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~ richtung zur lastabhängiRen Zu- bzw. Abschaltung von
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n paralellgeschalteten Gleichrichtern.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lastabhängigen Zu- bzw.
Abschaltung von n paralelgeschalteten Gleichrichtern.
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Wegen der im Netz auftretenden Lastschwankungen ist es erforderlich,
mehrere Gleichrichter im Paralellbetrieb anzuordnen, wobei je nach auftretender
Belastung ein oder mehrere der Gleichrichter eingeschaltet werden sollen.
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Dabei sollte darauf geachtet werden, daß jeder angeschaltete Gleichrichter
in einem optimalen Belastungszustand betrieben wird. Bei bisher bekannten Lösungen
ist zur Bewerkstellif3ung ein erheblicher Aufwand erforderlich, der umso höher wird
je mehr Gleichrichter paralell geschaltet werden sollen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur lastabhängigen
Zu- bzw. Abschaltung von paralellgeschalteten Gleichrichtern zu schaffen, die bei
optimaler Ausnützung des Wirkungsgrades eines jeden einzelnen Gleichrichters einen
möglichst geringen Bauteileaufwand erfordert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung
derart ausgebildet, daß jeder Gleichrichter eine Steuerschaltung enthält, die aus
einem Festwertspei cher, einer Torschaltung und aus an diese angeschlossene Komperatoren
besteht, wobei über den programmierten Festwertspeicher und die angeschlossene Torschaltung
aus einer Anzahl der auf bestimmte Schwellwerte ansprechenden Komperatoren ein Schwellwert
ausgewählt wird, wobei die Schwellwerte je Komperator abhängig von der Anzahl der
im Betrieb befindlichen Gleichrichter vorgegeben sind und je
nach
Anzahl der im Betrieb befindlichen Gleichrichter jeweils ein bestimmter Komperator
über die Torschalw tung durchgeschaltet ist, wodurch am Ausgang der Torschaltung
ein Steuerimpuls für die Steuerschaltung des jeweils darauffolgenden Gleichrichters
abgegeben wird.
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Durch diese Maßnahme wird eine automatische Zu- bzw.
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Abschaltung der Gleichrichter je nach Belastung erreicht, wobei ein
ann>hernd optimaler Wirkungsgrad für die jeweils im Betrieb befindlichen Gleichrichter
erzielt wird.
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In weiterer Ausgestaltung läßt sich die Vorrichtung nach der Erfindung
auch derart ausbilden, daß pro St euerschaltung je ein Kornnerator für die Zuschaltung
von Gleichrichtern un W mperatoren für die Abschaltung von im Betrieb befindlichen
Gleichrichtern vorgesehen sind und daß die Abschaltschwellen entsprechend dem jeweiligem
Laststrom prozentual nach der Formel A (L-1) dimen-N sioniert sind, wobei A die
angenommene Belastung der noch verbleibenden Gleichrichter in Prozent und N die
Anzahl der im Betrieb befindlichen Gleichrichter bedeutet und daß die vorgegebene
Zuschaltwelle größer ist als der jeweilige Absolutwert jeder einzelnen in Frage
kommenden Abschaltschwelle.
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Dadurch wird erreicht, daß ein uneramnschtes sich dauernd wiederholendes
An- und Abschalten von Gleichrichtern nach dem jeweiligen Zu- bzw. Abschaltevorgang
vermieden wird. Eben dadurch arbeitet die gesamte Vorrichtung stets in einem stabilen
Zustand.
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In weiterer Ausgestaltung läßt sich die Vorrichtung auch derart weiterbilden,
daß jder Festwertspeicher n+1 Kennsignale erhält, wobei das erste Signal von jedem
in Funktion befindlichem Gleichrichter selbst erzeugt wird, während das zweite Signal
vom jeweils für die Zuschaltschwelle maßgeblichen Komperator des im Zyklus vor ihm
befindlichem Gleichrichters geliefert wird, wobei für
die Steuerschaltung
des ersten im Zyklus befindlichen Gleichrichters das zweite Signal von Außen erzeugt
wird, während die restlichen Signale alle selbst erzeugten Signale der übrigen Gleichrichter
sind und daß bei Ausfall eines selbsterzeugten zugeführten Signals, das erste Xennsignal
auf die Steuerschaltung des im Zyklus nachfolgenden Gleichrichters unmittelbar durchgeschaltet
wird und daß die unmittelbare Durchschaltung ein Kriterium für die Steuerschaltung
des Gleichrichters zur Übernahme der Schaltschwellwerte aus der Steuerschaltung
des Gleichrichters darstellt.
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Diese Maßnahmen ermöglichen bei Ausfall eines der Gleichrichter einekontinuirlichb
Susachaltung des nächsten im Zyklus befindlichen Gleictrichters, wobei die Funktion
des ausgefallenen Gleichrichters von dem im Zyklus nachgeschalteten Gleichrichter
übernommen wird und wobei der neue zugeschaltete Gleichrichter wiederum die Funktion
des vor dem Ausfall im zyklusletzten Gleichrichters übernimmt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Steuerschaltung
des im Zyklus ersten Gleichrichters von außen ein weiteres Kennsignal zugeführt
ist, welches diesen Gleichrichter als Fuhrungsgleichrichter für die Spannungsregelung
festlegt, daS in diesem Gleichrichter die Erzeugung eines weiteren Steuersignals.bewirkte
welches den Steuerschaltungen aller übrigen Gleichrichter zugeführt wird und daß
bei Ausfall des ersten Kennsignals dieses Gleichrichters das von außen zugefuhrte
weitere Kennsignal an den nächstfolgenden Gleichrichter durchgeschaltet wird und
diesen als führenden Gleichrichter priviligiert.
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Zur Spannungsregelung wird einem der Gleichrichter, insbesondere dem
ersten Gleichrichter eine Führungsfunktion aufgeprägt. zwar den Fall, daß dieser
Gleichrichter ausfällt,
muß ein anderer im speziellen Fall der nächstfolgende
Gleichrichter diese Führungsfunktion übernehmen Durch die vorstehend ausgeführte
Ausgestaltung ist diese Übernahme sicher gestellt.
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Um zu vermeiden, daß die Übergabe der Führungsfunktion durch Einschaltverzögerungen
des ersten Gleichrichters bereits vom zweiten Gleichrichter zu früh übernommen wird,
werden zwischen die einzelnen Gleichrichter Zeitverzögaungsglieder eingeschaltet,
die eine Zeitkonstante aufweisen, die größer ist als die Einschaltzeit der Gleichrichter.
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Um auch bei Netzausfall und Speisung der Gleichrichter über Netzersatzanlagen
sicher zu stellen, daß nur die für den Ersatzbetrieb möglichen Gleichrichter angeschaltet
werden, sieht die Erfindung darüber hinaus eine Einrichtung im ersten Gleichrichter
vor, die die Grenzen für die maximal zuschaltbaren Gleichrichter festlegt. Als Einrichtemg
kann vorteilhafterweise hierzu ein Kodierschalter verwendet werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin,
daß als Steuergerät ein Mikroprozessor verwendet wird, Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild
des Gesamtsystems Fig. 2 ein Blockschaltbild des Steuerteiles für die Zuschaltung
von Gleichrichtern Fig. 3 die detailierte Schaltung A3 des Steuerteils nach Fig.
2 Fig. 4 ein Schaltschema für die zyklische Verdrahtung Fig. 5 das Prinzipschaltbild
eines Optokopplers
Fig. 6 das Blockschaltbild der um die Zuschaltbegrenzung
erweiterten Zuschaltlogik für den Steuerteil des Gleichrichters 1 Fig. 7 das Blockschaltbild
der um die Zuschaltbegren zung erweiterten Zuschaltlogik der Steuerteile der übrigen
Gleichrichter Fig. 8 die Blockschaltung der Zusatzlogik Fig. 9 ein Blockschaltbild
eines Codierschalters In Figur 1 ist ein System von n identischen Gleichrichtern,
deren Ausgänge paralellgeschaltet sind gezeigt.
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Jedem der Gleichrichter ist dabei wie in Figur 2 detailiert dargestellt
ein Steuergerät zugeordnet. Die Gleichrichter sind im Sinne eines Zuschaltezyklus
hintereinander geschaltet, so daß je nach Belastung ein oder mehrere Gleichrichter
entsprechend des vorgegebenen Zyklus in Betrieb genommen werden. Der Endleichrichter
ist dabei im Sinne einer Schleife mit dem ersten Gleichrichter verbunden, so daß
insgesamt eine Ringschaltung von Gleichrichtern entsteht. Eine Paralellaufregelung
sorgt dafür, daß alle eingeschalteten Gleichrichter den selben Strom liefern.
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Ein detailiertes Blockschaltbild der Steuereinrichtung eines Gleichrichters
ist in Figur 2 dargestellt. Dabei werd.en im einzelnen noch zu erläuternde externe
Signale über eine galvanische Trennvorrichtung Al dem Eingang eines Festwertspeichers
A2 z. B. eines EPROMS zugeführt.
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Der Festwertspeicher A2 steuert über seine Ausgänge eine Torschaltung
A32 an derem Eingang wiederum mehrere Eomperatoren A31 anliegen. Die Komperatoren
zusammen mit der Torschaltung sind im Blockschaltbild nach Figur 2 mit A3 bezeichnet.
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Eine detailierte Schaltung des Blocks A3 nach Figur 2 ist in Figur
3 dargestellt.
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Die Torschaltung A32 besteht dabei aus gesteuerten Schaltern, die
mit ihren Ausgängen paralell geschaltet sind.
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Jedem dieser Schalter ist ein Komperator vorgeschaltet.
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Die Steuerung der einzelnen Schalter der Torschaltung A32 erfolgt
wie bereits vorstehend ausgeführt über den Festwertspeiclier A2 Die Funktion bei
normalen Betriebsbedingungen soll anschließend erläutert werden. Normale Betriebsbedingungen
liegen definitionsgemäß dann vor, wenn folgende vier Vorraussetzungen gleichzeitig
erfüllt sind: 1) An allen Gleichrichters ist die Versorgungsspannung vorhanden 2)
Alle Geräte sind auf " Automatik " geschaltet 3) Ein Gerät ist im Bezug auf die
Regelung als Führungegleichrichter geschaltet 4) Kein Gerät ist defekt Die Zuschaltautomatik
erreicht durch gezieltes Zu- und Abschalten von Gleichrichtern, daß die Auslastung
der einzelnen Gleichrichter innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Überschreitet die
Belastung eine bestimmte einstellbare Schwelle von z. B. 85 so wird ein weiterer
Gleichrichter zugeschaltet. Wird die Belastung verringert, so wird bei Unterschreiten
einer bestimmten Rückhaltschwelle einer der in Betrieb befindlichen Gleichrichter
abgeschaltet.
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Die Abschaltschvrelle muß in Abhängigkeit von dem im Betrieb befindlichen
Gleichrichtern eingestellt werden. Dabei ergibt sich für die Rüchschaltschwelle
Sr in Prozent folgende Formel: A ( N-i N -Dabei bedeutet A die angenommene Belastung
der noch verbleibenden Gleichrichter in Prozent und N die Anzahl der
im
Betrieb befindlichen Gleichrichter (G).
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Eine weitere Bedingung besteht darin, daß die vorgegebene Zuschaltschwelle
B größer ist als der jeweilige Absolutwert jeder einzelnen in Frage kommenden Abschaltschwelle.
Für eine Zuschaltschwelle von z. B. 85n, nimmt man um einen ausreichenden Sicherheitsabstand
für ungewolltes Rücksohalten zu haben beispielsweise einen 'ffert IL von etwa 60%
an.
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Nach der vorgegebenen Formel ergeben sich dann z. B. für vier paralellgeschaltete
Gleichrichter (G), für den ersten Gleichrichter 3Ob, für den zweiten 40Sv und für
den dritten 45%.
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Jede Steuerschaltung enthält somit einen Komperator für die Zuschaltung
der um beim vorliegenden Beispiel zu bleiben z. B. für einen Zuschaltewert von 85%
eingestellt ist, während zur Abschaltung der Gleichrichter jedem Steuergerät jeweils
n-1 Komperatoren zugeordnet sind, wobei der erste Komperator auf z. B. 30%, der
zweite auf 40% und der dritte auf 45 eingestellt ist. Bei weiteren paralellgeschalteten
Gleichrichtern ergeben sich die Schwellwerte nach der angeführten Formel.
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Wesentlich bei der beschriebenen Methode zur Zu- und Abschaltung ist
die zyklische Ordnung der Gleichrichter.
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Jeder Gleichrichter hat genau einen Vorgänger und genau einen Nachfolger.
Der Nachfolger des Daten Gleichrichtets ist der Gleichrichter 1.Jeder Gleichrichter
kann nur von seinem Vorgänger geschaltet werden und kann nur - seinen Nachfolger
einschalten.
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Im normalen Betriebsfall ist ein beliebiger Gleichrichter auf " führend
" im Bezug auf die Regelung, die anderen sind auf " geführt " geschaltet. Der führende
Gleichrichter
ist automatisch eingeschaltet, während die übrigen
je nach der Belastung durch die Zuschaltautomatik ein und ausgeschaltet werden.
Durch die Deklaration eines Gleichrichters als " fuhrend " ist eine Rangfolge der
Gleichrichter gegeben, die von der Numerierung in Fig. 1 abweichen kann. Der führende
Gleichrichter hat den niedrigsten Rang eins, der nächste ( mit der nächsthöheren
Nummer nach Fig1) den Rang zwei usw; der letzte Gleichrichter hat den höchsten Rang
n. Diese Rangordnung gilt wie es später noch erläutert wird nur für den normalen
Betriebsfall.
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Wenn die Belastung des ersten eingeschalteten Gleichrichters einen
bestimmten einstellbaren Teil des Nennstromes z. B. 85% übersteigt, mug ein weiterer
Gleichrichter zugeschaltet werden. Die Zuschaltschwelle liegt bei diesem Gleichrichter
ebenfalls auf den obengenannten Wert von z. B. 85%. Die Zuschaltung geht daher bei
steigender Belastung folgendermaßen vor sich: Zunächst sei nur der führende Gleichrichter
in Betrieb. Überschreitet sein Ausgangsstrom die Zuschaltschwelle, so erzeugt der
Gleichrichter ein Zuschaltsignal Z ( x+1) ( Vgl. Fig. 2 ) an seinen Nachfolger und
schaltet ihn dadurch ein. Sobald dieser abgelaufen ist, übernimmt er die Hälfte
des Stromes. Dadurch sinkt der Strom im ersten dem führenden Gleichrichter unter
die Zuschaltschwelle. Das fuhrt jedoch zu keiner Rücknahme des Zuschaltsignals,
da die.
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Rückschaltschwelle des ersten Gleichrichters auf 30%0 liegt.
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Steigt der Strom weiter an, so übersteigt . schließlich in beiden
eingeschalteten Gleichrichtern der Strom die Zuschaltschwelle. Beim ersten Gerät
hat das keine Wirkung, da es ohnehin bereits ein Zuschaltsignal Z(x+l) an seinen
Nachfolger liefert. Dagegen erzeugt das zweite Gerät nun wiedriim ein Zuschaltsignal
Z(x+1) für seinen Nachfolger, den dritten Gleichrichter. Bei weiteren Ansteigen
des
Stromes werden der Reihe nach die jeweils im Zyklus nächstfolgende Geräte eingeschaltet.
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Wenn die Belastung der Gleichrichter einen bestimmten Betrag überschreitet,
so muß eines der Geräte weggeschal tet werden. Die Wegschaltung erfolgt in der umgekehrten
Reihenfolge wie die Zuschaltung; das bedeutet, daß das letzte einges-chaltete Gerät
ausgeschaltet wird. Erreicht wird das dadurch, daß dessen Vorgänger seinem Nachfolger
(dein Abzuschaltenden) das Zuschaltsignal wegnimmt.
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Im Vorgänger ist also eine Umschaltschwelle aktiv, bei deren Unterschreiten
das Zuschaltsignal TTreggenommen Çird.
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Die Weg3chaltung geht daher bei sinkender Belastung folgendermaßen
vor sich: Zunächst seien alle Gleichrichter in Betrieb. Unters,chreitet der Strom
einen bestimmten Betrag, so muß das Gerät mit dem Räng n weggeschaltet werden. Das
kann nur dadurch ge.chehnn, daf>:, laB das Gerbt mit dem Rang n-i sein Zuschaltsignal
wegnimmt. In diesem gerät ist daher eine bestimmte Wegschaltschwelle wie nach vorstehender
Formel errechenbar aktiv. In den Geräten mit niedrigerem Rang- sind ebenfalls Wegschaltschwellen
aktiv; diese müssen jedoch niedriger liegen als die Wegschaltschwellen im Gerät
mit dem ilang n-1, damit gewährleistet ist, daß dieses Gerät als erstes das Zuschaltsignal
für seinen Nachfolger wegnimmt.
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Sinkt die Belastung unter die Wegschaltschwelle des Gerätes mit dem
Rang n-2, so nimmt dieses sein Zuschaltsignal weg und schaltet damit das Gerät mit
dem Rang n-1- ab.. Die Wegschaltschwellen der Geräte mit den Rängen n-3, n-4 usw.
müssen wiederum niedriger liegen als beim Gerät mit dem Rang h-2. Bei weiterer Reduktion
der Belastung werden die Geräte der Reihe nach weggeschaltet, bis nur mehr das führende
Gerät (Rang eins) übrig bleibt.
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Für eine konkrete Durchführung der Wegschaltung sind daher n-i Wegschaltungsschwellen
erforderlich, nämlich für
die Geräte mit den Rängen 1 bis n-l.
Es ist nicht möglich, die jeweilige Schwelle im betreffenden Gerät fest einzustellen,
da ein beliebiger Gleichrichter auf führend " geschaltet werden kann und daher die
Ränge der Geräte unterschiedlich sein können. Vielmehr müssen in jedem Gerät alle
Wegschaltschwellen eingestellt sein; eine Logik aktiviert die jeweils gültige schwelle.
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Die Aufgabe der Zuschaltlogik wird erschwert, weil außergewöhnliche
Betriebszustände berücksichtigt werden müssen.
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Solche Zustände können zwei verschiedene Ursachen haben.
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Wenn zwei oder mehr Geräte auf " führend " geschaltet sind ( hier
liegt ein Bedienungsfehler vor ), ist das Zu- und Wegschaltprogramm sinnlos, da
die Rangfolge- der Geräte nicht mehr definierbar ist. Um den Betrieb der Gesamtanlage
nicht zu gefährden, werden in diesem Fall alle Geräte zwangsweise eingeschaltet.
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Die zweite Möglichkeit eines außergewöhnlichen Betriebszustandes liegt
dann vor, wenn ein Gerät zwar ein Zuschaltsignal erhält, aber nicht in Betrieb geht,
weil es entweder defekt ist oder sein Betriebsartenschalter auf "Aus steht. In diesem
Fall wird es in der Bestimmung der Rangfolge einfach übergangen; das Zuschaltsignal
wird auf seinen Nachfolger übertragen.
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Wenn das auf " Führend " geschaltete Gerät defekt ist, kann es seine
Führungsaufgabe nicht wahrnehmen. In diesem Fall muß ein anderes Gerät auf " Führend
tt geschaltet werden. Das defekte Gerät gibt ein??Führungs5ignal?? an seinen Nachfolger
und schaltet ihn damit auf " Führend ". Ist auch dieser defekt, oder auf " Aus "
geschaltet, so wird das Führungssignal an dessen Nachfolger weitergegeben.
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Neben den Zuschalt- und Führungssignalen benötigt jedes Gerät Informationen
darüber, welche Geräte in Betrieb und welche auf " Führend " geschaltet sind. Wird
das gerade
betrachtete Gerät mit " x " bezeichnet, so sind folgende
Steuerungssignale erforderlich: 1) Zuschaltsignal vom Vorgänger: Z (x-l ) 2) Zuschaltsignal
an den Nachfolger: Z (x+l) 3y Führungssignal vom Vorgänger: FN (x-i) 4) Führungssignal
an den Nachfolger: FN (x+l) 5) Meldung, welche Geräte in Betrieb sind: E (x+1),
E (x+2), E (x+n-l) 6) Meldung, welche Geräte auf " Führend " geschaltet sind ( entweder
durch den Betriebsartenschalter oder durch einen Führungsimpuls ihres Vorgängers
); dabei ist ohne Bedeutung, ob diese Geräte in Betrieb sind oder nicht: F (x+1
),F (x+2), F (x-tn-l Durch Ausnützen der zyklischen Ordnung der Gleichrichter wird
erreicht, daß jeder Gleichrichter nur mit seinem Vorgänger und mit seinen Tachfolger
über Steuerleitungen zu verbinden ist. (s. Fig. 1) Dementsprechend enthält jeder
Gleichrichter zwei Buchs-en oder Klemmensysteme xl und x2; xl stellt die Verbindung
zum Vorgänger, x2 zum Nachfolger her. Diese Buchsen sind bei allen n Gleichrichtern
identisch verdrahtet; ferner werden n identische Kabel für die Verbindung der Gleichrichter
miteinander benötigt.
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Diese vorteilhafte Art der Verdrahtung ergibt sich bei den Steuersignalen
1) bis 4) von selbst da diese nur zwischen benachbarten Geräten ausgetauscht werden.
Dagegen ist die Verdrahtung der Signale 5) und 6) komplizierter, da z. B. das Signal
E (x) an alle Gleichrichter geliefert werden muß. Die Signale E und F müssen daher
durch sämtliche Geräte durchgeschleift werden. Um eine identische interne Verbindung
von xl und x2 bei allen Geräten sowie identische:.Steuerkabel zwischen den Geräten
su ermöglichen, erfolgt das Durchsdhleifen dieser Signale auf eine zyklische Weise.
Dies ist für E am Beispiel eines Vier - Geräte - Systems in Blg. 4 dargestellt.
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Innerhalb des gestrichelten Bereichs sind die vier Gleichrichter gezeichnet.
Außerhalb sind Gleichrichter 4 und 1 wiederholt, damit die identishce Verkabelung
deutlich wird, Als Beispiel werde etwa der Gleichrichter 2 betrachtet. Er erzeugt
das Signal E (X), mit dem er denn übrigen Geräten signalisiert, ob er ein- oder
ausgeschaltet ist. Beim Gleichrichter 1 kommt dieses Signal als E (X+1) an und teilt
ihn den Zustand von Gleichrichter 2 mit. Das selbe Signal gelangt weiter als E (X+2)
zum Gleichschalter 4 und endet als E (X+3) bei Gleichrichter 3. Ferner sieht man
sofort, daß der Gleichrichter 2 über deb Zustand aller übrigen Gleichrichter informiert
ist.
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Das Durchschleifen der F Signale erfolgt auf die gleiche Weise.
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Die Zuschaltlogik kann schaltungstechnisch unter Verwendung von Festwertspeichern
realisiert werden, (wie in Fig. 2 ersichtlich). Die von den anderen Geräten stammenden
E - und F - Signalen werden über eine galvanische Trennung Al an die Logik A2 weitergeleitet.
Der Eingang Z ('r) sagt der Logik, daß das betreffende Gerät ein Einschaltsignal
bekommt. Dieses Signal kommt entweder vom Vorg-ingergerät (Zuschaltsignal Z (x-i)
> oder vom Betriebsartenschalter BAS ?? Hand Ein " HE oder davon, daß das Gerät
auf " Führend " HF geschaltet ist.
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Diese drei Signale werden über Dioden (V1 - V5) verknüpft und an die
Logik weitergeleitet. Zugleich dienen sie als Einschaltbefehl für das betreffende
Gerät. Der Eingang FIJ (X) teilt der Logik mit, daß das Gerät auf Führend " geschaltet
werden muß. Das Signal, welches das Gerät auf " Führend " schaltet, wird jedoch
erst am Ausgang der Logik gebildet.
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Der Ausgang F (X) schaltet das eigene Gerät auf "Führend" und teilt
den anderen Geräten mit, daß es selbst "Fuhrend" ist.
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Der Ausgang FN (X+i) gibt über eine Zeitverzögerung ein Führungssignal
an den Nachfolger. (Wie bereits vorstehend beschrieben). Die übrigen Ausgänge der
Logik sind mit der Zuschaltsignalerzeugung A3 verbunden.
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Die Zuschaltsignalerzeugung A3 schaltet in Abhangigkeit vom Geratestrom
und von den aktivierten Schwellen den Nachfolger des betrachteten Gerätes zeitverzögert
zu bzw. wieder weg. Von der Logik wird entweder die Zuschaltschwelle oder eine der
Wegschaltschwellen aktiviert. Übersteigt der Geratestrom die ak.tivi.erte Schselle,
so wird ein Zuschaltsignal erzeugt; bei Unterschreiten der aktivierten Schwelle
wird es leder weggenommen.
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Diese beiden Schwellen sind in der Regel unterschiedlich.
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Ferner gibt es eine Zwangszuschaltung; wird diese von der Logik aktiviert,
so wird unabhängig vom Gerätestrom der Nachfolger des betrachteten Gerates eingeschaltet.
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Die Logik A2 ist durch einen Festwertspeicher realisiert; daher ist
sie ausreichend beschrieben, wenn man ihr die Wahrheitstabelle angibt.
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Zunächst sie der Fall FN (X) =1 betrachtet; das bedeutet, daß das
Gerät (entweder vom Vorgänger oder vom Betriebsartenschalter) ein Führungssignal
bekommt. Dadurch bekommt der Haupgleichrichter über die Diode V3 einen Einschaltbefehl.
Geht der Hauptgleichrichter in Betrieb, d.h. E (X) =1, so soll F (X) =1 s:ein; das
bedeutet, daß sich das Gerät auf " Führend " schaltet und zugleich diesen Zustand
an die übrigen Geräte meldet. Geht der Hauptgleichrichter nicht in Betrieb, d.h.
E (X) =0, so is!t der Nachfolger auf " Führend " zu schalten; es ist also FN (X+1)
=1 zu setzen. Bekommt das Gerät kein Führungssignal, d.h. FN (X) =0, so besteht
kein Anlaß, das Gerät od.er seinen Nachfolger auf Führend" zu schalten.
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Damit ergibt sich folgende Wahrheitstabelle:
| Eingänge Ausgänge |
| FN (X) E (X) F (X) FN (X+1) |
| 0 0 0 0 |
| 0 1 0 0 |
| 1 0 0 1 |
| 1 1 1 0 |
Die Zwangszuschaltung (ZZ) erfolgt immer dann, wenn das betrachtete- Gerät zwar
ein Zuschaltsignal bekommt, aber nicht in Betrieb geht. Das ergibt folgende Wahrheitstabelle:
| Eingang Ausgänge |
| Z (x) E (X) ZZ |
| O 0 0 |
| 0 1 0 |
| 1 0 1 |
Der Block A3 in Figur 2 ist in Figur 3 detailiert dargestellt. Über den Meßstromschunt
wird der Meßstrom über einen Verstärker den jeweiligen Zu- bzw. Abschaltekomperatoren
zugeführt. Im vorliegenden Fall ist ein Zuschaltekomperator mit einer Schaltschwelle
von 85% des Nennstromes und drei weitere Abschaltekomperatoren mit Abschaltschwellen
von 30%, 40% und 45% gezeigt. Die Komperatoren werden ausgangsseitig mit der Torschaltung
A32 verbunden, bei der Ausgangsseitig ihrerseits sämtliche Ausgänge paralellgeschaltet
sind. Die Steuerung der Torschaltung übIrflimmt der Festwertspeicher A2. Je nach
vom Festwertspeicher ausgesuehter Zu- bzw. Ausschaltschwelle
wird
einer der Komperatoren an den Ausgang der Torschaltung A32 durchgeschaltet und gibt
dadurch den iuschaltebefehl Z (X + 1) an den nächstfolgenden Gleichrichter weiter.
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Will man die Anzahl der Gleichrichter verringern, so ist das ohne
großen Aufwand möglich. Weder an der Logik noch an der Verdrahtung der Anschlußbuchsen
sind Änderungen erforderlich, ferner können die Steuerleitungskabel weiter verwendet
werden. Das reduzierte System ist auf die gleiche Weise zyklisch zusammenzuschalten
wie das ursprüngliche.
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Den Signalen E und F ist jedoch besondere Aufmerksamkeit zuzuwenden.
Durch die Verringerung der Geräteanzahl bleiben an der Logik überzählige Eingänge
dieser Art. Damit die Zuschaltlogik richtig arbeitet, müssen diese Eingänge den
logischen Pegel " L " aufweisen Um das zu erreichen, werden diese Eingänge von der
Buchse X2 abgeklemmt und mit Masse verbunden. Wird die galvanische Trennung mit
Optokopplern entsprechend der Fig. 5 realisiert, so brauchen lediglich die betreffenden
Koppler aus ihren wassm-ngen genommen zu werden Umgekehrt kann ein System aus Gleichrichtern
stufenweise erweitert werden. Um die Anzahl um einu zu erhöhen, benötigt man lediglich
ein Gleichrichtergerät, ein Anschlußkabel und eine entsprechende Anzahl von Optokopplern,
Vorrauszusetzen ist, daß die eingebaute Logik, die Anschlußbuchsen und die Verbindungskabel
für die maximale Ausbaustufe ausgelegt sind.
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Wird das System aus Generatoren oder wahlweise aus Generatoren und
dem Netz gespeist, so kann es sinnvoll sein, die Anzahl der einzuschaltenden Hauptgleichrichter
nach oben zu ( vgl.. hierzu Fig. 6 ) begrenzen. Wie weit diese Anzahl reduziert
werden muß, hängt davon ab, wieviele
Generatoren Strom liefern.
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Wenn das System vom Netz versorgt wird, so dürfen alle Hauptgleichrichter
eingeschaltet werden. Ist kein Netz vorhanden, aber alle Generatoren ( ihre Anzahl
sei G ) in Betrieb, so wird die Anzahl der Hauptgleichrichter, die eingeschaltet
werden dürfen, begrenzt; sind G - 1 Generatoren in Betrieb, erfolgt eine weitere
Begrenzung.
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Bei einem einzigen in Betrieb befindlichen Generator ist die G - te
Begrenzungsstufe erreicht.
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Durch die Einfühiung der Zuschaltbegrenzung wird die Gleichheit der
einzelnen Gleichrichter aufgehoben.. Während nämlich der Gleichrichter 1 darüber
informiert wird, welche Generatoren in Betrieb sind, wird den übrigen Gleichrichtern
nur die Maximalzahl d.er einzuschaltenden Hauptgleichrichter mitgeteilt. Der Ablauf
der Zu- Wegschaltung wird jedoch dadurch nicht berührt; die Verringerung der Geräteanzahl
ist ebenfalls möglich.
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Fig. 6 zeigt die um die Zuschaltbcrenzung erweiterte Zuschaltlogik
für den Gleichrichter 1. Die Signale vom Netz und von den Generatoren gelangen über
die galvanische Trennung Al in die Zuschaltbegrenzung A4. An den Codierschaltern
31... Sg wird eingestellt, wieviele Hauptgleichrichter bei der jeweiligen Begrenzungsstufe
maximal eingeschaltet werden dürfen. Diejeweils gültige Anzahl wird primer codiert
an die Logik A2 und an die übrigen Geräte weitergeleitet.
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Fig. 7 zeigt die Zuschaltlogik für die übrigen Gleichrichter. Die
primär codierte Maximalzahl der einzuschaltenden Gleichrichter gelangt über die
galvanische Trennung Al an die Logik A2. Die Logik ist bei der Anwendung nach Fig.
6 und in Fig. 7 völlig gleich aufgebaut.
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Die Auswertung der Zuschaltbegrenzung durch die Logik geht nach folgenden
Gesichtspunkten vor sich: 1) Ist die Anzahl der in Betrieb befindlichen Geräte größer
als die zulässige Anzahl, so wird das letzte eingeschaltete Gerät des Zyklus abgeschaltet.
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2) Ist die Anzahl der in Betrieb befindlichen Geräte größer oder gleich
der zulässigen Anzahl, so wird beim letzten eingeschalteten Gerät des Zyklus der
Zuschaltimpuls für das folgende Gerat unterbunden.
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Statt durch Festwertspeicher kann die Zuschaltlogik auch durch Mikroprozessoren
realisiert werden. Da die Zuschaltung nicht zu kritisch ist, kann die Datenübertragung
zwischen den Gleichrichtergeräten ssrziell erfolgen, so daß ein einpoAiiges abgeschirmtes
Kabel als Datenleitung genügt. Die Verkabelung erfolgt wieder zyklisch wie in Fig.
1 dargestellt. Die Informationsiibertragung erfolgt über ein Datenpaket, das im
Zyklus der Geräte zirkuliert, Fig. 8 zeigt die Blockschaltung der Zuschaltlogik.
Die Information vom Vorgänger gelangt über die galvanische Trennung Al an den Eingang
El des Mikroprozessors M. Diese Information beinhaltet alle Daten, die auch bei
der Realisierung der Zuschaltlogik durch Feswertspeicher angeliefert werden ( vgl.
Fig. 2, also Z(X-1), K (X-l), F und E. Über die Eingänge E2 und E3 erkennt der Mikroprozessor
die Stellung des Betriebsartenschalters, über den Eingang E4 den Betriebszustand
des Hauptgleichrichters.
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Über den Analogeingang EA wird dem Mikroprozessor der Ausgangsstrom
mitgeteilt.
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Aus diesen Informationen erzeugt der Mikroprozessor das Einschalt-
(Ausgang 6E) und das Führungssignal (Ausgang 6F) für das eigene Gerät und zwar beide
zeitverzögert. Die Informationen an den Nachfolger ( serzieller Ausgang A5 ) enthalten
die über den Eingang Ei eingelesenen Daten der Vorgänger sowie die aktuellen Daten
des betrachteten Geräts. Dadurch wird das Zirkulieren der Datenpakete ständig
auf
den aktuellen Stand gehalten.
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Verringerung und Erhöhung der Geräteanzahl erfordert keinerlei Umbauten.
Es ist nicht einmal erforderlich, die Maximalzahl der Geräte festzulegen, da die
gesamte Zuschaltlogik vo> dieser Zahl unabhängig ist. Die Anzahl der vorhandenen
Gleichrichter bestimmt der Prozessor selbst.
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Die Einführung einer Zuschaltbegrenzung hebt die Gleichheit der einzelnen
Geräte auf. Der Gleichrichter 1 enthält einige zusätzliche Einrichtungen, nämlich
die Sig nale vom etz und von den Generatoren (DO... D.) sowie Codierschalter (Fig.
9); an die Stelle der Codierschalter kann eine Tutätü treten. Zusätzliche Ausgänge
wie bei der Zuschaltlogik mit Festwertspeichern werden nicht benötigt, da die Maximalzahl
der einzuschaltenden Gleichrichter seriell weitergegeben wird.
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Auf die Handware bei den übrigen Gleichrichtern ha-t die Einftinrung
der Zuschaltbegrenzung keinen Einfluß. Sie ist wie in wig. 8 dargestellt, ausgeführt.