DE1438904A1 - Parallelschaltgeraet - Google Patents

Description

Aktiengesellschaft Brown, Boveri A CIe., Baden (Schweiz)

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Parallelschaltgerät

Die Erfindung betrifft ein Parallelschaltgerät, bei dem die Frequenzen und Spannungen der parallel zu schaltenden Anlageteile verglichen werden und bei dem je nach der Qrösse der Frequenzdifferenz beider Anlagenteile eine Frequenzangleiehungs· einrichtung oder ein Schaltbefehl zum Parallelschalten gegeben wird. Hierbei werden die Spannungen durch Amplitudenbegrenzung in eine Rechteckform umgewandelt und einem Koinzidenzglied zugeführt, das die Phasenverschiebung beider Spannungen angibt.

Um zwei Anlagenteile, beispielsweise zwei Netze oder einen Generator mit einem Netz oder zwei Generatoren parallelzuschal-

die Phasen

ten, müssen bekanntlich die Frequenzen,fand die Spannungen beider Teile möglichst gut übereinstimmen. Ein Zuschalten bei völliger Uebereinstimmung vermeidet zwar jeden Ausgleichstrom, erfordert aber eine verhältnismfissig lange Zeit bis zugeschaltet f werden kann. Man muss hierbei die Spannungen und die Frequenzen

»essen, bis zur völligen Gleichheit.

Völlige Frequenzgleichheit ist aber zur Synchronisierung nicht erforderlich. Han kann bereits zuschalten, wenn nur die augenblickliche Lage der Spannungsvektoren weitgehend übereinstimmt.

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Dies 1st bereits der Fall« wenn die durch beide Frequenzen entstehende Schwebung ein. Minimum zeigt* Auch die GrÖsse der Spannungen braucht hierbei nicht unbedingt völlig.gleich z\x sein* Eine Ungleichheit bedingt zwar einen induktiven Ausgleiches t rom, der aber-bei geringen Spannungsunterschieden keinen Schaden anrichten: kann·.

Man kann sich also_r.um eine achnellsynchronisierung zu erhalten damit begnügen« das Minimum der Schwebungsfrequenz zu ermitteln. Dieses ist aber, vor allem, wenn man Spannungsdifferenzen zulässt, nicht sehr genau. Es geht nur bei völliger Spannungsgleichheit tatsächlich bis auf null herunter. Sonst 1st es ein verhältnisraässig breites Minimum» Bei Vervendung statischer Mittel zur Feststellung dts Minimums, also im wesentlichen elektronischer Glieder« eichtet man die Spannungen gleich. Da aber jeder Gleichrichter einen bestimmten Spannungsschwellwert hat, wird durch die Gleichrichtung der Bereich des Minimums oder des Nulldurcbganges noch breiter. Um eine scharfe Spitze in der Schwebungekurve auch bei Gielchrlehtung der Spannungen zu erhalten, kann man auseer der Phasenapannung noch die Spannung, der anderen Phase mit zur Fest- -stellung des Minimum· heranziehen, wobei diese zusätzlichen Spannungen sich, im Bereich des Minimums gerade-schneiden und dadurch im ganzen ein scharfes Minimum entatehen lassen (siehe DP 1 148 321)- Diese Einrichtung geht aber nur bei Mehrphasennetzen, bei Synchronisierungen von Bahnnetzen beispielsweise ist diese Methode nicht anwendbar. Auch bei Dreiphasennetzen

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ist es wünschenswert, die Synchronisiereinrichtung möglichst nur in zwei Phasen anzuschliessen, um Komplizierungen zu ersparen.

Ferner ist bekannt, Spannungen in Rechteekforin umzuwandeln^ sodass der Einfluss der Amplitude verschwindet und die lieberlappungszeit als Mass für die Phasenlage verwendet werden kann» Bei Spannungsgleichheit entsteht dann eine völlige Ueberlappung und bei einer Phasenverschiebung von l8o° verschwindet die Ueberlappung völlig. Die Grosse der Ueberlappung ist dann ein Mass für den Phasenwinkel zwischen beiden Spannungen.

Bei Synchronisiereinrichtungen 1st bekanntlich weiterhin erforderlich, die Zeit zwischen der Koinzidenz beider Spannungen und der tatsächlichen Zuschaltung zu berücksichtigen. Jeder Schalter hat ja eine Eigenzelt. Wenn nun der Befehl zugleich mit der Koinzidenz der Spannungen zusammenfällt, so schaltet der Schalter infolge seiner Eigenzeit zu spät. Die Synchronieiereinrichtung muss also eine sich aus den Schalterdaten ergebende Torgabezeit besitzen, damit jeweils der richtige Zeitpunkt ausgewählt werden kann».

Bei den bekannten Einrichtungen wird die Vorgabezeit nun dadurch erhalten, dass man nicht den Nulldurchgang der Schwebungftkurve, sondern einen bestimmten Momentanwert vor dem Nulldurchgang als Kennzeichen für die Zuschaltung ausnutzt. Die Zeit zwischen diesem Momentanwert und dem Nulldurchgang der Spannung muss dann etwa so gross sein, wie die erforderliche Vorgabezeit. Dieser Amplltudenwert hängt aber nun stark

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von der Schwebungsfrequenz ab* Bei sehr langsamen Schwebungen wird damit die Zelt bis zum Nulldurchgang grosser ' als bei schnelleren Schwebungsjfrequenzen. Auch die Amplitude der Spannung hat einen Einfluss auf den gewählten Momentanwert, Man kann diese Methode daher nur 'dann anwenden, wenn man die Aenderung der Schwebungsfrequenz und die Amplituden der Spannungen nur in kleinen Grenzen zulässt« Auch wenn man statt des Momentanwertes selbst dessen Ableitung als Kennzeichen benutzt, die ja auch bei verschiedenen Frequenzen etwa Im gleichen Abstand vom Nullpunkt gleiche Werte hat., so bleibt hierbei eine Spannungsabhängigkeit . bestehen.

Es stellt sich aus dem Stande der Technik also die Aufgabe, eine Synchronisiereinrichtung zu schaffen, die nur an zwei Phasen angeschaltet zu werden braucht und trotzdem «in scharfes Minimum besitzt sowie eine möglichst genaue frequenz-und spannungsunabhängige Vorgabezeit herzustellen gestattet .

Erfindungsgemäss wird dies dadurch «rreicht, dass ein Integrator vorgesehen ist, dem die Koinzidenzspannung zugeführt ist und eine Begrenzungseinrichtung diese Spannung mit zwei vorgegebenen Gleichspannungen verschiedener Gröese vergleicht und dass zwei den vorgegebenen Spannungen zugeordnete Schaltglieder mit einem Zeitgeber verbunden sind, der eine vorgegebene Zeit mit der Zeit zwischen dem Ansprechen beider Schaltglieder vergleicht, wobei je nach dem Vorzeichen der Zeit-

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different die Frequenzangleichungseinrichtung oder die ParaJLlelsehalteinrichtung betätigt wird, und dass die Parallelschal tungseinriohtung einen Kondensator besitzt, der sich während der ?eit zwischen dem Ansprechen der beiden Sahaltglieder entlädt und Jessen, Restspannung mit der Koinzidensspannuiig als Vorgabe spannung vergleichen wird, sodass bei Uebere^nstimmung der Restspannung mit der Vorgatoespannung ein Sehaltfoefehl gegeben wird und dadurch der Vorgabewinkel in Abhängigkeit von der Differenzfrequenz geändert werden kann.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in Fig. 1 ist ein Blockschaltbild dargestellt und in der Flg. 2 ein ßehaltungsbelspiel für die Blockschaltung.

In der Fig» 1 werden den Blöcken 1 und 2 die Spannungen Uj und υ., der zu synchronisierenden Anlageteile zugeführt, υ, kann hierbei eine Netzspannung/ U__ eine Generatorspannung sein» Diese Spannungen gelangen über die Transformatoren 1,1 und 2,1 an beispielsweise aus Zenerdioden bestehende Amplitudenbegrenzer 1,2 und 2,2, pie am Eingang vorhandene Sinusform der Spannung wird dadurch in eine Rechteckform umgewandelt (U_M und U_n), deren Höhe von einem bestimmten Werte an unverändert bleibt. Die Amplituden der Spannungskurve U₁ und Uj- haben dann keinen Einfluss mehr auf die Höhe der Rechteckspannwngen U_n und ϋ_β. Die Spannungsunterpchiede bleiben

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also unberücksichtigt»

Aus den beiden Spannungen UL und U. wird die Differenz U_n - U_ß gebildet. Diese hängt nun von dem Phasenwinkel (und. damit auch von der Frequenz) der beiden Spannungen U_n und U-ab. Ist die Phase praktisch gleich, so 1st die Differenz null» beide Spannungen überlappen sich dann völlig* Sind aber Phisenunt er schiede vorhanden, so überlappen sie sioh nicht vö*l- _§11g und der Best erscheint als Differenzspannung, die umso grosser ist, Je grosser die Phasendifferenz

Im Block-3 wird diese Differenzspannung durch iSe bleich· rleiteranordnung 3»! gleichgerichtete Bie so entstehende Spannung ;&jü ist dann ein Isjpuls von v@rsoiil©d©ner_s vom Phasenwinkel der ursprünglichen JSpanmmgen abhängigen Breite. Die so erzeugten Impulse JLadm nun im SXööIs k. i®n als Integrator wirkenden Kondensator 4^3» auf« Am Ausgang dieses Kondensators entsteht dann ©ine Sipssrassifs fL»· UXe umso schneller anwächst, je breiter die Impulse, also "Js grosser die Fha> senverschiebung der Spannungen ist» Bei Phasengleichheit entsteht hierbei ein scharfes Minimum, wie das im Block k eingezeichnete Diegramm für die Spannung U_c seigt.

Die Spannung U- wird nun dem Block 5 zugeführt, in welchem die Schaltglieder A und B liegen. Diese sind als Differ*nti*lrelals dargestellt, welche durch die Differenz der zugeführten Spannung U^ und einer vorgegebenen Spannimg U^ undUg betätigt werden. Während nun die Spannung U„ absinkt ,wird zu-

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nächst das Relais A und dann nach einer durch die Impulsbreite bestimmten Zeit das Relais B betätigt. Der Abstand der beiden Spannungen ti. und IL kann eingestellt werden. Die Zelt t«, welche zwischen dem Ansprechen der Relais A und B verfliegst, let nunmehr das Mass für den Frequenzunter· schied der zügeführten Spannung. Dauert die Zeit lang« so ist eine Synchronisierung möglich. Ist sie dagegen kurz, bo ist der frequenzunterschied tu gross und es muss die frequenz angeglichen werden. Man muss nun die Zeit t^ mit einer von einem Zeitgeber 6 vorgegebenen Zelt t_Q In einer weiteren Relaisschaltung mit dem Relais Z vergleichen. Die Differenz t. - t ist dann ein Nass dafür, ob zugeschaltet «erden darf oder nicht. Ist t>> t^_t so muss die Drehzahl geändert werden« Ist t_Q4 t^_t so kann zugeschaltet werden. Je nach der QrOsse der Zeitdifferenz wird also der Block 7 oder der Block 8 betätigt. Im Block 7 wird ein !■puls gur Drehzahlverstellung gegeben. Der Block 8 gibt den Sehaltbefehl unter Berücksichtigung der Vorgabezeit. Diese wird auf folgende Weise ermitteltt In der Zeit tj -t_Q wird der Kondensator 8,1 entladen. Der Ansprechpunkt des Relais B ist dann erreicht« wenn die Spannung ü_Q und die Jtestspannung Ug de· Kondensator« 8,1 gleich sind. Bei langer Bnt|ade$eit ist der frequenzunterschied klein, Dann ist beispielsweise der Ansprechpunkt schon bei einem Winkel oC 1 er-

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reicht. Ist die-Entladezelt kleiner, so ist der Frequenzunterschied grosser, dann wird bei einem grösseren Winkel, beispielsweise cQ„ geschaltet. Der grösste zulässige Winkel ist cCv dieser bestimmt dann die hochstzulässige Frequenzdifferenz. In diesem Falle ist t, - t = 0. Die Schaltung erfolgt über das Heiais E, das als schnellschaltendes Vakuumrelais ausgeführt ist, sodass dadurch keine zusätzliche Zeitverzögerung entsteht. Die Winkel <K sind dabei die Vorgabewinkel fürdle Schaltung. Sie entsprechen einer konstanten Vorgabezelt. Durch die Veränderung des Vorgabewinkels cC in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz wird also die gleiche Vorgabezeit erhalten.

Im Block 7 ist ein Umschaltrelais D als Frequenzweiche vorgesehen. Hierdurch wird festgelegt, ob die Frequenz erhöht oder erniedrigt werden muss.

Man erhält mit dieser Einrichtung eine Schnellsynchronisierung, welche bis zu einejn vorbestimmten Frequenzunterschied immer mit der gleichen Vorgabezeit arbeitet, wobei der Punkt der Frequenzgleichheit scharf bestimmt werden kann. Es wird hierbei auch die Möglichkeit ausgenutzt, bei verhältnismässig grossen Frequenzunterschieden zu synchronisieren.

Die Schaltung der einzelnen Blöcke ist genauer in der Fig. gezeigt. Dort sind die Grenzen zwischen den in der Fig* I dargestellten Blöcken durch strichpunktierte Linien noch einmal angegeben. Im einzelnen werden die Ausführungen nach der Fig» I

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durch folgende Ausführungen ergänzt: Die Transformatoren 1,1 und 2,1 besitzen Je noch eine zweite Wicklung 9 und 10, welche die Frequenzangleichungsanordnung 7 speisen. Dieser wird die Differenz beider Spannungen zugeführt. Die Amplitudenbegrenzung erfolgt durch die Zenerdioden 1.2 und 2.2, welche bei üeberschreitung der Momentanwerte beider Halbwellen ansprechen und dadurch an.den Gleichrichter begrenzte Werte führen. Die Spannung U bildet sich am Kondensator 4-, 1 und wird den Relais A und B zugeführt. Diese erhalten ausserdem fest eingestellte Spannungen U. und U«* welche von den Widerständen 11 und 12, die als Spannungsteilerwiderstände an der Gleichspannung 15 und 14 liegen,, zugeführt sind. Die Potentiometer 11, 15 und 16 gestatten, die Spannung einzustellen, wobei die Potentiometer 11 und 15 die höchstzulässige Frequenzdifferenz bestimmen und das Potentiometer 16 die Zeiteinstellung für die Vorgabe. Dem Potentiometer 11 ist eine Zenerdiode 18 und dem Potentiometer 17 eine Zenerdiode 24 parallelgeschaltet, welche als nichtlineare Widerstände wirken und die Spannungseinstellung des Potentiometers 11 von den übrigen Potentiometern annähernd unabhängig macht. Den Relais A und B werden also zwei Spannungen zugeführt, sie sind als Differentialrelais geschaltet, sodass sie beim Nulldurchgang der Differenz kippen. A vergleicht dabei die Spannungen U₁ und U„ mit Hilfe der Gleichrichter 20 und 21, spricht also an, wenn O„ kleiner oder gleich U, iet und dadurch 20 sperrt. Das Relais B vergleicht die Spannungen ü_g und ü_c mit Hilfe der Gleichrichter 22 und 23 und spricht an, wenn M_n kleiner als U₀ wird· Man

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erkennt, dass die Spannung U. kleiner als U, 1st,, eodass A während der Entladung des Kondensators 4..1 früher ansprechen muss als B. Das Relais A legt den Kontakt a um* wodurch die Spannung am Potentiometer 17 an das Relais Z gegeben wird. Hierdurch erhalten beide Wicklungen des Relais Z Spannung. Die Kontakte z, und Z₂ werden aber bei dieser Stellung noch nicht umgelegt, da die linke Wicklung des Relais mehr Strom erhält als die rechte. Dies 1st einmal durch die Lege der Kontakte a bedingt, die die Spannung am Potentiometer 17 unmittelbar an die linke Wicklung des Relais Z legen, einmal dadurch, dass der Kondensator 6.1 den Abfall des Stromes in der rechten Wicklungverzögert. Spricht nun das Relais B an, bovQr das Relais Z angesprochen hat, so wird der Kontakt b geschlossen und das Relais Z Über den Qeffnungskontakt z, in seiner Ruhestellung.gehalten. Hierdurch wird Spannung an die Frequenzabgleichrelais M oder P gehegt. Spricht aber das Relais Z früher als das Relais B an, so wird der Kontakt z, umgelegt und Über den Kontakt b das Relais E fUr den Auslöse* befehl vorbereitet. Die Zelt zwischen dem Ansprechen von A und- B sei t.. Die Ansprechzeit des Relais Z sei t ·■ Ist also t_Q< t-, so werden die Kontakte z. und z_g umgelegt. Hierdurch wird der Kondensator 5.1 Ober das Relais E entladen und bereitet den Auslösebefehl vor» Erreicht dann die Entladespannung von 8.1 den gleichen Wert wie die Spannung U-, welche an der anderen Wicklung des Relais E liegt, so wird der Aue1ösebefehl gegeben. Durch Einstellung dee Potentiometers.17 kann der Ansprechwert des Relais E eingestellt werden.

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Ist aber *_o^*i» ^so erhält die Frequenzangleichungseinrichtung 7 Spannung. Die Einrichtung 7 wird durch die Differenzspannung der beiden zu synchronisierenden Spannungen aus den Wicklungen 9 und 10 über den Oleichrichter 19 zugeführt. Je nach der Richtung dieser Differenzspannung spricht das Relais D in dem einen oder anderen Sinne an· Es schaltet entweder das Relais M oder das Relais P ein. Das Relais M erniedrigt die Drehzahl und damit die Frequenz, das Relais P erhöht sie. Die Richtung der Differenzspannung wird nun auf folgende Weise festgestelltt. Die Spannung an der Wicklung 9 wird unmittelbar an den Oleichrichter 19 geführt, die Spannung an der Wicklung 10 aber über ein Phasendrehglied 2% 26. Da· Relais D let nun ein sehr sohneil schaltendes Relais» beispielsweise ein Vakuumrelais, und besitztwwle alle Relais ein Haiteverhältnis, spricht also bei einen etwas höheren Wert an., als bei dem es abfällt. Diese Eigenschaft kann nan nun Im Zusammenhang mit der Phasenverschiebung und der Iapulsgabe durch die Synchronisiereinrichtung (Spannung an Drehpunkt des Kontaktes d) ausnutzen. Hinter dem Gleichrichter 19 entsteht eine gleichgerichtete Spannung mit der Schweburigsfrequenz zwischen den Frequenzen der zu vergleichenden Spantlungen. Hat beispielsweite U__ eine höhere !frequenz als U·, so nuss das Relais M betätigt werden; dies geschieht^ wenn der Regelimpuls gerade zu der Zeit antrifft, wenn das Relais D abgefallen 1st. Ist umgekehrt die Frequenz der Spannung 0·« niedriger als die der Spannung tJj, so trifft

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der Impuls ein* wenn das Relais D angezogen ist. Dadurch wird dann das Relais P betätigt und erhöht die Drehzahl. Das Relais D arbeitet nun im Takt der Schwebung, es zieht an, wenn eine bestimmte Spannungshöhe erreicht ist. Bei zu niedriger Frequenz von Up sinkt, nun gerade die Spannung ab, wenn der Regelbefehl in der Synchronisiereinrichtung entsteht. Dadurch dass das Relais bei einem tieferen Wert abfällt als es anspricht, bleibt genügend Zeit vorhanden, um die Frequenz hinaufzuregeIn. Bei zu hoher Frequenz steigt die Spannung gerade an, wenn.der Regelbefehl in der Synchronisiereinrichtung entsteht. Dann spricht das Relais aber erst bei einem höheren Wert an, sodass das Relais inyder Ruhestellung langer gehalten wird und die Frequenz hinaufgeregelt werden kann. Nach Angleichung der Frequenz arbeitet die Einrichtung noch einmal. Ist dann t > t-, so kann zugeschaltet werden. Die übrigen nicht gezeichneten Elemente (Widerstände, Gleichrichter) dienen zur Begrenzung und zur Verhinderung von Rückströmen.

Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass selbst bei Spannungsunterschieden und Erreichung der zulässigen Grenzen von Frequenzdifferenzen zugeschaltet werden kann. Die zulässige Grenze kann durch das Potentiometer 15 eingestellt werden. Die Vorgabezeit arbeitet in jedem Falle richtig und ist in weiten Grenzen einstellbar. Es wurde erreicht, dass hiermit eine einfache Anordnung geschaffen 1st, welche schneller als die bekannten Einrichtungen arbeitet. Sie ist unabhängig von der Höhe der zu vergleichenden Spannungen und kann für verschiedene Betriebsfrequenzen verwendet werden.

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Claims (3)

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Pa tentansprüehe

( l.J ParalielschaltgerÄt, bei dem die Frequenzen und Spannungen der parallel zu schaltenden Anlagenteile verglichen werden und bei* dein je nach der Grosse der- Frequenzdifferenz beider Anlagenteile eine Frequenzangleiehungselnrirchtung^ oder ein Schaltbefehl zum Parallelschalten gegeben wlrcf und'die Spanrtungen durch Amplitudenbegrenzung in «ine Rechteckforrn umgewandelt und einem Koinzidenzglied zugeführt sind, das die Phasenverschiebung beider Spannungen angibt, da durch g e k e η η ze i c η η et» dass ein Integrator vorgesehen ist«, dem die Koinzidenzspannung zugeführt 1st und eine Begrenzungseinrichtuhg diese Spannung mit zwei vorgegebenen Gleichspannungen verschiedener Grosse "vergleicht., und dass zwei den vorgegebenen Spannungen- zugeordnete Sehaltglieder mit.einem Zeitgeber verbunden sind« der ein·: vorgegebene Zeit mit der Zelt zwischen dem Ansprechen beider Schaltglieder vergleicht, wobei je nach dein Vorzeichen der Zeitdifferenz die Prequenzangleichungseinriehtuns oder die Parallelsehaltungseinrichtune betätigt wird* und dass die Parallelschaltungseinriehtuag einen Kondensator besitzt, der sich während

■ der Zeit zwischen dem Ansprechen der beiden Schaltglieder* entlädt und dessen- Restspannung mit der Koinzidenzspannung als Vorgabespannung verglichen wird, sodass bei Übereinstimmung der Restspannung mit der-Vorgabespannung ein Schaltbefehl gegeben wird und dadurefr der Vorga bewinfcel in

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Kelt von der Differenzfrequenz geändert werden kann« und dass In der Frequenzangle Icheinrichtung eine Phasendrehanorönung; für die eine zugeführte Sparmung· vorgesehen 1st und.eine GIelchricnteranordnung die Differenz beider Spannungen gleichrichtet sowie ein Relais vorgesehen ist« das ein vorgeschriebenes Halte* verhältnis besitzt, derart.», dass es bei ansteigender Spannung bei einem höheren Wert anzieht und fallender Spannung bei einem niedrigeren Wert abfällt.

2. Parallelschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabespannung für die Parallelschalteinrichtung einstellbar 1st.

3. Parallelschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen in der Begrenzungseinrichtung schnell schaltende Vakuumrelais sind.

Aktiengesellschaft SHOWN, BOVERI ft CIE.

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