DE1638876C3 - Schaltungsanordnung zur Überwachung von parallel geschalteten statischen Wechselrichtern - Google Patents

Description

55 Bei Wechselstromversorgungsanlagen mit statischen

Wechselrichtern, die vornehmlich zur Versorgung von Nachrichtenanlagen dienen, wird zur Erhöhung der Sicherheit meist gefordert, daß mehrere Wechselrichter im Parallelbetrieb arbeiten können, wobei jeder einzelne Wechselrichter so bemessen ist, daß er den Verbraucher allein speisen kann. Bei Parallelbetrieb wird also jeder einzelne Wechselrichter nur mit dem entsprechenden Teil der Gesamtleistung belastet.

Wenn Wechselrichter parallel auf eine gemeinsame Sammelschiene arbeiten, ist es erforderlich, daß alle Ausgangsspannungen exakt gleiche Frequenz haben und phasengleich sind. Bei mehreren parallelgeschalteten Wechselrichtern ist zu diesem Zwecke ein zentrales Synchronisierorgan vorgesehen, welches die Frequenz für die Impuisgeneratoren der einzelnen parallel arbeitenden Wechselrichter liefert. Wenn bei einer solchen Parallelschaltung ein Wechselrichter ausfällt, so übernehmen die übrigen Wechselrichter, z. B. bei zwei parallel arbeitenden Wechselrichtern, der weiterarbeitende Wechselrichter die gesamte Last.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung kann auch eine Störung des zentralen Synchronisierorgans auftreten, die dazu führt, daß an dessen Ausgang die Synchronisierspannung fehlt. Das würde dazu führen, daß die parallelgeschalteten Wechselrichter nur noch mit ihren eigenen Frequenzen arbeiten, die in der Regel geringfügig voneinander abweichen können. Dadurch ergeben sich jedoch Schwebungen im Versorgungskreis, die auf alle Fälle vermieden werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Schaltungsanordnung, bei der mehrere statische Wechselrichter parallel arbeiten und durch ein zentrales Synchronisierorgan auf Frequenz- und Phasengleichheit gebracht sind, zu verhindern, daß bei Ausfall des zentralen Synchronisierorgans unstabile Zustände infolge der fehlenden Synchronisation auftreten.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zwischen dem zentralen Synchronisierorgan und dem Impulsgenerator eines jeden Wechselrichters je eine Überwachungsschaltung angeordnet ist, die beim Ausbleiben der Synchronisierimpulse die dadurch betroffenen Wechselrichter bis auf den zuerst eingeschalteten Wechselrichter abschaltet.

Auf diese Weise wird erreicht, daß der Verbraucher gegebenenfalls nur von einem einzigen Wechselrichter gespeist wird, so daß keine Synchronisierungsprobleme auftreten. Gleichzeitig kann noch eine Signaleinrichtung betätigt werden, mit der das Ausfallen des zentralen Synchronisierorgans bzw. der Synchronisation gemeldet wird.

Wenn also die Stromversorgung für das zentrale Synchronisierorgan unterbrochen wird, werden automatisch alle Wechselrichter bis auf den zuerst eingeschalteten vom Gleichstromnetz abgeschaltet. Sie können auch gleichzeitig vom Wechselstromnetz abgetrennt werden. Hierzu wird sowohl die Gleichstromzuleitung zum zentralen Synchronisierorgan als auch die Verbindungsleitung zwischen dem zentralen Synchronisierorgan und dem Impulsgenerator jedes einzelnen Wechselrichters überwacht. Dies geschieht vorzugsweise mit Hilfe von Spannungsüberwachungsrelais.

Um zu erreichen, daß jeweils der zuerst eingeschaltete Wechselrichter bei Ausfall des Synchronisierorgans eingeschaltet bleibt, ist eine Art Fortschalteinrichtung vorgesehen, die im wesentlichen aus in Reihe und parallel angeordneten Schaltelementen besteht. Als Schaltelemente können Relaiskontakte oder auch Halbleiterschalter, wie Transistoren, vorgesehen sein. Die Überwachungsschaltungen der einzelnen Wechselrichter sind so voneinander abhängig. Die Art und Weise des Ineinandergreifens der einzelnen Überwachungsschaltungen wird später näher erläutert.

In der Praxis kann aber auch noch der Fall eintreten, daß die Stromversorgung des zentralen Synchronisierorgans nicht einfach unterbrochen wird, sondern daß nur kurzzeitige Unterbrechungen nach Art eines Wackelkontaktes auftreten. Hierbei würde die Überwachungseinrichtung nicht immer mit der erforderlichen

Sicherheit ansprechen. Es ist deshalb gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung eine Schaltungsanordnung in der Stromzuleitung des zentralen Synchronisierorgans vorgesehen, die in der Weise wirkt, daß bei einer auch sehr kurzzeitigen Unterbrechung von mindestens zehn Mikrosekunden die Stromzuleitung zum Synchronisierorgan dauernd unterbrochen wird. Es wird hierbei also die kurzzeitige Unterbrechung nach Art eines Wackelkontaktes in eine dauernde Unterorechung umgewandelt, so daß das Überwachungsglied zuverlässig anspricht und die übrigen Wechselrichter abschaltet.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und deren weitere Ausbildung sollen anhand der Figur näher erläutert werden.

In der Figur sind die Gleichstromsammelschienen für alle Wechselrichter sowie die Wechselstromsammeischienen dargestellt, an die alle Wechselrichter angeschlossen sind. Ein Wechselrichter ist bei 3C schematisch dargestellt. Bei 4t ist das zentrale Synchronisierorgan angedeutet, das aus dem Gleichstromnetz mit Strom versorgt wird und über einen Transformator 12 Synchronisierimpulse an die Impulsgeneratoren 21 der einzelnen Wechselrichter abgibt.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist angenommen, daß zwei Wechselrichter parallel arbeiten, und zwar der Wechselrichter I und der Wechselrichter 11, von denen nur der Wechselrichter I in der Figur bei 38 schematisch dargestellt ist. Der Wechselrichter 38 wird z. B. mit dem Druckknopfschalter 37 eingeschalte! Das Schaltschütz 34 zieht an, wodurch über den Kontakt 34/11 Gleichspannung von der Sammelschiene an den Wechselrichter 38 gelegt wird. Vom Kontakt 34/111 wird gleichzeitig das Schaltschütz 39 eingeschaltet und die vom Wechselrichter erzeugte Wechselspannung über seinen Kontakt 39/1 an die Sammelschiene gelegt. Dadurch erhält in der Überwachungseinrichtung 35 der Transistor 29 über den Gleichrichter 23 den Kondensator 22, den Widerstand 20 und den Widerstand 19 eine bezüglich seiner Basis positive Steuerspannung und wird leitend. Die für den Wechselrichter I (38) dargestellte Überwachungsschaltung ist auch noch einmal für den Wechselrichter 11 vorgesehen und in der Figur nur schematisch mit 35' angedeutet. Die Überwachungsschaltung 35' für den Wechselrichter II ist gleich der Überwachungsschaltung 35 für den Wechselrichter 1 aufgebaut, entsprechende Bauelemente der Überwachungsschaltung 35' führen dann die gleichen Bezugszeichen, jedoch sind diese zur Unterscheidung mit Strich-Index versehen.

Der Relaiskontakt 40, der von dem Relais der Schaltungsanordnung 35' betätigt wird, die für den Wechselrichter 11 vorgesehen ist, ist geschlossen, da der Wechselrichter Il nicht eingeschaltet ist und nicht an der Sammelschiene liegt.

Der Kontakt 39/11 wird vom Schaltschütz 39 betätigt, ist also für diese Annahme geschlossen, so daß das Relais 30 anzieht und den Kontakt 30/1, der in Reihe mit dem Transistor 29 liegt, schließt. Da der Transistor 29 leitet, kann das Relais 3t, das vom Transformator 24 über den Gleichrichter 33 und den Kondensator 32 gespeist wird, über den Kontakt 30/1 und den Transistor 29 anziehen. Dadurch wird der Kontakt 31/1 geschlossen und nach öffnen des Druckknopfschalters 37 das Schahschütz 34 über seinen Kontakt 34/1 bei geschlossenem Druckknopfschalter 35 unter Spannung gehalten. Mit dem Ansprechen des Relais 30 wird gleichzeitig der Rplaiskontakt 40' (nicht dargestellt) in der Überwa-

chungsschaltung 35' des Wechselrichters II geöffnet, so daß das Relais 30' (nicht dargestellt) in der Überwachungsschaltung 35' nicht anziehen kann, selbst, wenn der entsprechende Kontakt 39711 des Wechselrichters II geschlossen ist.

Es wird nun über einen Schaher 11 die Gleichspannung an das zentrale Synchronisierorgan 41 gelegt. Die Gleichspannung, die von der Speisebatterie der Wechselrichter abgenommen wird, also in den Grenzen von 1,8 Volt pro Zelle bis 2,4 Volt pro Zelle schwanken kann, wird mit einer Zenerdiode 2 stabilisiert.

Es fließt ein Strom vom Pluspol über die Sicherung t, den Widerstand 42 und die Widerstände 3 und 4 zum Kondensator 5. Durch den Spannungsabfall am Widerstand 3 wird der Transistor 6 leitend, der über einsn Widerstand 8 für eine bestimmte Zeit, die der Aufladezeit des Kondensators 5 entspricht, ein positives Potential an die Sieuerlektrode des Thyristors 9 legt. Der Thyristor wird nun leitend und die Spannung gelangt an das zentrale Synchronisierorgan 41. Gleichzeitig zieht das Relais 10 an und schließt den Kontakt 10/1 (in 35), der in Reihe mit dem Widerstand 25 liegt. Da der Transformator 12 von dem zentralen Synchronisierorgan 4t Spannung erhält, erhalten auch alle auf der Sekundärseite des Transformators 12 liegende Schaltkreise Spannung, also auch alle Synchronisierwicklungen der Impulsgeneratoren 21 aller Wechselrichter, so daß diese mit der Frequenz des zentralen Synchronisierorgans 4t arbeiten. Die Spannung der Transformatorwicklung 12/1 gelangt nach Gleichrichtung mittels des Gleichrichters 13 und Kondensators 14 über die als Spannungsteiler geschalteten Widerstände 15,16 und 17 an die Steuerelektrode des Transistors 18. Der Transistor 18 wird leitend und schließt die Basis-Emitterstrecke des Transistors 29 kurz, so daß dieser sperrt.

Der beim Schließen des Kontaktes 10/1 über Widerstand 25 erzeugte Spannungsabfall des Synchronisierstrom5 bewirkt über den Gleichrichter 26 und Kondensator 27, daß der Transistor 28 leitend wird, so daß gleichzeitig mit dem Sperren des Transistors 29 der Transistor 28 leitend wird, so daß das Relais 31 erregt bleibt.

Nun kann der Wechselrichter Il eingeschaltet werden und es können auch noch weitere Wechselrichter an die Sammelschiene angeschaltet werden. Infolge des zentralen Synchronisierorgans 4t arbeiten nun alle Wechselrichter mit gleicher Frequenz:

Wenn nun eine vom zentralen Synchronisierorgan 41 zum Impulsgenerator 21 eines Wechselrichters führende Leitung z. B. bei A unterbrochen wird, fließt über den Widerstand 25 kein Strom mehr und die Synchronisierung dieses Wechselrichters wäre gestört. Dies kommt einer Störung der Sammelschienenversorgung gleich, und daher muß der entsprechende Wechselrichter von der Sammelschiene getrernt werden. Der Transistor 28 erhält keine Steuerspannung mehr und sperrt. Daher fällt das Relais 31 ab und der Kontakt 31/1 wird geöffnet, der Wechselrichter also durch Abfallen des Schaltschützes 34 vom Gleichstromnetz abgeschaltet. Dadurch ist die Störung der Sammelschienenversorgung behoben.

Wenn die Störung des zentralen Synchronisierorgans 4t in der Weise auftritt, daß, beispielsweise verursacht durch die Sicherung 1, eine Art Wackelkontakt in der Stromzuführung zum zentralen Synchronisierorgan 4t auftritt, dann würde das zentrale Synchronisierorgan nur zeitweise arbeiten, so daß chenfalls Störungen beim Parallelarbeiten der Wechselrichter eintreten. Um das

zu vermeiden, wurde der Thyristor 9 vorgesehen, der schon bei einer kurzzeitigen Stromunterbrechung von etwa 10 Mikrosekunden sperrt und damit den Wackelkontakt in eine vollkommene Stromkreisunterbrechung umformt. Dabei schaltet das Relais 10 ab. An den Wicklungen 12/1 tritt keine Spannung mehr auf, so daß der Transistor 10 sperrt und der Transistor 29 leitend wird. Dadurch wird die Kollektor-Emitterstrekke des Transistors 28 des zuerst an die Sammelschiene geschalteten Wechselrichters überbrückt. Bei allen anderen Transistoren 28 kann diese Überbrückung jedoch nicht stattfinden, da durch die oben beschriebene Verriegelungsschaltung des Relaiskontakts 40 alle anderen Relais 30 abgefallen sind. Es ergibt sich also bei allen anderen Wechselrichtern ein Zustand ähnlich dem bei einer Unterbrechung der Leitung A, so daß alle Wechselrichter abschalten, lediglich Wechselrichter I den Verbraucher mit seiner eigenen Frequenz versorgt. Mit dem Druckknopfschalter 36 kann der Wechselrichter 38 manuell abgeschaltet werden.

Der Widerstand 7, der parallel zum Kondensator 5 liegt, ist so bemessen, daß der noch fließende Strom über die Widerstände 3 und 4 den Transistor 6 nicht mehr leitend machen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

16 38 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für mehrere sowohl gleichstromseitig als auch wechselstromseitig parallelgeschaltete und durch ein zentrales Syr nisierorgan auf gleiche Frequenz und Phase syn. uonisierte statische Wechselrichter, von denen jeder allein den gesamten Verbraucherstrom liefern kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zentralen Synchronisierorgan (41) und dem Impulsgenerator (21) eines jeden Wechselrichters (38) je eine Überwachungsschaltung (35) angeordnet ist, die beim Ausbleiben der Synchronisierimpulse die dadurch betroffenen Wechselrichter bis auf den zuerst eingeschalteten Wechselrichter (38) abschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gleichstromzuleitung des zentralen Synchronisierorgans (41) ein Relais (10) so angeordnet ist, daß dessen Schaltkontakt (10/1) bei einer Unterbrechung der Gleichstromversorgung die Impulsleitung zwischen dem zentralen Synchronisierorgan (41) und den Impulsgeneraloren (21) unterbricht.

i. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des zentralen Synchronisierorgans (41) so ausgebildet ist, daß bei einer Unterbrechung der Stromversorgung von mindestens 10 Mikrosekunden diese \o dauernd unterbrochen wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gleichstromzuleitung für das zentrale Synchronisierorgan ein in Durchlaßrichtung geschalteter Thyristor (9) vorgesehen ist, zu dessen Zündung seine Steuerelektrode über einen Widerstand (8) mit dem Kollektor eines Transistors (6) verbunden ist, dessen Emitter mit der Anode des Thyristors (9) und dessen Basis mit dem Abgriff eines zwischen den Gleichstromzuleitungen liegenden, mindestens einen Kondensator (5) enthaltenden Spannungsteilers (3,4,7) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (5) im Spannungsteiler mit einem Widerstand (7) überbrückt ist, der so bemessen ist, daß nach Stromausfall der Transistor (6) nicht mehr leitend werden kann.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signaleinrichtung zur Anzeige der Störung in der Synchronisation vorgesehen ist.