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Anordnung zur Lastumschaltung bei Regeltransformatoren
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lastumschaltung bei Regeltransformatoren mittels den Anzapfungen zugeordneter gegenparallelgeschalteter Thyristoren in zwei parallelliegenden, gleichartigen Stromkreisen mit einem die Thyristoren steuernden Impulsverstärker, wodurch ein lichtbogenfreies Umschalten der Belastung eines Regeltransformators von einer zur nächsten Regelstufe erreicht wird.
Es ist bereits eine Anordnung zur Lastumschaltung bei Regeltransformatoren bekanntgeworden (belg. Patentschrift Nr. 612 572), in welcher die Steuergeräte zur Zündung des Thyristoren des jeweiligen Stromkreises von dem durch Beschaltungselemente des entsprechenden Gegenstromkreises fliessenden, eingeprägten Laststromes bzw. von der Sperrspannung dieses Gegenstromkreises gespeist werden.
Da die Thyristoren eine gewisse Zündenergie benötigen, wird die Zündung der Thyristoren des zu zündenden Stromkreises erst einige Zeit nach dem Nulldurchgang des Laststromes im abzuschaltenden Stromkreis erfolgen und ausserdem laststromabhängig (Leerlauf) sein.
Weiterhin ist noch die brit. Patentschrift Nr. 1, 021, 804 zu erwähnen, die die Verriegelung des einen Stromkreises über die an ungesteuerten Ventilen des Halbleitergerätes anliegenden Sperrspannungen vornimmt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese bekannten Schaltanordnungen zu verbessern und erreicht dies erfindungsgemäss dadurch, dass zur Verriegelung des einen Stromkreises über die Sperrspannung der Thyristoren des Gegenstromkreises jeweils der Eingang des Impulsverstärkers für das der einen der beiden Anzapfungen zugeordnete steuerbare antiparallele Halbleiterventilpaar über eine Serienschaltung aus
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Überwa-chungsstufe, anderseits an den einen Ausgang einer bistabilen Kippstufe als Befehlsgeber geschaltet ist.
Ein bekannter Impulsverstärker, der für die Steuerung der Thyristoren geeignet ist, besteht aus je einem Impulstransformator mit Abmagnetisierungs-Diode und je einer Transistorkaskade für jeden Stromkreis, wobei jeweils ein Transistor mit der Primärwicklung eines Impulstransformators in Reihe liegt. Die Sekundärwicklungen der Impulstransformatoren sind dabei aufgeteilt, wobei jeweils ein Teil zwischen die Kathode und die Steuerelektrode je eines Thyristors der beiden gleichartigen Stromkreise geschaltet sind. Die Fremdstromquelle liegt mit ihrer positiven Elektrode an den Primärwicklungen der Transformatoren und mit ihrer negativen Elektrode an dem Emitter der Transistoren.
In vorteilhafter Weise wird der Impulsverstärker durch Impulse gesteuert, welche für jeden Stromkreis über ein Sperrspannungserfassungsgerät und über eine NOR-Stufe als Digitalbaustein erzeugt werden.
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Bei dieser Steuerung muss abgesehen von ganz kurzen Pausen während der Nulldurchgänge der Sperrspannung der Impulstransformator der eingeschalteten Seite während der gesamten Einschaltzeit der Thyristoren Gleichspannung übertragen und dadurch entsprechend ausgebildet sein (Typengrösse).
Um den Impulstransformator kleiner ausführen zu können, ist es zweckmässig, dass an Stelle von Negationsgattern am jeweiligen Eingang des Impulsverstärkers für das der einen der beiden Anzapfungen zugeordnete steuerbare antiparallele Halbileiterventilpaar NAND-Gasteer geschaltet sind, deren Eingänge einerseits an eine seinem Laststrom dienende Stromüberwachungsstufe und anderseits an die Ausgänge des NOR-Gatters angeschlossen sind.
Die Versorgungsgleichspannung für Impulsverstärker und Digitalbausteine ist in vorteilhafter Weise auch übereinen von der Stufenspannung speisbaren Isoliertransformator und einen diesem nachgeschalteten Gleichrichter, sowie über an sich bekannte Begrenzerstufen, wie Zenerdioden, entnehmbar.
An Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Form von Schaltbildern soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen :
Fig. 1 das Schaltbild einer Anordnung zur Lastumschaltung, bei welchem der Impulsverstärker durch Impulse gesteuert wird, die über ein Sperrspannungserfassungsgerät und Digitalbausteine erzeugt wef- den, Fig. 2 die Schaltung eines Sperrspannungsgerätes, Fig. 3 eine Funktionstabelle der verwendeten Digitalbausteine, Fig. 4 ein Schaltbild der Anordnung zur Lastumschaltung, bei welchem der Impulsverstärker durch kurze Steuerimpulse gesteuert wird, die über ein Stromerfassungsgerät und ein Sperrspannungserfassungsgerät und Digitalbausteine erzeugt werden.
Im Schaltbild nach Fig. 1 ist ein Teil der Regelwicklung --Tr-- des Regeltransformators mit den Stufenanzapfungen --A und B-- dargestellt. ---1 und 2-- sind zwei Wählerkontkte, die an den Stufenanzapfungen-A und B-liegen. Die Wählerkontakte-l und 2-- sind jeweils
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3, 4-- mit der Ableitung- Abi-verbunden. Jeweils einer der Dauer-kontakte --3 bzw. 4-führt im stationären Zustand den Laststrom. Parallel zu den Dauer- kontakten-3, 4- sind zwei gleichartige stromkreise -- St1 udn St2-- geschaltet, die über Trennschalter --5 und 6-- mit den Wählerkontakten--1, 2-verbunden sind. Die Trennschalter -- 5, 6 -- machen die Stromkreise --ST1 und St2 -- na ch erfolgter Umschaltung spannungsfrei.
Der Stromkreis-St- besteht aus den gegenparallelgeschalteten Thyristoren-7 und 8-, denen eine Serienschaltung aus einem Kondensator-11-, einem Dämpfungswiderstand --13-- und einer Luftdrossel --15-- parallelgeschaltet ist. Der Kondensator --11-- kann den Laststrom während der ganz kurzen Zündverzögerung ohne wesentlichen Spannungsabfall weiterführen und gleichzeitig die Spannungsanstiege an den Thyristoren verringern. Die Luftdrossel --15-- von einigen p H dient dazu, den Anstieg des Kondensator-Entladestromes auf ein für die Thyristoren zulässiges Mass zu reduzieren. Der Dämpfungswiderstand --13-- ist niederohmig.
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und der Luftdrossel-16-.
Der impulsverstärker --Jv-- bestehr aus den IMpulstransformatoren --17,18-- deren Primärwicklungen --171 und 181-- mit Transistorkaskaden --19 und 20-in einem Stromkreis zusammengeschaltet sind, der von der Stromquelle-21+ und 21--gespeist wird. Parallel zu den Primärwicklungen - -171, 181-- sind Dioden --22-- geschaltet. Die Sekundärwicklungen-172, 182- der Impulstransfor- matoren -17 und 18-- sind unterteilt und sind jeweils zwischen die Kathode und die Steuerelektrode je eines Thyristors-7, 8 bzw. 9, 10- geschaltet.-23 und 24-- sidn Basis-Emitterwiderstände, --25 und 26-- sind Widerstände zur Begrenzung des Steuerstromes der Transistor-Kaskalden --19,20--.
Parallel zu den Thyristoren --7 und 8-des Stromkreises-St - bzw. zu den Thyristoren --9 und 10-- des Stromkreises-St2-liegen je ein Sperrspannungsgerät -31 bzw. 32-, dessen Schaltung aus Fig. 2 zu ersehen ist. Das Gerät besteht zunächst aus einem Primärstromkreis eines Transformators --33-, in welchem gegenparallelgeschaltete Dioden --34-- und ein Widerstand-35-liegen. Die Dioden --34- dienen als Schwelle und der Widerstand -35-- zur Begrenzung des sekundär über eine Einphasen-Gleichrichterbrücke --36-- und eine Zenerdiode --37-- fliessenden Stromes. Der Wider- ; tand --38-- dient zur Einstellung des Ansprechzeitpunktes der Digitalbausteine.
Nach Fig. 1 wird der Umschaltbefehl über die Eingänge-Ei bzw. E-einer bistabilen Kippstufe - gegeben und über je eine NOR-Stufe-41 bzw. 42-- weitergegeben, wobei die Eingänge
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befehls vom Stromkreis-Stl-auf den Stromkreis -St2-- oder umgekehrt zwar nicht die sofortige Wegnahme der Steuerimpulse von den leitenden Thyristoren --7 und 8 bzw. 9 und 10-, sie geben aber infolge der primären Schwelle-34-nur und erst dann Gleichspannungssignal an die NOR-Stufen-41
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42-derstärekr --JV-- durchzündet. Die Gleichspannung liegt jetzt am Impulstransformator-1' ? bzw. 18-- und dieser überträgt die Spannung auf die Thyristoren-7, 8 bzw. 9, 10-.
Abgesehen von ganz kurzen Pausen während der Nulldurchgänge der Sperrspannung muss der Impulstransformator --17 bzw. 18--
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt eine Steueranordnung, bei welcher die jeweiligen Thyri- storen --7 und 8 bzw. 9 und 10-- mit kurzen Impulsen gezündet werden und dadurch die Baugrösse der Impulstransformatoren --17 und 18-- wesentlich verringert und ihr Übertragungsverhalten verbessert wird.
Die Leistungsstromkreise-Stl und Sty-- samit den Sperrspannungsgeräten --31 und 32-- und dem Impulsverstärker-JV-sind im Aufbau gleich der Schaltung nach Fig. l mit der gleichen Bezeichnung, jedoch wurden in Fig. 4 der Einfachheit halber sämtliche Kontakte-l bis 6--, die Serienschaltungen --11,13,15 bzw. 12, 14, 16-- und unwesentliche Komponenten des Impulsverstärkers-JV- weggelassen.
Zusätzlich zu den NOR-Bausteinen-41 und 42-- nach Fig. 1 werden bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die NAND-Stufen-51 und 52-verwendet. Die Ausgänge-A-der Stufen-41 und 42steuern nicht die Transistor-Kaskaden --19 und 20-- über Inverterstufen direkt, sondern sind mit den eingängeen --E1-- je einer NAND-Stufe --51 und 52-verbunden. Ausserdem sind über Stromwandler - 71 und 72--, deren Primärwicklungen in der Ableitung-Abl--der Stromkreise-Stl und St-lie- gen, Stromerfassungsgeräte --73 und 74-- geschaltet, die den jeweiligen Laststrom in den Stromkreisen --Stl und Sta- erfassen und als Gleichspannung über den Eingang-Ez-an die NAND-Stufe-51
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und der NOR (not or) - Stufe.
An Hand des Ausführungsbeispieles nach Schaltbild Fig. 4 soll nun unter der Voraussetzung, dass die thyristoren--7 und 8-bereits gezündet, die nur in Fig. 1 dargestellten Dauerkontakte --3 und 4-ge- öffnet und die Wählerkontakte --1 und 2-- und die Trennschalter --5 und 6-- geschlossen sind, eine Umschaltung von der Stufenanzapfung --A-- auf die Stufenanzapfung --B-- wiedergegeben werden. An den Thyristoren --9 und 10-- liegt dann die Stufenspannung als Sperrspannung an und entsprechend gibt
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(SignalSignal-O-, d. h. Spannung, wenn die Thyristoren --7 und 8-- gezündet werden sollen.
Entsprechend der Funktionstabelle Fig. 3 gibt die NOR- Stufe --41-- am Ausfang. --A-- Signal --1--, also keine Spannung an den Eingang-El--der NAND-Stufe-51-. Fliesst in der GegenparallelSchaltung der Thyristoren --7 und 8-- gerade Strom, so gibt das Stromerfassungsgerät --73--. Signal
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und 8-- erhalten keinen Steuerimpuls. Nähert sich der Laststrom-Momentanwert dem Nulldurchgang, so liegt an beiden Eingängen --E1 und E2-- der NA ND-Stufe --51-- Signal --1--, es erscheint Spannung an ihrem Ausgang-A-und der Impulsverstärker - IV -- gibt mit Ausnahme einer einige u-sec währender Pause infolge des Nullwerdens der Sperrspannung des Gegenzweiges solange einen Zündimpuls an die Thyristoren-7 und 8- ab, bis über die Laststromerfassung wieder ein Abschaltbefehl erfolgt.
Sollen nun die Thyristoren --7 und 8-- gesperrt und --9 und 10-- gezündet werden, so wird der
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Umschaltbefehl innerhalb einiger sec von --E2--d er NOR-Stufe --41-- auf --E2-- der NOR-Stu- fe-42-gegeben. Diese Stufe gibt den Zündbefehl aber erst weiter, wenn die Thyristoren --7 und 8-in den Sperrzustand übergehen. Somit kann keine Überlappung der Leitzustände der Thyristoren zustandekommen und die Zündung der Thyristoren --9 und 10-- erfolgt, sobald am Ausgang-A-der NORStufe--42-- Signal --1-- erscheint. Auch jetzt werden die Zündimpulse nach Einsetzen eines Laststromes wieder abgeschnitten, wie oben beschrieben.
Der Trennschalter-5-wird geöffnet, danach der Dauerkontakt --4-- geschlossen, die Thyristoren abgeschaltet und der Trennschalter --6-- geöffnet (s. Fig. 1). Damit ist die Umschaltung von der Stufenanzapfung-A-nach der Stufenanzapfung --B-- des Regelstransformators --Tr-- abgeschlossen.
Die Umschaltung von der Stufenanzapfung-B-nach der Stufenanzapfung-A-- des Regeltransformators erfolgt in gleicher Weise jedoch in umgekehrter Schaltfolge.
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Die Schaltanordnung nach Fig. 1 ist zwar einfacher als die Schaltanordnung nach Fig. 4, doch müssen hiebei die Impulstransformatoren-17 und 18-des Impulsverstärkers-JV-stärker ausgelegt werden, weil längere Impulse auftreten, während sie bei der Schaltanordnung nach Fig. 4 durch Auftreten von nur Kurzimpulsen kleiner ausgebildet sein können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Lastumschaltung bei Regeltransformatoren mittels den Anzapfungen zugeordneter gegenparallelgeschalteter Thyristoren in zwei parallelliegenden, gleichartigen Stromkreisen mit
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riegelung des einen Stromkreises (Stl bzw. St2) über die Sperrspannung der Thyristoren des Gegenstromkreises (Stbzw. Stj) jeweils der Eingang des Impulsverstärkers (JV) für das der einen der beiden Anzapfungen (A bzw. B) zugeordnete steuerbare antiparallele Halbleiterventilpaar (St bzw. St2) über eine Serienschaltung aus einem Negationsgatter (43 bzw. 44) und einem NOR-Gatter (41 bzw. 42) einer-
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tet ist.