DE2917380C2 - Synchronisierschaltung, insbesondere von Wechselrichtern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Synchronisierschaltung zur Synchronisation zweier Wechselspannungen insbesondere von Taktgebern von Wechselrichtern auf ein Wechselstromnetz, bei der für jede Wechselspannung eine Impulsformerstufe vorgesehen ist, die die Wechselspannungen in eine unipolare Rechteck-Impulsfolge umformt, deren Impulsperiode der Periode der ursprünglichen Wechselspannung entspricht, bei der eine Impulsvergleichiischaltung vorgesehen ist, die die Impulsfolgen der Irnpulsformerstufen zusammenfaßt und deren Ausgang mit einem Integrierglied verbunden ist, das eine dem Phasenunterschied der beiden Wechselspannungen proportionale Spannung abgibt.

Eine derartige Anordnung ist aus der deutschen Auslegeschrift 16 38 582 bekannt. Aufgabe dieser bekannten Schaltung ist es jedoch, eine von der Größe der Schwebespannung aus den beiden Wechselspannungen abhängige Dreieckspannung zu erzeugen, die ab einem bestimmten Schwellwert ein Signal abgibt, bei dem ein Zuschalten eines Generators auf ein Wechsel-Spannungsnetz nicht mehr möglich ist. Demzufolge weist diese Schaltung auch keine Synchronisierspannung auf. die abhängig vom Phasenunterschied der beiden Wechselspannungen erzeugt wird, um eine Regelung auf Phasengleichheit der beiden Spannungen durchzuführen.

Ferner ist aus der deutschen Auslegeschrift 25 29 943 eine Synchronisiereinrichtung bekannt, bei der in einer Phasenvergleichseinrichtung eine Synchronisationsspannung erzeugt wird. Bei dieser bekannten Synchronisiereinrichtung liegt an einer Eingangsklemme eine Dreieckspannung an. Mit der Eingangsklemme ist ein Differenzierglied verbunden, an dessen Ausgang eine Rechteckspannung entsteht, deren Wert der Frequenzdifferenz kfaer Spannungen der parallelzuscha'tenden Wechselstromnetze proportional ist. Die Ausgangsspannung des Differenziergliedes wird zusammen mit der über einen weiteren Operationsverstärker zugeführten Dreieckspannung in einer Summiereinrichtung zu der Rechteckspannunj addiert, so daß am Ausgang der Summiereinrichtung eine Spannung mit bestimmtem Verlauf entsteht. Die Spannung liegt an einer Grenzwertstufe, mit der der Grenzwert eingestellt wird. Überschreitet die Spannung am Ausgang der Summiereinrichtung diesen vorgegebenen Wert, dann tritt am Ausgang der Grenzstufe ein Signal auf, das ein Freigabesignal für ein Parallelschaltkommando darstellt. Steht also am Ausgang dieses Signal an und wird von einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung des genauen Schaltzeitpunktes der Phasenüberteinstimmung zur selben Zeit ein Parallelschaltkommando gegeben, dann wird dieses Parallelschaltkommando weitergegeben. Voraussetzung dafür ist, daß die Frequenzdifferenz Af einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet.

Dieser Schaltung liegt aber die Aufgabe zugrunde, die elektronische Schahungsanordnung so auszugestalten, daß ein Parallelschaltkommando nur in einem bestimmten Vorschaltwinkelbereich abgegeben wird. Eine Verstellung der Ausgangssynchronisierspannung um ± 180° ist mit der Anordnung jedoch nicht möglich.

Wechselrichtergeräte werden in der Regel vom Netz synchronisiert. Dies dient zur Vermeidung von Schwebungen der Ausgangsspannung des Wechselrichters gegenüber dem öffentlichen Net/.. Die Synchronisierung muß in diesem Fall nur auf gleiche Frequenz erfolgen.

Ist am Wechselrichterausgang eine elektronische Umschaltung vorgesehen, muß die Synchronisierung so durchgeführt werden, daß die Air-gangsspannung phasengleich mit dem Umgehungsnetz liegt.

Eine starre Phasenlageneinstellung über ein Synchronisiergerät der Ausgangsspannung vom Wechselrichter zum Umgehungsnetz ist in vielen Fällen nicht ausreichend, da die Phasenlage innerhalb des Wechselrichtersystems zum Teil lastabhängig, versorgungsabhängig und auch frequenzabhängig ist (bedingt z. B. durch die Ausgangsfilter im Wechselrichter).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine phasengeregelte Synchronisierschaltung für Wechselrichter mit nachgeschalteten elektronischen Schaltern zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung derart gelöst, daß die Impulsformerstufen Rechteckimpulse formende Verstärker sind, daß zwischen dem zweiten Verstärker und der Impulsvergleichsschaltung eine erste monostabile Kippstufe angeordnet ist, die auf der negativen Flanke der Verstärkerausgangsspannung getriggert wird, daß der Ausgang des Integriergliedes mittelbar oder unmittelbar mit der Steuerelektrode eines Stelltransistors verbunden ist, der seinerseits auf einen zweiten monostabilen Multivibrator im Sinne einer «.ippzeiiveränderung einwirkt, daß zwischen Ausgang des ersten Verstärkers und dem zweiten

monostabilen Multivibrator ein dritter monostabiler Multivibrator der von der negativen Flanke der Ausgangsspannurig des ersten Verstärkers getriggert wird, geschaltet ist, daB dem zweiten monostabilen Multivibrator ein vierter monostabiler Multivibrator nachgeschaltet ist, der eine konstante Impulsspannung mit dem Basisverhäknis 1 :1 abgibt und daß dem vierten Multivibrator ein Filter nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang die Synchronisationsspannung abnehmbar ist.

Die Synchronisierschaltung nach der Erfindung ermöglicht eine phasengeregelte Synchronisierung des Wechselrichters. Die Ausgangs-Synchronisierspannung kann um ±l80°el verstellt werden, wobei die Mittenlage zusätzlich im Bereich von 0—360°eI vorgewählt werden kann. Diese beiden "Kriterien sind ein wesentlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Schaltungen (z. B. fl-C-Phasenschiebern). Ohne Voreinstellung des Synchronisierbereiches geht ein großer Teil des Verschiebebereiches verloren, da innerhalb des Wechselrichters vom Synchronisiereingang des Taktgebers zur Geräteausgangsspannung eine systemabhängige Verschiebung vorliegt.

Anhand der Ausführungsbeispiele nach der K i g 1 und 2 sowie des Diagramms nach F i g. 3 wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt ?■>

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines phasengeregelten Wechselrichters.

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Synchronisiergerätes, Fig. 3 ein Impulsdiagramm für das Synchronisiergerät.

Entsprechend Fig. 1 wird der Taktgeber 2 des Wechselrichters 1 von einem Führungsnetz über ein Synchronisiergerät 3 mitgezogen. Diese Beeinflussung des Taktgebers kann über eingeprägten Strom oder eingeprägte Spannung erfolgen. Im Synchronisiergerät 3 wird ein Phasenvergleich zwischen Wechselrichter-Ausgangsspannung und Umgehungsnetz durchgeführt. Die synchronisierte Ausgangsspannung wird so beeinflußt, daß diese beiden Netze phasengleich liegen. Anstelle des Netzes kann für die Synchronisierung die Spannung von einem zweiten Wechselrichter herangezogen werden.

Die Synchronisierungsschaltung ist entsprechend Fig. 2 aufgebaut. Zur Funktionserklärung dient das Impuisdiagramm nach Fig. 3.

Dem Synchronisiergerät 3 wird die Spannung vom Umgehungsnetz über den Transformator m 1 und die Wechselrichter-Ausgangsspannung über den Transformator m2 zugeführt. Entsprechend diesen beiden Spannungen werden über die Verstärker pi, ρ 2 phasenstarre Rechtecksp?nnungen (Spannung A/3) erzeugt. Über einen monostabilen Multivibrator ρ 3 wird an der negativen Flanke der Spannung B vom Wechselrichterausgang ein schmaler Spannungsimpuls C erzeugt. Dieser Spannungsimpuls C wird mit der Spannung A auf eir.e Impuls-Vergleichsschaltung ρ 4 gegeben. Liegen an beiden Eingängen positive Spannungsimpulse an, ist auch ein Ausgangsimpuls über die Überlappungszeit vorhanden. Sind nicht beide Eingänge gleichzeitig vorhanden, löscht der Ausgangsimpuls. Dieser Ausgangsspannungs-Impuls wird über den Kondensator k 1 integriert. Durch die nachfolgende Regelschaltung wild die Wechselrichter-Ausgangsspannung so in def Phasenlage zum Führungsnetz verschoben, daß der Spannungsimpuls C auf die « Grenzfläche a vom Spannungsimpuls A geregelt wird. Steigt die Spannung am Kondensator Ar 1 an, wird die Wechselrichter-Ausgangsspannung voreilend verschoben, so daß der Ausgangsimpuls der Vergleichsschaltung ρ 4 löscht, und die Kondensatorspannung fällt, was im geschlossenen Regelkreis ein stabiles Verhallen ergibt. Bei Phasengleichheit der beiden Netze entsteht am Kondensator annähernd Spannung Null. Diese Spannung am Kondensator k 1 ist ein Maß für die Phasenlage vom Führungsnetz zur Wechselrichter-Ausgangsspannung. Die Synchronisierspannung wird wie folgt erzeugt:

Ober den monostabilen Multivibrator p5 wird an der negativen Spannungsflanke A ein Nachimpuls D erzeugt. Dieser Impuls D kann von 0—360~el verschoben werden. Mit der negativen Spannungsflanke von Impuls D wird ein zweiter monosiabiler Multivibrator ρ 6 ausgelöst, dessen Impulsbreite über den Phasenregfcl-Transistor ρ 7 mit Verstärker ρ 1 gesteuert werden kann. Die Steuerung ist so ausgelegt, daß der Ausgangsiinpuls £ über den Phasenregel-Transisior ρ 7 um 0-360°e!., d.h. ±180°, bezogen ,-uf die Wechselspannung, verschoben werden kann. iJu.-ch die Vorschaltung des monostabilen Multivibrators ρ 5 ist es möglich, den Winkel-Regelbereich des Ausgangsimpulses £in der Phasenlage zum Führungsnetz beliebig um 0—360°C: zu verschieben. Der Ausgangsimpuls E, welcher in der Breite vom Winkel-Regel-Transistor ρ 7 gesteuert wird, steuert mit seiner negativen Spannungsflanke einen monostabilen Multivibrator ρ 8 an. Dieser monostabile Multivibrator gibt konstant breite Ausgangsimpulse im Tastverhältnis 1 : 1 ab. Durch die Triggerung dieses Multivibrators von der negativen Spannungsflanke von Impuls Ekönnen die Ausgangsimpulse F in der Phasenlage zum Netz (Impuls Aj um ±180° über den Transistor ρ 7 verschoben werden. wobei die Null-Einstellung über den Multivibrator ρ 5 festgelegt werden kann. Die Ausgangsimpulse F im Tastverhältnis 1 : 1 werden in einem RC-Filter in annähernd sinusförmige Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird über den Verstärker ρ 9 verstärkt und über den Transformator m 3 als Synchronisierspannung für den Wechselrichter-Taktgeber nach außen geführt. Weicht die Netzfrequenz geringfügig von der Nennfrequenz ab, so wird die Rastung des Impulses F entsprechend unsymmetrisch. Da in der Regel die Synchronisierung bei 1—2% Frequenzabweichung abgeschaltet wird, ist diese Unsymmetrie unbedeutend; sie wird zudem durch das nachgeschaltete Filter ausgeglichen, und durch den Kondensator k2 wird ein Gleichstromanteil auf den Transformator m3 nicht übertragen.

Zur Vermeidung von starken Ausgleichsschwingungen bei der Aufschaltung der Synchronisierspannung auf den Taktgeber, erfolgt die Durchschaltung d£r Synchronisierspannung über das Relais d nur dann, wenn die Synchronisierspannung C phasengieich mit der Wechselrichter-Ausgangsspannung liegt. Die Phasengleichheit wird mit der Vergleichsschaltung ρ 10 überwacht. Ansteflp der Phasengleichheit mit der Wechselrichter-Ausgangsspannung kann als Vergleichskriterium auch Phasengleichheit mit der Taktge- *■ berspannung selbst verglichen werden (Brücke ,Y Voder ZY).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Synchronisierschaltung zur Synchronisation zweier Wechselspannungen insbesondere von Taktgebern von Wechselrichtern auf ein Wechselstromnetz, bei der für jede Wechselspannung eine Impulsformerstufe vorgesehen ist, die die Wechselspannungen in eine unipolare Rechteck-Impulsfolge umformt, deren Impulsperiode der Periode der ursprünglichen Wechselspannung entspricht, bei der eine Impulsvergleichsschaltung vorgesehen ist, die die Impulsfolgen der Impulsformerstufen zusammenfaßt und deren Ausgang mit einem Integrierglied verbunden ist, das ein dem Phasenunterschied der beiden Wechselspannungen proportionale Spannungabgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerstufen Rechteckimpulse formende Verstärker (pi,p2) sind, daß zwischen dem zweiten Verstärker (p 2) und der Impulsvergleichsschaltung (p 4) eine erste monostabile Kippstufe (ρ 3) angeordnet ist, die auf der negativen Flanke der Verstärkerausgangsspaanung getriggert wird, daß der Ausgang des Integriergliedes (rl, kl) mittelbar oder unmittelbar mit der Steuerelektrode eines Stelltransistors (p 7) verbunden ist, der seinerseits auf einen zweiten monostabilen Multivibrator (ρ 6) im Sinne einer Kippzeitveränderung einwirkt, daß zwischen Ausgang des ersten Verstärkers (p\) und dem zweiten monostabilen Multivibrator (ρ 6) ein dritter monostabiler Multivibrator (ρ 5) der von der negativen Flanke der Ausgangsspannung des ersten Verstärkers (p\) getriggert wird, geschaltet ist, daß dem zweiten monostabilen Multivibrator (ρ 6) ein vierter monostabiler Multivibrator (p.",) nachgeschaltet ist, eier eine konstanie Inpulsspannung mit dem Basisverhältnis I : 1 abgibt um' daß dem vierten Multivibrator (pS) ein Filter (Fi) nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang die Synchronisationsspannung abnehmbar ist.

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