DE3840806C2 - - Google Patents

Description

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

Durch die Parallelschaltung der Pulswechselrichter ist es möglich, mit kleineren Umrichtern-(Serien-) Geräten eine große Ausgangslei­ stung bereitzustellen, die z. B. ein am Ausgang der Parallelschaltung angeschlossener Drehstrommotor mit entsprechender Typenleistung fordert.

Aus der DD 1 06 513 ist eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung bekannt, wobei der Betrieb von einzelnen Parallelschwingkreis­ umrichtern an einer Sammelschiene beschrieben ist. Je nach Anforderung der an der Sammelschiene liegenden einzelnen Verbraucher ist es dabei möglich, einzelne Umrichter zu- oder abzuschalten. Zur Sicherstellung der Stabilität beim Parallelbetrieb der in Anzahl und Leistung variie­ renden Umrichter ist eine Zentraleinheit vorgesehen, die als überge­ ordnete Steuerung und Regelung die Sollwerte bzw. sonstige aus über­ geordneten Gesichtspunkten notwendige Größen an Vorrichtungen abgibt, die jeweils die einzelnen Umrichter steuern und regeln. Diese einzelnen Steuer- und Regelvorrichtungen sind als Traktsteuerung der Zentral­ einheit unmittelbar nachgeschaltet. Die Zentraleinheit und die Trakt­ steuerung arbeiten im Master-Master-Betrieb miteinander.

Da jeder Umrichter seine eigene Traktsteuerung besitzt, ist der Steuer- und Regelaufwand beträchtlich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es möglich ist, ohne großen Aufwand für die Regelung zwei oder mehr Pulswechselrichter parallelzuschalten und oder durch weitere Umrichter- Geräte zu ergänzen.

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

Um vorteilhafterweise den Aufwand gering zu halten, sind zwar die Lei­ stungsteile aller Pulswechselrichter vollständig vorhanden, nicht je­ doch aber die Steuer- und Regeleinrichtungen. Eine einzige Einrichtung übernimmt in einem echten Master-Slave-Betrieb die Steuerung und Re­ gelung für sämtliche parallelgeschalteten Pulswechselrichter. Es er­ gibt sich also eine problemlose, wenig aufwendige Schaltung, weil diese eine bei einem der Pulswechselrichter ohnehin vorhandene Steuer- und Regeleinrichtung auch für alle anderen parallelgeschalteten Pulswechselrichter, denen lediglich noch Übermittlungseinrichtungen für die sie speziell betreffenden Meß-, Überwachungs- und Steuersignale zugeordnet sein müssen, die Regel- und Steuerfunktion übernimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. 1 die grundsätzliche Anordnung von n parallelgeschalteten Pulswechselrichtern,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Pulswechselrichters,

Fig. 3 den Signalfluß von und zu den parallelgeschalteten Puls­ wechselrichtern 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 PWR 1, PWR 2 . . . PWR n wird mit einer Ein­ gangsspannung U_E (entsprechend der Netzspannung U_N) versorgt und liefert am Ausgang eine variable Spannung U_A entsprechender Fre­ quenz f_A, die gemeinsam mit Ausgangsströmen I_A einen Motor M speisen. Grundsätzlich beziehen sich alle Indizes der Zahl 1 auf den Pulswech­ selrichter PWR 1, alle Indizes mit der Zahl 2 auf den Pulswechsel­ richter PWR 2 und alle mit n beschriebenen Indizes auf den n-ten Puls­ wechselrichter PWR n.

Jeder Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n liefert Meßdaten, aus denen auf seine Funktionsfähigkeit geschlossen werden kann.

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

Eingangsseitig sind im Pulswechselrichter PWR 1 eine Sicherung 11 und eine Entkopplungsdrossel 12, die den Pulswechselrichter vom spei­ senden Netz entkoppelt, vorgesehen. Der Entkopplungsdrossel 12 ist ein Gleichrichter 13, z. B. eine 6pulsige Diodenbrücke nachgeschaltet. Mit dem eigentlichen Wechselrichter 15 der Anordnung ist der Gleich­ richter 13 über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Zwi­ schenkreiskondensator 14 verbunden. Der eigentliche Wechselrichter 15 ist mit Schaltelementen, denen Freilaufdioden antiparallelgeschaltet sind, versehen. Vorzugsweise dienen hier als Schaltelemente (nicht näher gezeigt, in Fig. 3 z. B. mit 51 bezeichnet) 6 GTO-Thyristoren in 6pulsiger Brückenschaltung. Ausgangsseitig ist dem eigentlichen Wechselrichter 15 eine weitere Drosselspule 16 nachgeschaltet.

Die bereits zu Fig. 1 angesprochenen Meßdaten werden unter galvani­ scher Trennung vom Leistungskreis ausgekoppelt und in einer Übermitt­ lungseinrichtung 31 zusammengefaßt. So werden über Stromwandler eine dem Zwischenkreisstrom proportionale analoge Regelgröße X_ID₁ und eine dem Ausgangsstrom des Pulswechselrichters PWR 1 proportionale analoge Regelgröße X_IA₁ abgebildet. Die Regelgröße X_ID ₁ wird einem Zwischen­ kreisstromkomparator 19 zugeführt, der ein digitales Überwachungssi­ gnal <I_D₁ abgibt, wenn der Zwischenkreisstrom einen Grenzwert über­ schreitet. In gleicher Weise wird die Regelgröße X_IA₁ auf einen Aus­ gangsstromkomparator 10 gegeben, der ein digitales Überwachungssi­ gnal <I_A ₁ liefert, wenn der Ausgangsstrom eine bestimmte Höhe über­ schreitet.

Weiterhin wird die Zwischenkreisspannung U_D₁ über einen Trennwandler 17 am Zwischenkreiskondensator 14 abgegriffen und auf einen Spannungskompa­ rator 18 gegeben. Dieser Spannungskomparator 18 liefert digitale Überwachungssignale, wenn die Zwischenkreisspannung U_D einen oberen Grenzwert übersteigt (<U_D₁) oder wenn die Zwischenkreisspannung U_D₁ einen unteren Grenzwert unterschreitet (<U_D₁).

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

Der Pulswechselrichter PWR 1 übernimmt mit seiner Steuer- und Regelein­ richtung 100 für alle Pulswechselrichter PWR 1 bis PWR n die Steuer- und Regelfunktionen. Diese muß deshalb die eigenen und die von den parallelgeschalteten Pulswechselrichtern PWR 1, PWR 2 . . . PWR n 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 antiparallelgeschalteter Freilaufdiode angedeutet. Jedem Schaltelement ist ein Impulsübertrager (und -verstärker) 41, 42 . . . 4n zugeordnet. Neben der später noch beschriebenen Übertragen von Steuer­ impulsen ZS zu den Steueranschlüssen der Schaltelemente 51, 52 . . . 5n der Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n dienen diese Impulsüber­ trager 41, 42 . . . 4n auch der Abgabe eines digitalen Schaltzustandssi­ gnals VR 1, VR 2 . . . VR n, das jeweils den zeitweiligen Sperrzustand der Schaltelemente 51, 52 . . . 5n wiedergibt. Über Trennverstärker 61, 62 . . . 6n werden diese Schaltzustandssignale VR 1, VR 2 . . . VR n ebenfalls den zu­ vor bereits erwähnten, den einzelnen Pulswechselrichtern PWR 1, PWR 2 . . . PWR n zugeordneten Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . 3n zugeführt.

Die Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . . 3n 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 Ausgangsstrom, die digitalen Überwachungssignale, <U_D1, U_D2 . . . U_Dn <U_D1, U_D2 . . . U_Dn; <I_D1, I_D2 . . . I_Dn; <I_A1, I_A2 . . . I_An, ob eine zu hohe oder zu niedrige Zwischenkreisspannung, ein zu großer Zwischenkreis- oder ein zu großer Ausgangsstrom vorliegen und die digitalen Schaltzu­ standssignale VR 1, VR 2 . . . VR n über das Vorliegen einer Sperrung bei den einzelnen Schaltelementen 51, 52 . . .5 n, an eine dem Pulswechsel­ richter PWR 1 zugeordnete, übergeordnete Signalverteilungseinrichtung 200 weiter.

Die Funktionsweise der Signalverteilungseinrichtung 200 ist, soweit es die digitalen Überwachungssignale <U_D1, U_D2 . . . U_Dn; <U_D1, U_D2 . . . U_Dn; <I_D1, I_D2 . . . I_Dn; <I_A1, I_A2 . . . I_An und Schutzsignale <U_D, <U_D, <I_D, <I_A sowie die analogen Regelgrößen X_ID1, X_ID2 . . . X_IDn; X_IA1, X_IA2 . . . X_IAn; X_ID; X_IA 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 dieser der Regelgrößen X_IA1, X_IA2 . . . X_IAn entsprechend der Anzahl der leistungs­ gleichen Pulswechselrichter PW ₁, PW ₂ . . . PW n. Der Ausgang des Ver­ stärkers 201 ist über einen Eingangswiderstand RV 3 an den Eingang eines über einen weiteren Rückkopplungswiderstand R 203 rückgekoppelten, lediglich invertierenden Verstärkers 203 angeschlossen. Am Ausgang des Verstärkers 203 liegt dadurch eine gemeinsame Regelgröße X_IA für die Summe der Ausgangsströme der Pulswechselrichter PWR 1, PW 2 . . . PWR n vor.

In gleicher Weise ist in der Signalverteilungseinrichtung 200 ein zweiter, über einen Widerstand R 202 rückgekoppelter Verstärker 202 vorgesehen, dem die Regelgrößen X_ID₁, X_ID₂ . . . X_IDn der einzelnen Zwi­ schenkreisströme der Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n über bewertende Widerstände gemeinsam zugeführt sind. Auch hier wird die Bewertung dieser Regelgrößen X_ID₁, X_ID₂ . . . X_IDn entsprechend der Anzahl der leistungs­ gleichen Pulswechselrichter PWR 1, PW 2 . . . PWR n vorgenommen. Wie bei der Bildung der gemeinsamen (Ausgangsstrom-)Regelgröße X_IA wird das Aus­ gangssignal des Verstärkers 202 über einen weiteren Eingangswider­ stand RV 4 einem, über einen Widerstand R 204 rückgekoppelten weiteren Verstärker 204 eingegeben und durch diesen zu einer gemeinsamen Regel­ größe X_ID für die Gesamtheit aller Zwischenkreisströme invertiert.

Potentialmäßig festgelegt sind die zuvor erwähnten Verstärker 201, 202, 203, 204 in üblicher Weise durch nicht näher bezeichnete weitere Ohmsche Widerstände.

Die digitalen Überwachungssignale <U_D₁, U_D₂ . . . U_Dn; <U_D₁, U_D₂ . . . U_Dn; <I_D₁, I_D₂ . . . I_Dn; <I_A₁, I_A₂ . . . I_An werden jeweils durch UND-Glie­ der 205 bis 208 zu gemeinsamen Schutzsignalen <U_D, <U_D, <I_D, <I_A zusammengefaßt.

So bilden die Überwachungssignale <U_D₁, U_D₂ . . . U_Dn 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 Grenzwertes 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 oder einer der Aus­ gangsströme 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 51, 52 . . . 5n bei den Pulswechseleinrich­ tungen 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 Schaltzustandssignal VR einer gemeinsamen, beim Pulswechselrichter PWR 1 vorhandenen Steuer- und Regeleinrichtung 100 zugeführt. Diese Steuer- und Regeleinrichtung 100 regelt in üblicher Weise durch Vergleich mit vorgegebenen Führungswerten die Zwischenkreis- und Ausgangsstromwerte aus und gibt entsprechende Steuerimpulse ZS für die Ansteuerung der Schaltelemente 51, 52 . . . 5n der einzelnen Pulswechselrichter PWR 1, PWR 2 . . . PWR n ab. Die Steuerimpulse ZS werden dabei über die Signal­ verteilungseinrichtung 200 an die hierzu in Reihe geschalteten Über­ mittlungseinrichtungen 31, 32 . . . 3n und Impulsverstärker 41, 42 . . . 4n und zur Kontrolle zurück an die Signalverteilungseinrichtung 200 gelei­ tet.

Die Steuer- und Regeleinrichtung 100 wertet zusätzlich in üblicher Weise die gemeinsamen Schutzsignale <U_D, <U_D, <I_A, <I_D und das ge­ meinsame Schaltzustandssignal VR aus und gibt über die Signalvertei­ lungseinrichtung 200 ein Freigabesignal F für die Weitergabe der Steuerimpulse ZS durch die einzelnen Übermittlungseinrichtungen 31, 32 . . . 3n, wenn keines der Schutz- und Zustandssignale eine Betriebs­ störung erkennen läßt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Parallelschaltung einer beliebigen Anzahl von aus einem Netz jeweils über einen Netzgleichrichter und einen Gleich­ spannungszwischenkreis (Zwischenkreis) gespeisten Pulswechselrichtern gleicher Ausgangs­ leistung, wobei die Pulswechselrichter Schaltelemente aufweisen, 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_IDn; 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_Dn) 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 und dabei 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_Dn; <I_{D 1}, I_{D 2} . . . I_Dn; <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), die gemeinsamen Schutzsignale (<U_D; <U_D; <I_D; <I_A) und das gemeinsame Schaltzustandssignal (VR) einer Steuer- und Regel­ einrichtung (100) zuführt und

daß die Steuer- und Regeleinrichtung (100)

• - über die ihr zugeführten gemeinsamen Regelgrößen (X_ID; X_IA) den Gesamtstrom für die Pulswechselrichter (PWR 1, PWR2 . . . PWR n) ausregelt,
• - dazu entsprechende 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 (ZS) 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_IDn; X_{IA 1}, X_{IA 2} . . . X_IAn; X_ID ; X_IA) als analoge und die Überwachungs- (<U_{D 1}, U_{D 2} . . . U_Dn; <U_{D 1}, U_{D 2} . . . U_Dn; <I_{D 1}, I_{D 2} . . . I_Dn; <I_{A 1}, I_{A 2} . . . I_An), die Schutzsignale (<U_D, <U_D, <I_D, <I_A) und daß 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 (ZS) zu den Schaltelementen (51, 52 . . . 5 n) der Pulswechselrichter (PWR 1, PWR 2 . . . PWR n) den Über­ mittlungseinrichtungen (31, 32 . . . 3n) 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_IDn; X_{IA 1}, X_{IA 2} . . . X_IAn), die Über­ wachungssinale (<U_{D 1}, U_{D 2} . . . U_Dn; <U_{D 1}, U_{D 2} . . . U_Dn; <I_{D 1}; I_{D 2} . . . I_Dn; <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.