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Diese Erfindung betrifft Versorgungssysteme mit
Gleichstromverbindung, variabler Geschwindigkeit und konstanter
Frequenz (VSCF = variable speed constant frequency), die
zumindest zwei parallel verbundene Kanale haben, und
insbesondere ein Verfahren und eine Schaltung zum Steuern des
Gleichstrominhalts im Ausgang solcher Systeme und zum
selektiven Isolieren von Kanalen, die dem parallelen System
einen zu starken Gleichstrominhalt beisteuern.
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Elektrische VSCF-Systeme mit Gleichstromverbindungen enthalten
einen Generator, der mit einer variablen Geschwindigkeit
angetrieben wird und eine Wechselstrom-Ausgangsspannung mit
variabler Frequenz erzeugt. Diese Wechselstrom-Ausgangsspannung
wird gleichgerichtet und einem Paar van Gleichstromverbindungs-
Leitern zugeführt. Ein Inverter empfangt Spannung van den
Gleichstromverbindungs-Leitern und wandelt sie in einen
Gleichstromausgang mit konstanter Frequenz um. Elektronische
Schalter im Inverter sind derart paarweise ausgelegt, daß eine
Leitung durch einen Schalter in einem Paar die positive
Halbperiode der Ausgangs-Stromwellenform erzeugt und die
Leitung durch den anderen Schalter des Paares die negative
Halbperiode erzeugt. Um eine ideale Wellenform zu erzeugen, muß
jedes Schalterpaar für eine Halfte der Gesamtdauer jeder
Periode der Ausgangs-Wellenform eingeschaltet sein und für eine
Halfte der Zeit ausgeschaltet sein. Aufgrund von Variationen in
den Charakteristiken der Schalter, wie zum Beispiel der
Schaltzeit und der Sattigungsspannung, ist es unvermeidbar, daß
ein Schalter in einem Paar mehr Voltsekunden pro Periode
erzeugt als der andere. Obwohl diese Differenz bei den
erzeugten Voltsekunden über eine Zeitdauer für gewöhnlich sehr
klein ist, resultiert sie in einer Einführung einer
Gleichstromkomponente in die Ausgangs-Wellenform. Techniken und
Schaltungen zum Erfassen dieser Gleichstromkomponente und zum
Modifizieren des Inverter-Schaltens, um den Gleichstrominhalt
zu minimieren, werden in den US-Patenten 4,500,837 und
4,370,702 erläutert. Obwohl diese Schaltungen eine geeignete
Gleichstrominhalts-Korrektur und -Steuerung für
Einzelkanalsysteme zur Verfügung stellen, führen parallel
verbundene VSCF-Systeme zu speziellen Situationen, die nicht in
angemessener Weise durch existierende Gleichstrominhalts-
Steuerschaltungen gehandhabt werden können.
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Insbesondere ist herausgefunden worden, daß ein Aufspalten der
Kanäle eines parallelen VSCF-Systems als Ergebnis eines zu
hohen Gleichstrominhalts im Ausgang nicht garantiert hat, daß
nur der problemverursachende Kanal ausgelöst wurde. Um dieses
Problem zu verstehen, ist es hilfreich, ein paralleles VSCF-
System zu betrachten, das aus vielen VSCF-Kanälen besteht. Wenn
das System in paralleler Konfiguration arbeitet, versuchen alle
Kanäle, die mit einem parallelen Bus verbunden sind, den
Gleichstrominhalt an ihren Erfassungs-Punkten (normalerweise
der Punkt der Regelung) zurück zu ihren Gleichstrominhalts-
Niveaus vor dem Parallelschalten zu bringen. Die tatsächlichen
Gleichstrominhalte, die durch individuell parallel geschaltete
VSCF-Kanäle erfaßt werden, sind unterschiedlich, wenn
zwischenverbindende Zuführer zwischen den verschiedenen
Regelungspunkten vorhanden sind. Deshalb versucht jeder
parallele Kanal, seinen Gleichstrominhalt nach dem
Parallelschalten an seinem erfaßten Regelungspunkt auf den Wert
vor dem Parallelschalten einzuregulieren.
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Wenn einer der VSCF-Kanäle einen hohen, aber noch unter der
Auslöseschwelle liegenden Gleichstrominhalt hat, bevor er mit
dem parallel geschalteten Bus verbunden wird, würde dieser
Kanal versuchen, einen höheren Gleichstrominhalt auf allen
guten Kanälen einzuführen, und zwar wegen dem niedrigen
Gleichstrom-Widerstand der verbindenden Zuführ-Kabel. Die guten
Kanäle würden dann versuchen, ihren jeweiligen
Gleichstrominhalt auf ihre Werte vor dem Parallelschalten zu
reduzieren. Da existierende Gleichstrominhalts-
Korrekturschleifen eine unbegrenzte Verstärkung haben, wenn sie
versuchen, den Gleichstrominhalt zu regulieren, können einige
der Gleichstrominhalts-Korrekturschaltungen in den guten
Kanälen in die Sättigung gehen. Schließlich würde ein
Gleichgewichtszustand erreicht werden und keiner der parallel
geschalteten Kanäle würde einen Gleichstrominhalt haben, der
hoch genug ist, um ein Auslösen zu garantieren. Deshalb würde
das System damit fortfahren, in dem Parallelschaltungs-Modus zu
arbeiten.
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Wenn nun die Kanäle des Systems aufgeteilt werden oder ein
guter Kanal vom parallel geschalteten Bus weggenommen wird,
kann das nachfolgende Geschehen auftreten. Die guten Kanäle mit
den nach dem Parallelschalten gesättigten Gleichstrominhalts-
Steuerungen würden einige Zeit benötigen, um aus der Sättigung
wieder herauszukommen. Während dieser Zeit würden diese Kanäle
einen maximalen Gleichstrominhalt an ihren Erfassungspunkten
verursachen. Während der Wiederherstellung der
Gleichstrominhalts-Korrekturschleifen würde der
Gleichstrominhalt an den Erfassungspunkten auf den dynamischen
Grenzwert der Gleichstrominhalts-Korrekturschleife getrieben
werden. Abhängig vom Grad der Sättigung kann die Zeit, die von
den Sättigungskanälen benötigt wird, um wiederhergestellt zu
werden, die Auslöse-Schwelle überschreiten, was in einem
Auslösen der ansonsten guten Kanäle resultieren würde.
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Eine andere, mögliche Situation kann auch in dem Auslösen der
guten Kanäle resultieren. Man nehme zum Beispiel an, daß ein
Kanal des parallel geschalteten Busses ein Problem in seiner
Gleichstrominhalts-Steuerung entwickelt hat. Dieses Problem
würde, wenn es in dem Modus für isolierten Aufteilungskanal
aufgetreten wäre, zu einem Gleichstrominhalt, der über der
Auslöseschwelle liegt, und zum nachfolgenden Auslösen dieses
Kanals führen. Im Parallel-Modus würde dieser schlechte Kanal
wegen des niedrigen Gleichstrom-Widerstands der
zwischenverbindenden Zuführungskabel zu einem höheren
Gleichstrominhalt an den Erfassungspunkten aller guten Kanäle
führen. Die guten Kanäle würden dann versuchen, ihren höheren
Gleichstrominhalt nach dem Parallelschalten auf ihre Werte vor
dem Parallelschalten zu regulieren. Wenn sie die
Gleichstrominhalte ihrer Kanäle korrigieren, können die guten
Kanäle ihren Gleichstrominhalt an dem Erfassungspunkt des das
Problem verursachenden Kanals unter die Auslöseschwelle
reduzieren, und bei dem Vorgang können einige der
Gleichstrominhalts-Korrekturschaltungen für die guten Kanäle
gesättigt werden. Dieses Geschehen ist das gleiche wie oben
diskutiert, mit der Ausnahme, daß der das Problem verursachende
Kanal gewiß auslösen würde und einige der guten Kanäle
eventuell auch auslösen würden, wenn die Kanäle aufgeteilt
sind. Alternativerweise können die guten Kanäle den
Gleichstrominhalt an dem Erfassungspunkt des das Problem
verursachenden Kanals reduzieren, aber nicht auf ein Niveau
unterhalb der Auslöseschwelle, und bei dem Vorgang würden die
meisten Kanäle mit gesättigter Gleichstrominhalts-
Korrektursteuerung vorliegen, wobei der Gleichstrominhalt an
ihren Erfassungspunkten möglicherweise über den
Auslöseschwellen wäre. Bei diesen Beispielen existiert ein
Gleichstrominhalt, der außerhalb des Grenzbereichs ist,
zumindest an einem Kanal-Erfassungspunkt. Wenn die selektive
Isolation des das Problem verursachenden Kanals nicht
ausgeführt werden kann, wird das System dazu gezwungen,
aufgeteilt zu werden, und alle Kanäle würden in dem Isolations-
Modus arbeiten. Hier würde wiederum der das Problem
verursachende Kanal gewiß auslösen und einige der guten Kanäle
würden eventuell auch auslösen.
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Es ist deshalb ersichtlich, daß nach dem Wegnehmen eines guten
Kanals von einem parallel geschalteten Bus dieser Kanal
fälschlicherweise wegen der gesättigten Gleichstrominhalts-
Steuerung ausgelöst werden könnte. Des weiteren kann, wenn ein
parallel geschaltetes System wegen eines zu hohen
Gleichstrominhalts aufgeteilt wird, nicht nur der das Problem
verursachende Kanal sondern es können auch einige der guten
Kanäle ausgelöst werden. Es ist deshalb erwünscht, eine
Gleichstrominhalts-Steuerungsschaltung vorzusehen, die eine
selektive Auslösung effektiver Kanäle in einem parallel
verbundenen VSCF-Versorgungssystem erlaubt.
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Diese Erfindung stellt ein Verfahren, wie es im Anspruch 4
spezifiziert wird, für selektives Isolieren fehlerhaft er Kanäle
in einem elektrischen Versorgungssystem zur Verfügung, das
zumindest zwei steuerbare Wechselstrom-Versorgungsquellen hat,
die für Parallelbetrieb verbunden sind, wobei: ein
Gleichstrominhalts-Signal, das die Größe einer Gleichspannung
in dem Wechselstromausgang einer der Versorgungsquellen
repräsentiert, erzeugt wird und mit einem Differenz-Stromsignal
kombiniert wird, das für einen Differenz-Gleichstrom
repräsentativ ist, der in verbundenen Phasen der
Versorgungsquellen fließt. Ein Fehlersignal, das durch diese
Kombination erzeugt wird, wird dazu verwendet, den Betrieb der
ersten Versorgungsquelle zu steuern, um die Größe der
Gleichspannung des Systemausgangsbusses zu reduzieren. Wenn das
Fehlersignal ein vorgegebenes Schwellenniveau überschreitet,
wird ein Auslösesignal erzeugt. Das Auslösesignal kann dazu
verwendet werden, selektiv eine defekte Versorgungsquelle
auszulösen. Wenn die Kanäle des Versorgungssystems in einem
Aufteilungs-Modus oder in einem Isolations-Modus arbeiten
sollen, wird die Kombination aus den Gleichstrominhalts-
Signalen und den Differenz-Stromsignalen derart verhindert, daß
das Fehlersignal nur für das Gleichstrominhalts-Signal
repräsentativ ist.
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Diese Erfindung umfaßt auch eine Schaltung, wie sie im Anspruch
1 spezifiziert ist, die das obenstehende Gleichstrominhalts-
Steuerverfahren durchführt.
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Die Erfindung wird vollständiger aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die
nur beispielhaft in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt wird,
wobei:
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Figuren 1A und 1B ein Blockdiagramm eines parallelen VSCF-
Versorgungssystems zeigen, das die vorliegende Erfindung
umfaßt;
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Figuren 2A, 2B, 2C und 2D Serien von Vektoren sind, die dazu
verwendet werden können, den Betrieb der vorliegenden Erfindung
zu erläutern;
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Figuren 3A und 3B schematische Diagramme der Schaltungen sind,
die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut
sind;
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Figur 4 ein schematisches Diagramm eines Gesamtstrom-Sensors
ist, der in der Schaltung der Figur 3A verwendet wird; und
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Figur 5 ein schematisches Diagramm des Strom-Sensorelements
ist, das in dem Gesamtstrom-Sensor der Figur 4 verwendet wird.
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Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen die
Figuren 1A und 1B ein Blockdiagramm eines parallelen VSCF-
(Energie)Versorgungssystems mit zwei Kanälen zeigen, das eine
Gleichstrominhalts-Steuerschaltung enthält, die in
Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Das parallele Versorgungssystem 10
enthält ein Paar von VSCF-Kanälen 12 und 14. Der Kanal l2
erzeugt eine Vielfachphasen-Ausgangswechselspannung auf dem Bus
16, wohingegen der Kanal 14 einen Vielfachphasen-
Wechselstromausgang auf dem Bus 18 erzeugt. Für den
Parallelbetrieb sind diese Zuführbusse über einen Zuführer 19
durch Kontakte 20 eines Busverbinder-Unterbrechers verbunden.
Da die Kanäle identische Komponenten enthalten, werden
identische Bezugszeichen dazu verwendet, die Elemente jedes
Kanals zu identifizieren. In der nachfolgenden Diskussion
werden Spannungssignale durch den Buchstaben V mit einem
beigefügten Index identifiziert. Wenn keine Nummer in dem Index
auftritt, wird diese Signalbezeichnung für beide Kanäle
verwendet. Wenn eine "1" in dem Index auftritt, gehört dieses
Signal zum Kanal 12, und eine '2" in dem Index zeigt an, daß
das Signal zum Kanal 14 gehört.
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Jeder Kanal enthält ein Paar von Gleichstrominhalts-Filtern 22
und 24, die mit dem Ausgang 2,6 einer Vielzahl von Inverter-
Schaltern 28 verbunden sind. Der Filter 22 erzeugt ein
Spannungssignal Vdc, das für den Gleichstrominhalt der
Ausgangsspannung jedes Kanals repräsentativ ist. Ähnlich
erzeugt der Filter 24 ein Spannungssignal Vdp, das für den
Gleichstrominhalt der Ausgangsspannung repräsentativ ist. Die
Gleichstrominhalts-Steuerschleife jedes Kanals enthält
Stromsensoren 30, die induktiv mit entsprechenden
Ausgangsphasen jedes Kanals gekoppelt sind. Die Stromsensoren
entsprechender Phasen sind elektrisch in Serie miteinander
verbunden, um ein Signal auf der Leitung 32 zu erzeugen, das
proportional zu dem Differenzstrom ist, der in entsprechenden
Phasenleitern der zwei Kanäle fließt. Dieses Signal wird von
einem Differenz-Gleichstrom-Detektor 34 detektiert und von
einem Verstärker 36 verstärkt, um ein Differenz-Stromsignal Vic
zu erzeugen, das für den Differenzstrom repräsentativ ist, der
in verbundenen Phasen der Versorgungsquellen fließt. In jedem
Kanal werden das Gleichstrominhalts-Signal Vdc und das
Differenz-Stromsignal Vic an einem Suinmationspunkt 38
kombiniert, um ein Fehlersignal Vec zu erzeugen. Dieses
Fehlersignal wird dem Integrierer 40 zugeführt und das
resultierende, integrierte Signal wird von einer Flanken-
Korrekturschaltung 42 verwendet, um das Inverter-Schaltmuster,
das vom Mustergenerator 44 erzeugt wird, zu steuern. Die
Flanken-Korrektur und Mustererzeugung wird in Übereinstimmung
mit bekannten Techniken wie zum Beispiel jenen, die in dem US-
Patent Nr. 4,443,842 erläutert werden, ausgeführt.
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Jeder Kanal des parallelen Systems 10 ist auch mit einer
Schutzschaltung versehen, die Stromsensoren 46 enthält, die
induktiv mit entsprechenden Phasen der Ausgänge jedes Kanals
gekoppelt sind und elektrisch in Serie verbunden sind, um ein
Signal auf der Leitung 48 zu erzeugen, das für den
Differenzstrom repräsentativ ist, der in entsprechenden Phasen
der parallelen Kanäle fließt. Dieses Signal wird durch einen
Differenzstrom-Detektor 50 detektiert und durch einen
Verstärker 52 verstärkt, um ein Signal Vip zu erzeugen, das
repräsentativ für den Differenzstrom ist, der in entsprechenden
Phasen der Kanal-Ausgänge fließt. Die Gleichstrominhaltsfilter
24 erzeugen ein Signal Vdp, das repräsentativ für den
Gleichstrominhalt in jeweiligen Kanal-Ausgängen ist. Das
Gleichstrominhaltssignal Vdp und das Differenz-Stromsignal Vip
werden in Suinmierungspunkten 54 verknüpft, um ein zweites
Fehlersignal Vep zu erzeugen. Ein Fensterdetektor 56 vergleicht
dieses Signal mit einem vorgegebenen Schwellen-Niveau und
erzeugt ein Ausgangssignal am Anschluß 58, wenn das vorgegebene
Schwellen-Niveau überschritten ist.
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Selbstverständlich können die Gleichstrominhalts-Filter 22, die
Integrierer 40, die Flanken-Korrektur-Schaltungen 42, die
Mustergeneratoren 44 und die Inverterschalter 28 alle in
bereits vorhandenen Einzelkanal-Gleichstrominhalts-
Steuersystemen gefunden werden können. Diese Erfindung addiert
die Kombination aus dem Differenzstromsignal mit dem
Gleichstrominhalts-Signal in einem negativen Rückkoppel-
Steuerverfahren, um Gleichstrominhalts-Steuerung und selektive
Auslösung von fehlerhaften Kanälen zu erreichen.
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Während eines normalen, fehlerfreien Betriebs ist es aus der
Figur 1 ersichtlich, daß die Summe aus Vdc + Vic gleich Null
sein muß. Ansonsten würde ein Fehlersignal Vec erzeugt werden,
das eine Einstellung im Inverter-Schaltmuster verursachen
würde, um eine Null-Spannung am Integrierereingang zu erzeugen.
Somit schließen wir, daß:
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Vic + Vdc = 0 (1)
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Vdc = -Vic (2)
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Die Relativwerte des Gleichstrominhalts an den Polspannungen
und der Differenz-Gleichstrom hängen von den relativen
Schleifenverstärkungen der Steuerschleifen für
Gleichstrominhaltssteuerung und Differenzstrom ab. Für eine
wirkungsvolle Gleichstrominhalts-Steuerung des parallelen
Systems hat die Differenzstrom-Schleife eine höhere
Schleifenverstärkung als diejenige der Gleichstrominhalts-
Spannungsschleife.
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Die Differenzstrom-Steuerschleife versucht, den Differenzstrom
auf Null zu treiben, indem sie alle Amplituden-Differenzen
zwischen den Gleichstrom-Polspannungen der parallel
geschalteten Inverter minimiert. Ein positives
Differenzstrom-Signal Vic würde bedeuten, daß der Kanal Strom in den anderen
Kanal abgibt, so daß Vic in einer Richtung anliegt, die die
erfaßte Gleichstrom-Spannung dazu veranlaßt, mit Bezug auf die
anderen Kanäle abzufallen, und deshalb den Differenz-
Gleichstrom reduziert.
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Die Gleichstrominhalts-Schutzschaltung, die die Schaltungen 24,
50, 52 und 56 enthält, ist ähnlich zu der Gleichstrominhalts-
Steuerschaltung. Die Schutzschaltung hat ihren eigenen Satz von
Stromsensoren und erfaßt das Gesamt-Differenz-Gleichstromsignal
unabhängig von der Gleichstrominhalts-Steuerschaltung. Sie
überprüft die Summe des Differenz-Gleichstrom-Signals Vip und
des Spannungssignals Vdp. Jede Abweichung von Null würde ein
Problem in der Gleichstrominhalts-Steuerschaltung anzeigen. Die
Gleichstrominhalts-Steuer- und Schutz-Schleifengleichungen sind
wie folgt:
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Vdc + Vic = 0 (3)
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Vdp + Vip = 0 (4)
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Während abnormaler Betriebsbedingungen wird die Gleichung (4)
zu:
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Vdp + Vip ≠ 0 (5)
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Während des Betriebs im Aufteilungs-Modus ist die Differenz-
Strom-Steuerschleife gesperrt, so daß die Gleichstrominhalts-
Auslösezeit-Verzögerungen nur von der erfaßten Gleichspannung
abgeleitet werden. Während des Parallelbetriebs wird die
gleiche Auslöse-Zeitverzögerungsschaltung verwendet. Es wird
jedoch die Summe aus der erfaßten Gleichstrom-Spannung und aus
den Differenz-Stromsignalen dazu verwendet, die
Auslöseschaltung zu versorgen.
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Die oben gezeigten Gleichungen gehen davon aus, daß kein
Offset-Fehler in der Steuerschleife vorliegt. Ein Offset-Fehler
gibt den Gleichstrominhalt vor dem Parallelschalten an den Pol-
Ausgangsspannungen wieder. Im Parallel-Modus entspricht der
Gleichstrominhalt auf dem parallel geschalteten Bus dem
Durchschnitt des Gleichstrominhalts vor dem Parallelschalten
auf allen Kanälen auf dem parallelen Bus. Die normalen und
abnormalen Situationen können mit Hilfe von Spannungs-
Vektordiagrammen, die in den Figuren 2A, 2B, 2C und 2D gezeigt
werden, geklärt werden. Die Vektoren der Figuren 2A und 2B
repräsentieren zwei gute Kanäle, die einen Gleichstrominhalt
vor dem Parallelschalten haben, der durch die Signale V'dc1 und
V'dc2 wiedergegeben wird und unterhalb des Auslöse-
Schwellenniveaus ist. Nachdem die Bus-Verbinder-
Unterbrechungskontakte geschlossen sind, werden die
Spannungssignale der Figur 2B erzeugt, die nach dem
Parallel schalten gegeben sind. Die nach dem Parallelschalten
gegebenen Gleichstrominhalts-Signale sind der Mittelwert der
Gleichstrominhaltssignale vor dem Parallelschalten. Die
Signale, die vor dem Parallelschalten gegeben sind, liegen
aufgrund von Offset-Spannungen der Operationsverstärker und
aufgrund von Komponententoleranzen in der Steuerschleife vor.
Die Steuer-/Schutz-Gleichungen für die Gleichstrominhalts-
Schleife für normalen Parallelbetrieb sind wie folgt:
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Vdc + Vic - V'dc = 0 (6)
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Vdc + Vic = V'dc (7)
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Vdc = (V'dcl + V'dc2)/2 (8)
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Vdp + Vip = V'dc (9)
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Die Schutzschaltung detektiert eine Fehlerspannung in der
Gleichstrominhalts-Steuerschleife. Die detektierte
Fehlerspannung würde gleich dem Gleichstrominhalt vor dem
Parallelschalten sein, der unterhalb dem Auslöse-Schwellen-
Niveau ist. Deshalb wird die Gleichstrominhalts-Auslösung nicht
freigegeben, was anzeigt, daß die Gleichstrominhalts-
Steuerschleife einwandfrei arbeitet.
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Als nächstes wird zum Beispiel ein Problem in der
Gleichstrominhalts-Steuerschleife des Kanals 14 in Figur 1
betrachtet. Diese Situation wird durch die Vektordiagramme der
Figuren 2C und 2D illustriert. Die Bedingung vor dem
Parallelschalten wird durch die Vektoren der Figur 2C gezeigt.
Das große Gleichstrominhalts-Signal V'dc2 würde große
Gleichströme ergeben, wenn die Kanäle parallel geschaltet sind,
wie in der Figur 2D dargestellt wird. Dieser große Gleichstrom
wird durch die Steuerschaltung erfaßt. Die Steuerschaltung wird
versuchen, die Gleichstrom-Spannungen an ihren
Erfassungspunkten derart einzustellen, daß der Gleichstrom auf
Null reduziert wird.
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Das System stabilisiert sich schließlich selbst, wobei der
Gleichstrominhalt gleich dem Mittelwert der Gleichstrominhalte
vor dem Parallelschalten ist. Dabei ist V'dc2 gleich der Summe
aus Vdc2 + Vic2. Die relativen Größen von Vdc2 und Vic2 sind
von den Verstärkungen der Gleichstrominhalts-
Spannungssteuerschleife und der Differenz-Gleichstromschleife
abhängig. Wie in der Figur 3D gezeigt wird, ist es
offensichtlich, daß:
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Vicl = Vipl (10)
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Vic2 =Vip2 (11)
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Vdcl = Vdc2 = (V'dcl + V'dc2)/2 (12)
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Vdcl =Vdpl (13)
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Vdc2 =Vdp2 (14)
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Vdpl + Vipl = 0 (15)
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Vdp2 + vip2 ≠ 0 (16)
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Man beachte, daß für den Kanal Nummer 2 Vdp2 und Vip2 in der
gleichen Richtung sind und sich nicht zu Null addieren. Die
Schutzschaltung detektiert dieses Problem im Kanal Nummer 2 und
gibt die Auslösezeitverzögerung frei. Dies isoliert Kanal
Nummer 2 von dem parallelen Bus, wenn die Summe aus Vdp2 und
Vip2 das vorgegebene Schwellenniveau überschreitet. Die Figuren
3A und 3B enthalten schematische Diagramme der
Steuerschaltungen eines Kanals eines Versorgungssystems der
Figur 1. Eine Gleichspannung auf den Gleichstrom-
Verbindungsleitern 60 und 62 wird durch Inverter-Schalter 28
geschaltet, um einen dreiphasigen Wechselstromausgang mit
konstanter Frequenz an den Versorgungspolen 64, 66 und 68 zu
erzeugen. Ein dreiphasiger Wechselstromausgang, der an den
Versorgungspolen auftritt, wird von den Spulen 70, 72 und 74
und durch die Filterkondensatoren 76 gefiltert. Ein
Transformator 78, der einen Mittelleiter bildet, wird dazu
verwendet, ein Vierleitungs-Ausgangssignal zu erzeugen. Die
Versorgungspolausgangsspannung wird auf den Leitungen 80, 82
und 84 erfaßt. Eine Verstärkerschaltung 86 empfängt die
Spannung der Phase A auf der Leitung 84 und erzeugt ein
Ausgangssignal, das repräsentativ für diese Spannung ist. Die
Leitungen 112 und 114 sind für die Verbindung zu
Steuerschaltungen der Phasen B bzw. C anderer Kanäle
vorgesehen. Die Schaltung 88 empfängt ein erstes
Spannungseingangssignal vom Stromsensor TCS1 auf den Leitungen
90 und 92, und ein zweites Spannungssignal von einem
Stromsensor, der mit der Phase B des anderen Kanals über die
Leitung 112 gekoppelt ist. Die Schaltung 88 erzeugt ein
Differenzstrom-Ausgangssignal auf der Leitung 94. Die Schaltung
96 empfängt ein erstes Spannungssignal vom Stromsensor TCS2 auf
den Leitungen 98 und 100 und ein zweites Spannungssignal von
einem Stromsensor, der mit der Phase C des anderen
Versorgungssystemkanals über die Leitung 114 gekoppelt ist. Die
Ausgangssignale der Schaltungen 86, 88 und 96 werden durch die
Schaltungen 102 und 104 empfangen, kombiniert und integriert.
Dies resultiert in einem Paar von Signalen, die einem Exklusiv-
Oder-Gatter 106 zugeführt werden, um ein Signal am Anschluß 108
zu erzeugen, das von der Flankenkorrekturschaltung 42 verwendet
wird. Der Schalter 110 wird geöffnet, um die Schaltungen 88 und
96 zu sperren, wenn das System in dem Aufteilungs-Modus oder in
dem Nicht-Parallel-Modus arbeitet, so daß das Schaltmuster nur
durch das Gleichspannungs-Niveau, das von der Schaltung 86
erfaßt wird, beeinträchtigt wird.
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Die Schutzschleife, die durch die Schaltung der Figur 3B
illustriert wird, enthält mehrere Schaltungen, die ähnlich zu
der Gleichstrominhalts-Steuerschleife der Figur 3A sind.
Deshalb wurden in den Figuren 3A und 3B ähnliche Bezugszeichen
dazu verwendet, ähnliche Elemente zu bezeichnen. In der Figur
3B werden die Ausgänge der Schaltungen 86', 88' und 96'
kombiniert und durch die Schaltungen 116 und 118 integriert, um
Signale an den Anschlüssen 120 und 122 zu erzeugen, die mit der
Fensterdetektorschaltung 56 verbunden sind. Der Fensterdetektor
kann in Übereinstimmung mit bekannten Techniken aufgebaut sein,
wie zum Beispiel in der Figur 4 des Patents Nr. 4,731,690
illustriert wird.
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Die Figur 4 ist ein schematisches Diagramm eines der
Gesamtstromsensoren TCS1, TCS2, TCS3 und TCS4 der Figur 3A. Ein
schematisches Diagramm des Stromwandlers 123, der in der
Schaltung der Figur 4 verwendet wird, wird in der Figur 5
illustriert. Der Phasenleiter 124, der ein Leiter einer der
Phasen A, B oder C in einem Ausgangsbus eines der Kanäle sein
kann, verläuft durch einen im allgemeinen kreisförmigen,
magnetischen Kern 126. Ein kommerziell erhältlicher Hall-
Effekt-Wandler 128 mit linearem Ausgang wird innerhalb eines
Spalts im Kern 126 angeordnet und erzeugt eine Ausgangsspannung
am Anschluß 130, die proportional zu dem Gleichstrom ist, der
in dem Phasenleiter 124 fließt. Die Hall-Effekt-Einrichtung
detektiert den magnetischen Fluß in dem Kern, der durch den
Strom erzeugt wird, der im Leiter 124 fließt. Dieser Fluß wird
durch Einstellen des Stroms durch eine Null-Wicklung 132 nach
Art einer geschlossenen Schleife zu Null gemacht. Die folgenden
Gleichungen können von den Schaltungen der Figur 4 abgeleitet
werden:
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Ip =IsxN (17)
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Vout = (Ip x R)/N (18)
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Vout α Ip (19)
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wobei 1p der Strom, der in dem Phasenleiter fließt, Is der
erfaßte Strom, N die Anzahl der Windungen der Wicklung 132 ist,
Vout die Spannung am Widerstand Rb und R der Widerstandswert
des Widerstands Rb ist. Hall-Effekt-Wandler mit linearem
Ausgang, wie zum Beispiel das Bauelement Nr. 128, können dazu
verwendet werden, Ströme zu erfassen, die in einem Bereich von
250 Milliampere bis zu Tausenden von Ampere liegen. Die
isolierte Analogspannung, die von dem Wandler erzeugt wird,
kann durch Additionsverstärker wie zum Beispiel 134 und 136
modifiziert werden, um eine Niveau-Verschiebung, eine
Temperatur-Kompensation, Verstarkungsänderungen oder andere
gewünschte Parameter zu erreichen. Lineare Wandler stellen
sowohl eine hohe Frequenzantwort als auch Gleichstrom-Messungen
zur Verfügung.
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Es sollte nun offensichtlich sein, daß die vorliegende
Erfindung sowohl Gleichstrominhalts- als auch Schutzfunktionen
durch die Verwendung von Differenzstrom-Rückkoppelschleifen
erreicht. Obwohl die vorliegende Erfindung in einer Form
beschrieben wurde, die als ihre gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsform betrachtet wird, ist es für Fachleute
offensichtlich, daß zahlreiche Änderungen ohne Abweichen vom
Bereich der Erfindung, wie er in den anhängenden Ansprüchen
definiert wird, durchgeführt werden können.