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Selbsttätige Schaltvorrichtung zum Parallelschalten von geregelten Gleichrichtergeräten, die eine konstante Ausgangsspannung liefern Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für geregelte Gleichrichtergeräte, die eine konstante Ausgangsspannung an einen Verbraucher liefern und bei der bei steigender Belastung oder Ausfall eines Gerätes ein Reservegerät zu- oder abgeschaltet wird.
Es ist eine selbsttätige Schaltvorrichtung zum Ersatz eines ausfallenden Gerätes bei mehreren parallel betriebenen, sich in Abhängigkeit von der aufgenommenen oder abgegebenen Leistung automatisch einschaltenden elektrischen Geräten bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass durch das Ansprechen von L7berwachungseinrichtungen der gestörten Geräte eine scheinbare Vergrösserung der aufgenommenen bzw. abgegebenen Leistung in einem Relaiskreis bewirkt und damit ein weiteres Gerät automatisch eingeschaltet wird. Durch die ansprechende Überwachungseinrichtung wird beispielsweise der Steuerstrom eines Magnetverstärkers erhöht und durch den Arbeitsstrom über einen Gleichrichter der Strom im Relaiskreis der Geräte erhöht.
Durch die lastabhängige Erregung von Relais werden also bei steigender oder fallender Belastung einzelne Reservegleichrichtergeräte zu- oder abgeschaltet.
Es ist weiter eine Regelungsanordnung zum Belastungsausgleich 'bei mehreren parallel arbeitenden Gleichrichtergeräten vorgeschlagen worden, bei dem das Stellglied eines jeden Gerätes durch eine aus der Differenz der Belastung des ersten Gerätes. (Grundgerät) und des jeweiligen Zusatzgerätes gebildete Störgrösse beeinflusst wird.
Hierzu wurde eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der im Hauptstromkreis eines jeden Gerätes ein Stromwandler angeordnet ist, der über einen Gleichrichter eine dem Strom proportionale Gleichspannung liefert und bei der in jedem Zusatzgerät die Differenzspannung aus der so gewonnenen Gleichspannung des Grundgerätes und des Zusatzgerätes an den Emitterba- siskreis eines Transistors gelegt ist, dessen Emitter- Kollektorkreis parallel zu einem veränderlichen Widerstand in der Fühlerleitung des Reglers liegt. Alle Gleichrichtergeräte enthalten eine solche Transistorschaltung, wobei der Emitter-Kollektorkreis des Transistors im Hauptgerät kurzgeschlossen ist.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die Belastung gleichmässig auf alle eingeschalteten Gleichrichtergeräte verteilt wird.
Bei dieser Schaltungsanordnung arbeitet also das erste Gleichrichtergerät als Grundgerät und liefert die konstante Ausgangsspannung, während die anderen zugeschalteten Gleichrichtergeräte als Zusatzgeräte oder Reservegeräte arbeiten und auf konstanten Strom geregelt sind. Die Führungsgrösse erhalten hierbei die Regler der einzelnen Zusatzgeräte vom Grundgleichrichtergerät.
Bei der Parallelschaltung von Gleichrichterge- räten, die einen auf konstante Ausgangsspannung geregelten Strom liefern, wird jedoch gefordert, dass die einzelnen Geräte beliebig gegeneinander ausgetauscht werden können und auch in beliebiger Weise und Reihenfolge zusammengeschaltet werden können. Ausserdem soll die Zu- und Abschaltung. einzelner Geräte bei steigender oder fallender Belastung selbsttätig erfolgen. Im Falle einer Störung an einem Gleichrichtergerät soll weiter eine automatische Umschaltung auf ein gegebenenfalls noch vorhandenes Reservegerät erfolgen.
Da sowohl Störungen im Grundgleichrichtergerät auftreten können, das die konstante Ausgangsspannung liefert, als auch in den Zusatzgleichrichtergeräten, die auf konstanten Strom geregelt sind, muss eine Möglichkeit geschaffen werden, dass durch die vorhandenen Reservegleichrichter-
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geräte beide Gerätetypen ersetzt werden können. Es soll sich also von mehreren vorhandenen Gleichrichtergeräten nicht nur bei steigender Belastung eines oder mehrere der bisher nicht eingeschalteten Reservegeräte in vorgewählter Reihenfolge zuschalten bzw.
bei sinkender Belastung wieder abschalten, sondern es soll auch bei Ausfall eines Zusatzgleichrichtergerätes ein Reservegerät als Zusatzgleichrich- tergerät das ausgefallene Gerät ersetzen und bei Ausfall des Grundgerätes eines der vorhandenen Gleichrichtergeräte die Funktion des Grundgerätes übernehmen, d. h. also, von Konstantstromregelung auf konstante Ausgangsspannung umgeschaltet werden und gegebenenfalls gleichzeitig ein weiteres Gleichrichtergerät zugeschaltet werden. Dabei soll noch die Reihenfolge der Zu- und Abschaltung der einzelnen Reservegeräte einstellbar sein.
Die Erfindung ermöglicht eine Schaltvorrichtung, mit der alle diese Funktionen in einfacher Weise und mit einem verhältnismässig geringen Aufwand von Schaltmitteln und von Parallelverbindungen zwischen den einzelnen Gleichrichtergeräten erreicht wird.
Die Erfindung soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung beispielsweise näher erläutert werden.
Mit I, 1I und 111 sind symbolisch drei Gleichrichtergeräte bezeichnet, die ausser dem Gleichrichter die entsprechenden Mittel zur Konstanthaltung des Ausgangsstromes bzw. der Ausgangsspannung enthalten und von Konstantspannungsregelung auf Konstantstromregelung, beispielsweise mit dem bereits vorgeschlagenen Transistor-Parallelregler umgeschaltet werden können. Die einzelnen Gleichrichtergeräte enthalten Dreifachstufenschalter, die mit 16a, 16b und 16c bezeichnet sind. Mittels dieser SPa- fenschalter kann die Reihenfolge eingestellt werden, mit der die einzelnen Gleichrichtergeräte zu- oder abgeschaltet werden sollen.
In der Zeichnung sind die Stufenschalter so eingestellt, dass die einzelnen Gleichrichtergeräte I, II und III in der Reihenfolge ihrer Bezeichnung zu- bzw. abgeschaltet werden. Dabei arbeitet das Gleichrichtergerät I als Grundgerät, d. h. es liefert eine konstante Ausgangsspannung, während die Gleichrichtergeräte II und III, falls sie zum Gleichrichtergerät I parallel geschaltet sind, auf konstanten Ausgangsstrom so geregelt sind, däss die Belastung einstellbar auf die einzelnen Geräte verteilt ist, vorzugsweise so, dass alle Geräte gleich stark belastet werden.
Zur Zu- und Abschaltung der Gleichrichterge- räte I, II und III dienen die Relais 1 und 2. Es ist selbstverständlich, dass die Schaltungsanordnung nicht unbedingt drei Gleichrichtergeräte umfassen muss, sondern es kann eine beliebige Anzahl von Gleichrichtergeräten vorhanden sein, wobei sich die Erweiterung der Schaltungsanordnung von selbst ergibt. Die Widerstände la und 2a dienen zum Einstellen der Anzugswerte für die beiden Relais 1 und 2. Mittels der Widerstände 1b und 2b können die Abfallwerte der Relais 1 und 2 eingestellt werden.
Die Relais 3 und 4 dienen als Fortschaltrelais für das Grundgleichrichtergerät und werden mittels der Einstellwiderstände 3a und 4a auf ihren Anzugswert und mittels der Einstellwiderstände 3b und 4b auf ihren Abfallwert eingestellt. Die Relais 3 und 4 erhalten ihren Strom vom Gleichrichter IV aus dem stromsteuernden Magnetverstärker 6. Mit 7a, 7b und 7c sind die Einstellwiderstände für den stromsteuernden Magnetverstärker 6 'bezeichnet. Ein weiterer stromsteuernder Magnetverstärker 9 mit dem Hilfsgleichrichter 8 ist mit den Einstellwiderständen 10a, 10b und 10e versehen. Mit 12 ist ein Gleichstromwandler bezeichnet, mit 11 der zugehörige Hilfsgleichrichter.
Mit Hilfe der Hilfsrelais 13a, 13b und 13c werden die einzelnen Gleichrichtergeräte I, Il und III von Spannungsregelung auf Stromregelung und umgekehrt umgeschaltet, beispielsweise indem der Emitter-Kollektorkreis bei dem oben erwähnten Transistor-Parallelregler kurzgeschlossen oder freigegeben wird. Die Hilfskontakte 14a, 14b und 14e werden geschlossen, wenn eine Störung in einem Gleichrichtergerät auftritt. Mittels der Hilfsrelais 15a, 15b und 15c werden die einzelnen Gleichrichtergeräte netzseitig zu- und abgeschaltet.
Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung kann folgende Funktionen ausüben: 1. Zu- und Abschaltung von Reserve- gleichrichtergeräten Durch den Gleichstromwandler 12 fliesst der gesamte Verbraucherstrom. Dieser wird im Stromwandler in einen dem Gleichstrom proportionalen Wechselstrom umgeformt. Dieser Wechselstrom wird nach Gleichrichter durch den Gleichrichter 11 der Relaiskette zugeführt, welche die Relais 1 und 2 enthält.
Das Relais 1 ist so abgestimmt, dass es bei einer bestimmten Stromstärke, die einer 100 0 igen Belastung des Gleichrichtergerätes I entspricht, anzieht und über den Kontakt 1/1 das Reservegleichrich- tergerät II zuschaltet, indem das Relais 15b Spannung erhält. Wenn der Verbraucherstrom weiter ansteigt, wird bei einem Verbraucherstrom, der 200 % des Stromes eines Gleichrichtergerätes entspricht, über das Relais 2 in der gleichen Weise das Gleichrichtergerät III zugeschaltet.
Wenn der Verbraucherstrom wieder sinkt, fallen die Relais in umgekehrter Reihenfolge ab, so dass bei Unterschreitung von 200 % Verbraucherstrom zunächst das Gleichrichtergerät 111 abgeschaltet wird und bei Unterschreitung von 100% Nennstrom das Gleichrichtergerät II abgeschaltet wird.
Die Reihenfolge der Zuschaltung der einzelnen Reservegleichrichtergeräte ist mit den Stufenschaltern 16b und 16c einstellbar. So kann beispielsweise der Stufenschalter 16b um einen Kontakt weiter nach rechts gerückt werden und der Stufenschalter 16c um einen Kontakt weiter nach links. Die Zuschaltung erfolgt dann in umgekehrter Reihenfolge, d. h. bei
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Überschreitung von 100 % Nennstrom wird das Gleichrichtergerät III zugeschaltet und beim überschreiten von 200 % Nennstrom das Gleichrichtergerät 1I. Dementsprechend erfolgt auch die Abschaltung bei sinkendem Strom.
2. Störung in einem der Reservegleichrichtergeräte Es soll angenommen werden, dass das Grundgleichrichtergerät I und das Reservegleichrichterge- rät II eingeschaltet sind.
Tritt nun in dem Gleichrichtergerät II eine Störung auf, dann wird der Kontakt 14b geschlossen, der Kontakt 13b11 ist nach rechts gelegt, da das Relais 13b über den Ruhekontakt 3/2 Spannung erhält.
Gleichzeitig wird über die Kontakte 14b und 13b11 und den Einstellwiderstand 10b der stromsteuernde Magnetverstärker 9 erregt. Dieser Magnetverstärker ist so bemessen, dass bei dieser Erregung sein Ausgangswert dem Wert entspricht, den der Gleichstromwandler 12 bei 100 % Gerätenennstrom abgibt. Die Ausgangswerte des Gleichstromwandlers 12 und des stromsteuernden Magnetverstärkers 9 addieren sich und werden der Relaiskette mit den Relais 1 und 2 zugeführt. Auf diese Weise wird bewirkt, dass das Relais 2 anzieht und den Reservegleichrichter III über den Kontakt 2/2 einschaltet.
Das ausgefallene Gleichrichtergerät II wurde also auf diese Weise durch das Gleichrichtergerät III ersetzt.
Wenn nun eine Störung beim Gleichrichterge- rät III auftritt, wird das nächste Gleichrichtergerät eingeschaltet usw. Bei einer Störung in einem Gleichrichtergerät schaltet sich also jeweils das folgende Reservegerät ein, und zwar in der Reihenfolge, die durch die Einstellung des Stufenschalters gewählt wurde.
Wenn gleichzeitig zwei oder mehrere eingeschaltete Gleichrichtergeräte ausfallen, so werden entsprechend mehrere Wicklungen im stromsteuernden Magnetverstärker 9 erregt und der Relaiskette ein so hoher Strom zugeführt, dass er einer Erhöhung des Ausgangsstromes um 200 oder mehr % entsprechen würde.
3. Störung an einem Grundgleichrichtergerät Es wurde eingangs schon erwähnt, dass jeweils ein Gleichrichtergerät als Grundgerät geschaltet ist und die Spannung am Verbraucher konstant hält, während die Zusatzgeräte auf konstanten Strom geregelt sind. Es wird hierbei auch vorausgesetzt, dass alle Gleichrichtergeräte grundsätzlich den gleichen Aufbau haben und in einfacher Weise von Spannungsregelung auf Stromregelung umgeschaltet werden können, wie dies beispielsweise mit dem bereits vorgeschlagenen Transistor-Parallelregler möglich ist.
Es soll hier angenommen werden, dass, wie unter 2 erwähnt, das Gleichrichtergerät als Grundgerät geschaltet ist, also die Ausgangsspannung kon- stant hält, während das Gleichrichtergerät 1I auf konstanten Strom geregelt ist.
Fällt nun infolge einer Störung das Grundgleichrichtergerät I aus, dann wird über die Kontakte 14a, 15a11 sowie über den Einstellwiderstand 7a der stromsteuernde Magnetverstärker 6 erregt. Hierdurch wird das Relais 3 betätigt. Der Kontakt 3/2 öffnet und unterbricht die Einspeisung für das Relais 13b im Gleichrichtergerät 1I. Das Relais 13b schaltet nun das Gleichrichtergerät II von Stromsteuerung auf Spannungsregelung um, beispielsweise indem bei dem im Gerät vorhandenen Transistor-Parallelregler der Emitter-Kollektorkreis kurzgeschlossen wird.
Das Gleichrichtergerät II übernimmt also auf diese Weise die Funktion des ausgefallenen Gleichrichtergerätes 1 als spannungsregelndes Grundgleichrichtergerät.
Gleichzeitig wird der Strom des stromsteuernden Magnetverstärkers 6 zum Strom des Gleichstromwandlers 12 addiert und auf diese Weise das Relais 2 erregt. Hierdurch schaltet sich, wie im vorhergehenden Beispiel, über den Kontakt 2/2 das Gleichrichtergerät III ein, das nun als Zusatzgerät zum Gleichrichtergerät 1I arbeitet.
Es stellt sich also folgender Betriebszustand ein: Das Gleichrich- tergerät I ist gestört und abgeschaltet, das Gleichrichtergerät 1I arbeitet als Grundgleichrichtergerät und hält die Ausgangsspannung konstant und das Gleichrichtergerät III arbeitet als Zusatzgleichrichter mit Stromregelung.
Wird bei diesem Betriebszustand nun der Gleichrichter II gestört, so wird in gleicher Weise, wie dies zuvor beschrieben wurde, das Gleichrichterge- rät III von Stromregelung auf Spannungsregelung umgeschaltet, indem über den stromsteuernden Magnetverstärker 6 das Relais 4 erregt wird.
Die Umschaltung- der Gleichrichtergeräte auf Spannungsregelung erfolgt in der gleichen Reihenfolge, wie sie durch die Stufenschalter eingestellt. wurden.