DE3840806A1 - Schaltungsanordnung zur parallelschaltung einer beliebigen anzahl von pulswechselrichtern - Google Patents
Schaltungsanordnung zur parallelschaltung einer beliebigen anzahl von pulswechselrichternInfo
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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)
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;XIA), 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.
Priority Applications (1)
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