DE2163397A1

DE2163397A1 - Anordnung zur symmetrischen lastaufteilung bei parallel arbeitenden elektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2163397A1
Application number: DE2163397A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Bayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-21
Filing date: 1971-12-21
Publication date: 1973-06-28
Also published as: SE381140B; FR2164668A1; CA998102A; BE792925A; AT319407B; US3823327A; DE2163397B2; GB1411259A; IT971896B; CH541888A; FR2164668B1

Description

Anordnung zur symmetrischen Lastaufteilung bei parallel arbeitenden elektrischen Maschinen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur symmetrischen Lastaufteilung bei parallel arbeitenden elektrischen Maschinen, wobei auf möglichst einfache und betriebssichere Weise und insbesondere bei betriebsmäßig wechselnder Anzahl der parallel arbeitenden Maschinen eine gleichmäßige Beteiligung derselben selbsttätig herbeigeführt werden soll.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß pro Maschine ein Stromregler vorgesehen ist, dessen Istwerteingang der jeweilige Maschinenstrom und dessem Sollwerteingang das Ausgangssignal eines eingangsseitig von den einzelnen Maschinenstromistwerten beaufschlagten Mittelwertbildners zugeführt sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Mittelwertbildner vorteilhaft aus einem als Impedanzwandler beschalteten Operationsverstärker bestehen, dem eingangsseitig über gleiche Widerstände den Maschinenstromistwerten proportionale Spannungen zugeführt sind. Interne Umschaltungen im Mittelwertbildner bei sich ändernder Anzahl der parallel arbeitenden Maschinen werden dadurch entbehrlich.

Weitere Ausbildungen der Erfindung, welche im folgenden anhand eines AusführungsbeispieIs näher beschrieben ist, sind in den Unterana ρ rüchen gekernt ·■'.« lehnet.

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Fig. 1 zeigt eine Lastverteilungsregelung für den Parallelbetrieb mehrerer rotierender Gleichstrom-Drehstromumformer, wie sie beispielsweise für eine gesicherte Drehstromversorgungsanlage einer Bmtetation Verwendung finden kann. Drei von Gleichstrommotoren 1a, 1b und 1c angetriebene Drehstromgeneratoren 2a, 2b und 2c speisen über Trennschalter 3a, 3b und 3c auf eine gemeinsame Drehstromsammelschiene 4. Die Drehstromgeneratoren 2a, 2b und 2c sind als Konstantspannungsgeneratoren ausgebildet und ihre nicht dargestellten Erregerwicklungen sind zweckmäßigerweise parallelgeschaltet, wodurch eine symmetrische Blindlastaufteilung erzielt wird. Jedem L· Umformermotor ist ein Drehzahlregler 5a, 5b bzw. 5c zugeordnet, der seinen Istwert von einer mit dem jeweiligen Motor gekuppelten Tachodynamo T erhält. Die in den Drehzahlreglern gebildete Regelabweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert n* und dem Drehzahlistwert η wirkt nach geeigneter Verstärkung über ein nicht dargestelltes Stellglied auf den Erregerstrom der Gleichstrommotore 1a, 1b und 1c. Jedem der Drehzahlregler ist ein Wirkstromregler 6a, 6b bzw. 6c in der Weise überlagert, daß dessen Ausgangssignal einen zusätzlichen Korrektursollwert den ihm nachgeschalteten Drehzahlregler liefert. Die den Wirkstromreglern 6a, 6b und 6c zugeführten Istwerte I , I , und I werden in Wirkstrom-

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meßgliedern 7a, 7b und 7c ermittelt, welche eingangsseitig P von der Saeaelschienenspannung U und von dem jeweiligen, mittels Stromwandlern W erfaßten Strom der Generatoren 2a, 2b bzw. 2c beaufschlagt. Die Wirkstrommeßglieder können in an sich bekannter Weise aus Ringdemodulatorschaltungen bestehen, welche über geeignete Glättungsglieder den Wirkanteil der Generatorströme als analoge Gleichstromausgangssignale I_-0, I_wK und I ausgeben. Die Aus gangs signale der

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Wirkstrommeßglieder 7a, 7b und 7c sind außerdem noch additiv dem Eingang eines Mittelwertbildners 8 zugeführt, dessen

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Ausgangssignal I* gleich ist dem dritten Teil des Verbraucherwirkstromes , da der Verbraucherwirkstrom ja aus der Summe der einzelnen Generatorwirkströme "besteht. Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 8 dient als Sollwert für die drei Wirkstromregler 6a, 6b und 6c. Auf diese Weise wird jeder Wirkstromregler darauf hinarbeiten, daß der ihm zügeordnete Generatorwirkstrom genau dem Mittelwert aus sämtlichen am Parallelbetrieb beteiligten Umformereinheiten entspricht. Damit ist eine große Genauigkeit bei der Lastaufteilung gewährleistet, wobei sich zusätzlich der Torteil ergibt, daß beim Zu- und Absetzen weiterer Umformere1.wheiten - selbstverständlich mit einer damit einhergehenden Zu— oder Abschaltung entsprechender weiterer Eingangsgrößqiauf den Mittelwertbildner 8 - jeder Abgleich oder Neujustage des den einzelnen Wirkstromreglern zuzuführenden Sollwertes entfällt.

Da die Wirkstromregler dem Drehzahlregler überlagert sind und damit die Motor^rerregungen allein nach der verlangten Verbraueherleistung bzw. dem Yeibraucherwirkstrom einregeln, wäre das sich einstellende Drehzahlniveau an sieh nicht definiert. Aus diesem Grund ist ein Frequenzregler 9 vorgesehen, der die Sollwerteingänge sämtlicher Wirkstromregler zusätzlich beaufschlagt. Da die Frequenzabweichungen, welcher dieser Regelkreis auszuregeln hat, im allgemeinen nur sehr langsam verlaufen, ist bei ihm nur eine sehr geringe Regelgeschwindigkeit erforderlich. Rasche Drehzahländerungen hingegen, welche durch Lastein- und-abschaltungen oder durch Änderungen der Motorspeisespannungen hervorgerufen werden, regelt in erster Linie der unterlagerte Drehzahlregler aus, wobei davon der Frequenzregler kaum angeregt wird; Der im Frequenzregler 9 in Vergleich mit dem Frequenzsollwertf* zu sstzendeBEquenzästwert f der Sammeis chienensρannung U wird in

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einem Istwertgeber 10 gebildet, wozu beispielsweise die Nulldurchgänge dieser Spannung erfaßt, in eine Impulsfolge umgewandelt und mittels eines an sich bekannten Frequenz-Spannungsumsetzers als entsprechende frequenzproportionale Ausgangsspannung f ausgegeben werden können.

Zur Überwachung des ordnungsgemäßen Arbeitens der einzelnen parallel arbeitenden Umformereinheiten sind weiterhin drei Grenzwertmelder in Form von Dreipunktschaltern 10a, 10b und 10c vorgesehen, welche eingangsseitig mit der Differenz des vom Mittelwertbildners 8 ausgegebenen Ausgangssignals I*, d.h. also dem dritten Teil des gesamten Verbraucherwirk-

) stromes, und dem jeweiligen Wirkstromistwert des einzelnen Generators beaufschlagt sind. Diese Dreipunktschalter weisen den in ihrem Blocksymbol dargestellten Zusammenhang zwischen ihrer resultierenden Eingangsgröße e und ihrer Ausgangsgröße a auf. Überschreitet die Eingangsgröße in der einen oder anderen Polaritätsrichtung einen bestimmten Grenzwert, so nimmt die Ausgangsgröße a ein konstantes Potential,von entsprechender Polarität an. Dieser Grenzwert kann beispielsweise zu 10 ?6 des Nennstromes gewählt werden. Die Ausgangssignale der Dreipunktschalter 10a, 10b und 10c sind einer mit 11 bezeichneten Logikschaltung zugeführt. Mit Hilfe dieser Logikschaltung wird ermittelt, welcher Umformer nicht konform mit den übrigen arbeitet. Gibt z.B. die Umformerein-

™ heit 1a, 2a beispielsweise aufgrund ihres defekt gewordenen Drehzahlreglers 5a weniger als den dritten Teil der gesamten Verbraucherlast ab, so müssen die Umformer 1b, 2b und 1c, 3c entsprechend mehr belastet sein. Ist dieser Unterschied nennenswert, so führt er zum Ansprechen der Dreipunktschalter,υ.

zwar

fS"o,aaß am Ausgang des Dreipunktschalters 10a ein positives Potential erscheint, während 'die Ausgänge der beiden anderen, den nicht gestörten Umformern zugeordneten Grenzwertmelder

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10b und 10c ein negatives Potential aufweisen wurden. Es kann also die fehlerhaft, d.h. die nicht im Sinne der übrigen wirkenden Umformereinheit erkannt und von der gemeinsamen Sammelschiene 4 abgetrennt werden. Zweckmäßigerweise wird man das die Abtrennung auslösende Signal eine gewisse Zeit verzögern, um bei/vorübergehenden Unsymmetrien eine unnötige Abschaltung zu verhindern.

In der Fig. 1 ist noch beispielhaft eine Ausgestaltung der im zuvor beschriebenen Sinne wirkenden Logiksehaltung dargestellt. Diese besteht aus drei Relais X, Y und Z, deren Spulen jeweils mit Ausgängen von zwei Dreipunktschaltern verbunden sind. Von den diesen Relais zugeordneten, mit x, y und ζ bezeichneten Arbeitskontakten liegen jeweils zwei in Reihe mit einer Betätigungsspule für Trennkontakte 3a, 3b und 3c an einer mit P bezeichneten Speisespannung. Bei dem zuvor beschriebenen Störungsfall, bei welchem also die Ausgangsspannung des Dreipunktschalters 10a ein positives Potential und die Ausgänge der beiden anderen Dreipunktschaltern ein negatives Potential bzw. nach erfolgtem Regelabgleich durch die Wirkstromregler 6b und 6c Nullpotential aufweisen, würden also die Relais X und Z ansprechen und demzufolge den Trennschalter 3a betätigen und so die fehlerhaft arbeitenden Umformereinheit von der Sammelschiene 4- abtrennen.

Das im Ausführungsbeispiel dargestellte Prinzip der Fehlerüberwachung und Abschaltung läßt sich selbstverständlich zwanglos auch auf eine beliebige Anzahl parallel arbeitender Umformereinheiten erweitern*.Es wäre dann der Ausgang jedes Dreipunkteehalters mit den Ausgängen aller übrigen Dreipunktschaltern über eine Relaisspule zu verbinden,was bei η Umformereinheiten n/2 (n - 1) Relais erfordern würde, und

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die Arbeitskontakte von η - 1 Relais wären dann in Reihe zu den einzelnen Betätigungsspulen für die entsprechenden Trennschalter anzuordnen.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den inFig. 1 mit 8 bezeichneten Mittelwertbildner. Er besteht aus einem Operationsverstärker 12, der als Impedanzwandler beschaltet ist, dessen Ausgangsspannung also unmittelbar auf seinen Eingang gegengekoppelt ist. Sein mit + bezeichneter Eingang ist mit drei Spannungen U.., ü« und U-* über gleiche Widerstände R verbunden. Da der Eingangswiderstand des Operationsverstärkers praktisch unendlich groß ist, erscheint mit guter Näherung am Verbindungspunkt der drei Widerstände R und damit auch am Verstärkarausgang eine Spannung der Größe 1/3 (U₁ + U₂ + U,) d.h. der Mittelwert der Eingangsspannungen.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf rotierende Maschinen - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt - beschränkt. Sie kann vielmehr auch dazu dienen, eine Lastaufteilung bei parallel arbeitenden Wechselrichtern zu erzielen. Derartige Wechselrichter finden beispielsweise bei unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen Verwendung.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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1.) Anordnung zur symmetrischen Lastaufteilung bei parallel arbeitenden elektrischen Maschinen, insbesondere Wechselrichtern für unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß pro Maschine ein Stromregler (6a, 6b, 6c) vorgesehen ist, dessem Istwerteingang der jeweilige Maschinenstrom und dessem Sollwerteingang das Ausgangssignal (I*) eines eingangsseitig von den einzelnen Maschinenstromistwerten beaufschlagten Mittelwertbildners (8) zugeführt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertbildner aus einem als Impedanzwandler beschalteten Operationsverstärker (12) besteht, dem eingangsseitig über gleiche Widerstände (R) den Maschinenstromistwerten proportionale Spannungen zugeführt sind.

3. Anordnung nach Anspiuch 1 oder 2 für rotierende Gleiehstrom-Drehstromumformer, dadurch gekennzeichnet, daß den Sollwerteingängen der einzelnen Stromregler (6a, 6b, 6c) zusätzlich das Ausgangssignal eines gemeinsamen Frequenzreglers (9) zugeführt ist und die Ausgangssigaale der Stromregler als Korrektursollwerte für die den Gleichstrommotoren (la, 1b, 1c) zugeordneten Drehzahlregler (5a, 5b, 5c) dienen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mit der Differenz zwischen dem jeweil gen Umformerstromistwert und dem Ausgangssignal des Mittelwertbildners (12) beaufschlagte Grenzwertmelder (10a, 10b, 10c), von deren Ausgangssignalen über eine logische Verknüpfungsschaltung (11) die einzelnen Umformer jeweils von der gemeinsamen Ausgangsleitung (4) trennende Schalter (3a, 3b, 3c) betätigbar sind.

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Anordnung nach Anspruch 3 für η parallel arbeitende Umformer, gekennzeichnet durch n/2 (n - 1) jeweils an Ausgänge von zwei Dreipunktschaltern angeschlossene Relaisspulen, wobei jeweils Arbeitskontakte von η - 1 Heiais in Reihe mit der Betätigungsspule eines einem Umformer zugeordneten Trennschalters an einer Speisespannung (F) liegen.

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