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Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung spannungsgeregelter Gleichrichtergeräte
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Parallelschaltung
von mit Magnetverstärkern auf konstante Ausgangsspannung geregelten Gleichrichtergeräten.
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Für Gleichstromversorgungsanlagen, insbesondere für die Stromversorgung
von Fernsprechanlagen, wird einesteils gefordert, daß die vom Gerät gelieferte Gleichspannung
bei allen Belastungszuständen und Änderungen im Wechselstromnetz konstant bleibt
und andererseits, daß mehrere solche, an sich selbständige Geräte bei höherer Belastung
parallel geschaltet werden können. Die Ausgangsspannung wird bei solchen Gleichrichtergeräten
meist mit Transduktoren konstant gehalten, und zwar in der Weise, daß die Ausgangsspannung
in einem Regeltransduktor mit einer konstanten Spannung verglichen und vom Regeltransduktor
ein Stellgliedtransduktorim Wechselstromkreis des Gleichrichtergerätes entsprechend
beeinflußt wird.
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Bisher hat man bei steigender Belastung weitere Gleichrichtergeräte
mit mechanischen Schaltern an eine gemeinsame Sammelschiene angeschlossen. Durch
die Betätigung der verhältnismäßig große Ströme führenden Schalter wird nicht nur
ein entsprechendes Schaltgeräusch verursacht, so daß die Geräte nicht in einem Arbeitsraum,
beispielsweise in einer Telefonvermittlung, aufgestellt werden können, sondern die
Kontakte sind auch einem starken Verschleiß unterworfen, weshalb sie von Zeit zu
Zeit ersetzt werden müssen.
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Es ist auch eine Stromversorgungsanlage zur Lieferung eines konstanten
Gleichstromes aus einer oder mehreren Wechselstromquellen unter Verwendung von zwei
Gleichrichtern bekannt, die wahlweise unabhängig voneinander oder parallel miteinander
betrieben werden können, wobei der Ausgangsgleichstrom vom Belastungsstrom der Anlage
geregelt wird. Bei dieser Stromversorgungsanlage wird außerdem die Wechselstromspeisespannung
jedes Gleichrichters in Abhängigkeit von seinem Belastungsstrom und dem Belastungsstrom
des anderen Gleichrichters geregelt. Es wird jedoch kein auf konstante Ausgangsspannung
geregelter Gleichstrom geliefert.
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Eine weitere bekannte Schaltungsanordnung für Gleichrichtergeräte
mit Trockengleichrichtern und mit Mitteln zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung
besteht darin, daß beide Gleichrichtergeräte unabhängig voneinander an das Wechselstromnetz
und parallel zueinander an den Verbraucher angeschlossen sind und daß bei großer
Belastung beide Gleichrichtergeräte den Verbraucher speisen und das Steuergleichrichtergerät
über einen Transduktor die Spannung des Hauptgleichrichtergerätes konstant hält,
während bei geringer Belastung das Steuergleichrichtergerät allein den Verbraucher
speist. Bei dieser Schaltungsanordnung besitzt nur das Steuergleichrichtergerät
Mittel zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung, so daß bei Ausfall des Steuergleiehrichtergerätes
das Hauptgleichrichtergerät nur als ungeregeltes Gleichrichtergerät verwendet werden
kann. Die Zu- und Abschaltung des zweiten Gerätes wird nicht kontaktlos vorgenommen,
so daß auch die obenerwähnten Nachteile auftreten.
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Schließlich ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der einzelne
Gleichrichtergeräte selbsttätig in Abhängigkeit vom Belastungszustand des Gleichstromnetzes
zu- und abgeschaltet werden, wobei die Zu-und Abschaltung der einzelnen Gleichrichtergerräte
von der Schwankung der Gleichrichterspannung über ein Relais gesteuert wird. Bei
dieser Schaltungsanordnung können keine auf konstante Ausgangsspannung geregelten
Gleichrichtergeräte verwendet werden, da die Zu- und Abschaltung der einzelnen Geräte
von den Schwankungen der Gleichspannung gesteuert wird.
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Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile. Die Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung zur kontaktlosen, belastungsstromabhängigen Parallelschaltung
von Gleichrichtergeräten, die mit Transduktoren auf konstante Ausgangsspannung geregelt
sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransduktor der parallel zu einem
Grundgerät zu schaltenden Gleichrichtergeräte mit zwei Steuerwicklungen versehen
ist, von denen die erste über einen Hilfsgleichrichter
von einem
Stromwandler im spannungsgeregelten Wechselstromkreis des parallel zu schaltenden
Gerätes und einer von der Ausgangsspannung abhängigen Hilfsspannung und die zweite
Steuerwicklung über einen Gleichrichter von einem Summenstromwandler gespeist wird,
der im Wechselstromnetz liegt, das den Gesamtstrom der Anlage führt.
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Die Erfindung und weitere Abwandlungen der Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung sollen an Hand der Figuren näher erläutert werden. In Fig. 1 ist eine
Schaltungsanordnung dargestellt, bei der zwei spannungsgeregelte Gleichrichtergeräte
parallel auf einen gemeinsamen Verbraucher arbeiten; in Fig. 2 ist schematisch in
einpoliger Darstellung die Zusammenschaltung von vier spannungsgeregelten Gleichrichtergeräten
gezeigt.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1. enthält zwei an sich bekannte,
durch Transduktoren auf konstante Ausgangsspannung geregelte Gleichrichtergeräte,
von denen das auf der linken Seite dargestellte Gleichrichtergerät in der bekannten
Schaltungsanordnung ausgeführt ist und beim Einschalten zunächst den Verbraucher
allein speist, während das auf der rechten Hälfte der Schaltungsanordnung von Fig.
1 dargestellte Gleichrichtergerät so abgewandelt ist, daß eine kontaktlose Umschaltung
bei steigender Belastung ermöglicht wird.
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Das auf der linken Seite von Fig. 1 dargestellte Gleichrichtergerät
besteht im wesentlichen aus einem Stellgliedtransduktor 1, der an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist und über den Haupttransformator 2 den Hauptgleichrichter 3 speist.
Am Gleichstromausgang des Gleichrichters 3 liegt der Verbraucher 17.
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Der Stellgliedtransduktor 1 besitzt drei Wicklungen, und zwar eine
Arbeitswicklung, eine Gegenerregerwicklung und eine Steuerwicklung. Die Gegenerregerwicklung
wird mit einem konstanten Gleichstrom gespeist, der so eingestellt ist, daß beim
Steuerstrom Null der Stellgliedtransduktor entsättigt ist. Den Steuerstrom für den
Stellgliedtransduktor liefert der Regeltransduktor 5. Auf den Regeltransduktor 5
wirkt einmal eine konstante Spannung und zum anderen die Geräteausgangsspannung
ein. Bei Abweichungen von dem mittels des einstellbaren ohmschen Widerstandes 6
einstellbaren Sollwert ändert sich der Ausgangsstrom des Regeltransduktors 5, welcher
die Sättigung des Stellgliedtransduktors 1 beeinflußt. Auf diese Weise wird die
Gleichstromausgangsspannung des Gerätes konstant gehalten.
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Das zweite Gleichrichtergerät, dessen Schaltungsanordnung auf der
rechten Seite von Fig. 1 dargestellt ist, hat im Prinzip die gleiche Schaltung wie
das erste Gerät. Der Gleichstromausgang ist parallel zum ersten Gleichrichtergerät
an den Verbraucher 17 angeschlossen.
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Um eine kontaktfreie Zu- bzw. Abschaltung des zweiten Gerätes zum
ersten zu erzielen, weist das zweite Gleichrichtergerät, das im folgenden als Parallelgerät
bezeichnet werden soll, gewisse Abweichungen in der Schaltung auf. Der Stellgliedtransduktor
7 ist, wie beim ersten Gerät, an das Wechselstromnetz angeschlossen und speist über
den Haupttransformator 9 den Hauptgleichrichter 10. Der Regeltransduktor 13 hat
neben der Arbeitswicklung ebenfalls zwei Steuerwicklungen 13 a und 13
b. Die eine Steuerwicklung 13 a wird jedoch vom eigenen Gerätestrom über
einen Stromwandler 8 mit Gleichrichter 11 gespeist. Die andere Steuerwicklung 13
b erhält ihren Strom von einem Summenstromwandler 4, der im Wechselstromnetz vor
dem ersten Gleichrichtergerät liegt. Durch diesen Wandler fließt somit die Summe
der Ströme, welche von beiden Geräten aufgenommen wird. Mit dem vorzugsweise einstellbaren
ohmschen Widerstand 12 kann die Stromverteilung auf die beiden Geräte so eingestellt
werden, daß beide gleich belastet werden. Die einmal eingestellte Stromverteilung
ist über den ganzen Bereich der Belastung verhältnisgleich.
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Es ist vorteilhaft, in den Stromkreis der Steuerwicklung 13 a ein
weiteres Ventil 15 einzuschalten, an dem über einen einstellbaren ohmschen Widerstand
16 die Ausgangsspannung des Gleichrichters 10 oder eine andere konstante Gleichrichterspannung
liegt. Das Ventil 15 wirkt als sogenanotes überlaufventil, so daß erst beim Anlegen
einer bestimmten Spannung ein Strom durch das Ventil fließt. Beim Überschreiten
des vorgegebenen Stromes erfolgt dann die kontaktlose Parallelschaltung des Parallelgerätes.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist
folgende: Fließt im Wandler 4 ein Strom, der kleiner ist als der Nennstrom des ersten
Gleichrichtergerätes und ist mit dem Widerstand 16 der Strom in der Wicklung 13a
des Regeltransduktors 13 auf einen Wert eingestellt, der dem Gerätenennstrom entspricht,
so ist zunächst der Strom vom Wandler 4 unwirksam, weil durch den konstant eingestellten
Strom der Regeltransduktor entsättigt ist. Erst wenn der Strom im Stromwandler 4
den gleichen Betrag erreicht hat wie der Konstantstrom, wird die Entsättigung aufgehoben,
der Regeltransduktor 13 sättigt den Stellgliedtransduktor 7. Jetzt fließt ein Strom
über den Stromwandler 8, der die Wicklung 13 a des Regeltransduktors beeinflußt.
Die konstante Spannung wird in diesem Betriebszustand durch den überlaufgleichrichter
15 kurzgeschlossen. Der Regeltransduktor 13 wird nun einerseits durch den Strom
vom Stromwandler 4 und andererseits vom Stromwandler 8 gesteuert, also wird das
Parallelgerät vom Stromwandler 4 geführt. Es arbeiten nun beide Gleichrichtergeräte
parallel. Wenn der Verbraucherstrom wieder sinkt, läuft der Vorgang in umgekehrter
Richtung ab.
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Es können natürlich bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
auch mehrere Parallelgeräte verwendet werden, die zweckmäßigerweise bei ansteigendem
Belastungsstrom nacheinander auf den Verbraucher geschaltet werden. Dies kann dadurch
erreicht werden, daß die Summenstromwandler der einzelnen Gleichrichtergeräte entsprechend
im Wechselstromkreis angeordnet und die Ansprechwerte der einzelnen Geräte entsprechend
gewählt werden.
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Eine solche Schaltung ist im Prinzip in einphasiger Darstellung in
Fig.2 abgebildet. Dort stellen die Kästchen 18 bis 21 die einzelnen Gleichrichtergeräte
dar und die Kästchen 19 a, 20 a und 21 a die zugehörigen Summenstromwandler. 18
bedeutet das Grundgerät, das zunächst eingeschaltet ist. Entsprechend den in den
Stromwandlern fließenden Strömen werden die einzelnen Gleichrichtergeräte in der
Reihenfolge 1.9, 20 und 21 in Abhängigkeit vom Belastungsstrom zugeschaltet und
bei sinkendem Belastungsstrom wieder abgeschaltet.
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Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von spannungsgeregelten Gleichrichtergeräten
mit Transduktoren in der angegebenen Weise zueinander parallel geschaltet werden.
Dabei ist weder eine Überwachung
erforderlich noch werden durch
den Schaltvorgang Geräusche erzeugt oder Kontakte abgenutzt. Die Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung eignet sich daher besonders für Gleichrichtergeräte mit stark
schwankender Belastung, die wartungsfrei arbeiten sollen und in Räumen aufgestellt
werden sollen, in denen störende Geräusche vermieden werden müssen.