AT401982B - Anordnung zur erzeugung der zündspannung für thyristoren - Google Patents

Description

AT 401 982 B

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung der Zündspannung für Thyristoren, vorzugsweise für einen mit Thyristoren bestückten Lastumschalter, wobei die Thyristoren antiparallelgeschaltet und parallel zu den Schaltkontakten oder den Dauerkontakten des Lastumschalters angeordnet sind, und wobei ein Impulsgenerator im Bottich angeordnet ist, und wobei ein als Magnet ausgebildeter Trigger-Rotor im Luftspalt des Impulsgenerators auf einer normal zur Flußrichtung des magnetischen Feldes gelagerten Achse drehbar angeordnet ist und die Spulen des Impulsgenerators als Zündspulen ausgebildet sind, und wobei eine Umsetzvorrichtung zwischen einem beweglichen Teil des Lastumschalters und dem Trigger-Rotor vorgesehen ist.

Es sind Schaltungsanordnungen - beispielsweise bei Lastumschaltern für Stufentransformatoren -bekannt, bei denen die Zündspannung, für die zu den Schaltkontakten parallel liegenden Thyristoren, Transformatorenanzapfungen entnommen wird.

Der Nachteil solcher Anordnungen besteht, vor allem bei Anlagen mit häufig auftretenden Spannungsunterbrechungen, im labilen Schaltzustand bei Wiederkehr der Spannung.

Eine weitere bekannte Art der Zündspannungserzeugung basiert auf der Verwendung einer fremden Spannungsquelle.

So befaßt sich die DE-AS 1 810 541 mit einer Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mittels antiparallelgeschalteter Thyristoren in zwei Stromkreisen, die jeweils zwischen einer Anzapffing des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen. Dabei wird vorgeschlagen, die Ansteuerung der antiparallelgeschalteten Thyristoren beispielsweise über einen Impulsverstärker zu bewerkstelligen. Dieser besteht aus Impulstransformatoren, deren Primärwicklungen mit Transistor-Kaskaden in einem Stromkreis zusammengeschaltet sind. Der Stromkreis wird von einer externen Spannungsquelle gespeist.

Der Nachteil der in der DE-AS 1 810 541 beschriebenen Zündspannungserzeugung liegt in deren Abhängigkeit von der externen Spannungsquelle. Bei einer Unterbrechung der fremden Spannungsquelle werden die Thyristoren nicht gezündet.

Die DE-AS 1 297 220 beschreibt eine Anordnung an Stufenschaltern für Transformatoren zur unterbrechungslosen Umschaltung unter Last bei Verwendung von mechanischen Schaltern und steuerbaren elektrischen Ventilen. In einem der Ausführungsbeispiele dieser Publikation wird die Erzeugung der Zündimpulse für die Ventile auf induktivem Weg vorgeschlagen. Dabei wird der Lastumschalter über eine Antriebsstange mit einem permanenten Magneten gekuppelt, welcher sich innerhalb eines Joches befindet. In Ausnehmungen des Joches sind Spulen untergebracht, in denen beim Vorbeilaufen des Magneten durch Flußänderung ein Zündimpuls entsteht.

Eine Anordnung zur Zündspannungserzeugung ist auch aus der DE-AS 1 260 612 bekannt. Hier ist ein ohne äußere Stromquelle arbeitender Impulsgenerator vorgesehen, dessen permanentmagnetischer Rotor mit einem Hauptumschalter mechanisch gekoppelt ist und dessen Statorwicklungen über Gleichrichter Zündimpulse für steuerbare Ventile abgeben.

Der gravierende Nachteil der Zündspannungserzeugungs-Anordnungen sowohl It. DE-AS 1 297 220 als auch DE-AS 1 260 612 besteht darin, daß wohl ein Zündimpuls erzeugt wird, dieser geht jedoch asymptotisch gegen Null, so daß das Ende der Zündung und hiemit das Abschalten des Stromes durch die Thyristoren zeitlich nicht genau fixiert ist und somit die Koordination mit den übrigen Schaltschritten gravierend erschwert wird.

Auch die Druckschrift WO 88/05208 befaßt sich mit einer Thyristoransteuerung für Lastumschalter. Dabei wird vorgeschlagen, daß ein mit dem beweglichen Kontakt des Schalters gekoppelter Dauermagnet in den Luftspalt eines magnetischen Kreises eindringt und dadurch dessen Induktion ändert. Durch diese Induktionsänderung wird in Spulen, die am Eisenkern des magnetischen Kreises angeordnet sind, eine Zündspannung für Thyristoren induziert. Ein Unteranspruch besagt, daß ein Dauermagnet im Luftspalt eines magnetischen Kreises auf einer Achse drehbar angeordnet werden soll. Diese Achse ist über eine Umsetzvorrichtung mit dem beweglichen Teil des Lastumschalters verbunden. Gemäß einem weiteren Unteranspruch ist der Eisenkern des magnetischen Kreises als Hohlzylinder ausgebildet und weist im Schnitt M-Form auf Der mittlere Schenkel, welcher die Zündspulen trägt, ist in Längsrichtung in zwei Hälften geteilt, zwischen denen sich ein die Induktion des magnetischen Kreises ändernder Dauermagnet bewegt.

Mit Vorrichtungen, welche gemäß den zitierten Ansprüchen der Druckschrift WO 88/05208 ausgeführt sind, können lediglich solche Zündspannungen erzeugt werden, welche keinen definierten Nullpunkt aufweisen. Dies ist nachteilig, weil bei den auf diese Weise entstehenden Zündimpulsen das Ende der Zündung und hiermit das Abschalten des Stromes durch die Thyristoren zeitlich nicht fixiert ist; dadurch wird die Koordination mit den übrigen Schaltschritten gravierend erschwert. Derartige Zündspannungen und somit auch die Vorrichtungen zu deren Erzeugung sind deshalb für die praktische Anwendung bei Thyristorsteuerungen nur sehr bedingt geeignet. 2

AT 401 982 B

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur problemlosen Zündspannungserzeugung zu schaffen, die einerseits die Nachteile der bekannten Systeme vermeidet und anderseits eine große Betriebssicherheit gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Trigger-Rotor verbundene Umsetzvorrichtung mit einem den Schaltkontakt oder Dauerkontakt betätigenden Federsprungantrieb gekoppelt ist, wobei vor jeder Öffnungsbewegung der Schaltkontakte oder Dauerkontakte eine Drehung des Trigger-Rotors, vorzugsweise in Richtung der Stellung für die maximale Magnetisierung, beginnt und um etwa den gleichen Winkel, vorzugsweise 90' oder 180°, über die Stellung der maximalen Magnetisierung unterbrechungslos fortgesetzt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, unabhängig von einer fremden Stromquelle eine Zündspannung mit genau definiertem Nulldurchgang zu erzeugen. Aufgrund dieser Nulldurchgangsdefinition können die Umschaltzeitpunkte der Thyristoren, von Durchlaß auf Sperre und umgekehrt, genauestens eingestellt werden. Damit ist die Grundvoraussetzung für eine lichtbogenfreie Umschaltung ohne Kontaktab-brand gegeben.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Umsetzvorrichtung als Kurvenscheibe ausgebildet ist, wobei die Welle des Federsprungantriebes in axialer Richtung mit der Achse der zentrisch gelagerten Kurvenscheibe starr verbunden ist, daß die Rotation der Kurvenscheibe mittels einer Kurbelwelle auf eine Hilfswelle übertragbar ist, wobei die Kurvenwelle eines Kurbelarmes in einer Nut der Kurvenscheibe gleitet, und daß ein auf die Hilfswelle starr aufgesetztes größeres Stirnrad mit einem kleineren Stirnrad in Eingriff steht, wobei das kleinere Stirnrad auf der Trigger-Rotorachse des Impulsgenerators starr aufgesetzt ist.

Die erfindungsgemäße Umsetzvorrichtung gewährleistet ein exaktes zeitliches Zusammenwirken der Bewegung der Schaltkontakte und der Dauerskontakte und der Rotordrehung des Impulsgenerators. Durch entsprechende Wahl der Stirnradgrößen kann die Drehbewegung des Trigger-Rotors genau auf die jeweils geforderten Betriebsverhältnisse eingestellt werden.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei ist in Fig. 1 die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung in Form eines stark vereinfachten Prinzipschaltbildes dargestellt. Fig. 2 zeigt eine konkrete Ausführung Erfindung im Schnitt, während in Fig. 3 eine für die erfindungsgemäße Umsetzvorrichtung typische Nutenscheibe in Draufsicht dargestellt ist.

Der Impulsgenerator 22 in Fig. 1 besitzt einen aus einem hochwertigen Eisenkern 1 gefertigten Magnetkreis mit Rückschlußschenkeln 18, 19. Auf den mittig einander gegenüber angeordneten Polen 6a, 6b ist die Statorwicklung in Form zweier Zündspulen 2a, 2b aufgebracht. Im Luftspalt 13 zwischen den gewölbt ausgebildeten Schnittflächen der Pole 6a, 6b des Eisenkernes 1 ist ein - im vorliegenden Fall permanentmagnetischer - Rotor 4 auf einer ersten Welle 12 drehbar zentrisch gelagert. Die erste Welle 12 ist normal zur Flußrichtung des magnetischen Feldes im Luftspalt 13 angeordnet.

Eine Umsetzvorrichtung 7 verbindet die Rotorwelle 12 mit dem auch den Schaltkontakten oder Dauerkontakten 8 betätigenden Federsprungantrieb 5. Parallel zu den Schaltkontakten oder Dauerkontakten 8 ist ein aus zwei Thyristoren 10, 11 bestehendes antiparallel geschaltetes Thyristorenpaar geschaltet. Beginnt der Federsprungantrieb 5 mit dem Öffnen der Schaltkontakte und der Dauerkontakte 8, so wird vom Federsprungantrieb 5 auch die Umsetzvorrichtung 7 betätigt. Über diese - in Fig. 1 nur symbolisch angedeutete - Umsetzvorrichtung 7 wird die Rotorwelle 12 und somit der Rotor 4 des Impulsgenerators 22 in eine Rotation versetzt. Die kritische Phase einer Umschaltung ist der Zeitpunkt, zu welchem der Laststrom vom Kontakt 8 auf die Thyristoren 10, 11 kommutiert wird. Hierbei müssen die Thyristoren 10, 11 angesteuert werden, bevor der Kontakt 8 öffnet. Diese zeitliche Voreilung ist durch eine entsprechende Ausführung der Umsetzvorrichtung gewährleistet (näher beschrieben in der Erläuterung zu Fig. 2). Der sich im Luftspalt 13 bewegende Rotor 4 bewirkt eine Änderung der magnetischen Induktion im Magnetkreis und dadurch das Entstehen eines Spannungsimpulses in den Zündspulen 2a, 2b.

Diese Impulse werden den Thyristoren 10, 11 zugeführt, womit deren Zündung, somit der Übergang vom gesperrten in den leitenden Schaltzustand und die Einleitung der Kommutierung des Laststromes vom Kontakt 8 auf die Thyristoren 10, 11 erfolgt. Selbstverständlich kann das Magnetfeld auch mittels eines elektromagnetischen Rotors aufgebaut werden. Mit einem permanentmagnetischen Rotor vermeidet man jedoch eine mechanisch empfindliche Schleifringanordnung sowie die Notwendigkeit, eine fremde Spannungsquelle bereitzustellen.

Die Fig. 2 zeigt eine komplette, zentrisch in einem Bottich eines Lastumschalters eingesetzte Umsetzvorrichtung 7 sowie den ebenfalls im Bottich befindlichen Impulsgenerator 22.

Eine Verbindungswelle 87 stellt die Verbindung zwischen einem - in der Zeichnung nicht dargestellten -Federsprungantrieb und einem Antriebsrohr 55 her. Das Antriebsrohr 55 ist mittels einer Kupplungsscheibe 56 mit einer Kurvenscheibe 57 starr verbunden, welche auf einer Flanschwelle 9 zentrisch aufsitzt. Die Lager für die Flanschwelle 9 sind in einer oberen Isolierplatte 32 und einer unteren Isolierplatte 31 3

Claims (3)

1. AT 401 982 B eingesetzt. Ebenfalls im Bereich zwischen der oberen und der unteren Isolierplatte 32, 31 ist der Impulsgenerator 22 angeordnet. Dabei sitzt der Magnetkreis 36 zwischen der oberen Isolierplatte 32 und einer oberhalb der unteren Isolierplatte 31 angeordneten Zwischenplatte 38. Der innerhalb des Magnetkreises 36 bzw. einer Spule 2 zentrisch angeordnete Rotor 4 ist als Permanentmagnet ausgebildet. In einer entlang der Unterseite der Kurvenscheibe 57 verlaufenden Nut 39 läuft eine Kurvenwelle 101, welche über einen Klemmhebel 35 mit dem oberen Ende einer, parallel zum Rotor 4 angeordneten, Hilfswelle 44 in Verbindung steht. An der gegenüberliegenden Seite, unterhalb der unteren Isolierplatte 31, ist der Hilfswelle 44 ein größeres Stirnradsegment 43 aufgesetzt. Dieses Stirnradsegment 43 steht mit einem kleinen Stirnrad 42, welches auf die Rotorachse des Impulsgenerators 22 aufgebracht ist, im Eingriff. Die in Fig. 3 dargestellte, auf einer zweiten Welle 9 befestigte Kurvenscheibe 57 weist eine kreisrunde Form auf. In der Kurvenscheibe 57 ist eine, dem Bewegungsablauf des Rotors bzw. der Zündzeitpunkte entsprechende, Programmnut 39 und eine weitere Steuernut 40, zur Steuerung der Kontaktbewegung, vorgesehen . Patentansprüche 1. Anordnung zur Erzeugung der Zündspannung für Thyristoren, vorzugsweise für einen mit Thyristoren bestückten Lastumschalter, wobei die Thyristoren antiparallelgeschaltet und parallel zu den Schaltkontakten oder den Dauerkontakten des Lastumschalters angeordnet sind, und wobei ein Impulsgenerator im Bottich angeordnet ist, und wobei ein als Magnet ausgebildeter Trigger-Rotor im Luftspalt des Impulsgenerators auf einer normal zur Flußrichtung des magnetischen Feldes gelagerten Achse drehbar angeordnet ist und die Spulen des Impulsgenerators als Zündspulen ausgebildet sind, und wobei eine Umsetzvorrichtung zwischen einem beweglichen Teil des Lastumschalters und dem Trigger-Rotor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Trigger-Rotor (4) verbundene Umsetzvorrichtung (7) mit einem den Schaltkontakt oder Dauerkontakt (8) betätigenden Federsprungantrieb (5) gekoppelt ist, wobei vor jeder Öffnungsbewegung der Schaltkontakte oder Dauerkontakte (8) eine Drehung des Trigger-Rotors (4), vorzugsweise in Richtung der Stellung für die maximale Magnetisierung, beginnt und um etwa den gleichen Winkel, vorzugsweise 90* oder 180*, über die Stellung der maximalen Magnetisierung unterbrechungslos fortgesetzt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzvorrichtung (7) als Kurvenscheibe (57) ausgebildet ist, wobei die Welle (87) des Federsprungantriebes (5) in axialer Richtung mit der Achse der zentrisch gelagerten Kurvenscheibe starr verbunden ist, daß die Rotation der Kurvenscheibe (57) mittels einer Kurbelwelle auf eine Hilfswelle (44) übertragbar ist, wobei die Kurvenwelle (101) eines Kurbelarmes (35) in einer Nut (39) der Kurvenscheibe (57) gleitet, und daß ein auf die Hilfswelle (44) starr aufgesetztes größeres Stirnrad (43) mit einem kleineren Stirnrad (42) in Eingriff steht, wobei das kleinere Stirnrad (42) auf der Trigger-Rotorachse (42) des Impulsgenerators (22) starr aufgesetzt ist. Hiezu
3. 3 Blatt Zeichnungen 4