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Verfahren und Anordnung zum Parallelschalten zweier Wechselstromeinrichtungen
Wenn der Leistungsbedarf die Maximalleistung eines Wechselstromgenerators übersteigt,
wird ein zweiter Generator parallelgeschaltet. Die Verbindung kann erst hergestellt
werden, nachdem der zweite Generator die Solldrehzahl erreicht hat und deshalb die
erforderliche Spannung und Frequenz abgibt. Zusätzlich zur Drehzahlanpassung muß
vor der Zuschaltung des zweiten Generators auch dessen Phase mit derjenigen des
ersten Generators synchronisiert werden. Es werden zwar gewisse Frequenz- und Phasenunterschiede
durch Wechselwirkung zwischen den parallelgeschalteten Generatoren ausgeglichen,
jedoch werden die unerwUnschten Übergangserscheinungen mit zunehmenden Frequenz-
und Phasenabweichungen verstärkt. DarUber hinaus kann bei völligem Synchronismus
der Schalter ohne Spannungsunterschiede betätigt werden, so daß beim Einschalten
keine Funken entstehen.
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Phasengleichheit tritt bei allmählidEr Drehzahlerhöhung des zweiten
Generators und Annäherung der Frequenz des ersteren mit der Schwebungfrequenz auf,
was nun benutzt werden kann, um unmittelbar vor Erreichen der Frequenz gleichheit
bei Phasengleichheit die Verbindung herzustellen. Durch gegenseitige Kupplung tritt
dann gegenseitige Frequenzverriegelung auf.
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Eine Schwieigkeit dabei ist jedoch, daß das Schließen eines Schalters
eine gewisse Zeit erfordert, so daß der Schaltbefehl eigentlich eine gewisse Zeit
vor Auftreten der Phasengleichheit
gegeben werden sollte. Dies ist
in der Praxis jedoch schwierig zu realisieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrude, ein Verfahren und ein Gerät
anzugeben, welche in einfacher und zuverlässiger Weise eine genaue Abgabe eines
Schaltbefehles zum richtigen Zeitpunkt ermöglichen.
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Ausgehend von einem Verfahren zum Parallelschalten zweier Wechselstromeinrichtungen
zu einem Zeitpunkt, bei dem die wenigstens annähernd miteinander synchronisiert
sind und unter Verwendung eines Schaltzeit-behafteten Verbindungsschalters , schlägt
die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß der Zeitpunkt, der in einem der
Schaltzeit entsprechenden Zeitabstand vor dem Soll-Schaltzeitpunkt liegt, durch
Messung der Periodendauer zwischen diesem Einschaltzeitpunkt vorangehenden Zeitpunkten
gleicher Wechselspannungsphasen der beiden Wechselstromeinrichtungen und durch Messung
der Zeit von dem zweiten dieser GleichphasXkeitszeitpunkte bis zum Zeitpunkt einer
um die Schaltzeit verkürzten Periodendauer bestimmt wird, und daß zu diesem Zeitpunkt
der Einschaltbefehl ausgelöst wird.Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Zeitmessung
vom zweiten Gleichphasigkeitszeitpunkt an gegenüber derjenigen während der vorhergehenden
Periode rückläufig verläuft, und daß diese rückläufige Zeitmessung unterbrochen
wird, sobald der Rest der rückläufigen Zeitmessung gleich der Schaltzeit ist.
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Dieses Verfahren wird vorzugsweise durch Zählung von Zählimpulsen
mit konstanter Wiederholungsfrequenz in einem Zähler durchgeführt Zur Durchführung
des Verfahrens ist erfindungsgemäß eine Anordnung Vorgesehen, die gekennzeichnet
ist durch eine die Spannungen der beiden parall elzus chal tenden Wechselstromeinrichtungen
vergleichende Vergleich-stufe, eine die Periodendauer zwischen zwei benachbarten
Zeitpunkten gleicher Wechselspannungen messende Zeitmeßeinrichtung, die von der
Vergleicherstufe bei Spannungsgleichheit einschaltbar ist, eine Voreinstellvorrichtung,
die der Zeitmeßeinrichtung derart zugeordnet, taß während der weiten Meßperiode
die Differenz zwischen der Periodendauer und dem voreingestellten Wert meßbar ist,
und
eine bei Erreichen des voreingestellten Werts ein Ausgangssignal
abgebende Ausgangsstufe.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt: Fig. a ein Zeitdiagramm mit verschiedenen für das erfindungsgemäße
Verfahren wichtigen Zeitpunkhrn; Fig. 2 ein entsprechendes Diagramm, welches sich
auf Zeitmessung mittels Zählimpulsen bezieht; und Fig. 3 ein Blockschaltbild einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Beim Anlaufen eines Wechselstromgenerators, der einem -in Betrieb
befindlichen Generator parallelgeschaltet werden soll, wird die Frequenz f2 der
Wechselspannung des zweiten Generators allmählich erhöht, wobei der Unterschied
a f zu der Frequenz 1des ersten Generators dementsprechend verringert wird. Dabei
werden die Phasenlagen der beiden Spannungen in bestimmten Zeitabständen, und zwar
mit einer Wiederholungsfrequenz A f, zur Deckung gebracht. Mit abnehmendem tf, wird
der Zeitabstand oder die Schwebungsperiode iST zwischen den Punkten mit völliger
Phasengleichheit, innerhalb welchem der Unterschied zwischen den Periodenzahlen
der beiden Spannungen gerade 1 beträgt, größer, wobei gilt: tNf = In Fig. 1 ist
eie Anzahl von Punkten A...D enting der Zeitachse t gezeigt. A stellt den Punkt
mit Phasengleichheit dar, in welchemdie Verbindung hergestellt werden muß. B ist
der vorhergehende Zeitpunkt, an welchem der Schaltbefehl an den Schalter gegeben
werden muß, dessen Schaltdauer #to beträgt. Der Punkt C stellt 0 den vorhergehenden
Zeitpunkt der Phasengleichheit dar, so daß der Zeitabstand C-A gleich AT ist. Der
vorhergehende Punkt D liegt mit einem Abstand fiT vor dem Punkt C.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf Messung der Schwebungsperiode
4 T während der Periode D-C. Wenn davon die konstante Schaltzeit A to subtrahiert
wird, ergibt sich für den Zeitabstand ßt = AT - Ato.
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Durch Messung der Zeit t t vom Zeitpunkt C an kann der Zeitpunkt B
genau bestimmt werden. Wenn dann an diesem Zeitpunkt B der Schaltbefehl gegeben
wird, wird zum Zeitpunkt A, also bei genauer Phasengleichheit, die Verbindung hergestellt.
Wenn At klein ist, wird dann zwangsläufig Phasen- und Frequenzverriegelung bzw.
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-starrheit auftreten.
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Die Zeitmessung geschieht vorzugsweise durch Zählung regelmäßiger
Impulsreihe4nitte)s eines reversierbaren Zählers. Dabei wird der Zähler am Zeitpunkt
D in Gang gesetzt, während am Zeitpunkt C der Zählsinn umgekehrt wird, Wie in Fig.
2 angegeben, entspricht die Periode 4 T zwischen den Zeitpunkten D und C n Zählimpulsen.
Wenn der Zählinhalt des Zählers zum Zeitpunkt D null ist, wird der Zählinhalt zum
Zeitpunkt C gleich n sein.
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Augrund der Umkehrung des Zählsinns zum Zeitpunkt C verringern die
nachfolgenden Impulse den Zählinhalt. Da die Periode C-A ebenfalls die Dauer #T
hat, wird also der Zählinhalt am Zeitpunkt A wiederum gleich null sein.
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Dieser Zähler ist jedoch derart voreinstellbar, daß er ein Signal
zum Auslösen eines Schalters entwickelt, sobald der Zählinhalt den eingestellten
Wert erreicht hat. Die Voreinstellung n0 wird dabei derart gewählt, daß n0xT = #
to, wobei T die Wiederholungsperiode der Zählimpulse darstellt. Durch Rückzählen
vom Zählinhalt n bis zum Wert n0 wird zwangsläufig der richtige Zeitpunkt B mit
Abstand a t vom Schaltzeitpunkt A erreicht.
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Fig. 3 zeigt ein Basisschema einer Anordnung zur Durchführung dieses
Verfahrens. Zwei Leitungen 1 und 2 sind mit den beiden miteinander zu kuppelnden
Generatoren verbunden. Diese Leitungen
sind andererg ts mit einer
Vergleicherstufe 3 verbunden, deren Ausgangsspannung sich erheblich ändert, wenn
die beiden Spannungen an diesen Leitungen einander gleich werden, d.h. in Phase
sind, was in Intervallen tT geschieht. Der Ausgang der Stufe 3 ist mit dem Setzeingang
eines bistabilen Multivibrators 4 verbunden. Der Multivibrator 4 hat zwei Ausgänge
5 und 6, wenn an den einen Ausgang ein Potential ansteht, ist das Potential am anderen
Ausgang gleich null und umgekehrt.
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Die Ausgänge 5 und 6 sind mit den Steuereingängen 7 bzw. 8 eines Zählers
9 verbunden. Wenn am Eingang 7 ein Potential liegt, zählt der Zähler 9 vorwärts,
während bei einer Spannung am Eingang 8 der Zähler 9 rückwärts zählt.
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Ein Zählimpulsgenerator 10 ist mit dem Zähleingang 11 des Zählers
9 verbunden. Bei jedem Impuls wird der Zähler 9 in der von den Spannungen an den
Eingängen 7 und 8 bestimmten Zählrichtung unter geschaltet. Der Ausgang 5 der Stufe
4 ist weiterhin mittels einer Hilfsstufe 12, z.B. einer differenzierenden Stufe,
welche nur positive Impulse abgeben kann, mit dem Rückstelleing 13 des Zählers 9
verbunden. Beim Auftreten einer positiven Spannungsflanke am Ausgang 5 gibt die
Stufe 12 einen Impuls ab, welcher den Zähler 9 zurückstellt. Dies bedeutet, daß
vor Beginn der Vorwärtszählung der Zähler zurückgestellt wird, so daß die Zählung
mit null anfängt.
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Die verschiedenen Zählstufen des Zählers 9 besitzen je einen Ausgang
14, der mit einem zugehörigen Kontakt eines Wählschalters 15 verbunden ist. Sobald
eine Stufe eingeschaltet wird, erscheint eine Spannung am entsprechenden Ausgang
14, die an die Ausgangsleitung 16 des Wählschalters weitergeleitet wird, falls der
Schaltarm am entsprechenden Kontakt steht. Die Leitung 16 ist mit dem einen Eingang
eines UND-VerknL1pfungsgliedes 17 verbunden, dessen anderer Eingang 18 mit dem Rücksdlausgang
6 des bistabilen Multivibrators 4 verbunden ist. Dies bedeutet, daß am Ausgang 19
nur dann ein Signal erscheinen wird, falls einerseits die Leitung 16 eine Spannung
von dem eingestellten Zählerausgang 14 erhält,
und andererseits
der Ausgang 6 des Multivibrators 4 eine Spannung abgibt, was bedeutet, daß dann
rückgezählt wird.
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Diese Anordnung arbeitet wie folgt. Wenn die Wechselspannungen an
den Leitungen 1 und 2 unterschiedliche Frequenzen haben, wird die Vergleicherstufe
3 in den Intervallen t T Spannungsgleichheit feststellen, wobei am Ausgang dieser
Stufe Impulse entwickelt werden. Der erste Impuls einer bestimmten Folge setzt den
Multivibrator 4 in den Zustand, bei dem eine Spannung am Ausgang 5 erscheint. Dieses
Kippen des Multivibrators setzt einerseits den Zähler auf null zurück und stellt
den Zähler andererseits auf Vorwärtszählen. Die von dem Impulsgenerator 10 abgegebenen
Impulse werden im Zähler addiert. Wenn der nächste Impuls der Stufe 3 den bistabilen
Multivibrator 4 erreicht, wechselt dieser in den anderen Zustand. Die am Eingang
11 eintreffenden Impulse verringern jetzt den Zählinhalt. Sobald der vom Schalter
15 eingestellte Zählinhalt erreicht wird, erscheint am Eingang 16 des Verknüpfungsgliedes
17 eine Spannung. Da während des Rückzählens auch eine Spannung am Eingang 18 des
VerknWfungsgliedes ansteht, wird zu diesem Zeitpunkt am Ausgang 19 ein Signal abgegeben.
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Da mit dem Wählschalter 15 der Zählinhalt zum Zeitpunkt B (Rückzählung)
eingestellt wird, erscheint auch das Signal am Ausgang 19 zu diesem Zeitpunkt. Dieses
Signal kann deshalb benutzt werden, um den Schalter zu betätigen und dadurch die
Leitungen 1 und 2 miteinander zu verbinden.
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Der Zähler 9 und der Wählschalter 15 sind in Fig. 3 in stark vereinfachter
Weise dargestellt. In der Praxis wird ein Dezimalzähler mit mehreren Dekaden benutzt,
wobei für jede Dekade ein gesonderter Wählschalter 15 vorgesehen ist, dessen Ausgänge
mit entsprechenden Eingängen is Verknüpfungsgliedes 17 verbunden sind. Auf diese
Weise kann eine einfache Dezimaleinstellung des Schaltzeitpunktes erhalten werden.
Wenn der Impulsgenerator 10 eine Frequenz von z.B. 100 Hz hat, ist der Abstand zwischen
aufeinanderfolgenden Impulsen 10 ms, so daß eine Einstellung in Schritten von 10
ms stattfinden kann.
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Es ist klar, daß die beschriebene Anordnung nicht auf das Zusammenschalten
zweier Wechselstromgeneratoren beschränkt ist, sondern auch zum Zuschalten anderer
Wechselstromeinrichtungen, bei denen dieselben Probleme auftreten, bentzt werden
kann. Die Zuschaltung sollte erst dann erfolgen, wenn der zweite Generator die gewünschte
Drehzahl angenähert erreicht hat. Die beschriebene Anordnung kann mit zusätzlichen
Sicherungseinrichtungen versehen werden, um die vorzeitige Einschaltung zu verhindern.