DE3020899C2 - Regelanordnung zur Lastverteilung von ausgangsseitig parallel geschalteten, als Schaltregler ausgebildeten Stromversorgungsgeräten - Google Patents

Description

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iber eine Minimalwertauswahleinrichtung 5, die sowohl strom ist, jeweils das Versorgungsgerät 1 stärker als das von einem als PI-Regler ausgebildeten Spannungsregler Stromversorgungsgerät 2 belastet Im ungünstigsten 3 als auch von einem als Proportionalregler arbeitenden Falle bei halber Nennlast kann es sogar vorkommen, Stromregler 4 angesteuert wird. Dabei greift jeweils die daß lediglich das Stromversorgungsgerät 1 den erforkleinere von beiden Regelabweichungen in den Regel- 5 derlichen Betriebsstrom liefert, während das Stromver-Vorgang ein. Die Strom- und Spannungsregler bestehen sorgungsgerät 2 durch die vorstehend geschilderten eingangsseitig aus Operationsverstärkern mit einer be- Verhältnisse zum Betrieb überhaupt nichts beiträgt stimmten Offsetspannung. Diese Offsetspannungen sind Durch diese ungleichmäßige Belastung wird die Lebensim Schaltbild jiach F i g. 1 durch die Gleichstromquellen dauer durch ungleiche Abnützungserscheinungen eben-8 und 9 dargestellt Diese sind in der Regel abhängig von io falls ih der Regel unterschiedlich sein, was zu keinen Exemplarstreuungen unterschiedlich. Der Sollwert US optimalen Verhältnissen in der Betriebsdauer der Gewird am Eingang der beiden Stromversorgungsgeräte 1 samtanordnung führt Eine Lösung, die diesen Nachteil und 2 zugeführt Ari Reglereingang steht dann die um behebt, zeigt die Fig.2. Auch hier sind wieder beide die maximale Offsetspannung erhöhte oder verringerte Stromversorgungsgeräte 1 und 2 parallel geschaltet Le-Sollspannung US'bzw. US"an. 15 diglich aus Darstellungsgründen sind zur Vereinfachung

Nimmt man nunmehr an, daß die Sollwertspannung nur zwei ausgangssei tig parallel geschaltete Stromver-US' des ersten Stromversorgungsgerätes dadurch er- sorgungsgeräte dargestellt Die vorliegende Erfindung höht wurde, so wird zunächst der Spannungsregler 3 des ist jedoch für beliebig viele parallel geschaltete Strom-Stromversorgungsgerätes 1 auf die Sollspannung US' Versorgungsgeräte geeignet Bei der Lösung nach auszuregeln versuchen. Der Spannungsregler 3' des 20 F i g. 2 wird jedem Stromversorgungsgerät ein weiterer Stromversorgungsgerätes 2 läuft wegen des kleineren Stromregler 10,10' angeordnet wobei diese Stromreg-Sollwertes in kurzer Zeit in die Endstellung und trägt ler vom arithmetischen Mittelwert der Summe der Eindamit zur Regelung nkhts mehr bei Die Ausgangsspan- zelströme der einzelnen Stromversorgungsgeräte 1 und nung UA steigt nunmehr so weit an, bis der für das 2 eingestellt werden. Dabei dient der so erhaltene arith-Stromversorgungsgerät 1 maximal durch den Stromre- 25 metische Mittelwert der Ströme als neuer Sollwert für gier bestimmte Betriebsstrom erreicht ist Dann wird die zusät7licheii Stromregler 10,10', wobei dieser SoII-der Strom im Stromversorgungsgerät durch den Strom- strom mit dem jeweiligen Einzelstrom IL\ bzw. /L₂ der regler 4 begrenzt Dadurch kommt nunmehr der Span- beiden Stromversorgungsgeräte verglichen wird. Die nungsregler 3' des Stromversorgungsgerätes 2 zum Zu- daraus entstehende Differenz wird als Stellwert für den ge, der nunmehr solange weiterregelt bis auch das 30 zusätzlichen Stromregler 10, 10' verwendet wobei der Stromversorgungsgerät 2 den maximal zulässigen Be- Ausgang des zusätzlichen Stromreglers 10,10' ebenfalls triebsstrom liefert Erst dann wird auch dieser Betriebes- an den Eingang der Minimalwertauswahleinrichtung 5 trom durch den Stromregler 4' des Stromversorgungs- geführt ist. Das Gerät, welches den höheren Spannungs· gerätes 2 begrenzt. Während den Spannungsreglern 3 sollwert us'bekommt, wird vom zusätzlichen Stromreg- und 4 die Sollspannung US'und US" als Sollgröße züge- 35 ler 10, 10' gesteuert, das andere Gerät bestimmt die führt wird, wird den Stromreglern als Vergleichskriteri- Ausgangsspannung mit seinem Spannungsregler, um der Strom ISirax vorgegeben, der mit dem jeweili- Bei einer Anordnung nach F i g. 3 greifen die zusätzli-

gen Drosselstrom des Stromversorgungsgerätes 1 bzw. chen Stromregler nicht am Eingang der Regelstrecke des Stromversorgungsgerätes 2 verglichen wird, wo- an, wie bei der Anordnung nach F i g. 2, vielmehr wird durch die Regelabweichung Δ12 entsteht die die 40 mit den Ausgangssignalen der zusätzlichen Stromregler Stromregler 4 bzw. 4' der beiden Stromversorgungsge- 10, 11 der Spannungssollwert US' bzw. US" so korriräte entsprechend einstellt. Der Gleichrichterteil 8 be- giert, daß die Addition der ungleichen Summe von Einsteht dabei aus dem Eingangstransformator, einem gangsoffsetspannungen auf die Spannungsregler keine Gleichrichter einer Längsdrossel, einer Querkapazität unsymmetrischen Auswirkungen hat. Die Ausgangsund dem Lastwiderstand, die im Schaltbild nur symbol- 45 spannung der Parallelschaltung ist gleich dem arithmetihafi angedeutet sind. sehen Mittelwert von US'. Bei dieser Anordnung sind

Die Regelverhältnisse sind in Fig. Ib noch einmal alle Spannungsregler im stationären Fall stets im Eindargestellt. Durch das Vorhandensein eines Pl-Span- griff.

nungsreglers übernimmt z. B. bei zwei parallelgeschal- F i g. 4 zeigt eine Anordnung, bei der die gleichbeteten Geräten bis zum halben Ausgangsnennstrom der 50 rechtigte Stellung der parallelen Regler aufgegeben ist. Parallelschaltung ein Spannungsregler die Regelung der Hier arbeitet der oben bezeichnete Regler als Master, Ausgangsspannung. Der andere Spannungsregler, der der untere als Slave. Dies erfolgt dadurch, daß die Offden kleineren Sollwert us' bekommt, läuft durch den setspannung des Masterreglers bereits in den Abgleich /-Anteil an den negativen Anschlag. Dieser Teil der Par- für den Regler mit einbezogen ist. Durch diese Maßnahallelschaltung führt keinen Ausgangsstrom. Bei Über- 55 me ist nur noch ein zusätzlicher Regler, der als Diffeschreiten des Gesamtausgangsstromes von IN2 fährt renzstromregler ausgebildet ist, erforderlich. Auch dieein Regler in Strombegrenzung, die Ausgangsspannung sem Regler wird der arithmetische Mittelwert aller Einsinkt maximal um den Betrag zelströme der Stromversorgungsgeräte als Sollwert zu-

geführt. Der um die Summe der Offsetspannungen ge-

2 x 2u / U on stm ix f. fälschte Spannungssollwert des Slave-Reglers wird kor-

" rigiert durch das Ausgangssignal des zugehörigen Diffe

renzstromreglers 10'. Die Ausgangsspannung der paral-

bis der zweite Spannungsregler in Eingriff kommt und IeI geschalteten Anordnung ist gleich dem Sollwert des die Ausgangsspannung bestimmt. Masterreglers. Beide Spannungsregler sind im stationä-

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die 65 ren Fall stets im Eingriff. Bei dieser Anordnung werden beiden Stromversorgungsgeräte zeitlich versetzt in Be- nur noch 3 χ (m— 1) Regler mit frequenzabhängiger trieb genommen werden. Im stationären Zustand wird Beschallung benötigt, bei einem Ausgangsstrom der kleiner als der Nenn- Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist der Spannungs-

regler 4' des Slave-Teilers durch den Differenzstromregler 10' ersetzt. Der Masterregler bestimmt dabei die Ausgangsspannung, der Slaveregler befindet sich stets durch den Differenzstromregler 10' in Stromregelung, wenn der Ausgangsstrom den Maximalwert nicht erreicht hat.

Bei der Anordnung nach F i g. 5 wird der Slaveregler in Abhängigkeit des Ausgangsstromes vom Differenzstromregler 10' oder vom Stromregler 4 bzw. 4', welcher den Maximalwert begrenzt, gesteuert. Eine Extremwertauswahl, welches dieser beiden Ausgangssignale die Strecke steuert, findet hinter den beiden Stromreglern 4,4' durch die Minimalwertauswahlschaltung 5, 5' statt. Beide Stromregler 4', 10' arbeiten auf derselben Strecke, werden also in dem für die Stabilität is wichtigen Frequenzbereich den gleichen Frequenzgang besitzen.

In der Anordnung nach F i g. 6 sind die beiden Stromregler 4', 10' zu einem Stromregler zusammengefaßt worden und die Minimslwertauswahlschaltung für den Slaveregler ist vor diesem Stromregler 10' angeordnet. Der Minimalwertauswahieinrichtung 5' wird dabei der Strom ISoII max und der arithmetische Mittelwert ISoIl am Eingang zugeführt. Bei Erreichen des arithmetischen Mittelwertes ISoII schaltet die Minimalwertauswahischaltung automatisch auf die Regelung des Stromes !Soll max, der dem Stromregler 4 des Masterteils zugeführt wird um, so daß eine Regelung auf einen höheren als den zulässigen Ausgangsstrom nicht eintreten kann. Bei dieser Version werden für π parallel geschaltete Geräte lediglich m + 1 Regler mit frequenzabhängiger Verstärkung benötigt Alle parallel geschalteten Regler sind im stationären Fall stets im Eingriff.

Die spezielle Ausgestaltung eines solchen Reglers zeigt F i g. 7. Der Stromregler 10' besteht dabei im wesentlichen den Operationsverstärkern 12 und 13, wobei bei den Operationsverstärkern 12 und 13 der jeweils positive Eingang nicht beschaltet ist. Bei der Anordnung 6' handelt es sich um eine Minimalkonfiguration für die Extremwertauswahl mit anschließendem Stromregelverstärder. Bei einer solchen Schaltung wird nicht nur ein Spannungssollwert, sondern auch nur ein Stromsollwert benötigt Somit ergibt sich ein erleichterter Abgleich und eine erleichterte Änderung der Sollwerte.

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Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

1 2 Laststroms auf die unterschiedlichen Stromversor- Patentansprüche: gungsgeräte zu, ermöglicht aber nicht immer eine gleichmäßige definierte Verteilung der Belastung.

1. Regelanordnung zur Lastverteilung von aus- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regangsseitig parallelgeschalteten, als Schaltregler 5 gelanordnung für ausgangsseitig parallel geschaltete ausgebildeten Stromversorgungsgeräten mit ge- Stromversorgungsgeräte zu schaffen, die in jedem Betrennten Strom- und Spannungsreglern, die über ei- triebszustand eine definierte gleichmäßige Lastverteine Minimalwert-Auswahleinrichtung abwechselnd lung gestattet

die Regelung übernehmen und bei der mindestens Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Regelanordnung ein Stromregler eines von mehreren ausgangsseitig 10 gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß die Spanparallel geschalteten Stromversorgungsgeräten in nungsregler als PI-Regler ausgebildet sind, daß der Abhängigkeit vom zugehörigen Drosselstrom und Stromregler als P-Regler arbeitet und daß mindestens mindestens ein Spannungsregler der π ausgangssei- die n— 1 weiteren Stromversorgungsgeräte Stromregtig parallel geschalteten Stromversorgungsgeräte ler aufweisen, die abhängig vom Mittelwert aller moabhängig von der gemeinsamen Ausgangsspannung 15 mentan fließenden Drosselströme der Gleichrichterteile aller Stromversorgungsgeräte verstellt wird, da- aller Stromversorgungsgeräte verstellt werden,
durch gekennzeichnet, daß die Spannungs- Weiterhin ist es vorteilhaft, die Regelung nach dem regler als PI-Regler ausgebildet sind, daß der Strom- Master-Slave-Prinzip vorzunehmen, wobei nur der regler (4, 4') als P-Regler arbeitet und daß minde- Masterregler abgeglichen werden muB, was den Abstens die n— 1 weiteren Stromversorgungsgeräte (2) 20 gleich vereinfacht Außerdem werden dadurch Regler Stromregler (10, 10') aufweisen, die abhängig vom eingespart, da bei n-parallel geschalteten Reglern nur Mittelwert aller momentan fließenden Drosselströ- noch 3 χ j--l Regler benötigt werden,
me (iL\, 1'L₁) der Gleichrichterteile aller Stromver- Die Regelanordnung läßt sich insbesondere auch dersorgungsgeräte (1,2) verstellt werden. art ausgestalten, daß im Mastergerät die Minimalwert-

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 Auswahleinrichtung dem Strom- und Spannungsregler kennzeichnet, daß nach dem Master-Slave-Prinzip nachgeschaltet ist und daß in den Slave-Geräten die geregelt wird. Minimalwert-Auswahleinrichtung den Stromreglern

3. Regelanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- vorgeschaltet ist, wobei der Eingang der Minimalwertkennzeichnet, daß im Mastergerät die minimalwert- Auswahleinrichtung für die Slave-Geräte der dem Ma-Auswahleinrichtung (5) dem Strom- und Spannungs- 30 stergerät vorgegebene Stromsollwert und der aus den regler (3,4) nachgeschaltet ist und daß in den Slave- Drosselströmen gebildete arithmetische Mittelwert zuGeräten die Minimalwert-Auswahleinrichtung (6) geführt ist.

den Spannungsreglern vorgeschaltet ist, wobei dem Dadurch kann der Sollstrom ein vorgegebenes Maxi-Eingang der Minimalwert-Auswahleinrichtung (7) mum nicht überschreiten. Zudem ergibt sich hierbei der für die Slave-Geräte der dem Mastergerät vorgege- 35 minimalste Regleraufwand.

bene Stromsollwert (IS) und der aus den Drossel- Anhand der F i g. 1 bis 7 wird die Erfindung näher

strömen (7Li, 1L2) gebildete arithmetische Mittelwert erläutert.

YTEJzugeführt ist. *" Dabei zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Parallelschaltung von

40 Stromversorgungsgeräten mit kombinierter Strom- und

Spannungsregelung,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich zu

Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung zur Last- einer kombinierten Strom- und Spannungsregelung in

verteilung von ausgangsseitig parallelgeschalteten, als jedem Stromversorgungsgerät zusätzlich je ein weite-

Schaltregler ausgebildeten Stromversorgungsgeräten 45 rer Stromregler, der abhängig vom arithmetischen M it-

mit getrennten Strom- und Spannungsreglern, die über telwert der Ausgangsströme geregelt wird, vorhanden

eine Minimalwert-Auswahleinrichtung abwechselnd die ist,

Regelung übernehmen und bei der mindestens ein Fig. 3 eine Anordnung nach Fig. 2, jedoch mit Be-Stromregler eines von mehreren ausgangsseitig parallel einflussung der Sollspannung jedes Stromversorgungsgeschalteten Stromversorgungsgeräten in Abhängig- 50 gerätes,

keit vom zugehörigen Drosselstrom und mindestens ein F i g. 4 eine Regelung nach dem Master-Slave-Prinzip

Spannungsregler der η ausgangsseitig parallel geschal- mit jeweils einem zusätzlichen Stromregler für die SIa-

teten Stromversorgungsgeräte abhängig von der ge- ve-Geräte,

meinsamen Ausgangsspannung aller Stromversor- F i g. 5 einen Regler nach dem Master-Slave-Prinzip,

gungsgeräte verstellt wird. 55 bei dem der Spannungsregler der Slave-Geräte durch

Aus der US-PS 35 21 150 ist eine Regelanordnung den zusätzlichen Stromregler ersetzt ist,

bekannt, bei der zur Lastverteilung von ausgangsseitig Fig.6 eine Regelung nach dem Master-Slave-Prin-

parallel geschalteten Schaltreglern getrennte Strom- zip, bei der in den Slave-Geräten überhaupt nur noch

und Spannungsregler vorgesehen sind, die über eine Mi- ein Differenzstromregler vorhanden ist,

nimalwertauswahleinrichtung abwechselnd die Rege- 60 Fig. 7 eine Anordnung nach Fig. 6 mit detaillierter

lung übernehmen und bei der mindesten ein Stromre- Ausbildung des Differenzstrom reglcrs.

gier eines von mehreren ausgangsseitig parallel geschal- Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Regelschaltung bei

teten Stromversorgungsgeräten in Abhängigkeit vom zwei parallel geschalteten Stromversorgungsgeräten I,

zugehörigen Drosselstrom verstellt wird. Außerdem 2. Es handelt sich dabei um Stromversorgungsgeräte

werden die Spannungsregler jedes der parallel geschal- 65 nach dem Schaltreglerprinzip. Der Regler 6 wird dabei

teten Stromversorgungsgeräte in Abhängigkeit von der über einen Pulsbreitenmodulatoi· 7, abhängig von den

gemeinsamen Ausgangsspannung verstellt. Strom- und Spannungsmeßgrößen am Ausgang gesteu-

Diese Regelanordnung läßt zwar eine Aufteilung des ert. Die Steuerung des Pulsbreitenmodulators 7 erfolgt