombegrenzungswiderstand verwendet werden, der einen hohen Strom aushalten kann. Die Kapazität des Hilfskondensators ist durch die Größe des verwendeten Ladestrombegrenzungswiderstands 22 und durch Randbedingungen, wie den Preis, begrenzt.

Ein weiterer Grund hängt mit einem Problem zusammen, das bei einem Ausfall auftritt. Siehe 2B: Tritt ein kurzer Stromausfall auf, der so kurz ist, dass der Werkzeugmaschinenbetrieb nicht unterbrochen wird, nimmt die Gleichstromgliedspannung ab, weil die Energiezufuhr von der Stromversorgungsleitung kurzzeitig abgeschnitten wird. Dauert ein kurzer Stromausfall lang, werden die Kondensatoren während der Erholung aufgrund des Spannungsunterschieds zwischen der verringerten Gleichstromgliedspannung und der erholten Stromquellenspannung aufgeladen. Weil zu diesem Zeitpunkt das Aufladen nicht über den Ladestrombegrenzungswiderstand 22 erfolgt, fließt in die Kondensatoren ein Stromstoß (siehe die Pfeile in 2B). Dieser Stromstoß ist proportional zur Kapazität eines Kondensators. Bei großer Kondensatorkapazität ist daher der Stromfluss zu groß. Dieser zu große Stromfluss kann die Wandlereingangsspannungskomponenten beschädigen.

Die Kapazität des mit dem Gleichstromglied verbundenen Kondensators wird daher je nach der Toleranz der Wandlereingangsspannungskomponenten begrenzt.

Ein Beispiel für eine Schaltung zum Laden und Entladen eines Hilfskondensators nach der Präambel des beigefügten Anspruchs 1 ist in JP 01 259734A offenbart.

Eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung mit einfachem Aufbau, die Probleme in Verbindung mit herkömmlichen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtungen beseitigen kann, und zudem eine kompakte, kostengünstige Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung sind wünschenswert.

Somit umfasst eine erfindungsgemäße Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung eine kompakte, kostengünstige Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung mit einfachem Aufbau, wobei ein Hilfskondensator und eine Ladebatterie mit einem Gleichstromglied verbunden sind. Sie ist so aufgebaut, dass die Kapazität des zusätzlichen Hilfskondensators nicht begrenzt wird.

Eine erfindungsgemäße Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung umfasst: einen Hilfskondensator, der über einen Schaltkreis in Reihe mit einem Gleichstromglied verbunden ist, das Gleichspannung von einer Wandlervorrichtung zuführt, die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt; wobei der Schaltkreis die Stromein- und -ausgabe an den Hilfskondensator regelt und einen Strombegrenzungswiderstand sowie einen Schalter umfasst, der über den Strombegrenzungswiderstand angeschlossen ist zum Regeln der Stromentladung von dem Hilfskondensator bei Stromausfall; dadurch gekennzeichnet, dass: der Schaltkreis eine Reihenschaltung umfasst von dem Strombegrenzungswiderstand und einer ersten Schalteinrichtung zum Regeln des Stroms an den Hilfskondensator, wobei der Schalter parallel zur Reihenschaltung angeschlossen ist und eine zweite Schalteinrichtung in dem Schaltkreis bildet.

Das Gleichstromglied ist eine Leitung zum Zuführen von Gleichspannung. Es ist mit einem Ausgang der Wandlervorrichtung verbunden, empfängt Gleichspannung und empfängt vorzugsweise Gleichspannung von der Wandlenvorrichtung oder führt sie dieser zu. Der Schaltkreis regelt zudem die Stromein- und -ausgabe an den und von dem Hilfskondensator. Die Regelung der Stromrichtung über diesen Schaltkreis beseitigt den Grund für eine Begrenzung der Kapazität des Hilfskondensators, wodurch ein Hilfskondensator mit hoher Kapazität angeschlossen werden kann.

Startet bei dieser Ausführungsform die Wandlenvorrichtung, dann wird ein Ladestrom, der vom Gleichstromglied zum Hilfskondensator fließt, durch den Schaltkreis begrenzt. Ein Ladestrom wird einem Wandlervorrichtungs-Glättungskondensator oder einem Invertervorrichtungs-Glättungskondensator zugeleitet, und diese Glättungskondensatoren werden aufgeladen. Das Aufladen des Hilfskondensators kann erfolgen, indem nach dem Aufladen der Glättungskondensatoren der Wandler- und der Invertervorrichtung ein Ladestrom über den Schaltkreis zugeführt wird. So kann man verhindern, dass sich die Aufladezeit aufgrund des Anschlusses eines Hilfskondensators verlängert.

Bei der Erholung von einem kurzen Stromausfall verringert die Zuleitung von Ladestrom vom Gleichstromglied an den Hilfskondensator über einen im Schaltkreis bereitgestellten Widerstand den Ladestromwert. So wird ein zu hoher Stromstoß verhindert.

Bei Stromausfall erfolgt das Ausfallsmanagement für Werkzeugmaschinen und dergleichen, indem dem Gleichstromglied von dem Hilfskondensator über den Schaltkreis Energie zugeführt wird.

Wie erwähnt, ist der Schaltkreis bei dieser Ausführungsform ein Stromkreis, bei dem eine Reihenschaltung, die eine erste Schalteinrichtung zum Regeln des Stroms zum Hilfskondensator und einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe verbindet, parallel mit einer zweiten Schalteinrichtung zum Regeln der Stromentladung vom Hilfskondensator bei Stromausfall verbunden ist.

Diese erste Schalteinrichtung kann mit einem Relais und dergleichen aufgebaut werden und begrenzt den Ladestrom, der vom Gleichstromglied zum Hilfskondensator fließt, wenn die Wandlervorrichtung angeschaltet wird. Ihr Strombegrenzungswiderstand begrenzt zudem den Stromstoß, indem der Ladestrom verringert wird, der während der Erholung von einem kurzen Stromausfall vom Gleichstromglied dem Hilfskondensator zugeführt wird. Die zweite Schalteinrichtung kann zudem mit Halbleiterschaltungselementen aufgebaut werden, wie einem Thyristor und einem Transistor, oder einem Relais. Während eines Stromausfalls entlädt sie Strom vom Hilfskondensator zur Seite des Gleichstromglieds.

Ein erstes Beispiel für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung, die nicht erfindungsgemäß ist, aber hier der Vollständigkeit halber angegeben wird, besteht aus einer Ladebatterie, die über einen Schaltkreis in Reihe mit einem Gleichstromglied verbunden ist, das die Gleichspannung von einer Wandlervorrichtung zuführt, die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. So regelt der obengenannte Schaltkreis die Stromein- und -ausgabe an die Ladebatterie.

Der Schaltkreis regelt die Stromein- und -ausgabe an die Ladebatterie. Durch die Regelung der Stromrichtung durch diesen Schaltkreis wird eine Regelung zum Laden bei normalem Betreib und zum Entladen bei Stromausfall durchgeführt.

Wenn bei diesem Beispiel die Wandlervorrichtung in Betrieb genommen wird, erfolgt das Laden, während der vom Gleichstromglied zur Ladebatterie fließende Ladestrom durch den Schaltkreis begrenzt wird. Die Glättungskondensatoren werden aufgeladen, indem Ladestrom dem Wandlervorrichtungs-Glättungskondensator oder dem Invertervorrichtungs-Glättungskondensator zugeführt wird. Die Zeitkonstante zum Laden der Ladebatterie kann länger als die Zeitkonstante zum Laden der Wandlervorrichtungs- und Invertervorrichtungs-Glättungskondensatoren eingestellt werden. Dadurch wird verhindert, dass sich die Glättungskondensator-Ladezeit verlängert.

Bei Erholung von einem kurzen Stromausfall verringert das Zuführen von Ladestrom vom Gleichstromglied zur Ladebatterie über den Widerstand des Schaltkreises den Ladestromwert und verhindert somit einen zu hohen Stromstoß.

Bei Stromausfall erfolgt das Ausfallsmanagement für Werkzeugmaschinen und dergleichen mittels Zuführen von Energie von der Ladebatterie über den Schaltkreis zum Gleichstromglied.

Der Schaltkreis dieses Beispiels kann auch mit einer Schaltung aufgebaut werden, in der ein Strombegrenzungswiderstand, der den Strom zur Ladebatterie regelt, und eine zweite Schaltvorrichtung, die die Stromentladung von der Ladebatterie bei Stromausfall regelt, parallel verbunden sind.

Dieser Strombegrenzungswiderstand begrenzt den Strom, der zur Ladebatterie fließt, und stellt die Zeitkonstante zum Laden der Ladebatterie beim Anschalten der Wandlervorrichtung ein oder verringert den Ladestrom, der vom Gleichstromglied zur Ladebatterie fließt, und begrenzt den Stromstoß während einer Erholung von einem kurzen Stromausfall. Die zweite Schalteinrichtung kann zudem aus Halbleiterschaltungselementen, wie einem Thyristor und einem Transistor, oder einem Relais aufgebaut werden. Sie entlädt bei Stromausfall Ladebatteriestrom auf die Seite des Gleichstromglieds.

Ein zweites Beispiel für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung, die wiederum nicht erfindungsgemäß ist, aber hier der Vollständigkeit halber eingeschlossen wird, ist so aufgebaut, dass eine Ladebatterie in Reihe mit einem Gleichstromglied verbunden ist, das die Gleichspannung von einer Wandlervorrichtung, die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt, über eine Parallelschaltung zuführt, die einen Strombegrenzungswiderstand umfasst, der den Strom an die Ladebatterie steuert, und eine die Stromrichtung begrenzende Komponente, die bei Stromausfall eine Stromentladung von der Ladebatterie auf die Seite des Gleichstromglieds durchführt, wobei die Stromein- und -ausgabe zur Ladebatterie durch diesen Stromkreis geregelt wird.

Dieser parallele Stromkreis regelt die Stromein- und -ausgabe an die Ladebatterie. Durch die Regelung der Stromrichtung durch diese Parallelschaltung wird eine Regelung derart durchgeführt, dass bei normalem Betrieb aufgeladen und bei Stromausfall entladen wird.

Wenn bei diesem Beispiel eine Wandlervorrichtung in Betrieb genommen wird, erfolgt das Laden, während der vom Gleichstromglied zur Ladebatterie fließende Ladestrom durch den Strombegrenzungswiderstand begrenzt wird, Ladestrom dem Wandlervorrichtungs-Glättungswiderstand oder dem Invertervorrichtungs-Glättungswiderstand zugeführt wird und diese Glättungskondensatoren aufgeladen werden. Durch Einstellen der Zeitkonstante zum Laden der Ladebatterie derart, dass sie länger als die Zeitkonstante zum Laden der Glättungskondensatoren der Wandlervorrichtung und der Invertervorrichtung ist, kann verhindert werden, dass sich die Glättungskondensator-Ladezeit verlängert.

Bei der Erholung von einem kurzen Stromausfall verringert zudem das Zuführen von Ladestrom vom Gleichstromglied zur Ladebatterie über einen Widerstand des Strombegrenzungswiderstands den Ladestromwert und verhindert somit einen zu hohen Stromstoß.

Bei Stromausfall erfolgt das Ausfallsmanagement für Werkzeugmaschinen und dergleichen mittels Zuführen von Energie zum Gleichstromglied von der Ladebatterie über die Komponente, die die Stromrichtung begrenzt.

Wie oben beschrieben, kann eine kompakte, kostengünstige Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung mit einfachem Aufbau bereitgestellt werden.

Im Folgenden wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt/zeigen:

1 ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung des Standes der Technik, die einen Hilfskondensator verwendet;

2A und 2B Schaltungsdiagramme zur Erläuterung der Kapazitätsgrenzen des Hilfskondensators der Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung in 1;

3 ein Schaltungsdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung;

4 ein Fließschema, das den Betrieb der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert;

5 ein Fließschema, das den Betrieb der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert;

6 ein Schaltungsdiagramm, das den Betrieb der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert;

7 ein Schaltungsdiagramm, das den Betrieb der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert;

8A bis 8D Zeitdiagramme, die den Betrieb der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutern;

9 ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert, die nicht erfindungsgemäß ist, aber der Vollständigkeit halber gezeigt wird; und

10 ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert, die ebenfalls nicht erfindungsgemäß ist, aber der Vollständigkeit halber gezeigt wird.

Zunächst wird anhand des Schaltungsdiagramms in 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung erläutert.

Die Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform führt Ausfallsmanagement-Energie unter Verwendung eines Hilfskondensators zu, verbindet den Hilfskondensator in Reihe mit einem Gleichstromglied über einen Schaltkreis und regelt die Stromein- und -ausgabe über den Schaltkreis.

Eine Wandlervorrichtung 2 umfasst einen Wandlerkreis 21, der einen Gleichrichterabschnitt enthält, der einen Strom von einer Wechselstromquelle in Gleichstrom umwandelt, eine Parallelschaltung, die einen Ladestrombegrenzungswiderstand 22, eine Diode 23 und einen Thyristor 24 umfasst, und einen Glättungskondensator 20, der über diese Parallelschaltung mit dem Wandlerkreis 21 verbunden ist. Die beiden Ausgänge des Glättungskondensators 20 bilden ein Gleichstromglied 4.

Eine Invertervorrichtung 3 umfasst einen Inverterkreis 31 und einen Glättungskreis 30. Der Wandlerkreis 31 empfängt Gleichstrom vom Gleichstromglied 4, wandelt ihn in Wechselstrom um und führt dem Motor 5 Antriebsstrom zu.

Bei der Notstromversorgungsvorrichtung 1 ist der Hilfskondensator 10 mit dem Gleichstromglied 4 über einen Schaltkreis 15 verbunden. Dieser Schaltkreis 15 regelt den Stromfluss zum Hilfskondensator 10 und führt die für das Ausfallsmanagement benötigte Energie zu, indem Energie im Hilfskondensator 10 bei Normalbetrieb gespeichert und bei Stromausfall daraus entladen wird.

Der Schaltkreis 15 umfasst einen in Reihe verbunden Mittelteil aus einer ersten Schalteinrichtung 11, einem Strombegrenzungswiderstand 12 und einer Diode 13 sowie eine zweite Schalteinrichtung 14, die zu dem in Reihe verbundenen Mittelteil parallel geschaltet ist.

Die erste Schalteinrichtung 11 und der Strombegrenzungswiderstand 12 regeln den Stromfluss zum Hilfskondensator 10. Die Diode 13 soll einen umgekehrten Stromfluss zum Gleichstromglied 4 vom Hilfskondensator 10 verhindern, wobei ihre Anodenseite mit dem Strombegrenzungswiderstand 12 bzw. ihre Kathodenseite mit dem Hilfskondensator 10 verbunden ist. Die zweite Schalteinrichtung 14 regelt die Stromentladung vom Hilfskondensator 10 bei Stromausfall.

Die erste Schalteinrichtung 11 kann mit einem Relais oder dergleichen aufgebaut werden. Sie regelt das Umschalten anhand eines Regelkreises (nicht gezeigt) und begrenzt den Ladestrom, der beim Einschalten des Wandlers 2 vom Gleichstromglied 4 zum Hilfskondensator 10 fließt. Der Strombegrenzungswiderstand 12 verringert den Ladestrom, der bei der Erholung von einem kurzen Stromausfall vom Gleichstromglied 4 zum Hilfskondensator 10 fließt, wodurch der Stromstoß begrenzt wird.

Die zweite Schaltvorrichtung 14 kann aus einem Halbleiterschaltungselement, wie einem Thyristor oder Transistor, oder einem Relais bestehen. Sie entlädt bei Stromausfall Strom vom Hilfskondensator 10 zur Seite des Gleichstromglieds 4.

Zudem ist ein Entladungswiderstand 16 parallel zum Hilfskondensator 10 mit dem Gleichstromglied 4 verbunden.

Als nächstes wird der Betrieb der Notstromversorgungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform anhand der Fließschemata der 4, 5, der Betriebsschaltungsdiagramme der 6, 7 und der Zeitdiagramme der 8 erläutert.

Inbetriebnahme der Wandlervorrichtung 2 und Laden des Hilfskondensators 10 in der Notstromversorgungsvorrichtung 1 werden anhand des Fließschemas in 4 und des Betriebsschaltungsdiagramms der 6 erläutert.

Der Wandlerkreis 21 der Wandlervorrichtung 2 wird angetrieben (8A), Wechselstrom wird in Gleichstrom umgewandelt, und Gleichspannung wird vom Gleichstromglied erzeugt (8B). Zu diesem Zeitpunkt ist die erste Schalteinrichtung 11 des Schaltkreises 15 der Notstromversorgungsvorrichtung 1 AUS. Es erfolgt kein Aufladen des Hilfskondensators 10 (Schritt S1).

Mit der Erzeugung dieser Gleichspannung erfolgt eine Notfallaufladung des Kondensators 20 der Wandlervorrichtung 2 und des Kondensators 30 der Invertervorrichtung 3 vom Gleichstromglied 4 über dem Ladestrombegrenzungswiderstand 22 (Schritt S2).

Besteht die Spannung des Gleichstromglieds 4 (Schritt S3), schaltet sich die erste Schaltvorrichtung 11 AN (8C), und Ladestrom wird dem Hilfskondensator 10 über den Strombegrenzungswiderstand 12 und die Diode 13 zugeführt (Schritt S4), und das Aufladen des Hilfskondensators 10 wird vervollständigt (8D). Das Aufladen des Hilfskondensators 10 wird vervollständigt, bevor ein Ausfallsmanagement durchgeführt wird (Schritt S5).

Das Entladen des Hilfskondensators 10 bei Stromausfall wird anhand des Fließschemas in 5 und des Betriebsschaltungsdiagramms in 7 erläutert.

Nachdem das Aufladen des Hilfskondensators 10 beendet ist, schaltet sich die erste Schalteinrichtung 11 AN und die zweite Schalteinrichtung 14 AUS. Unter normalen Umständen wird so der Hilfskondensator 10 von der Gleichspannung des Gleichstromglieds ferngehalten (Schritt S11).

Wenn sich die Spannung nach einem kurzen Stromausfall erholt (Schritt S12), fließt in dieser Situation ein Stromstoß vom Gleichstromglied 4 über den Strombegrenzungswiderstand 12 zur Seite des Hilfskondensators 10. Weil der Stromstoß vom Strombegrenzungswiderstand 12 begrenzt wird, wird ein zu hoher Stromstoß verhindert (Schritt S13).

Bei einem Stromausfall (Schritt S14) wird zudem die zweite Schalteinrichtung 14 durch einen Regelkreis (nicht gezeigt) AN geschaltet (Schritt S15), Entladestrom von der Seite des Hilfskondensators 10 wird dem Gleichstromglied 4 zugeführt, so dass das Gleichstromglied 4 Energie erhält (Schritt S16), und es erfolgt ein Ausfallsmanagement.

Das oben genannte erste Beispiel für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung wird als nächstes anhand des Schaltungsdiagramms der 9 erläutert.

Bei der Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung 1 dieses Beispiels wird eine Ladebatterie zum Zuführen von Energie für das Ausfallsmanagement verwendet. Eine Ladebatterie ist über einen Schaltkreis in Reihe mit einem Gleichstromglied verbunden. Die Regelung erfolgt durch Regeln der Stromrichtung durch den Schaltkreis, so dass bei Normalbetrieb aufgeladen und bei Stromausfall entladen wird.

Bei den in 9 dargestellten Schaltkreisen können die Wandlervorrichtung 2 und die Invertervorrichtung 3 im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in 3 dargestellte Wandlervorrichtung 2 und Invertervorrichtung 3 haben. Deshalb entfällt hier eine Erläuterung.

Bei der Notstromversorgungsvorrichtung 1 ist eine Ladebatterie 17 über einen Schaltkreis 15' mit einem Gleichstromglied 4 verbunden. Dieser Schaltkreis 15' regelt den Strom zur Ladebatterie 17 und führt die für das Ausfallsmanagement benötigte Energie zu, indem bei Normalbetrieb Energie in der Ladebatterie gespeichert und bei Stromausfall daraus entladen wird.

Der Schaltkreis 15' umfasst einen in Reihe verbundenen Mittelteil aus einem Strombegrenzungswiderstand 12' und einer Diode 13' sowie eine parallel zu dem in Reihe geschalteten Mittelteil angeschlossene Schalteinrichtung 14'. Der Strombegrenzungswiderstand 12' regelt den Strom zur Ladebatterie 17. D.h. der Strombegrenzungswiderstand 12' verringert den Ladestrom, der bei Erholung von einem kurzen Stromausfall der Ladebatterie 17 vom Gleichstromglied 4 zugeführt wird, wodurch der Stromstoß begrenzt wird. Die Diode 13' soll verhindern, dass Strom in umgekehrter Richtung von der Ladebatterie 17 zum Gleichstromglied 4 fließt. Ihre Anodenseite ist mit dem Strombegrenzungswiderstand 12' bzw. ihre Kathodenseite mit der Ladebatterie 17 verbunden. Die Schalteinrichtung 14' regelt die Entladung von Strom aus der Ladebatterie 17 bei Stromausfall. Sie kann mit einem Halbleiterschaltungselement, wie einem Thyristor oder Transistor, und einem Relais aufgebaut werden. Die Schalteinrichtung 14' entlädt zudem bei Stromausfall Strom von der Ladebatterie 17 zum Gleichstromglied 4.

Der Betrieb der Notstromversorgungsvorrichtung 1 dieses Beispiels wird im Folgenden erläutert.

Wird die Wandlervorrichtung 2 in Betrieb genommen, führt der Strombegrenzungswiderstand 12' des Schaltkreises 15' das Laden durch, wobei der Ladestromfluss vom Gleichstromglied 4 zur Ladebatterie 17 begrenzt wird. Das Gleichstromglied 4 führt dem Glättungskondensator 20 der Wandlervorrichtung 2 sowie dem Glättungskondensator 30 der Invertervorrichtung 3 zu diesem Zeitpunkt Ladestrom zu und lädt die Glättungskondensatoren auf. Die Zeitkonstante zum Laden der Ladebatterie kann je nach dem Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstands 12' eingestellt werden. Indem sie länger als die Zeitkonstante zum Laden der Glättungskondensatoren 20 und 30 der Wandlervorrichtung und der Invertervorrichtung eingestellt wird, kann verhindert werden, dass sich die Ladezeit der Glättungskondensatoren 20, 30 verlängert.

Bei Erholung von einem kurzen Stromausfall verringert das Zuführen von Ladestrom vom Gleichstromglied 4 zur Ladebatterie 17 über den Strombegrenzungswiderstand 12' des Schaltkreises 15' den Ladestromwert und verhindert so einen zu hohen Stromstoß.

Bei Stromausfall wird die Schalteinrichtung 14' des Schaltkreises 15' AN geschaltet, und Energie wird dem Gleichstromglied 4 von der Ladebatterie 17 zugeführt.

Als nächstes wird das oben genannte zweite Beispiel für eine Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung anhand des Schaltungsdiagramms der 10 erläutert.

Die Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung dieses Beispiels ist gleich der Notstromversorgungsvorrichtung des ersten Beispiels und verwendet eine Ladebatterie zum Zuführen von Energie für das Ausfallsmanagement. Eine Ladebatterie ist in Reihe mit einem Gleichstromglied verbunden. Die Regelung erfolgt durch Stromregelung mithilfe einer die Stromrichtung begrenzenden Komponente, so dass bei Normalbetrieb aufgeladen und bei Stromausfall entladen wird.

Bei den in 10 dargestellten Schaltungen können die Wandlervorrichtung 2 und die Invertervorrichtung 3 im Wesentlichen genauso aufgebaut sein, wie die in 3 (und 9) dargestellte Wandlervorrichtung 2 und Invertervorrichtung 3. Deshalb entfällt hier eine Erläuterung.

Wie bei der Notstromversorgungsvorrichtung 1 ist eine Ladebatterie 17' über einen parallelen Schaltkreis aus einem Strombegrenzungswiderstand 12'' und einer Diode 13'' mit einem Gleichstromglied 4 verbunden. Diese Parallelschaltung regelt den Strom zur Ladebatterie 17' und führt die für das Ausfallsmanagement benötigte Energie zu, indem bei Normalbetrieb in der Ladebatterie 17' Energie gespeichert und bei Stromausfall daraus entladen wird.

In dem parallelen Schaltkreis regelt der Strombegrenzungswiderstand 12'' den Ladestrom zur Ladebatterie 17' und beschränkt die Verlängerung der Ladezeit der Glättungskondensatoren 20 und 30 der Wandlervorrichtung 2 und der Invertervorrichtung 3. Er verringert zudem den Ladestrom, der bei Erholung von einem kurzen Stromausfall vom Gleichstromglied 4 zur Ladebatterie 17' fließt, wodurch der Stromstoß begrenzt wird.

Die Diode 13'' wird so angeschlossen, dass die Anodenseite mit dem Gleichstromglied 4 und die Kathodenseite mit der Ladebatterie 17' verbunden ist. Sie entlädt bei Stromausfall Strom von der Ladebatterie 17' zur Seite des Gleichstromglieds 4.

Der Betrieb der Notstromversorgungsvorrichtung 1 dieses Beispiels wird im Folgenden erläutert.

Wird die Wandlervorrichtung 2 in Betrieb genommen, führt der Strombegrenzungswiderstand 12'' das Laden durch, wobei der Ladestromfluss vom Gleichstromglied 4 zur Ladebatterie 17' begrenzt wird. Das Gleichstromglied 4 führt dem Glättungskondensator 20 der Wandlervorrichtung 2 sowie dem Glättungskondensator 30 der Invertervorrichtung 3 zu diesem Zeitpunkt Ladestrom zu und lädt diese Glättungskondensatoren. Die Zeitkonstante zum Laden der Ladebatterie 17' kann anhand des Widerstandswerts des Strombegrenzungswiderstands 12'' eingestellt werden. Indem sie länger als die Zeitkonstante zum Laden der Glättungskondensatoren 20 und 30 der Wandlervorrichtung 2 und der Invertervorrichtung 3 eingestellt wird, kann verhindert werden, dass sich die Ladezeit der Glättungskondensatoren 20 und 30 verlängert.

Bei der Erholung von einem kurzen Stromausfall verringert das Zuführen von Ladestrom vom Gleichstromglied 4 zur Ladebatterie 17' über den Strombegrenzungswiderstand 12'' den Ladestromwert und verhindert so einen zu hohen Stromstoß.

Bei Stromausfall wird Energie über die Diode 13'' von der Ladebatterie 17' zum Gleichstromglied 4 geleitet.

Ist die Stromquelle des Hauptkreises AUS, kommt es manchmal zu stetigem Entladen über den Strombegrenzungswiderstand 12'' je nach dem Entladungswiderstand des Gleichstromglieds und zu Kondensatorverluststrom. Ist der mit der Ladebatterie in Reihe geschaltete Schalter SW AUS, wenn die Stromversorgung des Hauptkreises AUS ist, kann mit diesem Aufbau Entladung verhindert werden.


Anspruch[de]
Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung, umfassend einen Hilfskondensator (10), der über einen Schaltkreis (15) in Reihe mit einem Gleichstromglied verbunden ist, das Gleichspannung von einer Wandlervorrichtung (2) zuführt, die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt; wobei der Schaltkreis (15) die Stromein- und -ausgabe an den Hilfskondensator (10) regelt und einen Strombegrenzungswiderstand (12) sowie einen Schalter (14) umfasst, der über den Strombegrenzungswiderstand (12) angeschlossen ist zum Regeln der Stromentladung von dem Hilfskondensator (10) bei Stromausfall; dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (15) eine Reihenschaltung umfasst von dem Strombegrenzungswiderstand (12) und einer ersten Schalteinrichtung (11) zum Regeln des Stroms an den Hilfskondensator (10), wobei der Schalter (14) parallel zur Reihenschaltung angeschlossen ist und eine zweite Schalteinrichtung (14) in dem Schaltkreis (15) bildet. Ausfallsmanagement-Notstromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schalteinrichtung (11) ein Relais ist und die zweite Schalteinrichtung (14) ein Halbleiterschaltelement.






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