DE2919750A1

DE2919750A1 - Parallelschaltungseinrichtung von wechselrichtern

Info

Publication number: DE2919750A1
Application number: DE19792919750
Authority: DE
Inventors: Andre Ducluzaux; Christian Icardent
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2426350B1; IT7968033A0; BE876307A; ES480592A1; GB2022346B; CH636225A5; FR2426350A1; GB2022346A; IT1118676B

Description

MERLIN GERIN
Grenoble (Prankreich)

PARALLELSCHALTUNGSEINRICHTUNG VON WECHSELRICHTERN.

Die Erfindung betrifft eine Parallelschaltungseinrichtung von Wechselrichtern mit in jeder Phase von wenigstens einem Wechselrichter geschalteten mechanischen Abschaltkontakten und mit einer Steuervorrichtung der Abschaltkontakte zur Schnellabschaltung des Wechselrichters beim Auftreten eines Fehlers oder Kurzschlusses des Wechselrichters.

In einer elektrischen Stromversorgungsanlage werden öfters zwei oder mehrere Wechselrichter in parallel geschaltet, um die Leistung zu vergrössern und/oder jede Versorgungsunterbrechung zu vermeiden. Die elektronische Steuerung der parallel geschalteten Wechselrichter gewahrleistet das Arbeiten mit der gleichen Frequenz, Phase, Amplitude, Lastverteilung und dergleichen, aber das Abschalten eines fehlerhaften Wechselrichters stellt einige Schwierigkeiten.

Wenn ein direkt an einer Sammelschiene gekoppelter Wechselrichter ausfallt, bildet er eine Last mit schwacher elektromotorischer Kraft, die durch Rückströme die Spannung der Sammelschiene beeinflusst und/oder die anderen Wechselrichter überlastet und beschädigt. Dieser Nachteil kann durch das Schnellabschalten des fehlerhaften Wechselrichters vermieden werden.

Die Sammelschiene ist geschützt, wenn die Schnellabschaltzeit kleiner als 5 Millisekunden ist. Zur Schnellabschal-

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tung werden elektronische Schalter benutzt, aber diese Schalter haben den Nachteil, keine galvanische Trennung des kurzschlussbehafteten Wechselrichters zu gewährleisten, und sie sind teuer.

in einer anderen bekannten Schutzvorrichtung wird die Impedanz des wechselstromseitigen Filters vergrössert, um die Rückströme zu begrenzen, aber die Filterwirkung in normalen Betrieb wird dadurch verschlechtert. 10

Die Erfindungsaufgabe ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Wechselrichter-Parallelschaltungsvorrichtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln einen fehlerhaften Wechselrichter galvanisch schnell abschaltet.

Die erfindungsgemässe Parallelschaltungseinrichtung von Wechselrichtern ist gekennzeichnet durch

- einen Kondensator,

- eine elektrodynamische Betätigungsvorrichtung der Ab-

schaltkontakte mit einer Spule und einer in Schliessstellung der Kontakte gegenüber der Spule liegenden Scheibe zur Verstellung der Kontakte in die offene Lage durch Entladung des Kondensators in die Spule und Zurückstossen der Scheibe durch den Thomson-Effekt,

- eine in der Öffnungslage sperrende Verriegelungsvorrichtung der Kontakte,

- und eine elektronische Steuerung eines in den Stromentladungskreis des Kondensators geschalteten elektronischen Schalters.

Dieses Schaltgerät bildet einen Schütz mit Ruhekontakten, der in weniger als 3,5 Millisekunden den kurzschlussbehafteten Wechselrichter wegschaltet und dabei die Sammelschiene wirksam schützt. Die elektronische Steuerung des Schützes lässt sich mit dem Wechselrichter vereinbaren und ist vorteilhafterweise in dem Wechselrichter selbst eingebaut. Die Betriebssicherheit der erfindungsgemässen Ein-

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richtung ist grosser als die eines statischen Schalters und diese Einrichtung ist einfacher und billiger.

Eine durch eine zweite elektrodynamische Betätigungsvorrichtung gesteuerte Verriegelungsvorrichtung verriegelt die Kontakte in der offenen Lage und bei einer Entriegelung drückt eine Feder die Kontakte in die Schliessstellung. Sowohl das Öffnen als das Schliessen der Schalteinrichtung wird also durch elektronische Steuerimpulse eines Thyristors oder eines Halbleiterventiles gesteuert, und diese Steuerimpulse werden von dem Wechselrichter geliefert.

Diese Schalteinrichtung kann leicht umgebaut werden, um gleichzeitig oder an Stelle des Wegschaltens ein Einschalten einer anderen Stromquelle, z.B. eines anderen Wechselrichters, zu gewahrleisten. Dafür braucht nur der bewegliche Kontakt in der verriegelten Stellung der Betätigungsvorrichtung einen anderen Stromkreis zu schliessen. Das selbe Schaltgerät kann also in verschiedenen Anlagen, insbesondere in Stromversorgungsanlagen von Rechnern, gebraucht werden, zum Schnellabschalten eines kurzschlussbehafteten Wechselrichters und/oder zum Einschalten einer Hilfs- oder Notstromquelle mit oder ohne Abschaltung der normalen Quelle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Parallelschaltungseinrichtung mit dem Steuerstromkreis gemäss der Erfindung;

Fig. 2 eine Kupplungsschaltung von drei Wechselrichtern mit einer Parallelschaltungseinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer Stromquelleumschal tungsvorrichtung;

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Fig. 4 eine Stromversorgungsanlage eines Komputers durch drei Wechselrichter;

Fig. 5 eine Stromversorgungsanlage durch ein Hilfsnetz.

Ein Schaltgerat oder Schütz 10 mit einer beweglichen Kontaktbrücke 12 und einem Paar feststehender Kontakte 14, 16 ist in dem Ausgangsstromkreis 18 eines Wechselrichters 20 geschaltet. Nur ein Stromleiter 18 ist auf Fig. 1 abgebildet, aber es ist deutlich, dass die beiden anderen Phasenleiter identisch sind, und dass die drei in dem Gehäuse 22 untergebrachten beweglichen KontaktbrUcken 12 mechanisch verbunden sind, um sich gleichzeitig zu öffnen und zu schliessen. Eine Feder 24 drückt die KontaktbrUcken 12 in die Schliessstellung und eine Abtriebsstange 26 verbindet die KontaktbrUcken 12 mit einer metallischen Scheibe 28, z.B. aus Kupfer oder Aluminium. In der Schliessstellung der Kontakte 12, 14, l6 steht die Scheibe 28 gegenüber der Stirnflache einer Spule 30. Der verlängerte Teil der Antriebsstange 26 wirkt mit in einer konischen Auskehlung 36 liegenden Blockierungsrollen 34 einer Verriegelungsvorrichtung 32 zusammen. In der Verstellrichtung der Antriebsstange 26 nach der offenen Lage der Kontakte 12, 14, l6 ist die Verriegelungsvorrichtung 32 unwirksam. Sie verhindert jedoch jede Bewegung in die Schliessstellung durch Selbstklemmung der Blockierungsrollen 34. Die Verriegelungsvorrichtung 32 kann durch einen elektrodynamischen Auslöser mit einer Scheibe 40, einer Spule 44 und einem Druckstössel 38 gelöst werden. Zum Auslösen der Verrj^elungsvorrichtung stösst der Druckstössel 38 die Blockierungsrollen 34 entgegen der Federkraft 42 in dem erweiterten Teil der Auskehlung 36 in die entriegelnde Lage.

Die Verriegelungsvorrichtung 32 und die Spulen 30, 44 bilden eine elektrodynamische Steuerungseinheit zur Bewegung der KontaktbrUcken 12 in die offene und geschlossene Lage.

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Eine Kondensatorenbatterie 48 speist bei Zündung eines Thyristors 46 die Spule 30. In ähnlicher Weise wird die Spule 44 durch eine Kondensatorenbatterie 50 bei Zündung eines Thyristors 52 gespeist.

Ein Schaltgerat dieser Art ist in der D-OS 2.653.077 im einzelnen beschrieben, und es wird nur kurz die Arbeitsweise dieses Schaltgerätes erwähnt. Die Kondensatorenbatterien 48, 50 werden durch nicht gezeichnete Stromrichter geladen und bei Zündung des Thyristors 46 wird die Spule 30 durch den Kondensatorentladungsstrom gespeist. Die durch den Thomson-Effekt zurUckgestossene Scheibe 28 bewegt die Kontaktbrücken 12 in die offene Lage, wo sie durch die Verriegelungsvorrichtung 32 zurückgehalten werden. In ähnlicher Weise bewirkt die Zündung des Thyristors 52 das Zurückstossen der Scheibe 40 und der Blockierungsrollen 34, und die Feder bewegt die Kontaktbrücken 12 in die Schliessstellung zurück. Die ZUndelektroden der Thyristoren 46, 52 sind durch Leiter 54, 56 an einer in dem Wechselrichter 20 eingebauten elektronischen Steuerungseinheit verbunden. In dem Gehäuse 22 können Löschbleche 59 angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt eine Sammelschienenanlage 58 mit drei in parallel geschalteten Wechselrichtern 20, 20', 20" und je einem Wechselrichter zugeordneten Schaltgerät 10, 10', 10" gemäss Fig. 1.

Im normalen Betrieb sind die Kontakte 12, 12', 12" geschlossen, und die Sammelschiene 58 wird durch die drei parallel geschalteten Wechselrichter 20, 20', 20" gespeist. Fällt einer der Wechselrichter, z.B. 20 durch einen Kurzschluss aus, wird in bekannter Weise ein Steuerimpuls an dem Thyristor 46 angelegt. In der oben beschriebenen Weise wird durch Schnellöffnung der Kontakte 12 der Wechselrichter 20 abgeschaltet. Das in weniger als 3,5 Millisekunden geöffnete Schaltgerät 10 bleibt in offener Lage bis ein Schliesssignal dem Thyristor 52 durch den Wechselrichter 20 selbst

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nach Aufheben des Kurzschlusses, oder manuell zugeführt wird. Die galvanische Trennung des kurzschlussbehafteten Wechselrichters 20 erhöht die Betriebssicherheit.

Das Schaltgerat 10 hat vorteilhafterweise ein zweites in Fig. 1 mit gestrichelten Linien gezeichnetes Paar feststehender Kontakte 60, 62. Die Kontakte 60, 62 stehen den Kontakten 14, 16 so gegenüber, dass die Kontaktbrücke 12 nach Öffnung der Kontakte 14, 16 die Kontakte 60, 62 schliesst. Bei einer Schnellschaltung werden also die Kontakte 14, 16 geöffnet und die Kontakte 60, 62 geschlossen. Die Kontakte 60, 62 liegen in einem Stromkreis 64 und das Schaltgerat 10 kann als Schnellumschalter und als Schütz mit Arbeitskontakten verwendet werden.

Die anhand der Fig. 3 bis 5 hiernach naher beschriebenen Anwendungsbeispiele erläutern die in Wechselrichterschaltungsanlagen zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Parallelschaltungseinrichtung.

Fig. 3 zeigt die Stromversorgungsschaltung eines Rechners. Im normalen Betrieb wird die Zentraleinheit 66 des Rechners durch den Wechselrichter 20a und die peripheriegerate 68 durch den Wechselrichter 20b gespeist. In jedem Speise-Stromkreis liegt ein Schaltgerat 10a, 10b gemass Fig. 1, mit einem Umschaltkontakt 12a, 12b, welche durch gekreuzte Leiter 70 miteinander gekuppelt sind. Die beiden Wechselrichter 20a, 20b sind immer synchron gesteuert. Fallt z.B. der Wechselrichter 20a aus, dann wird in der oben beschriebenen Weise der Kontakt 12a schnell umgeschaltet, so dass der Wechselrichter 20a abgeschaltet und die Zentraleinheit mit dem Wechselrichter 20b verbunden wird. Der Wechselrichter 20b speist vorlaufig sowohl die Peripheriegeräte 68 als auch die Zentraleinheit 66 des Rechners und die kurze Stromunterbrechung während der zur Schnellumschaltung notwendigen Zeit hat keinen Einfluss auf die Arbeit des Rechners.

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Fig. 4 zeigt die Stromversorgungsschaltung eines Rechners durch drei Wechselrichter 20c, 2Od, 2Oe. Im normalen Betrieb werden die eine höhere Leistung benötigende Peripheriegeräte 68 durch zwei parallel geschaltete Wechselrichter 2Od, 2Oe und die Zentraleinheit durch einen wechselrichter 20c gespeist. Alle Wechselrichter 20c, 2Od, 2Oe sind synchron gesteuert und beim Ausfallen des Wechselrichters 20c wird die Zentraleinheit 66 durch Schne]lschliessen des Schaltgerätes 10c mit der Sammelschiene 72 der beiden parallel geschalteten Wechselrichter 2od, 2Oe verbunden.

Fig. 5 seigt eine Hilfsstromversorgungsanlage, die beim Ausfallen eines Wechselrichters 20b wirksam wird. Die durch den Wechselrichter 20b gespeiste Last wird beim Ausfallen des Wechselrichters 20b an einem Hilfsnetz umgeschaltet durch Schnellschliessen des Schaltgerätes 1Of, gemäss der Erfindung.

Das Schaltgerät 10c, 1Of kann selbstverständlich gleichzeitig den fehlerhaften wechselrichter 20c, 20b wegschalten, und es ist klar, dass es noch zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten gibt.

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Claims

MERLIN GERIN
Grenoble (Frankreich)

Patentansprüche ;

1J Parallelschaltungseinrichtung von Wechselrichtern mit in

r Phase von wenigstens einem Wechselrichter geschalteten mechanischen Abschaltkontakten und mit einer Steuervorrichtung der Abschaltkontakte zur Schnellabschaltung des Wechselrichters beim Auftreten eines Fehlers oder Kurzschlusses des Wechselrichters, gekennzeichnet durch

- einen Kondensator (48),

- eine elektrodynamische Betätigungsvorrichtung (28, 30) der Abschaltkontakte (12, 14, 16) mit einer Spule (30) und einer in Schliessstellung der Kontakte gegenüber der Spule (30) liegenden Scheibe (28) zur Verstellung der Kontakte in die offene Lage durch Entladung des Kondensators (48) in die Spule und Zurückstossen der Scheibe durch den Thomson-Effekt,

- eine in der Offnungslage sperrende Verriegelungsvorrichtung (32) der Kontakte (12, 14, 16),

- und eine elektronische Steuerung eines in den Stromentladungskreis des Kondensators (48) geschalteten elektronischen Schalters (46).
2. Parallelschaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung des elektronischen Schalters (46) in dem Wechselrichter (20) eingebaut ist.

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3. Parallelschaltungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (32) durch eine zweite elektrodynamische Betätigungsvorrichtung (40, 44) in die entsperrte Lage verstellt werden kann.
4. Parallelschaltungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Abschaltkontakten (12, 14, 16) Einschaltkontakte (12, 60, 62) so zugeordnet sind, dass die einen offen sind, wenn die anderen geschlossen sind, und umgekehrt.
5. Parallelschaltungseinrichtung zur Umschaltung von einem Wechselrichter auf eine andere Stromquelle bzw. einen anderen Wechselrichter, mit einem mechanischen Umschaltkontakt und einer Steuervorrichtung dieses Umschaltkontaktes, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltkontakt (12 a) durch eine elektrodynamische Betätigungsvorrichtung mit einer Spule (30) und einer gegenüber der Spule liegenden Scheibe (28) betätigt werden kann, und dass ein in dem Entladungs-Stromkreis eines Kondensators (48) geschalteter elektronischer Schalter (46) die Entladung des Kondensators in die Spule zum Ausführen einer Umschaltung steuert.
6. Parallelschaltungseinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen mit der Scheibe (28) der elektrodynamischen Betätigungsvorrichtung mechanisch gekuppelten Brückenkontakt (12a), der in Ruhestellung der Betätigungsvorrichtung mit einem Paar feststehender Kontakte (14, 16) zusammenwirkt zum Einschalten des Wechselrichters (20a) und in verriegelter Stellung der Betätigungsvorrichtung mit einem zweiten Paar feststehender Kontakte (60, 62) zusammenwirkt zum Ausschalten des Wechselrichters (20a) und Einschalten der anderen Stromquelle (20b), wobei das Betätigen des Brückenkontaktes (12a) von der Ruhestellung zur verriegelten Stellung hin durch Speisen der Spule (30) der Betätigungsvorrichtung bewirkt wird.
7. Parallelschal tungseinriclitung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Verriegelungsvorrichtung (32) mit Klemmrollen (34) einer Betätigungsstange (26) des BrUckenkontaktes (12a) und eine zweite elektrodynamische Betätigungsvorrichtung (40, 44) zur Entriegelung der Klemmrollen (34), wobei der Brückenkontakt durch eine Feder (24) in die Ruhestellung zurückgedruckt wird.

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