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Selbsttätige Schaltvorrichtung zum Ersatz eines ausfallenden Gerätes
bei parallel betriebenen, geregelten Gleichrichtergeräten 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.
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Im Hauptpatent 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 beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß durch das Ansprechen von
Überwachungseinrichtungen 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 Raservegleichrichtergeräte zu- oder abgeschaltet.
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Es ist bereits bekannt, gleichartige spannungsgeregelte Gleichrichtergeräte
parallel zu schalten und zum Ausgleich der Belastung deren Stellglieder bzw. Steuerkreise
an je mindestens zwei gleichartigen Punkten zueinander parallel zu schalten, zwischen
denen bei Einzelbetrieb mit Gleichrchtern möglichst die gleiche Gleichspannung herrscht.
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Weiter ist es bekannt, Gleichrichterunterstationen bei Belastungsänderungen
im Gleichstromnetz abhängig von der Gleichspannung des Netzes über Relais zu- und
abzuschalten und dabei bei schwankender Belastung die Wechselstromeingangsspannung
am Gleichrichter zu regeln.
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Schließlich ist es bekannt, bei der Parallelschaltung von zwei Gleichrichtergeräten,
welche zusammen einen konstanten Ausgangsstrom liefern sollen, die Wechselstromeingangsspannung
mit Hilfe einer sättigbaren Drosselspule abhängig vom Belastungsstrom der beiden
Gleichrichter zu regeln. Auch ist eine Anordnung mit einem Hauptgleichrichtergerät
und einem Steuergleichriehtergerät bekannt, bei dem das Steuergleichrichtergerät
auf konstante Ausgangsspannung geregelt ist und über einen Magnetverstärker die
Spannung des Hauptgleichrichtergeräte konstant hält.
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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 Emitter-Basis-Kreis eines Transistors
gelegt ist, dessen Emitter-Kollektor-Kreis parallel zu einem veränderlichen Widerstand
in der Fühlerleitung des Reglers liegt. Alle Gleichrichtergeräte enthalten eine
solche Transistorschaltung, wobei der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors im
Hauptgerät kurzgeschlossen ist.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß die Belastung gleichmäßig auf alle
eingeschalteten Gleichrichtergeräte verteilt wird.
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Bei dieser Schaltungsanordnung arbeitet also das erste Gleichrichtergerät
als Grundgerät und liefert die konstante Ausgangsspannung, während die anderen zugeschalteten
Gleichrichtergeräte als Zusatzgeräte oder Reservegoräte .arbeiten und auf konstanten
Strom geregelt sind. Die Führungsgröße erhalten hierbei die Regler der einzelnen
Zusatzgeräte vom Grundgleichrichtergerät.
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Bei der Parallelschaltung von Gleichrichtergeräten, 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 Reservegleichrichtergeräte 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 Zusatzgleichrichtergerät das ausgefallene Gerät ersetzen und bei Ausfall des
Grundgerätes eines der vorhandenen Gleichrichtergeräte die Funktion des Grundgerätes
übernehmen, d. h. also, von Konstantstrom- auf Konstantspannungsregeiung umgeschaltet
und gegebenenfalls gleichzeitig ein weiteres Gleichrichtergerät zugeschaltet werden.
Dabei soll noch die Reihenfolge der Zu- und Abschaltung der einzelnen Reservegeräte
einstellbar sein.
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Die Erfindung besteht somit in einer 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.
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Die Erfindung soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung
näher erläutert werden.
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Mit I, Il und III 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 16 c bezeichnet sind. Mittels dieser Stufenschalter
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 1, 1I und III in der Reihenfolge
ihrer Bezeichnung zu- bzw. abgeschaltet werden. Dabei arbeitet das Gleichrichtergerät
1 als Grundgerät, d. h., es liefert eine konstante Ausgangsspannung, während die
Gleichrichtergeräte 1I und III, falls sie zum Gleichrichtergerät I parallel geschaltet
sind, auf konstanten Ausgangsstrom so geregelt sind, daß die Belastung einstellbar
auf die einzelnen Geräte verteilt ist, vorzugsweise. so, daß alle Geräte gleich
stark belastet werden.
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Zur Zu- und Abschaltung der Gleichrichtergeräte I, II und III dienen-
die Relais 1 und 2. Es ist selbstverständlich, dgß 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 16 und 2 b 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 3 b und 4 b auf
ihren Abfallwert eingestellt. Die Relais 3 und 4 erhalten ihren Strom vom Gleichrichter
5 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 10c versehen. Mit 12 ist ein Gleichstromwandler
bezeichnet, mit 11 der zugehörige Hilfsgleichrichter. Mit Hilfe der Hilfsrelais
13 a, 13 b
und 13c weiden die einzelnen Gleichrichtergeräte
I, II und III von Spannungsregelung auf Stromregelung und umgekehrt umgeschaltet,
beispielsweise indem der Emitter-Kollektor-Kreis bei dem obenerwähnten Transistor-Parallelregler
kurzgeschlossen oder freigegeben wird. Die Hilfskontakte 14a, 14b und 14c werden
geschlossen, wenn eine Störung in einem Gleich richtergerät auftritt. Mittels der
Hilfsrelais 15 a,
15b und 15c werden die einzelnen Gleichrichtergeräte
netzseitig zu- und abgeschaltet.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung kann folgende Funktionen
ausüben: 1. Zu- und Abschaltung von Reservegleichrichtergeräten Durch den Gleichstromwandler
12 fließt der gesamte Verbraucherstrom. Dieser wird im Stromwandler in einen dem
Gleichstrom proportionalen Wechselstrom umgeformt. Dieser Wechselstrom wird nach
Gleichrichtung 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%igen Belastung des Gleichrichtergerätes I entspricht,
anzieht und über den Kontakt 1/1 das Reservegleichrichtergerät 1I zuschaltet,
indem das Relais 15 b Spannung erhält. Wenn der Verbraucherstrom
weiter ansteigt, wird bei einem Verbraucherstrom, der 2001% 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°/o Verbraucherstrom zunächst das Gleichrichtergerät
III abgeschaltet wird und bei Unterschreitung von 100% Nennstrom das Gleichrichtergerät
II abgeschaltet wird.
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Die Reihenfolge der Zuschaltung der einzelnen Reservegleichrichtergeräte
ist mit den Stufenschaltern 16b und 16c einstellbar. So kann beispielsweise der
Stufenschalter 16 b um einen Kontakt weiter nach rechts gerückt werden und
der Stufenschalteg 1.6c um einen Kontakt weiter nach links. Die Zuschaltung erfolgt
dann in umgekehrter Reihenfolge, d. h., bei Überschreitung von 1001% Nennstrom wird
das Gleichrichtergerät III zugeschaltet und beim überschreiten von 200% Nennstrom
das Gleichrichter-.
gerät II. Dementsprechend erfolgt auch die Abschaltung
bei sinkendem Strom.
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2. Störung in einem der Reservegleichrichtergeräte Es soll angenommen
werden, daß das Grundgleichrichtergerät I und das Reservegleichrichtergerät II eingeschaltet
sind.
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Tritt nun in dem Gleichrichtergerät 1I eine Störung auf, dann wird
der Kontakt 14 b geschlossen, der Kontakt 13b/1 ist nach rechts gelegt, da das Relais
13 b über den Ruhekontakt 3/2 Spannung erhält.
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Gleichzeitig wird über. die Kontakte 14b und 13b/1 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 10011/9 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 111 über
den Kontakt 2/2 einschaltet.
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Das ausgefallene Gleichrichtergerät II wurde also auf diese Weise
durch das Gleichrichtergerät III ersetzt.
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Wenn nun eine Störung beim Gleichrichtergerät 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.
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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 Prozent 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.
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Es soll hier angenommen werden, daß, wie unter 2 erwähnt, das Gleichrichtergerät
I als Grundgerät geschaltet ist, also die Ausgangsspannung konstant hält, während
das Gleichrichtergerät II auf konstanten Strom geregelt ist.
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Fällt nun infolge einer Störung das Grundgleichrichtergerät I aus,
dann wird über die Kontakte 14 a, 13a/1 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 13 b im Gleichrichtergerät
II. Das Relais 13 b schaltet nun das Gleichrichtergerät II von Strom- auf Spannungsregelung
um, beispielsweise indem bei dem im Gerät vorhandenen Transistor-Parallelregler
der Emitter-Kollektor-Kreis kurzgeschlossen wird. Das Gleichrichtergerät II übernimmt
also auf diese Weise die Funktion des ausgefallenen Gleichrichtergerätes 1 als spannungsregelndes
Grundgleichrichtergerät.
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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
II arbeitet. Es stellt sich also folgender Betriebszustand ein: Das Gleichrichtergerät
I ist ge-:.stört und abgeschaltet, das Gleichrichtergerät 1I arbeitet als Grundgleichrichtergerät
und hält die Ausgangsspanhung konstant, und das Gleichrichtergerät III arbeitet
als Zusatzgleichrichter mit Stromregelung.
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Wird bei diesem Betriebszustand nun der Gleichrichter II gestört,
so wird in gleicher Weise, wie dies zuvor beschrieben wurde, das Gleichrichtergerät
III von Stromregelung auf Spannungsregelung umgeschaltet, indem über den stromsteuernden
Magnetverstärker 6 das Relais 4 erregt wird.
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Die Umschaltung der Gleichrichtergeräte auf Spannungsregelung erfolgt
in der gleichen Reihenfolge, wie sie durch die Stufenschalter eingestellt wurden.