DE2025124A1 - Unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem - Google Patents

Description

• Unterbrechungsfreies stromwfersorgungasystem.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein unterbrechungsfreies Stromversorgungs sy st-em unter Verwendung des Prinzips der parallelen Redundanz um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, das heißt, daß mehrere gleiche Geräte aus Sicherheitsgründen parallel geschaltet sind. In einem besonderen Anvendungsfalle bezieht sich die Erfindung auf Mittel, um eine Anzahl von unabhängigen Oszillatoren miteinander in der Weise zu synchronisieren, daß bei einem Ausfall eines Oszillators die anderen Oszillatoren nicht wesentlich;beeinträchtigt werden.
• Bei einem System mit mehreren aus Sicherheitsgründen parallel geschalteten Systemen außert sich ein Fehler in einem System, beispielsweise die Überschreitung der Toleranzbedingungen, in der Weise, daß ein Alarmsignal gegeben wird, das es einem Bedienungsmann erlaubt, den fehlerhaften Teil zu warten und zu reparieren, wahrend das System als Ganzes ohne Fehler seinen Betrieb fortsetzt.
• Bei manchen Wechselstromversorgungssystemen ist eine Stromquelle erwünscht, die auch dann ununterbrochen Leistung abgibt, wenn ein Teil des Generatorsystems einen Fehler aufweist. Bei solchen unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen wird allgemein das Prinzip der Parallelschaltung von mehreren Einheiten benutzt, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Das System besteht meist aus einer Anzahl von vollkommen gleichen Vorrichtungen, von denen einige an sich überflüssig sind und die parallel auf eine gemeinsame Last arbeiten. Die Vorrichtungen, welche beispielsweise.
• statische Wechselrichter sein können, deren Ausgangsfrequenz durch einen inneren Oszillator bestimmt. wird1 müssen mit sehr genauer Synchronisation arbeiten und die.Ausgangsfrequenz mua innerhalb einer bestimmten Toleranz, beispielsweise innerhalb von 1 % liegen. Bei einem Fehler in einer der Vorrichtungen der Anordnung mua nicht notwendigerweise das ganze System als solches ausfallen, da es unbefriedigend ist, wenn ein Teil des Systems als Hauptoszillator oder frequenzsteuerndes Element arbeitet. Bei den meisten der bekannten Systeme, welche sich mit der Synchronisation einer Anzahl von Oszillatoren, Generatoren oder Wechselrichtern befassen, wird ein Oszillator als Bezugsoszillator verwendet, so daß ein Fehler oder eine Abweichung bei diesem Oszillator auch alle übrigen davon abhängigen Ein heiten beeinflußt. Bei anderen Systemen, bei denen nur eine lose Kopplung zwischen den Oszillatoren zum Zwecke der Synchronisation vorhanden ist, treten verhaltnismãßigxgroBe und veränderliche Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Oszillatorenauogangen auf. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem in der Weise, daß nicht ein einziger Ossillator als Uauptoszillator dient. und daßbei einem Verlust eines der Oszillatoren durch einen größeren Fehler oder eine Abweichung keine Einwirkung auf die übrigen Oszillatoren eintritt, welche bei Abwesenheit von Fehlern synchron und-innerhalb der vorgegebenen Frequenztolerans bleiben.
• GemäB der Erfindung enthalt das System von parallel arbeitenden Oszillatoren eine Mehrzahl von vollständig gleichen1 jedoch unabhängigen O»zillatorsystemen, von denen jedes einen stabilen Impulsgenerator enthält, der einen Ausgangsimpuis von endlicher Länge erzeugt und einen Koinzidenzdetektor, der die Koinzidenz von mindestens der hälfte der Ausgangsimpulse der Impulsgeneratoren feststellt und der bei Vorliegen der Koinzidenz wiederum selbst einen Impuls erzeugt und einen Rückßtellimpulsgenerator, der einen Impuls erzeugt, um die ursprünglichen Iupulsgeneratoren nach einer festliegenden Zeitspanne nach dem Auftreten der Koinzidenz zurückstellt und eine Anzahl von Synchronisi-erungsleitungen oder Zwixchenterbindungen, und zwar eine Synchronisierungsverbindung pro Oszillatorsystem.
• In der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wird auf die Figuren Bezug genommen.
• Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Mehrfechoszillator-Systems Figur 2 zeigt eine Reihe verschiedener Impulse.
• Figur 3 teige eine Schsltungsnordnung rur eine Bezugsimpulsgenerator .
• Figur 4 zeigt eine Schaltungsanordnung einer Kointidenzschaltung.
• Figur 5 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Rückstellimpulsgenerator und einem Fehlerdetektor.
• Figur 1 zeigt die Oszillatoren Nr. 1 und Nr. 2 eines Systems von n Oszillatoren, von denen der Oszillator Nr. 1 der Bezugsimpulsgenerator von irgendeiner beliebigen bekannten Art ist, dessen Ausgang mit der Synchronisierleitung Nr. 1 und auch noch mit dem Koinzidenzdetektor verbunden ist, der bei 2 dargestellt ist. Der Koinzidenzdetektor prüft die Impulse aller Synehronisierleitungen 1 n bis n und wenn eine Koinzidenz von 2 + 1 Impulsen vorhanden ist, erzeugt er einen Ausgangsimpuls, welcher den Ausgangsimpuls des Oszillatorsystems SrQ 1 darstellt. Der Ausgangs impuls wird gleichzeitig einem Rüekstellimpulggenerator 3 zugeführt, der einen Impuls von fast konstanter Impulsbreite erzeugt, der zu dem Bezugsimpuisgenerator zurückgespeist wird, um diesen in den Zustand ZU Beginn eines Impulezyklus zu bringen.
• Bei diesem System findet die Synchronisation dann statt, wenn bei allen Impulsgeneratorsystemen die Koinzidenz zwischen n + 1 Bezugsimpulsgeneratorimpulsen vorhanden ist 2 und da die Synchronisierleitungen allen Koinzidenzkreisen gemeinsam sind, tritt der Ausgangsimpuls, der zum Zeitpunkt der Koinzidenz erzeugt wird, zu diesem gleichen Zeitpunkt auf. Die Rückstellimpulse, die ebenfalls zum gleichen Zeitpunkt erzeugt werden, stellen nun synchron alle Bezugsimpuisgeneratoren des Oszillatorsystems zurück.
• Bei dieser bevorzugten Ausführungßform der Erfindung wird ein Ausgangsimpuis erzeugt, vorausgesetzt, der Koinzidenzdetektor ist in Ordnung und mindestens n + 1 Bezugs impuls-2 generatoren sind in Ordnung. Wenn irgend einer der Bezugsilpulsgeneratoren aus dem Toleranzbereich heraus gerät oder in irgendeiner Weise ausfällt, dann wird ein Vergleich mit den erzeugten Bezugsimpulsen und den Rückstellimpulsen, die in einem Fehlerdetektor 4 erzeugt werden, durchgeführt. Der Zustand der Toleranzüberschreitung wird angezeigt, wenn der Bezugsimpuls zu keiner Zeit mit dem Rückstellimpuls koinzidiert. In diesem Falle wird eine Fehleranzeige durchgeführt. Sollte ein Koinzidenzdetektor ausfallen, entweder indem er keine Ausgangsimpulse erzeugt, oder indem er falsche Ausgangsimpulse erzeugt, dann erzeugt das eine Fehlerbedingung in dem System, das durch den Ausgangsimpuls betrieben wird und führt augenblicklich zu einer Fehleranzeige. Ein Fehler bei dem Rückstellimpulsgenerator wird in gleicher Weise durch einen Fehlerdetektor festgestellt. Der Fehlerdetektor selbst ist als fehlersicheres System ausgebildet.
• Figur 2 zeigt einige typische Impulsformen einer Oszillatorsnordnung, welche aus fünf Oszillatorsystemen besteht.
• Es soll angenommen werden, daß zur Zeit t = O alle Systeme in Ordnung sind und daß von allen Systemen ein Koinzidenzimpuls erzeugt wurde. Der gestrichelt dargestellte Impuls ist der Rückstellimpuls und jeder Rückstellimpuls hat eine etwas andere Dauer, abhängig von den einzelnen Rückstellimpulsgeneratoren. In den Figuren 2a bis 2e sind die einzelnen Ausgangswetlenformen der Systeme 1 bis 5 dargestellt.
• Die Impulsbreite der Rückstellimpulse stellt nur einen kleinen Teil der ganzen natürlichen Periode der Bezugsimpulegenerßtoren dar. Die Impulse, die mit voll auagezogenen Linien dargestellt sind, sind die Ausgangsimpulse, die von jedem Bezugsimpuisgenerator erzeugt werden.
• Bei diesem System ist es erforderlich, daß eine Koinzidenz zwischen mindestens drei solchen Impulsen vorhanden ist und im vorliegenden Falle ist eine Koinzidenz zwischen den Impulsen 1, 3 und 5 vorhanden. Vorausgesetzt die fünf Koinzidenzkreise und die Rückstellimpulsgeneratoren sind in Ordnung, werden alle Bezugsimpulsgeneratoren am Ende des Bezugsimpulses zurückgestellt. Figur 2f zeigt den Summenimpuls im Koinzidenzdetektorkreis.
• Wenn in jedem System die Bezugs impulse und die Rückstellimpulse über einen Teil ihrer Impulslänge koinzident sind, dann wird dies von dem Fehlerdetektor restgesteílt und keine Fehleranzeige betatigt. Dies ist der Fall in Figur 2g, wo die Impulse des Fehlerdetektore im System 2 dargestellt sind. Wenn jedoch der erzeugte Bezugsimpuis nicht koinzident ist mit dem Rückstellimpuls, wie im Falle des Systems 4, dann wird dies durch den Fehlerdetektor festgestellt und der Fehler angezeigt, wie dies in Figur 2h dargestellt ist.
• Eine Ausführungsform für die einzelnen Teile der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist im einzelnen in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt. Der Bezugsoszillator ist in Figur 3 dargestellt. Er besteht aus einem Sperrschwinger mit Unijunction-Transistor Q1. Es werden geeignete Widerstandswerte für die Vorspannungserzeugung und geeignete Bezugsspannungswerte vervendet, um eine gute Stabilität des Oszillators bei Temperaturänderungen zu erzielen.
• Die Transistoren Q4 und Q5 bilden eine Klemmschaltung am Timing-Kondensator C3 und bilden ein Mittel, um den Oszilla tor auf den Beginn einer Periode zurückzustellen, in dem Augenblick, wenn ein positiver Impuls sn der Bssis des Transistors Q5 auftritt. Der Ausgangsimpuls des Bezugsimpulsgenerators wird au Widerstand R13 erhalten und wird über die Kondensatoren C4 und C5 einem Impulaformerkreis zugeführt, der die logischen Mikroschaltungen Q2 und Q3 enthält. Zweck dieser Schaltung ist es, einen Impuls von konstanter und gut definierter Breite zu erzeugen. Es werden beide, sowohl die positiven als auch die negativen Impulse, geformt.
• Der negative Impuls wird zum Rückstelltransistor Q5 zurückgeführt, was für eine Einstellung des Oszillators auf die gewünschte Ausgangsfrequenz erforderlich ist, eine Funktion, die ausgeführt wird bei Abwesenheit eines normalen Rücks-tellimpulses. Der negative Ausgangsimpule wird auBcrdem verwendet zur Speisung des Fehlerdetektorkreises. Der positive Ausgangs impuls wird verwendet zur Speisung der Synchronisierleitung. Der normale Rückstellimpuls wird über den Kondensator C1 der Basis des Transistors Q5 zugeführt.
• Die Koinzidenzschaltung ist in Figur 4 dargestellt. Sie enthält einen Stromsummierungskreis, der aus dem stromerzeugenden Transistor Q1 und den Torschaltungstransistoren Q2, A3, Q4, Q5 und Q6 besteht, welche wiederum die entsprechenden Emitterwiderstände R24A bis E einschalten. Die Eingänge sind wiederum mit den Synchronisierleitungen verbunden. Die Koinzidenz der Impulse in diesen Leitungen wird festgestellt durch Messungen des Wertes der Treppenspannung, welche am Widerstand R23 suftritt, der im Kollektorkreis des Stromgenerators Ql liegt.
• Eine typische Treppenspannung ist in Figur 2f dargestellt.
• Als Bezugswert wurde ein Teil der Vorspannung für den programmierbaren Unijunction-Transistorkreis Q8 verwendet, die sn dem Widerstand R26 durch den Emitterfolger Q7 auftritt. Wenn hier eine Koinzidenz von drei Impulsen in den Synchronisierleitungen auftritt, wird der Unijunction-Transistor zum Auslösen gebracht und erzeugt einen Hauptausgangsimpuls. Ein proportionaler Teil dieses Impulses wird außerdem dem Rückstellimpulsgenerator zugeführt.
• Der Rückstellimpulsgenerator und der Fehleranzeiger oder Fehlerdetektor sind in Figur 5 dargestellt. Der Rückstellimpulsgenerator besteht aus dem mikrologischen Schaltkreis Q1 und einem Teil des mikrologischen Kreises Q2.
• Es ist ein Multivibratorpulsformerkreis> ähnlich demjenigen, der beim Bezugsoszillator vervendet wird, dem der Ausgang dieses Kreises zugeführt wird. Der Fehlerindikator besteht aus zwei Eingangstorschaltungen, die einen poßitiven-Ausgangsimpuls abgeben, wenn eine Koinzidenz zwischen dem Bezugsoszillatorausgangsimpuls und dem Rückstellimpuls vorhanden ist. Dieser Impuls wird einem Multivibrator zugeführt, der die Transistoren Q3 und Q4 enthalt und eine relativ lange Arbeitsdauer hat. Ein Fehleranzeiger, beispielsweise eine Lampe, ist mit dem Kollektor des Transistors Q4 verbunden; Bei Abwesenheit von Impulsen, welche dem Multivibrator zugeführt werden, ist der Transistor Q4 leitend und die Anzeigelampe leuchtet hell. Unter normalen Betriebsbedingungen wird eine Serie von Impulsen dem Multivibrator zugeführt mit dem Ergebnie, daß die Leitzeit des Transistors Q4 erheblich vermindert wird, so daß die Anseigelampe nicht mehr hell leuchtet.
• Anlagern: 6 Patentansprüche 4 B1. Zeichnungen

Claims (1)

1. P a t e n t a n 8 p r ü c h e : Stromversorgungssystem zur unterbrechungsfreien Lieferung von Wechselstrom mit mehreren, aus Sicherheitsgründen parsllel zueinander geschalteten, gleichen Wechselstromerzeugers die miteinander synchronisiert sind, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Wechaelstromerzeuger vollstandig gleiche, jedoch voneinander unabhängige Oszillatorsysteme enthalten, daß jedes Oszillatorsystem einen stabilen Impulsgenerator (1), einen Koinzidenzdetektor (2) und einen Rückstellimpulsgenerator (3) enthält, daß jeder Impulsgenerator (1) über eine Synchronisierleitung mit allen Koinzidenzdetektoren (2) verbunden ist, daß der Impulsgenerator (1) einen Ausgangsimpuls endlicher Länge erzeugt, daß der Koinzidenzdetektor (2) beim Vorliegen der Koinzidenz von mindestens der Hälfte der Ausgangsimpulse der Impulsgeneratoren (t) seinerseits einen Impuls erzeugt und den Rückstellimpulsgenerator (3) des Systems beeinflußt, der wiederum nach einer festgelegten Zeitspanne nach dem Auftreten der Koinzidenz den Impulse nerator (1) des Systems in den Ausgangszustand zurückstellt.

   2.) Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Oszillatorsystem einen Fehlerdetektor (4) enthält, der sowohl vom Impulsgenerator (1) als auch vom Rückstellimpulsgenerator (3) des Systems beeinflußt wird und der ein Signal erzeugt, wenn der Ausgangsimpuls des Impulsgenerators (1) zu keinem Zeitpunkt mit dem Rückstellimpuls des Rückstellimpulsgenerators (3) koinzidiert 3.) Stromveraorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (1) als Sperrschwinger ausgebildet ist, der sowohl positive wie negative Impulse am Ausgang erzeugt.

   4.) Stromversorgungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Koinzidenzdetektor für jedes Oszillatorsystem eine Transistor-Torschaltung (Q2 ... Q6> enthält, durch welche ein Widerstand ( A ...

   R24E) in den Emitterkreis des Transistors (Q1) einen Stromsummierungskreises eingeschaltet werden kann Figur 4).

   5.) Stromversorgungssystem nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Rückstellimpulsgenerator aus einem Hultivibrator-Pulsforser-Kreis besteht (Figur 5).

   6.) Stromversorgungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerdetektor als fehlersicheres System ausgebildet ist.

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