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Bei Stromversorgungsanlagen mit stark wechselnder Belastung werden oft zwei oder mehrere Netzgleichrichter je nach Leistungsbedarf parallelgeschaltet. Hiedurch wird einerseits ein besserer Gesamtwirkungsgrad erreicht, zum andern steht bei Ausfall eines Gerätes ein weiteres Gerät zur Verfügung, das sofort die Last übernimmt. Eine Parallelschaltung von Gleichrichtergeräten ist ebenfalls üblich, wenn ein vorhandener Gleichrichter durch Erhöhen der Verbraucherlast nicht mehr ausreicht, so dass nachträglich ein weiterer oder mehrere weitere Gleichrichter herangezogen werden müssen.
Sobald derartige Zusatzgleichrichter parallelgeschaltet sind, ist es wünschenswert, dass sich die Last auf alle diese eingeschalteten Gleichrichter absolut gleichmässig verteilt. Geschieht die Parallelschaltung ohne weitere Hilfsmittel, dann wird einp gleichmässige Lastverteilung nicht garantiert, weil immer das Gerät mit der im Absulutwert höchsten Spannung und dem geringsten Innenwiderstand die Last übernimmt. Diese Lastübernahme währt so lange, bis die Ausgangsspannung des betreffenden Gleichrichters beim Erreichen eines vorgegebenen Stromwertes durch die zusätzliche Störgrössenaufschaltung der Stromregelung abgesenkt wird, so dass ein anderer Gleichrichter in seiner Ausgangsspannung höher liegt und die restliche Last übernimmt.
Ein bekanntes Verfahren, um auch bei Teillasten eine gleichmässige Lastverteilung zu erreichen, besteht in einer Spannungsregelung mittels einer sogenannten W-Kennlinie. Gemäss einer solchen Kennlinie sinkt in dem Moment, in dem einer der parallelgeschalteten Gleichrichter mehr Strom übernimmt, seine Ausgangsspannung geringfügig ab, so dass ein anderer Gleichrichter in der Ausgangsspannung höher liegt und mehr Last übernimmt. Hiemit ist zwar in gewissen Bereichen eine einigermassen gleichmässige Lastaufteilung möglich, jedoch ist dieses Verfahren für geregelte Gleichrichter, die bei voller Lastunabhängigkeit eine hohe Konstanz der Ausgangsspannung garantieren sollen, nicht anwendbar.
Es ist auch möglich, zum Zwecke einer gleichmässigen Lastaufteilung alle parallelgeschalteten Gleichrichter von einem gemeinsamen Impulssteuergerät anzusteuern. Die einzelnen Gleichrichter enthalten dann lediglich noch individuelle Impulsverstärker. Dadurch ist zwar gewährleistet, dass jeder der Gleichrichter mit dem gleichen Zündwinkel angesteuert wird, jedoch werden Unterschiede in den inneren Widerständen und in den Durchlasskennlinien der verwendeten Halbleiter-Gleichrichterelemente nicht angeglichen. Dieser Nachteil macht sich besonders dann bemerkba" wenn zu einem Gerät, welches durch eine längere Betriebsdauer bereits seine Nennbetriebstemperatur erreicht hat, ein weiteres noch kaltes Gerät hinzugeschaltet wird.
Während der Anlaufszeit dieses kalten Gerätes ändert sich laufend der Sollwert in seiner Regelung, so dass sich in Abhängigkeit von der Sollwertänderung eine sich ändernde Lastverteilung ergibt. Ausserdem lassen sich hiebei nicht Gleichrichter verschiedener Nennstromstärken parallelschalten, da in solchen Geräten schon bei den Netztransformatoren nicht vernachlässigbare Differenzen in den Innenwiderständen vorhanden sind.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur gleichmässigen Stromverteilung bei parallelgeschalteten Gleichrichtergeräten zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist und es zudem ermöglicht, Gleichrichter verschiedener Nennstromstärken parallelzuschalten. Erfindungsgemäss ist eine Einrichtung zur gleichmässigen Stromaufteilung bei parallelgeschalteten Gleichrichtereinheiten, deren jede Einheit einen stromgesteuerten Laststromregler mit einem Laststromfühler aufweist, durch dessen Ausgangsgrösse lediglich die Stromregelung der zugehörigen Einheit nur bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes im Sinne einer Herabregelung des Laststromes beeinflusst ist, dadurch gekennzeichnet,
dass an den mit einer dem Laststrom proportionalen Gleichspannung beaufschlagten Ausgang jedes Laststromfühlers eine Spannungsvergleichschaltung angeschlossen ist, der eine den jeweils vorgegebenen Grenzwert bildende, bei der als Führungsgleichrichter bestimmten Gleichrichtereinheit von der Ausgangsgleichspannung der Gleichrichteranlage abgeleitete und bei den restlichen, als Folgegleichrichter bestimmten Gleichrichtereinheiten von der Ausgangsspannung des Laststromfühlers des Führungsgleichrichters abgeleitete Spannung als Vergleichsspannung ugeführt ist, wobei der Ausgang jeder dieser Vergleichsschaltungen mit der jeweils höheren Spannung beaufschlagt und an den Eingang je eines Regelverstärkers geführt ist,
durch den über einen Impulsverstärker die steuerbar ausgebildeten Gleichrichter des einen Gleichstromausganges der zugehörigen Einheit im Sinne einer Herabregelung der Stromführung beeinflusst wird.
Durch die deutsche Auslegeschrift 1149101 ist eine Schaltungsanordnung für Hochstromanlagen mit mehreren parallelgeschalteten einkristallinen Halbleitergleichrichtern bekanntgeworden, der ebenfalls die Aufgabe Zugrundeliegt, eine möglichst gleichmässige Stromverteilung zwischen den Gleichrichtern herbeizuführen. Die Lösung besteht hier im wesentlichen darin, dass in Reihe mit jedem Gleichrichterelement eine Sättigungsdrossel geschaltet ist, die in bestimmter Weise betrieben wird. Der Unterschied zur vorliegenden erfindungsgemässen Lösung besteht darin, dass bei letzterer eine direkte Messung der Unsymmetrie zwischen den Strömen ? arallelgeschalteter Einheiten erfolgt und jede dieser Einheiten selektiv beeinflusst wird.
Es ist auch durch die deutsche Auslegeschrift 1146977 bekanntgeworden, eine überlastete Einheit von , arallelgeschaltete Stromrichtereinheiten stufenweise herunterzuschalten, so dass sich die ungestörten Einheiten ) hne plötzliche Überlastung einregeln können. Von einer Regelung der Stromsymmetrie ist auch hier nicht die
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Die vorstehend geschilderte, erfindungsgemässe Schaltung erbringt die erwähnten Vorteile für einen gestimmten Betriebszustand einer aus mindestens zwei Gleichrichtereinheiten bestehenden Gleichrichteranlage,
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nämlich den Zustand bei dem eine der Einheiten als Führungsgleichrichter und die restlichen Einheiten als
Folgegleichrichter bestimmt sind.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung einer beliebigen Gleichrichtereinheit als Führungsgleichrichter, jede derselben einen Umschalter besitzt, der in einer ersten
Stellung, die von der Ausgangsgleichspannung der Gleichrichteranlage abgeleitete Vergleichsspannung über eine
Zenerdiode an die Vergleichsschaltung anlegt, und damit die auf diese Weise geschaltete Gleichrichtereinheit zum
Führungsgleichrichter bestimmt, und der in einer zweiten Stellung die vom Laststromfühler der jeweils als
Führungsgleichrichter bestimmten Gleichrichtereinheit abgeleitete Vergleichsspannung der Vergleichsschaltung zuführt und dann die so geschalteten restlichen Gleichrichtereinheiten als Folgegleichrichter bestimmt sind.
Durch diese Weiterbildung einer erfmdungsgemässen Gleichrichteranlage sind vielfältige Betriebsmöglichkeiten geboten, die nicht zuletzt zu einer gleichmässigen Lebensdauer der Einheiten und zu einer sofortigen Beherrschung von Defekten und Störungen führen.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass eine im Laststromfühler mindestens einer der Gleichrichtereinheiten abgegriffene laststromproportionale Signalspannung am Eingang einer zugehörigen Überwachungsschaltung liegt, die eine weitere Gleichrichtereinheit parallelschaltet, wenn die Signalspannung einen vorgewählten Höchstwert überschreitet und die die weitere Gleichrichtereinheit wieder abschaltet, wenn die Signalspannung e-nen Mindestwert unterschreitet.
Durch diese Weiterbildung der erfindungsgemässen Einrichtung ist es möglich, je nach Bedarf einzelne der parallelgeschalteten Gleichrichtergeräte zu-oder abzuschalten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen erläutert. Fig. l zeigt schematisch zwei netzgespeiste parallelgeschaltete Gleichrichter ; Fig. 2 zeigt den Aufbau eines einzelnen Gleichrichters mit Laststromfühler und Stromstörgrössenaufschaltung ; Fig. 3 veranschaulicht die erfindungsgemässen Massnahmen zur gleichmässigen Lastverteilung auf zwei Gleichrichtern und Fig. 4 zeigt die Anordnung der Uberwachungsschaltung.
In Fig. l sind zwei Gleichrichter-G I und G 11-- dargestellt, die wechselstromseitig parallel an eine Dreiphasen-Netzleitung-R, S, T-angeschlossen sind. Die Gleichstromausgänge der beiden Gleichrichter sind parallel an die Sammelleitung--P, N-angeschlossen. Jeder der beiden Gleichrichter soll eine Regelschaltung enthalten, in welcher der Laststrom als Störgrösse aufgeschaltet ist. Die Messung des Laststromes und seine Aufschaltung erfolgt bei allen Gleichrichtern auf ähnliche Weise und ist in Fig. 2 veranschaulicht. Mit den Wandlern --6, 7 und 8--wird der Laststrom gefühlt, wobei die Sekundärwicklungen--9, 10 und 11--der
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des Gleichrichters proportional ist.
Parallel zum Ladekondensator--13--liegt ein Spannungsteiler aus den Widerständen --14 und 15--. Die zwischen dem Abgriff--16--des Widerstandes--15--und dem Minuspol des Gleichrichters--12--abgreifbare Spannung steuert gegen eine Zenerdiode --17-- den ransistor-18-an. Dieser Transistor --18-- greift in einen Regelverstärker --19-- derart ein, dass dieser über einen Impulsverstärker --20-- die steuerbaren Halbleiter--21--des Gleichrichters in rückregelndem Sinne beeinflusst.
Abgriff und Znerspannung der Zenerdiode --17-- sind so gewählt, dass die zwischen dem Abgriff--16--des Widerstandes--15-und dem Minuspol der Gleichrichteranordnung--12--abfallende Spannung zur Ansteuerung des Transistors--18--nicht mehr ausreicht, wenn der durch die Wandler fliessende Laststrom geringer ist als der Nennstrom des Gleichrichtergerätes. In diesem Fall wird der Transistor--IS-- allein von der Spannung am Widerstand --2-- des Spannungsteilers --22 und 23--angesteuert. Diese Spannung ist direkt proportional der Ausgangsspannung des Gleichrichtergerätes, so dass im genannten Fall die Wirkung des Regelversätkers--19--nur von dieser Ausgangsspannung beeinflusst wird.
Um zu verhindern, dass die von der Ausgangsspannung des Gleichrichtergerätes abhängige Signalspannung am Widerstand --22-- und die vom Laststrom abhängige Signalspannung zwischen dem Minuspol der Gleichrichteranordnung--12--und dem Abgriff--16-sich gegenseitig beeinflussen, werden die beiden Signale über die Dioden--24 und 25-entkoppelt.
Die an Hand der Fig. 2 beschriebene Regelschaltung wird erfindungsgemäss durch eine Abwandlung ersetzt,
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3verschiedenen Gleichrichtergeräten --G I und G 11-- zugeordnet sind. Hiebei gehört die linke Schaltung - -26-- zu demjenigen Gerät, welches die Stromaufteilung für alle andern Gleichrichtergeräte festlegt und im folgenden als Führungsgleichrichter bezeichnet wird. Die rechte Schaltung --27-- gehört zu einem Gleichrichter, dessen Strombelastung vom Führungsgleichrichter --G 1-- vorgegeben wird, und der weiterhin als Folgegleichrichter bezeichnet ist.
Zunächst sei die linke Schaltung--26--betrachtet. Parallel zum Spannungsteiler, der aus den Widerständen --14 und 15-gebildet wird, liegt ein weiterer Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen - 28 und 29--. Aus diesem Spannungsteiler-28, 29-wird eine zusätzliche Signalspannung gewonnen, die ebenfalls dem Laststrom des Führungsgleichrichters-G I-proportional ist. Die Schaltung --26-- steuert
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geschildert wurde. Der Folgegleichrichter--G II--, von dem beliebig viele vorgesehen werden können, wird durch die rechte Schaltung --27-- geregelt.
In dieser Schaltung wird der zugehörige Regelverstärker--19'-- nicht gegen eine Zenerdiode als Sollspannungsgeber angesteuert, sondern gegen die Signalspannung, die am zusätzlichen Spannungsteiler --28,29-- der Schaltung --26-- des Führungsgleichrichters --G I-gewonnen wird. Diese Signalspannung wird am Abgriff --30-- des Widerstandes --29-- so eingestellt, dass
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--17-- entspricht.Stellglied des Gleichrichtergerätes--G II--in rückregelndem Sinne beeinflusst, bis die beiden erwähnten Signalspannungen einander gleich sind. Da beide Signalspannungen den Lastströmen der zugehörigen Gleichrichtergeräte proportional sind, ergibt sich eine absolut gleichmässige Laststromaufteilung.
In der beschriebenen Anordnung können beliebig viele Gleichrichter, die mit der Schaltung-27- ausgestattet sind, als Folgegleichrichter parallelgeschaltet werden. Ausserdem lassen sich Gleichrichter verschiedener Stromstärken parallelschalten, wobei die Laststromaufteilung sich immer so ergeben wird, dass jeder Gleichrichter mit einem gleichen Prozentsatz seines Nennstromes betrieben wird.
In weiterer Ausgestaltung kann jeder Gleichrichter mit einem Umschalter-31 und 32-- ausgerüstet werden. Mit diesem Umschalter kann jedes beliebige der parallelgeschalteten Gleichrichtergeräte als
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eingebaut.
In Fig. 3 ist der Umschalter --31-- in die Stellung "Führend" gebracht, während der Umschalter --32-- in der Stellung "Folgend" steht. Durch einfaches Umschalten aller Schalter in Stellung "Führend" werden alle Gleichrichter zu vollkommen selbständigen Geräten ohne gegenseitige Beeinflussung über die Bauteile der Stromverteilungsregelung. Die Spannungsteiler--28 und 29--der verschiedenen Geräte sind über die Dioden--33--gegeneinander verriegelt.
Eine weitere Ausgestaltung der erfmdungsgemässen Einrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. In Abhängigkeit von der Spannung am Ladekondensator--13--, die ein Mass für den fliessenden Laststrom ist, wird eine Spannungsüberwachung--34--angesteuert. Diese Überwachungsschaltung setzt, wenn ein vorgegebener Wert überschritten wird, automatisch ein weiteres Gleichrichtergerät zu den bereits in Betrieb befindlichen parallel.
Beim Absinken der Spannung am Ladekondensator--13-wird eines der parallelgeschalteten Geräte abgeschaltet. Dadurch ergibt sich eine vollautomatische Stromversorgungsanlage mit automatischer Zu- und Abschaltung von Gleichrichtern, je nach Leistungsbedarf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur gleichmässigen Stromaufteilung bei einer aus mindestens zwei parallelgeschalteten Gleichrichtereinheiten bestehenden Gleichrichteranlage, deren jede Einheit einen stromgesteuerten Laststromregler mit einem Laststromfühler aufweist, durch dessen Ausgangsgrösse lediglich die Stromregelung der zugehörigen Einheit nur bei überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes im Sinne einer Herabregelung des
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proportionalen Gleichspannung beaufschlagten Ausgang jedes Laststromfühlers (6,7, 8 bzw.
6', 7', 8') eine Spannungsvergleichsschaltung (18, 18') angeschlossen ist, der eine den jeweils vorgegebenen Grenzwert bildende, bei der als Führungsgleichrichter bestimmten Gleichrichtereinheit (GI) von der Ausgangsgleichspannung der Gleichrichteranlage (GI, GII....) abgeleitete und bei den restlichen, als Folgegleichrichter bestimmten Gleichrichtereinheiten (GII....) von der Ausgangsspannung des Laststromfühlers des Führungsgleichrichters (GI) abgeleitete Spannung als Vergleichsspannung zugeführt ist, wobei der Ausgang jeder dieser Vergleichsschaltungen mit der jeweils höheren Spannung beaufschlagt und an den Eingang je eines Regelverstärkers (19,19') geführt ist, durch den über einen Impulsverstärker (20,20') die steuerbar ausgebildeten Gleichrichter (21)
des einen Gleichstromausganges der zugehörigen Einheit im Sinne einer Herabregelung der Stromführung beeinflusst wird.
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