DE1638146B2 - Gleichstromversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine an steigenden Leistungsbedarf angepaßte Gleichstromversorgung zur Speisung eines Verbrauchers.

Die Parallelschaltung von mehreren für sich ungeregelten Gleichrichtern zur gemeinsamen Speisung eines Verbrauchers bereitet im allgemeinen keine wesentlichen Schwierigkeiten. Probleme treten erst dann auf, wenn die Ausgangswerte des Gleichrichters geregelt werden sollen bzw. wenn einzelne geregelte Gleichrichtergeräte im Parallelbetrieb arbeiten sollen.

Um die Schwierigkeiten beim Parallelbetrieb von magnetisch auf den gleichen Spannungswert geregelten Gleichrichtern zu umgehen, die hauptsächlich in einer unterschiedlichen Belastung der einzelnen Gleichrichter bestehen, hat man beispielsweise gleichartige Punkte der Stellglieder bzw. Steuerkreise miteinander verbunden (vgl. die am 15.10.1953 bekanntgemachten Unterlagen der deutschen Patentanmeldung S 24 324/ 21C-67/10). Es wurde auch bereits versucht, die Steuerglieder der einzelnen parallel geschalteten Gleichrichter mit einem Stromeinfluß der anderen Gleichrichter zu versehen (DE-AS 11 32 225).

Schließlich wurde die Stromdifferenz von zwei Gleichrichtergeräten zur Einwirkung auf die Regler der einzelnen Geräte, die parallel an den Verbraucher angeschlossen sind, gebracht (DE-AS 11 99 861). «

Alle diese bekannten Anordnungen zeigen, daß es schwierig ist, mehrere Gleichrichtergeräte mit geregeltem Ausgang parallel arbeiten zu lassen, da sich über die Sammelschiene die einzelnen Regler gegenseitig beeinflussen. Wl

Ein anderes Problem bei Gleichrichtergeräten für große Leistungen besteht darin, daß der Aufwand an Regelmitteln bei großen Stromstärken beträchtlich wird. Man hat daher schon versucht, einem Hauptgleichrichter einen Hilfsgleichrichter parallel zu schal- ■ > ten, der allein Mittel zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung enthält und der über einen Magnetverstärker die Spannung des Hauptgleichrichters konstant hält (DE-AS 1042 083). Trotzdem ist auch in diesem Falle der Aufwand an Regelniitteln noch verhältnismäßig hoch.

Aus der Literaturstelle »Control Engineering«, September 1963, Seite 95/96,1st eine Gleichstromversorgung bekannt, bei weicher ein Regler auf der Wechselstromseite drei verschiedene, ungeregeite Gleichrichtergeräte speist Der Regler wirkt auf einen Steller ein. Die drei Gleichrichtergeräte geben jeweils unterschiedliche Gleichspannungen an drei unterschiedliche Verbraucher ab. Der Regler erhält die Regelgröße nur von einem der drei Verbraucher.

Der Aufwand an Regelmitteln ist hier zwar verhältnismäßig gering, jedoch ist hier von Nachteil, daß bei Lastschwankungen an dem den die Regelgröße liefernden Verbraucher speisenden Gleichrichtergerät die Eingangswechselspannungen der anderen Gleichrichtergeräte in unerwünschter Weise mitverändert werden. Es ist nicht vorgesehen, die drei Verbraucher an eine Sammelschiene zu legen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstromversorgung der eingangs genannten Art mit geregelter Ausgangsspannung und geregeltem Ausgangsstrom zu schaffen, bei welcher der Aufwand an Regelmitteln gleichfalls gering gehalten ist, die sich leicht für eine große Belastung ausbauen läßt und bei der die Schwierigkeiten der Parallelschaltung von geregelten Gleichrichtergeräten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Gesamtheit der folgenden Merkmale:

a) Die Gleichstromversorgung umfaßt einen Regler, einen Thyristorsteller und mehrere gleichartige, ungeregelte Gleichrichtergeräte als modulare Einheiten, die jeweils aus einem Anpassungstranformator, einer Gleichrichterbrücke und Siebgliedern ausgebildet sind,

b) die Gleichrichtergeräte sind ausgangsseitig parallel an den Verbraucher geschaltet,

c) die Gleichrichtergeräte sind eingangsseitig an den gemeinsamen Steller geschaltet,

d) dem Regler ist eine dem dem Verbraucher zugeführten Summenstrom aus den Gleichrichiergerälen proportionale Meßgröße zugeführt,

e) der Regler nimmt einen Soll-Ist-Wertvergleich von Strom und Spannung vor und beeinflußt den Steller entsprechend der Regelabweichung,

f) der Steller steuert die Gleichrichtergeräte parallel an.

Bei der Gleichstromversorgung gemäß der Erfindung wird durch die an sich bekannte Verlegung der Regelung auf die Wechselstromseite erreicht, daß die Gleichrichtergeräte für sich ungeregelt sind, so daß deren Parallelschaltung keine besonderen Schwierigkeiten bereitet. Eine solche Gleichstromversorgung kann daher durch Hinzufügen von Gleichrichtergeräten stufenweise bis auf den vorgesehenen höchsten Belastungswert ausgebaut werden, ohne daß sonst eine Veränderung vorgenommen werden muß.

Bisher wurde ein Vorurteil darin gesehen, einen Regler für den Gesamtstrom des Gleichrichtergerätes zu bemessen. Durch die in letzter Zeit bekanntgewordene Thyristorregelung, bei der ein steuerbarer Gleichrichter im Wechselstromkreis durch Spannungsimpulse von einem Impulsgerät in den leitenden Zustand umgeschaltet werden kann, ist der Aufwand bei höherer zu steuernder Stromstärke allein auf die steuerbaren Gleichrichter beschränkt, während das die Steuerimpul-

se liefernde Impulsgerät ohne weiteres Thyristoren sehr verschiedener Leistung steuern kann. Ausgehend von diesen Überlegungen wurde daher eine Anordnung gewählt, bei der die Steuerung der Ausgangsspannung im Wechselstromkreis mit Hilfe vor. Thyristoren vorgenommen wird, so daß sich der Aufwand an Steuermitteln im wesentlichen auf das die Steuerimpulse erzeugende Gerät beschränkt Die Leistung des Steuergerätes kann in einfacher Weise dadurch erhöht werden, daß die Thyristoren gegen solche höherer Leistung ausgetauscht werden.

Die Gleichstromversorgung ist aus einer Steuereinheit und einem oder mehreren Gleichrichtergeräten ausgebildet und kann in einfacher Weise dadurch für höhere Leistungen ausgebaut werden, daß weitere Gleichrichtergeräte zu dem ersten Gleichrichtergerät parallelgeschaltet werden und gegebenenfalls in der Steuereinheit die Thyristoren gegen solche höherer Leistung ausgetauscht werden.

Da sich bei Ungleichmäßigkeiten bei den Gleichrichtergeräten eine ungleichmäßige Belastung ergeben könnte, sind die Gleichrichtergeräte als vollkommen gleiche Baueinheiten ausgebildet, bei denen sowohl die einzelnen Bauelemente in vollkommen gleicher Weise auf einer Grundplatte angeordnet sind, als auch die elektrischen Werte der einzelnen Bauelemente vollkommen gleich gewählt sind. Dies gilt beispielsweise bezüglich der Drahtstärke und Windungszahl de : Wickelgüter und der Kennlinie der Gleichrichterelemente.

Es ist auf diese Weise möglich, eine Gleichstromversorgung zu schaffen, die in einfacher Weise bis zu hohen Stromstärken ausbaufähig ist und die aus wenigen einzelnen Grundbausteinen besteht, welche sich leicht in großer Zahl herstellen lassen. Dadurch wird nicht nur die Herstellung der Gleichstromversorgung verbilligt, sondern auch die Lagerhaltung vereinfacht

Aus der Literaturstelle »Siemens-Zeitschrift«, 41 (1967), Heft 2, Seiten 146 bis 151 ist die Serienschaltung eines Thyristorstellers und eines angesteuerten Gleichrichters bekannt, bei der der Ausgangsstrom des ungeregelten Gleichrichters auf eine Steuerung einwirkt, die w.'iederum den Steller zündet.

Aus dieser Literaturstelle geht jedoch nicht hervor, wie eine Gleichstromversorgung mit mehreren, jeweils aus einem Anpassungstransformator, einer Gleichrichterbrücke und Siebgliedern gebildeten Gleichrichtergeräten als modulare Einheiten auszubilden sei, um die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen.

Aus der Literaturstelle »Silizium-Gleichrichter«, Siemens, SSW 426/206,24.5.1958, Seiten 17 bis 20 ist es bekannt, zwei Gleichrichter bei höheren Stromstärken parallel zu schalten. Diese Literaturstelle betrifft die Parallelschaltung von einzelnen Bauelementen.

Aus der Literaturstelle »BBC-Nachrichten«, Februar 1967, Heft 2, Seiten 46 bis 49, ist es bekannt, Gleichrichtergeräte parallel an einen Verbraucher zu schalten. Die Gleichrichtergeräte speisen eine gemeinsame Sammelschiene und werden von einem gemeinsamen Regler, der einen gemeinsamen Summenstrom und eine gemeinsame Summenspannung der Sammelschiene abnimmt, gesteuert. Die Stellgröße des Reglers wird Transduktoren zugeführt, die als Steller wirksam sind. Jedem Gleichrichtergerät ist ein Transduktor bzw. ein Steller auf der Sekundärseite des Anpassungstransformators des jeweiligen Gleichrichtergerätes zugeordnet. Die Transduktoren wirken e!s gleichstromvormagnetisierte Induktivitäten und müssen entsprechend dem jeweiligen Arbeitsbereich einzeln abgeglichen sein, um eine unterschiedliche Stromaufteilung auf die einzelnen Gleichrichtergeräte zu verhindern. Eine solche Gleich-Stromversorgung ist im Hinblick auf den Gegenstand der Erfindung recht aufwendig.

Die einzelnen Baueinheiten können auch so zusammengefügt werden, daß Systeme für mehrphasigen Wechselstrom in ebenso einfacher Weise aufgebaut

ίο werden können.

Die Erfindung soll anhand der Figuren näher erläutert werden:

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Gleichstromversorgung gemäß der Erfindung aus einzelnen Bausteinen für Wechselstrom und

F i g. 2 eine Gleichstromversorgung für Drehstrom.
Die Gleichstromversorgung nach F i g. 1 besteht aus einzelnen Bausteinen, und zwar aus einer Schalteinheit 1, einer Steuereinheit 2 und mindestens einem Gleichrichtergerät 3. Beim Ausbau für höhere Belastung können mehrere Gleichrichtergeräte 3 parallelgeschaltet werden. Es ist auch noch möglich, eine oder mehrere Zusatzeinheiten 4 vorzusehen, um der Gleichstromversorgung bestimmte zusätzliche Eigenschaften zu verleihen. Die Zusatzeinheit 4 kann z. B. aus einer Kombination von Gegenzellen bestehen, zusätzliche Siebglieder oder auch einen Zusatzgleichrichter enthalten, wie es bei Geräten mit Batteriereserve zur Aufladung der Batterie in Reihe mit dem normalen

jo Gleichrichter bekannt ist

In der Schalteinheit 1 sind alle Schalt- und Kontrollgeräte zusammengefaßt. Sie enthält insbesondere die Eingangsanschlüsse 5, den Hauptschalter 7, die Ausgangsanschlüsse 6 sowie gegebenenfalls einen

Γ) Spannungsmesser 8 und einen Strommesser 9. Es können jedoch noch weitere Schalt- und Kontrollinstrumente vorgesehen sein.

Die mit 2 bezeichnete Steuereinheit enthält die Einrichtung zur Regelung der Ausgangsspannung der Gleichrichtergeräte. Sie ist mit einer nicht dargestellten Fühlerleitung mit dem Ausgang der Gleichrichtergeräte 3 verbunden. Insbesondere ist die Steuereinheit 2 so ausgebildet, daß der Strom auf der Wechselstromseite der Gleichrichtcrgeräte mit zwei antiparallel geschalte-

4"> ten Thyristoren 10 als Thyristorstelle geregelt wird. Die Regelung erfolgt durch Spannungsimpulse, die von einem Impulsgerät 11 als Regler in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Gleichrichtergeräte geliefert wird. Es wurde bereits erwähnt, daß das Impulsgerät

κι 11 zur Beeinflussung von Thyristoren verschiedener Leistung geeignet ist und der Regelaufwand bei höherer Leistung sich lediglich auf die Verwendung von Thyristoren 10 für höhere Leistung beschränkt

Die Gleichrichtergeräte 3 sind an die Steuereinheit 2

">") angeschlossen und enthalten einen Anpassungstransformator 12, eine Gleichrichterbrücke 13 und noch entsprechende Siebglieder, die beispielsweise aus zwei Siebdrosseln 14 und zwei Siebkondensatoren 15 bestehen. Außerdem kann noch eine Sicherung in jeder

' Gleichrichtereinheit vorgesehen sein. Alle Gleichrichtergeräte 3 sind vollkommen gleich aufgebaut d. h., daß die Bauelemente, wie Transformator, Gieichrichter, Drossel und Kondensator, in gleicher Weise auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind und daß auch die Bemessung aller Teile die gleiche ist. So muß beispielsweise die Wicklung bei den Drosseln 14 und dem Transformator 12 bei allen Gleichrichtergeräten jeweils aus dem gleichen Draht hergestellt sein und in

gleicher Weise gewickelt sein. Dies bietet jedoch keine Schwierigkeiten und erleichtert nur die Serienherstellung solcher Geräte. Auf diese Weise haben alle Gleichrichtergeräte 3 gleiche Kennwerte, so daß keine Schwierigkeiten bei der Parallelschaltung infolge ungleichmäßiger Belastung auftreten. Es erübrigt sich auch, wie dies bei der Parallelschaltung von Gleichrichtergeräten mit geregeltem Ausgang erforderlich ist, besondere Maßnahmen bei der Parallelschaltung zu treffen.

In F i g. 2 ist eine Abwandlung der Gleichstromversorgung gemäß der Erfindung für Dreiphasenstrom dargestellt. Die Schalteinheit 1 hat entsprechend einen mehrphasigen Eingang und dieser nachgeschaltet sind drei untereinander vollkommen gleiche Steuereinheiten 2i, 22 und 23, und zwar ist für jede Phase des Wechselstromes eine Steuereinheit vorgesehen. An die einzelnen Steuereinheiten sind nur in der beschriebenen Weise Gleichrichtergeräte 310,320 und 330 angeschlossen. Wie bereits beschrieben, sind auch diese Gleichrichtergeräte untereinander vollkommen gleich. Um dieses System nun auf höhere Leistungen zu erweitern, ist es nur erforderlich, jeweils weitere Gleichrichtergeräte parallel zu schalten. Wie in Fig.2 angedeutet, werden dem Gleichrichtergerät 310 die beiden Gleichrichtergeräte 311 und 312 parallelgeschaltet, dem Gleichrichtergerät 320 werden die Geräte 321 und 322 parallelgeschaitet und dem Gleichrichtergerät 330 werden die Geräte 331 und 332 parallelgeschaitet. Natürlich müssen bei jeder Phase gleich viele Gleichrichtergeräte parallelgeschaitet sein. Es kann auch in diesem Falle eines oder mehrere weitere Zusatzgeräte 4 vorgesehen sein, wie dies anhand von F i g. 1 angedeutet wurde. Auch ist, wie ersichtlich, die Anordnung nicht auf Dreiphasenstrom beschränkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   An steigenden Leistungsbedarf angepaßte Gleichstromversorgung zur Speisung eines Verbrauchers, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der Folgenden Merkmale:

   a) Die Gleichstromversorgung umfaßt einen Regler, einen Thyristorsteller und mehrere gleichartige, ungeregelte Gleichrichtergeräte als modulare Ein- ι ο heiten, die jeweils aus einem Anpassungstransformator, einer Gleichrichterbrücke und Siebgliedern ausgebildet sind,

   b) die Gleichrichtergeräte sind ausgangsseitig parallel an den Verbraucher geschaltet,

   c) die Gleichrichtergeräte sind eingangsseitig an den gemeinsamen Steller geschaltet,

   d) dem Regler ist eine dem dem Verbraucher zugeführten Summenstrom aus den Gleichrichtergeräten proportionale Meßgröße zugeführt,

   e) der Regler nimmt einen Soll-Ist-Wertvergleich von Strom und Spannung vor und beeinflußt den Steller entsprechend der Regelabweichung,

   f) der Steller steuert die Gleichrichtergerät parallel an.