DD145336A1

DD145336A1 - Stelltransformator mit kontaktlosem umschalten der wicklungen

Info

Publication number: DD145336A1
Application number: DD21480179A
Authority: DD
Inventors: Sergej A Bobrikow; Viktor N Petrenko; Ullrich Koenig; Wolfgang Muecke
Original assignee: Sergej A Bobrikow; Viktor N Petrenko; Ullrich Koenig; Wolfgang Muecke
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1980-12-03

Abstract

Der Stelltransformator kann als Stellglied eines Reglers oder Stabilisators sinusförmiger Wechselspannungen in Geräten der Autcmatisierungs- und Nachrichtentechnik eingesetzt werden, bei denen die Sinusform der Ausgangsspannung nicht verzerrt sein darf. Um die Leistungs- und Spannungsverluste gering zu halten, sollen möglichst wenige Halbleiterschalter mit der Last in Reihe liegen und möglichst·viele auf einem gemeinsamen Kühlkörper angeordnet vzerden. Der Stelltransformator enthält eine Primär- und eine aus mehreren in Reihe geschalteten Sektionen bestehende Sekundärwicklung. Jede Sektion enthält drei Teilsektionen mit gleichen Windungszahlen. Die Windungszahlen der Sektionen bilden eine geometrische Reihe mit dem Verhältnis vier. Jeder Wicklungsanschluß innerhalb einer Sektion ist mit einem Anschluß eines Haibieiterschalters verbunden. Die zweiten Anschlüsse aller Halbleiterschalter einer Sektion sind auf einen gemeinsamen Verbindungspunke geführt. Bei jeder* eingestellten Ausgangsspannung ist nur ein HalbleiterSchalter jeder Sektion eingeschaltet.

Description

Titel der Erfindung;

Stelltransformator mit kontaktlosem Umschalten der Wicklungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Ein durch kontaktloaoG Umschalten der V/icklungen ein-ateilbarer Transformator kann als Stellglied eines Reglers oder Stabilisators sinusförmiger Wechaelspan- nungen. in Geriiten der iiutomatisierunga- und Nachrichtentechnik sowie in all«η anderen elektrotechnischen Anlagen, in denen eine Regelung oder Stabilisierung sinusförmiger Wochselsnannungen ohne Verzerrung der Form der Ausgangsapannung notwendig ist, angewendet werden·

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Die bekannten durch Umschalten der Wicklungen einstellbaren Transformatoren besitzen Lötstellen zwischen den Sektionen gleicher Windungszahl und dem kontaktbehafteten oder kontaktlosen Schaltwerk, durch da3 ein Umschalten der V/icklungen erfolgt· Solche Transformatoren haben den Nachteil, daß sie entweder eine зеііг hohe Anzahl von Sektionen und da-

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mit auch ein aufwendiges Schaltwerk erfordern oder nur eine grobe Einstellung der Spannung und damit beim Einsatz als Stellglied nur eine geringe Regelgenauigkeit ermöglichen.

Bekannt sind auch solche Spannungs- bzw. Stromregler, die ala Stellglied einen Transformator enthalten» der in der Sekundär- oder Primärwicklung Sektionen enthält, deren Windungszahl wie eine geometrische Reihe mit dem Verhältnis 2 oder 3 anwächst. Das Zuschalten der Sektionen erfolgt kontaktlos mit Hilfe von Halbleiterschaltern, wie Тгіасз bzw. Symistoren. Ein solcher Stelltransformator ist aus der US-PS 31 95 038 (323/25) bekannt. Die Sekundärwicklung des Transformators besteht aus vier oder mehr Sektionen, deren Windungszahlen sich wie 1:2:4:8 verhalten. Für jede Sektion sind zwei Triacs vorhanden, einer zum Überbrücken und einer zum Einschalten der Wicklung· Mit Hilfe der Triacs, die durch ein spezielles Steuerschema angesteuert werden, kann eine beliebige Kombination in Reihe geschalteter Sektionen an aen Ausgang des Transformators angeschlossen werden. Ein solcher Stelltransformator ermöglicht die diskrete Einstellung oder Regelung der Sekundärspannung von Null bia zur maximalen Spannung, die gleich der Summe der Spannungen aller Sektionen iat. Die Einstellung der Spannung erfolgt stufenweise jeweils um die Spannung der Sektionen mit der geringsten Windungszahl. Diese Stelltransformatoren besitzen einige Nachteile. Beim Zuschalten einer beliebigen Kombination von Sektionen ist jeweils ein Triac jeder Sektion eingeschaltet und der zweite abgeschaltet. Somit ist immer die Hälfte der Triacs» d.h, je Sektion einer, mit der Last in Reihe geschaltet und es treten an jedem eingeschalteten Triac Spannungs- und Leistungsverluste auf·

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Windungszahlen der Sektionen der Sekundärwicklung eine geometrische Reihe mit dem Verhältnis 3 bilden· Bei drei Sektionen verhalten sich die Windungszahlen 1;3:9· Jede Sektion weint eine Mittelanzapfung auf· Jeder Anschluß der beiden Halbsektionen i3t über einen Symistor mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden· Das Wicklungsende der ersten Sektion ist an den gemeinsamen Verbindung3punkt der zweiten Sektion und das Wicklungsende der zweiten Sektion an den gemeinsamen Verbindungspunkt der dritten Sektion angeschlossen· Obwohl dieser Stelltransformator gegenüber der ÜS-PS 31 95 038 bei gleicher Einstellgenauigkeit eine geringere Anzahl von Halbleiterschaltern erfordert, treten relativ große Leiatungsverluste durch Reihenschaltung von Symistoren mit der Last auf und es ist für je drei Symistoren ein Kühlkörper erforderlich·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Stelltransformators mit kontaktlosem Umschalten der Y/icklungen, der bei relativ hoher .Einstellgenauigkeit der Ausgangsspannung mit vorgegebener Anzahl von Halbleiterschaltern geringere Spannungs- und Leistungsverluste sowie eine geringere Baugröße ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stelltransformator mit mehreren Sektionen als Sekundärwicklung vorzuschlagen, die aus mehreren Teilsektionen

bestehen, die ao auszugestalten sind, daß möglichst wenig Halbleiterschalter mit der Last in Reihe liegen und möglichst viele Halbleiterschalter direkt auf einem Kühlkörper angeordnet werden können·

Merkmale der Erfindung

Der Stelltransformator enthalt als Sekundärwicklung mehrere Sektionen, die erfindungsgemäß so ausgestaltet sifld_# daß jede Sektion drei Teilsektionen mit gleichen Windungszahlen enthält und die Windungszahl en der Sektionen eine geometrische Reihe mit dem Verhältnis vier bilden·

AusfiHrurjgsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungs-beispiel näher erläuOert werden* Die zugehörige Zeichnung «eigt das PrinzipschultbJld des erfind ungs gemäßen StelliransiOrmatora ·

Der erfindungagemäße Stelltransformator enthält eine Primärwicklung 1 und eine auу mehreren Sektionen 2; 3* 4 bestehende Sokundärwiclclun^, Jede Sektion 2; 3; 4 enthält drei Teilaektionen 2aj 2b j 2c bzw· 3a; 3b; 3c bzw· 4a; 4b; 4c mit gleichen Windungyzahleno Die Y/in-dungszchlen der Sektionen 2; 3j 4 bilden eine geometrische Reihe mit dem Verhältnis vier· Die Sektion 2 enthält drei Teilscktionen 2a; 2b; 2c mit gleicher Windungszahl. Beim Anlegen einer Eingangs-apannung U^ liegt an jeder Teilsoktion 2a; 2b; 2c der Sektion Z eine Spannung U_Q an.? Ba die Teilsektionen 2a; 2b; 2c der Sektion 2 die gorjrjgnten Windungnzahlen aufweisen, ütellt die Г>раыіиг.<^ U^ die kleinste mögliche

ü, dar. An den Тѳл!Sektionen 3a; 3bj

3c der Sektion 3 liegt jeweils eine Spannung von 4.U_Q und an den Teilsektionen 4a; 4b; 4c der Sektion 4 von 16,U₀ an»

Jeder Wicklungsanschluß der Sektionen 2; 3; 4 ist mit einem Anschluß eines Halbleiterschalter 8; 9; 10; 11} 12; 13* 14; 1^j I6j 17; 18} 19 verbunden. Die Halbleiterschalter können Triacs bzw. Symiatoren sein· Der zweite Anschluß der Halbleiterachalter 8; 9i 10; 11 ist jeweils an den gemeinsamen Verbindungspunkt 5» der Halbleiterschalter 12; 13; 14$ 15 an den gemeinaamen Verbindungspunkt 6 und der Halbleiterschalter 16; 17} 18} 19 ал den gemeinsamen Verbindungspunkt 7 geführt· Da die gemeinsamen Verbindungspunkte 5; 6; 7 jeweils gleiches Potential aufweisen» können die jeweils zugehörigen vier Halbleiterschalter direkt auf einen gemeinsamen Kühlkörper gesetzt werden. Das bedeutet eine Einsparung von Kühlkörpern und damit an Volumen.

Die Sektionen 2; 3; 4 sind in Reihe geschaltet. Die Ausgangsspannung U. wird zwischen dem gemeinsamer Verbindungspunkt 7 der dritten Sektion und dem Wicklungsanfang der ersten Teil3ektion 2a der ersten Sektion 2 abgenommen. Der gemeinsame Verbindungspunkt 5 ist mit dem Wicklungsanfang der ersten Teilsektion 3a der zweiten Sektion 3 und der gemein-same Verbindungspunkt 6 mit dem Wicklungsanfang der ersten Sektion 4a der dritten Sektion 4 verbunden· Mit Hilfe der Halbleiterschalter 8 bis 19, die durch oine spezielle Апзteuereinrichtung gesteuert werden, kann eine beliebige Kombination in Reihe geachalteter Teilsektionen an den Ausgang dea Stelltranaformators geschaltet werden. Das ermöglicht eine stufenweise Einstellung oder Regelung beim Einsatz als Stellglied in einem Regelkreis der Auagangssparmung U. von Null bis zur maximalen Spannung, die gleich der Summe der Spannungen aller Teilsektionen ist. Die Einstellung

der Spannung erfolgt stufenweise jeweila um die Spannung einer Teilsektion 2a} 2b; 2c der ersten Sektion 2, da diese die geringste Windimgszahl aufweisen. Der erfindungsgemäße Stelltransformator arbeitet wie folgt: Sind sämtliche Halbleiterschalter ausgeschaltet, liegt keine Ausgangsspannung U. am. Ausgang an. Bei eingeschalteten Halbleiterschaltern 8; 12 und 16 beträgt die Ausgangsspannung U. gleich Null Volt. Die beiden Klemmen des Ausgangs slnA kurzgeschlossen« Soll die geringste Ausgangsspannung U/=U am Ausgang anliegen,

A O

müssen die Halbleiterschalter 9; 1? und 16 eingeschaltet sein. Bei eingeschalteten Halbleiterschaltern 10; 12 und 16 liefen U. ~ 2 ü._f bei eingeschalteten Halbleiterschaltern B₁; 13 und 16 liegen U. = 4 U_Q und bei eingeschalteten Halbleiterschaltern 8; 12 und 17 liegen U. * 16 U am Ausgang an* Gemäß Ausfiihrungsbei spiel wird die maximale Ausgangespannung von U_A ~ 63 U erreicht, wenn die Halbleiterachalter 11; 15 und 19 eingeschaltet sind₀ Die maximale Ausgangsspannung U.

beträgt ,,

U " (4 - 1) II

wobei к die Anzahl der Sektionen ist» Nachfolgend werden die Vorteile аез erfindungsgemäßen Stel!transformators erläutert«

Es sind je Sektion drei Teilscktionen vorgesehen, die durch vier Halbleiterschalter miteinander verbunden sind. Alle vier Halbleiterschalter S; 9} 10; 11 der Sektion 2 besitzen einen gemeinsamen Verbindungspunkt 5o Deshalb kann man diese Halbleiterschalter ohne eine elektrische» Isolierung gemeinsam auf einen Kühlkörper montieren, wodurch das Gerät leichter und kompakter wird. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, daß bei beliebiger Kombination von Teilaektionen immer nur ein Halbleiterschalter je Sektion eingeschaltet ist,

wodurch der Kühlkörper nur für den Wärmeaustausch eines Halbleiterschalters ausgelegt werden braucht und immer nur ein Halbleiterschalter je Sektion mit der Last in Reihe liegt. Das bedeutet eine Verringerung der Spannungs- und Leistungsverluste und damit eine Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber den bekannten Stelltransformatoren mit gleicher Anzahl von Halbleiterschaltern·

Der erfindungsgemäße Stelltransformator läßt sich besonders dann vorteilhaft einsetzen, vierm Wirkungs-grad, insbesondere Spannungsverluste sowie Größe und Gewicht eines Gerätes im Vordergrund stehen·

Claims

Erfindungsan3pruch

Stelltransformator mit kontaktlo'sem Umschalten der Wicklungen» der eine aua mehreren in Reihe geschalteten Sektionen mit mehreren Teiiaektionen bestehende Sekundärwicklung enthält, an deren V/icklungsanschlüs-sen je ein Anschluß еіпез Halbleiterachalters angeordnet ist, dessen zweiter /machluß innerhalb jeder Sektion zu einem gemeinsten JLnHchlußpunkt яизаішаеп-gefaßt ist und die V/indungsziahl der Sektionen eine geometrische Reihe bilden, gekennzeichnet dadurch, daß jede Sektion (2; 3^€, 4) drei ТеіЗ Sektionen (2a; 2b{ 2c bzw· 3a{ 3b; 3c bzw* 4a; 4b; 4c) mit gleichen Windung3zahlen enthält und die Windungszahlen der Sektionen (2j 3; 4) eine geometrische Reihe mit dem Verhältnis'vier bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnung