DE3840806A1 - Schaltungsanordnung zur parallelschaltung einer beliebigen anzahl von pulswechselrichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Durch die Parallelschaltung der Pulswechselrichter ist es möglich, mit klei­ neren Umrichtern-(Serien-) Geräten eine große Ausgangsleistung bereitzu­ stellen, die z. B. ein am Ausgang der Parallelschaltung angeschlossener Drehstrommotor mit entsprechender Typenleistung fordert.

Bei einer derartigen Parallelschaltung sind reglungstechnische Schwierig­ keiten bei den Umrichtern zu erwarten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die es ermöglicht, ohne großen Aufwand zwei oder mehr Puls­ wechselrichter parallelzuschalten und gegebenenfalls durch weitere Umrichter- Geräte zu ergänzen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Es ergibt sich also eine wenig aufwendige Schaltung, weil die bei einem Pulswechselrichter ohnehin vorhandene Steuer- und Regeleinrichtung auch für alle anderen parallelgeschalteten Geräte, denen lediglich noch Über­ mittlungseinrichtung für die sie speziell betreffenden Meß-, Überwachungs- und Steuersignale zugeordnet sein müssen, die Regel- und Steuerfunktion übernimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 die grundsätzliche Anordnung von n parallelgeschalteten Puls­ wechselrichtern,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Pulswechselrichters,

Fig. 3 den Signalfluß von und zu den parallelgeschalteten Pulswechsel­ richtern und

Fig. 4 eine prinzipielle Schaltung eines Teils einer in Fig. 3 gezeigten Signalverteilungseinrichtung.

In Fig. 1 ist eine Anzahl von Pulswechselrichtern PWR 1, PWR 2 . . . PWR n dargestellt, die über ein Netz konstanter Spannung U _N und Frequenz f _N dann eingespeist werden, wenn ein Hauptschütz HS betätigt wird. Jeder der Pulswechselrichter wird mit einer Eingangsspannung U _E (entsprechend der Netzspannung U _N) versorgt und liefert am Ausgang eine variable Spannung U _A entsprechender Frequenz f _A, die gemeinsam mit Ausgangsströmen I _A einen Motor M speisen. Grundsätzlich beziehen sich alle Indizes der Zahl 1 auf den Pulswechselrichter PWR 1, alle Indizes mit der Zahl 2 auf den Puls­ wechselrichter PWR 2 und alle mit n beschriebenen Indizes auf den n-ten Pulswechselrichter PWR n.

Jeder Pulswechselrichter liefert Meßdaten, aus denen auf seine Funktions­ fähigkeit geschlossen werden kann.

Dieses wird im einzelnen zu Fig. 2 erläutert, in der der Pulswechselrichter PWR 1 im prinzipiellen Aufbau dargestellt ist. Die anderen parallelgeschal­ teten Pulswechselrichter PWR 2 . . . PWR n sind in gleicher Weise aufgebaut und entsprechen ihrer Leistung jeweils dem Pulswechselrichter PWR 1.

Eingangsseitig sind im Pulswechselrichter PWR 1 eine Sicherung 11 und eine Entkopplungsdrossel 12, die den Pulswechselrichter vom speisenden Netz entkoppelt, vorgesehen. Der Entkopplungsdrossel 12 ist ein Gleichrichter 13, z. B. eine 6-pulsige Diodenbrücke nachgeschaltet. Mit dem eigentlichen Wechselrichter 15 der Anordnung ist der Gleichrichter 13 über einen Gleich­ spannungs-Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator 14 verbunden. Der eigentliche Wechselrichter 15 ist mit Schaltelementen und diesen anti­ parallelgeschalteten Freilaufdioden versehen. Vorzugsweise dienen hier als Schaltelemente 6 GTO-Thyristoren in 6-pulsiger Brückenschaltung. Ausgangs­ seitig ist dem eigentlichen Wechselrichter 15 eine weitere Drosselspule16 nachgeschaltet.

Die bereits zu Fig. 1 angesprochenen Meßdaten werden unter galvanischer Trennung vom Leistungskreis ausgekoppelt und in einer Übermittlungsein­ richtung 31 zusammengefaßt. So werden über Stromwandler eine dem Zwischen­ kreisstrom proportionale analoge Regelgröße X _ID₁ und eine dem Ausgangs­ strom des Pulswechselrichters PWR 1 proportionale analoge Regelgröße X _IA ab­ gebildet. Die regelgröße X _ID ₁ wird einem Zwischenkreisstromkomparator 19 zugeführt, der ein digitales Überwachungssignal <I _D₁ abgibt, wenn der Zwischenkreisstrom einen Grenzwert überschreitet. In gleicher Weise wird die Regelgröße X _IA auf einen Ausgangsstromkomparator 10 gegeben, der ein digitales Überwachungssignal <I _A ₁ liefert, wenn der Ausgangsstrom eine bestimmte Höhe überschreitet.

Weiterhin wird die Zwischenkreisspannung U _D über einen Trennwandler 17 am Zwischenkreiskondensator 14 abgegriffen und auf einen Spannungskompa­ rator 18 gegeben. Dieser Spannungskomparator 18 liefert digitale Über­ wachungssignale, wenn die Zwischenkreisspannung U _D einen oberen Grenz­ wert übersteigt (<U _D) bzw. wenn die Zwischenkreisspannung U _D einen unteren Grenzwert unterschreitet (<U _D).

Bei den übrigen Pulswechselrichtern PWR 2 . . PWR n werden entsprechende analoge Regelgrößen und digitale Überwachungssignale erfaßt und in einer Übermittlungseinrichtung 32 . . . 3 n zusammengefaßt, wie es Fig. 3 zeigt. Diese Regelgrößen und Überwachungssignale sind mit auf den zugehörigen Pulswechselrichter hinweisenden Indizes versehen (siehe auch Fig. 1).

Der Pulswechselrichter PWR 1 übernimmt mit seiner Steuer- und Regelein­ richtung für alle Pulswechselrichter PWR 1 bis PWR n die Steuer- und Regel­ funktionen. Diese muß deshalb die eigenen und die von den parallelgeschalteten Pulswechselrichtern erfaßten analogen und digitalen Signale verarbeiten.

In Fig. 3 ist der Signalfluß im einzelnen zu erkennen.

Jeder der Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n ist hier lediglich durch ein Schaltelement 51, 52 . . . 5 n in Form eines GTO-Thyristors mit antiparallel- geschalteter Freilaufdiode angedeutet. Jedem Schaltelement ist ein Impuls­ übertrager (und- Verstärker) 41, 42 . . . 4 n zugeordnet. Neben der später noch beschriebenen Übertragen von Steuerimpulsen ZS zu den Steueranschlüssen der Schaltelemente 51, 52 . . . 5 n der Pulswechselrichter dienen diese Impuls­ übertrager 41, 42 . . . 4 n auch der Abgabe eines digitalen Schaltzustandssignals VR 1, VR 2 . . . VR n, das jeweils den zeitweiligen Sperrzustand der Schaltelemente 51, 52 . . . 5 n wiedergibt. Über Trennverstärker 61, 62 . . . 6 n werden diese Schalt­ zustandssignale VR 1, VR 2 . . . VR n ebenfalls den zuvor bereits erwähnten, dern einzelnen Pulswechselrichtern zugeordneten Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . 3 n zugeführt.

Die Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . . 3 n geben nun sämtliche von ihnen vom zugeordneten Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n erfaßten Signale, also die analogen Regelgrößen über den Zwischenkreisstrom und den Ausgangs­ strom, die digitalen Überwachungssignale, ob eine zu hohe oder zu niedrige Zwischenkreisspannung, ein zu großer Zwischenkreis- oder ein zu großer Aus­ gangsstrom vorliegt und die digitalen Schaltzustandssignale über das Vorliegen einer Sperrung bei den einzelnen Schaltelementen an eine dem Pulswechsel­ richter PWR 1 zugeordnete, übergeordnete Signalverteilungseinrichtung 200 weiter.

Die Funktionsweise der Signalverteilungseinrichtung 200 ist, soweit es die digitalen Überwachungssignale und Schutzsignale sowie die analogen Regel­ größen betrifft, aus Fig. 4 zu ersehen.

Danach werden die analogen Regelgrößen X _IA₁, X _IA₂ . . . X _IAn der Ausgangs­ ströme über Bewertungswiderstände gemeinsam auf den Eingang eines Verstärkers 201 geführt, der einen Rückkopplungswiderstand R 201 aufweist. Die Bewertungswiderstände teilen die Wertigkeit der Regelgrößen entsprechend der Anzahl der leistungsgleichen Pulswechselrichter. Der Aus­ gang des Verstärkers 201 ist über einen Eingangswiderstand RV 3 an den Eingang eines über einen weiteren Rückkopplungswiderstand R 203 rückge­ koppelten, lediglich invertierrenden Verstärkers 203 angeschlossen. Am Aus­ gang des Verstärkers 203 liegt eine gemeinsame Regelgröße X _IA für die Summe der Ausgangsströme der Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n.

In gleicher Weise ist in der Signalverteilungseinrichtung 200 ein zweiter, über einen Widerstand R 202 rückgekoppelter Verstärker 202 vorgesehen, dem die Regelgrößen X _ID ₁, X _ID ₂ . . . X _{ID n} der einzelnen Zwischenkreisströme der Puls­ wechselrichter über bewertende Widerstände gemeinsam zugeführt sind. Auch hier wird die Bewertung der Regelgrößen entsprechend der Anzahl der leistungsgleichen Pulswechselrichter vorgenommen. Wie bei der Bildung der gemeinsamen Ausgangsstrom-Regelgröße wird das Ausgangssignal des Ver­ stärkers 202 über einen weiteren Eingangswiderstand RV 4 einem, über einen Widerstand R 202 rückgekoppelten weiteren Verstärker 202 eingegeben und durch diesen zu einer gemeinsamen Regelgröße X _ID für die Gesamtheit aller Zwischenkreisströme invertiert.

Potentialmäßig festgelegt sind die zuvor erwähnten Verstärker in üblicher Weise durch nicht näher bezeichnete weitere ohmsche Widerstände.

Die digitalen Überwachungssignale werden jeweils durch UND-Glieder 205 bis 208 zu gemeinsamen Schutzsignalen zusammengefaßt.

So bilden die Überwachungssignale <U _D ₁, U _D ₂ . . . U _{D n} über das UND-Glied 205 ein gemeinsames Schutzsignal <U _D, falls eine der Zwischenkreis­ spannungen unterhalb eines Grenzwertes liegt.

Ein vom UND-Glied 206 gebildetes gemeinsames Schutzsignal <U _D dient der Anzeige, daß eine der Zwischenkreisspannungen oberhalb eines Grenz­ wertes liegt. Die gemeinsamen Schutzsignale <I _D bzw. <I _A, die von den UND-Gliedern 207 bzw. 208 gebildet werden, dienen als Vorsorge für den Fall, daß einer der Zwischenkreisströme bzw. einer der Ausgangsströme einen oberen Grenzwert überschreitet.

Auch die digitalen Schaltzustandssignale VR 1, VR 2 . . . VR n werden in einem UND-Glied 209 zu einem gemeinsamen Schaltzustandssignal VR über eine Sperrung der Schaltelemente bei den Pulswechseleinrichtungen zusammengefaßt.

Gemäß Fig. 3 werden die derart von der Signalverteilungseinrichtung 200 gebildeten gemeinsamen analogen Regelgrößen X _IA, X _ID, die gemeinsamen digitalen Schutzsignale <U _D, <U _D, <I _A, <I _D und das gemeinsame Schalt­ zustandssignal VR einer gemeinsamen, beim Pulswechselrichter PWR 1 vor­ handenen Steuer- und Regeleinrichtung 100 zugeführt. Diese Steuer- und Regeleinrichtung 100 regelt in üblicher Weise durch Vergleich mit vorge­ gebenen Führungswerten die Zwischenkreis- und Ausgangsstromwerte aus und gibt entsprechende Steuerimpulse ZS für die Ansteuerung der Schaltelemente 51, 52 . . . 5 n der einzelnen Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n ab. Die Steuerimpulse ZS werden dabei über die Signalverteilungseinrichtung 200 an die hierzu in Reihe geschalteten Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . . 3 n und Impulsverstärker 41, 42 . . . 4 n und zur Kontrolle zurück an die Signalverteilungs­ einrichtung 200 geleitet.

Die Steuer- und Regeleinrichtung 100 wertet zusätzlich in üblicher Weise die ge­ meinsamen Schutzsignale <U _D, <U _D, <I _A, <I _D und das gemeinsame Schalt­ zustandssignal VR aus und gibt über die Signalverteilungseinrichtung 200 ein Freigabesignal F für die Weitergabe der Steuerimpulse ZS durch die einzelnen Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . . 3 n, wenn keines der Schutz- Und Zustands­ signale eine Betriebsstörung erkennen läßt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung einer beliebigen Anzahl von aus einem Netz jeweils über einen Netzgleichrichter und einen Gleich­ spannungszwischenkreis gespeisten Pulswechselrichtern gleicher Ausgangs­ leistung, dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) eine Übermitt­ lungseinrichtung (31, 32 . . . 3 n) zur Weitervermittlung von Meßdaten über Ströme und Spannungen des Pulswechselrichters (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) sowie von Schaltzuständen der Schaltelemente (51, 52 . . . 5 n) des Puls­ wechselrichters (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) und zur Weitergabe von Steu­ erimpulsen an diese Schaltelemente (51, 52 . . . 5 n) zugeordnet ist, die an eine nur bei einem der Pulswechselrichter (PWR 1) vorhandene, über­ geordnete Signalverteilungseinrichtung (200)

• - den im Zwischenkreis und am Ausgang des Pulswechselrichters (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) fließenden Strömen entsprechende Regelgrößen (X _{ID 1}, X _{ID 2} . . . X _{ID n}; X _{IA 1}, X _{IA 2} . . . X _IAn) abgibt,
• - Überwachungssignale bei oberhalb oder unterhalb eines Grenzwertes liegender Zwischenkreisspannung (<U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _Dn; <U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _{D n}) und bei oberhalb eines Grenzwertes liegendem Zwischenkreis- und Aus­ gangsstrom (<I _{D 1}, I _{D 2} . . . I _Dn; <I _{A 1}, I _{A 2} . . . I _An) liefert und
• - ein Schaltzustandssignal (VR 1, VR 2 . . . VR n) in Abhängigkeit von der Sperrphase der Schaltelemente (51, 52 . . . 5 n) des Pulswechsel­ richters (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) abgibt,

daß die Signalverteilungseinrichtung (200)

• - die Regelgrößen (X _{ID 1}, X _{ID 2} . . . X _{ID n}; X _{IA 1}, X _{IA 2} . . . X _IAn) entsprechend der Anzahl der parallelgeschalteten Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) bewertet jeweils zu einer gemeinsamen Regelgröße (X _ID; X _IA) zusammenfaßt,
• - die Überwachungssignale (<U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _Dn ; <U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _{D n}; <I _{D 1}, I _{D 2} . . . I _{D n}; <I _{A 1}, I _{A 2} . . . I _An) jeweils zu einem gemeinsamen Schutzsignal (<U _D ; <U _D ; <I _D ; <I _A) zusammenfaßt,
• - die Schaltzustandssignale (VR 1, VR 2 . . . VR n) ebenfalls zu einem gemeinsamen Schaltzustandssignal (VR) zusammenfaßt und
• - die gemeinsamen Regelgrößen (X _ID;X_IA), Schutzsignale (<U _D; <U _D; <I _D; <I _A) und Schaltzustandssignal (VR) einer Steuer- und Regel­ einrichtung (100) zuführt

und daß die Steuer- und Regeleinrichtung (100)

• - über die ihr zugeführten Regelgrößen (X _ID; X _IA) den Gesamtstrom für die Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) ausregelt,
• - dementsprechende Steuerimpulse (ZS) für die Schaltelemente (51, 52 . . . 5 n) der einzelnen Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) über die hierzu miteinander in Reihe geschalteten Übermittlungseinrichtungen (31, 32 . . . 3 n) aussendet und
• - ein Freigabesignal (F) für die Weiterleitung der Steuerimpulse an die einzelnen Übermittlungseinrichtungen (31, 32 . . . 3 n) abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgrößen (X _{ID 1}, X _{ID 2} . . . X _{ID n}; X _{IA 1}, X _{IA 2} . . . X _IAn; X _ID ; X _IA) als analog und die Überwachungs- (<U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _{D n}; <U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _{D n}; <I _{D 1}, I _{D 2} . . . I _{D n}; <I _{A 1}, I _{A 2} . . . I _An) Schutz- (<U _D, <U _D, <I _D, <I _A) und Schaltzustandssignale (VR 1, VR 2 . . . VR n;VR) als digitale Signale übertragen und verarbeitet werden.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung der Steuerimpulse zu den Schaltelementen (51, 52 . . . 5 n) der Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) Über­ mittlungseinrichtungen (31, 32 . . . 3 n) jeweils ein galvanisch trennender Impulsverstärker (41, 42 . . . 4 n) in Reihe geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgrößen (X _{ID 1}, X _{ID 2} . . . X _{ID n}; X _{IA 1}, X _{IA 2} . . . X _IAn), die Über­ wachungssinale (<U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _{D n}; <U _{D 1}, U _{D 2} . . . U _{D n}; <I _{D 1}; I _{D 2} . . . I _{D n}; <I _{A 1}, I _{A 2} . . . I _An) und die Schaltzustandssignale (VR 1, VR 2 . . . VR n) jeweils vom Leistungskreis der Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) galvanisch getrennt ausgekoppelt sind.