DE102015000292B4

DE102015000292B4 - Sanfteinschaltvorrichtung und Verfahren zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils

Info

Publication number: DE102015000292B4
Application number: DE102015000292.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Konstanzer
Original assignee: Fsm AG
Current assignee: Fsm AG
Priority date: 2015-01-10
Filing date: 2015-01-10
Publication date: 2022-11-24
Anticipated expiration: 2035-01-11
Also published as: DE102015000292A1

Abstract

Sanfteinschaltvorrichtung (1) mit einem Stromeingang (2) und einem Einschalt-Stromausgang (4), wobei zwischen dem Stromeingang (2) und dem Einschalt-Stromausgang (4) eine elektrische Schaltung (50) angeordnet ist, die einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der stromrichtungsabhängig einstellbar ist, und wobei Mittel (40, 28, 41 bis 47, 51) zur Änderung des elektrischen Widerstandswerts zumindest in jedem Nulldurchgang einer Wechselspannung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (50) einen Bypass-Widerstand (43) und eine Diode (42) aufweist, wobei der Bypass-Widerstand (43) und die Diode (42) parallelgeschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sanfteinschaltvorrichtung mit einem Stromeingang und einem Einschalt-Stromausgang. Die Erfindung betrifft auch eine Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung.
Die Erfindung hat ferner eine elektronische Schaltanordnung mit einer Sanfteinschaltvorrichtung der eingangs beschriebenen Art oder einer Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung zum Gegenstand.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Sanfteinschaltvorrichtung.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils, wobei das energetisierbare elektrische Leistungsteil über einen Zeitraum von mehreren Netzhalbwellen sanft eingeschaltet wird, indem es in einen definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden Zustand gebracht wird, bevor das energetisierbare elektrische Leistungsteil mit einer Betriebsspannung beaufschlagt wird.
Vorrichtungen und Verfahren der eingangs beschriebenen Art sind aus der DE 42 17 866 C1 bekannt. Die in der DE 42 17 866 C1 beschriebene Vorrichtung ist zum Sanfteinschalten eines Transformators geeignet. Dort werden mithilfe eines Thyristors aus dem kontinuierlichen Spannungsverlauf einer Wechselspannungsquelle mehrere durch einen Phasenanschnitt charakterisierte zeitlich begrenzte unipolare Spannungsabschnitte herausgeschnitten. Es ergeben sich somit unstetige, sprunghafte Spannungsverläufe. Der einzuschaltende Transformator wird mit mehreren dieser spannungseingeprägten, unstetigen Spannungsabschnitte beaufschlagt, bevor er volleingeschaltet wird, indem der Transformator mit den vollen, in der Zeit nicht abgeschnittenen Netzhalbwellen betrieben wird.
Das Sanfteinschalten eines Transformators mit derartigen Spannungszipfeln wird in der Praxis angewendet. Allerdings ist diese Herangehensweise in mehrerer Hinsicht nicht optimal. So muss beispielsweise bei der Verwendung von derartigen Spannungszipfeln sichergestellt werden, dass die Spannungszeitfläche (d.h. der zeitintegrierte Spannungsverlauf an der Primär- oder Arbeitswicklung des einzuschaltenden Transformators) klein genug ist, dass auch bei Sättigung des Transformatorkerns keine zu hohen Vormagnetisierströme auftreten. Vor allem bei steilen Hysteresekurven müssen die einzelnen Spannungszipfel nicht in der Zeitdauer begrenzt werden, indem die Netzhalbwellen nahe der Nulldurchgänge angeschnitten werden. Es muss jedoch jedes Mal der gesamte Zeitraum einer Netzvollwelle abgewartet werden, bevor erneut eine Spannung zur Vormagnetisierung zur Verfügung steht. Der Einschaltvorgang kann somit nach diesem Stand der Technik, beispielsweise bei Ringkerntransformatoren, bis zu einer Sekunde betragen, bevor der Transformator volleingeschaltet wird.
Ein weiterer limitierender Faktor einer derartigen Herangehensweise ist, dass sie sich nur zum Sanfteinschalten eines Transformators eignet, nicht jedoch für andere energetisierbare elektrische Leistungsteile wie beispielsweise einem energiespeichernden Kondensator. Gerade im letzteren Fall ist die Verwendung von Spannungszipfeln von kurzer Dauer nicht zweckmäßig.
Es besteht daher ein Befürfnis zur Schaffung einer verbesserten Sanfteinschaltvorrichtung und eines verbesserten Sanfteinschaltverfahrens, welches ohne harte, in der Zeit begrenzte Spannungsschnitte auskommt.
Im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung sind insbesondere die folgenden beschriebenen Druckschriften zu nennen.
Die US 2012 / 0 063 047 A1 und die US 2014 / 0 055 895 A1 beschreiben Schaltungsanordnungen, welche anders als die vorliegende Erfindung auf die Vermeidung von extern versuchten Stromspitzen gerichtet sind. Diese Stromstöße können durch Spannungsanstiege verursacht werden, welche durch externe Störungen, wie beispielsweise durch einen Blitzschlag entstehen können.
Die US 2012 / 0 026 636 A1 beschreibt eine aktive Strombegrenzungseinheit, welche zum Vermeiden von Stromspitzen dient, die bei Netzspannungsanstiegen nach einem Spannungsabfall vorkommen können.
Die DE 15 91 680 A zeigt eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung des Einschaltstromes bei Transformatoren für Stromversorgungsgeräten der Nachrichtentechnik. Die DE 199 05 839 B4 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Begrenzung des Einschaltstromes einer Stromversorgungseinrichtung.
DE 43 09 484 C1 beschreibt, dass ein Kern eines leerlaufenden Leistungstransformators über eine Strombegrenzungsvorrichtung mit einer gegenüber der Leistungsaufnahme des Leistungstransformators im Lastbetrieb wesentlich kleineren Leistung in einem zeitlich vorbestimmten Ablauf mit einem im wesentlichen dem Leerlaufstrom des Leistungstransformators entsprechenden Vormagnetisierungsstrom in der Treiberwicklung vormagnetisierbar ist. Der Leistungstransformator ist mit einer Signalverzögerungsschaltung gegenüber der Vormagnetisierung zeitverzögert im Leerlauf durch eine Schalteinheit an das speisende Stromnetz phasenlagenunkritisch in den Lastbetrieb schaltbar, ohne dass Einschaltstromstöße auftreten.
DE 14 88 911 A offenbart einen Stromrichter mit einem Transformator, der über mindestens zwei Hauptthyristoren abwechseln gespeist wird, wobei parallel zu einem Hauptthyristor ein Widerstand liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sanfteinschalteigenschaften einer Sanfteinschaltvorrichtung und/oder das Sanfteinschalten eines elektrischen Bauelements zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale von Anspruch 1 vor. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß bei einer Sanfteinschaltvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Lösung der genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass zwischen dem Stromeingang und dem Einschalt-Stromausgang eine elektrische Schaltung angeordnet ist, die einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der stromrichtungsabhängig einstellbar ist, und dass Mittel zur Änderung des elektrischen Widerstandswerts zumindest in jedem Nulldurchgang einer Wechselspannung ausgebildet sind. Eine derartige Sanfteinschaltvorrichtung ist vorteilhaft, da mit ihr nicht bloß kurze, in der Zeit begrenzte Spannungszipfel zur Vormagnetisierung erzeugbar sind, sondern in der Zeit nicht begrenzte, allenfalls strombegrenzte Netzhalbwellen. Hierdurch kann der Einschaltvorgang signifikant verkürzt werden und es kann eine Voreinstellung der Anzahl und Breite der Spannungsabschnitte entfallen. Auch eine Lastabhängigkeit der Wirkung des Sanftseinschaltens kann vermieden werden. Mit der Erfindung kann somit auf vorteilhafte Weise auch ein Sanfteinschalten für den Fall ermöglicht werden, dass das einzuschaltende Bauelement durch einen Verbraucher oder einen Energiespeicher belastet ist. Es kann vorteilhaft sein, wenn mit den beschriebenen Mitteln der elektrische Widerstandswert auch zwischen den Nulldurchgängen änderbar und somit einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Sanfteinschaltvorrichtung kann auch dadurch charakterisiert werden, dass bei einer Sanfteinschaltvorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorgesehen ist, dass zwischen dem Stromeingang und dem Einschalt-Stromausgang eine elektrische Schaltung angeordnet ist, die einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der auf strombegrenzende Weise stromrichtungsabhängig einstellbar ist, und dass Mittel zur Änderung des elektrischen Widerstandswerts ausgebildet sind, wobei die Änderung auf strombegrenzende Weise bewirkbar ist. Erfindungsgemäß ist somit der elektrische Widerstandswert strombegrenzt oder hinsichtlich des Einschaltstroms strombegrenzend. Die erfindungsgemäße Sanfteinschaltvorrichtung kann auch dadurch charakterisiert werden, dass mit ihr strombegrenzte, insbesondere unipolare, Spannungszeitflächten erzeugbar sind.
Aufgrund der Tatsache, dass mit einer derartigen Schaltung der gesamte Spannungsverlauf einer Netzspannungshalbwelle genutzt werden kann, eignet sich eine solche Schaltung auf flexible Weise für alle Arten von energetisierbaren elektrischen Leistungsteilen, insbesondere zum Sanfteinschalten eines aufmagnetisierbaren Transformators und/oder eines energiespeichernden Kondensators, insbesondere eines Elektrolytkondensators. Ein elektrisches Leistungsteil ist insbesondere dann energetisierbar, wenn es in einen energetisch angeregten Zustand überführbar ist oder wenn es in einen im Vergleich zu einem Ausgangszustand anderen Energiezustand überführbar ist.
Die Flexibilität einer derartigen Sanfteinschaltvorrichtung wird auch dadurch erhöht, dass mit ihr der elektrische Widerstandswert für beide Stromrichtungen unterschiedlich und/oder gleich einstellbar ist.
Mit einer derartigen Sanfteinschaltvorrichtung ist das einzuschaltenden Leistungsteil in einen definierten Zustand überführbar, so dass bei Volleinschalten Einschaltstromspitzen verminderbar oder vermeidbar sind. Der definierte Zustand ist bei Transformatoren beispielsweise ein Magnetisierungszustand, bei Kondensatoren beispielsweise ein Ladezustand.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Synchronisationseinrichtung ausgebildet ist, mit der der elektrische Widerstandswert zumindest in den Nulldurchgängen der Wechselspannung änderbar ist. Es kann vorteilhaft sein, wenn der elektrische Widerstandswert auch außerhalb der Nulldurchgänge änderbar ist. Die Verwendung einer derartigen Synchronisationseinrichtung hat den Vorteil, dass mit ihr die speisende Netzspannung und die zum Sanfteinschalten verwendeten Einstellungen des elektrischen Widerstandswerts miteinander synchronisierbar sind, insbesondere zu den Zeitpunkten der Nulldurchgänge, die für die Qualität des Sanfteinschaltens von besonderer Bedeutung sind. Denn in den Nulldurchgängen sind Widerstandswerte sprunghaft änderbar, ohne dass sich dies in einer sprunghaften oder unstetigen Änderung der resultierenden Spannungs- und/oder Stromverläufe äußern würde. Deren Verlauf unterliegt lediglich einer stetigen Veränderung und bleibt somit stetig, oder kontinuierlich sprungstellenfrei.
Wenn mit einer derartigen Synchronisationseinrichtung die Nulldurchgänge detektierbar sind, ist die Synchronisationseinrichtung zugleich verwendbar zum gegenphasigen Volleinschalten des einzuschaltenden Leistungsteils in einem geeigneten Nulldurchgang. Dies stellt einen optimalen Einschaltzeitpunkt dar, wodurch die Einschaltstromstöße weiter verminderbar oder sogar vermeidbar sind und wodurch somit die Zeitdauer bis zum Volleinschalten verkürzbar sein kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Zuschaltvorrichtung eingerichtet ist, mit der ein Normalbetrieb-Stromausgang mit dem Stromeingang unabhängig von dem Einschalt-Stromausgang und zeitverzögert elektrisch verbindbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass mit einer Abschaltvorrichtung der Einschalt-Stromausgang von dem Stromeingang trennbar ist. Mit einer derartigen Zuschaltvorrichtung ist somit ein an den Normalbetrieb-Stromausgang angeschlossenes energetisierbares elektrisches Leistungsteil volleinschaltbar. Das Leistungsteil kann somit nach dem Einschaltvorgang in seinem eingeschalteten Betriebszustand betrieben werden. Eine Abschaltung oder Trennung des Einschalt-Stromausgangs kann vorteilhaft sein, wenn dieser Strompfad nach dem Einschaltvorgang seinen Zweck, ein Leistungsteil sanft einzuschalten, erfüllt hat. Die Verwendung einer Zuschaltvorrichtung der beschriebenen Art kann vorteilhaft sein, da sie das Betreiben eines an den Normalbetrieb-Stromausgang angeschlossenen Leistungsteils mit der Nennspannung erst nach Aktivierung zulässt, so dass Einschaltstromstöße verminderbar oder vermeidbar sind.
Ein neben dem Einschalt-Stromausgang separater Normalbetrieb-Stromausgang ist jedoch verzichtbar, beispielsweise wenn der elektrische Widerstandswert der zwischen dem Stromeingang und dem Einschalt-Stromausgang angeordneten elektrischen Schaltung so weit reduzierbar ist, dass ein an den Einschalt-Stromausgang angeschlossenes Leistungsteil mit der Nennspannung betrieben werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der nicht leitungsbedingte Widerstandswert auf null setzbar ist.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Normalbetrieb-Stromausgang mit dem Stromeingang zur Maximierung der Leitfähigkeit unmittelbar oder direkt verbindbar ist. Dies kann dadurch geschehen, dass zwischen dem Normalbetrieb-Stromausgang und dem Stromeingang kein die Leitfähigkeit begrenzendes Bauteil ausgebildet ist. In diesem Fall ist der resultierende elektrische Widerstandswert allein leitungsbedingt und somit sehr gering.
Um ein definiertes Sanfteinschalten zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, wenn die durch die Zuschaltvorrichtung bewirkte Zeitverzögerung durch ein spannungs- und/oder strom- und/oder zeitbezogenes Kriterium definiert ist. Beispielsweise kann das Kriterium aus einer Zeit und/oder einer Spannung und/oder einem charakteristischen Zeitpunkt eines Spannungsverlaufs und/oder einem definierten und/oder stationären oder annähernd stationären Zustand eines elektrischen Bauelements gebildet sein. Der Zustand kann beispielsweise ein Ladezustand eines Kondensators, beispielsweise des bereits genannten Kondensators, oder ein magnetischer Zustand eines Transformatorkerns eines Transformators, beispielsweise des bereits erwähnten Transformators, sein. Als charakteristischer Zeitpunkt eines Spannungsverlaufs kommt beispielsweise ein Zeitpunkt in Betracht, zu dem ein Spannungseinbruch beispielsweise an der Arbeitswicklung oder ein Stromanstieg in der Arbeitswicklung detektierbar ist oder detektiert wird.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mit einer Detektionseinheit ein eine Sättigung eines Transformators anzeigender primärseitiger Spannungseinbruch detektierbar ist und dass mit einer Erkennungseinheit Nulldurchgänge der Netzspannung und die Polaritäten der insbesondere am Stromeingang anliegenden Netzhalbwellen detektierbar sind und dass das Kriterium durch die kumulative Detektion der Detektionseinheit und der Erkennungseinheit gebildet ist. Mit der Detektionseinheit ist über den Spannungseinbruch beispielsweise eine Sättigung eines Transformatorkerns erkennbar. Sie stellt somit sicher, dass ein definierter Magnetisierungszustand des Transformatorkerns erreicht ist, bevor gegenphasig zur Sättigung volleingeschaltet wird. Die Detektionseinheit ist somit dem Grunde nach eine Sättigungserkennungseinheit. Den gleichen Zweck erfüllt somit auch eine Sättigungserkennungseinheit, die auf einem anderen Prinzip als oben beschrieben beruht. Die Erkennungseinheit stellt sicher, dass gegenphasig in der Nähe eines Nulldurchgangs der Wechselspannung volleingeschaltet wird. Dies stellt einen optimalen Zuschaltzeitpunkt dar, bei dem Einschaltstromstöße von Transformatoren besonders effektiv reduzierbar sind. Durch die Kombination der Detektionseinheit mit der Erkennungseinheit ist somit ein besonders sanftes Einschalten eines Transformators möglich.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zuschaltvorrichtung wenigstens einen Schalter, beispielsweise einen Schützschalter, und/oder wenigstens ein Relais aufweist. Der Schalter kann auch als Selbstschalter ausgebildet sein. Die Detektionseinheit zur Nulldurchgangserkennung kann hierbei in dem Selbstschalter integriert sein. Bevorzugt hat die Zuschaltvorrichtung für wenigstens zwei von drei vorhandenen Phasen einen separaten Schalter und/oder ein separates Relais.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Zuschaltvorrichtung und/oder der wenigstens eine Schalter und/oder das wenigstens eine Relais zur Nulldurchgangserkennung einen Bezugspunkt und zum Zuschalten einen Schaltpunkt hat, wobei zwischen dem Bezugspunkt und dem Schaltpunkt wenigstens eine Wicklung eines Transformators, beispielsweise des bereits erwähnten Transformators, angeordnet ist. Weist die Zuschaltvorrichtung bei Dreiphasen-Wechselstrom mehrere Schalter auf, so kann es zweckmäßig sein, wenn die jeweiligen Bezugspunkte auf einem Nullleiter liegen. Allerdings kann es auch zweckmäßig sein, wenn die jeweiligen Bezugspunkte an jeweils unterschiedlichen Phasen angeordnet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Zuschaltvorrichtung, beispielsweise die bereits erwähnte Zuschaltvorrichtung, zur Auswahl eines Zuschaltzeitpunkts derart eingerichtet ist, dass in Bezug auf einen erreichten energetisierten Zustand ein hoher Einschaltstrom vermeidbar ist. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Zuschaltvorrichtung zum in Bezug auf den erreichten energetisierten Zustand gegenphasigen Zuschalten des Normalbetrieb-Stromausgangs zum Zeitpunkt oder in zeitlicher Nähe eines Nulldurchgangs einer Netzhalbwelle eingerichtet ist. Durch das gegenphasige Zuschalten kann ermöglicht werden, dass von dem erreichten energetisierten Zustand in entgegengesetzter Richtung weggeführt wird.
Um die Anschließbarkeit an ein Stromnetz zu gewährleisten, kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung vorgesehen sein, dass an dem Stromeingang ein erstes Anschlussmittel zum Anschließen eines Anschlusses einer Spannungsquelle eingerichtet ist. Bei der Spannungsquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Wechselspannungsquelle, beispielsweise einer Einphasen- oder Dreiphasen-Wechselspannungsquelle.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass an einem Normalbetrieb-Stromausgang, beispielsweise dem bereits erwähnten Normalbetrieb-Stromausgang, und/oder an dem Einschalt-Stromausgang ein zweites Anschlussmittel zum Anschließen eines Anschlusses eines ersten elektrischen Bauelements eingerichtet ist. Das erste elektrische Bauelement kann beispielsweise ein energetisierbares elektrisches Leistungsteil und/oder eine ohmsche Last aufweisen. Das energetisierbare elektrische Leistungsteil umfasst vorzugsweise einen Transformator und/oder einen Kondensator, insbesondere einen Elektrolytkondensator. Ob das Anschlussmittel an dem Einschalt-Stromausgang oder an einem Normalbetrieb-Stromausgang vorgesehen ist, hängt von der spezifischen Anwendung ab. Soll beispielsweise ein Transformator sanft eingeschaltet werden, wobei die Sanfteinschaltvorrichtung einen Normalbetrieb-Stromausgang aufweist, so kann es zweckmäßig sein, wenn der Transformator an diesen Normalbetrieb-Stromausgang anschließbar ist. Indem ein derartiges Anschlussmittel vorgesehen ist, braucht die Sanfteinschaltvorrichtung nicht von vorneherein mit dem Transformator verbunden zu sein, sondern sie kann als separates Bauteil, beispielsweise mit eigenem Gehäuse, konstruiert werden, an das bei Ingebrauchstellung der Transformator oder ein anderes erstes elektrisches Bauelement angeschlossen wird. Aber auch dann, wenn die Sanfteinschaltvorrichtung sowohl einen Einschalt-Stromausgang als auch einen Normalbetrieb-Stromausgang aufweist, kann es genügen, wenn nur ein Anschlussmittel für beide Stromausgänge eingerichtet ist, beispielsweise, wenn beide Stromausgänge zusammengeführt werden. Es kann somit vorgesehen sein, dass das zweite Anschlussmittel mit dem Einschalt-Stromausgang und zusätzlich mit dem Normalbetrieb-Stromausgang verbunden ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass an dem Einschalt-Stromausgang ein drittes Anschlussmittel zum Anschließen eines Anschlusses eines zweiten elektrischen Bauelements eingerichtet ist. Bei dem zweiten elektrischen Bauelement kann es sich beispielsweise um einen Vorwiderstand oder eine Hilfswicklung eines Transformators, beispielsweise des bereits erwähnten Transformators, handeln. Die Verwendung eines Vorwiderstands kann zur Vormagnetisierung eines Transformators nützlich sein, da mit ihm durch die Erhöhung des Widerstands Einschaltstromstöße vermeidbar sind. Ein ähnliches Resultat kann mit einer im Vergleich zu einer Arbeitswicklung eines Transformators höherohmigen Hilfswicklung erzielt werden, die allerdings den zusätzlichen Vorteil hat, dass sie eine höhere Wärmeenergiebelastbarkeit aufweist als ein Vorwiderstand. Ein derartiges drittes Anschlussmittel kann beispielsweise nützlich sein, wenn zwischen dem Sanfteinschalten und dem Normalbetrieb Unterschiede bestehen in der der Sanfteinschaltvorrichtung nachgelagerten Anordnung. So kann beispielsweise zur Vormagnetisierung eine hochohmige Hilfswicklung sowohl eines belasteten als auch eines unbelasteten Transformators bestromt werden, während im Normalbetrieb eine niederohmige Arbeitswicklung direkt mit der Netzspannung bestromt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Schaltung wenigstens ein steuerbares Bauelement aufweist. Als steuerbares Bauelement kommt beispielsweise ein steuerbarer Widerstand oder ein Transistor in Betracht. Die Verwendung eines steuerbaren Bauelements hat den Vorteil, dass mit ihm ein elektrischer Widerstandswert, beispielsweise der bereits erwähnte Widerstandswert, einstellbar oder änderbar ist. Die Einstellung oder Änderung kann selbsttätig über einen Regelkreis erfolgen. Je nach Art des Bauelements ist hierbei zu bestimmten oder zu beliebigen Zeitpunkten, beispielsweise während der Nulldurchgänge einer Wechselspannung, der Widerstandswert änderbar. Je nach Art des Bauelements sind hierbei zwei oder mehrere definierte Einstellungen des Widerstandswerts möglich oder ein kontinuierliches Intervall von Widerstandswerten, vorzugsweise zwischen einem im Vergleich zu einem Widerstandswert eines vor oder hinter der Sanfteinschaltvorrichtung in Reihe geschalteten Widerstands vernachlässigbar geringen Widerstandswert und einem im Vergleich zu dem Widerstandswert des in Reihe geschalteten Widerstands sehr hohen Widerstandswert, der zumindest auch theoretisch unendlich groß sein kann. Ein Transistor ist beispielsweise über ein Gate ansteuerbar und erlaubt je nach Bauweise eine kontinuierliche Einstellbarkeit eines elektrischen Widerstandswerts. Mit einem steuerbaren Bauelement ist somit der Widerstandswert für unterschiedliche Stromrichtungen und somit für unterschiedlich gepolte Netzhalbwellen flexibel einstellbar und/oder änderbar. So kann es beispielsweise zum Sanfteinschalten eines Kondensators mit vorgeschaltetem Gleichrichter zweckmäßig sein, wenn der elektrische Widerstandswert für beide Stromrichtungen gleich einstellbar ist. Zum Sanfteinschalten eines Transformators kann es beispielsweise zweckmäßig sein, wenn der Widerstandswert in einer der beiden Netzhalbwellen unendlich hoch einstellbar ist. Zum Sanfteinschalten eines Transformators mit angeschlossenem Kondensator kann es beispielsweise auch zweckmäßig sein, wenn der Widerstandswert für beide Stromrichtungen unterschiedlich, jedoch endlich einstellbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die elektrische Schaltung wenigstens ein nicht steuerbares Bauelement aufweist. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung eine Diode aufweisen. Ein Vorteil bei der Verwendung von nicht steuerbaren Bauelementen besteht darin, dass die Sanfteinschaltvorrichtung einfacher und kostengünstiger realisierbar ist, da eine Ansteuereinheit verzichtbar ist. Eine Diode hat beispielsweise die Eigenschaft, dass sie in Durchlassrichtung einen nahezu verschwindenden Widerstandswert aufweist, während sie in Sperrrichtung einen nahezu unendlich hohen Widerstandswert aufweist. Dies führt dazu, dass der Widerstandswert der elektrischen Schaltung stromrichtungsabhängig einstellbar ist, wobei die positiven Halbwellen durch die Diode durchgeleitet werden, während die negativen Halbwellen die Diode nicht passieren können. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Magnetisierung eines Transformatorkerns in eine Richtung vormagnetisierbar, ohne dass zwischendurch eine Entmagnetisierung in eine entgegengesetzte Richtung bewirkt würde.
Da eine Diode in Durchlassrichtung einen nahezu verschwindenden Widerstandswert hat, kann es zweckmäßig sein, wenn bereits die elektrische Schaltung einen der Diode in Reihe geschalteten Widerstand aufweist. Dieser Widerstand kann als Schutzwiderstand ausgebildet sein, möglicherweise mit einer Funktion, die einen Vorwiderstand ganz oder teilweise ersetzt. Während bei einer Sanfteinschalttechnik, bei der Spannungszipfel aus den Netzhalbwellen ausgeschnitten werden, zusätzliche strombegrenzende Widerstände nicht erforderlich sind, kann es bei der hier beschriebenen Technik erforderlich werden, zusätzlich erzeugte Widerstandswerte vorzusehen, um während des Einschaltvorgangs Einschaltströme in ihrer Höhe zu begrenzen. Derartige zusätzliche Widerstandswerte sind erzeugbar durch Verwendung von Widerständen. Diese müssen nicht unbedingt Teil der Sanfteinschaltvorrichtung selbst sein, sondern können auch als Vorwiderstand hinter dieser Vorrichtung angeordnet sein. Derartige zusätzliche Widerstandswerte sind auch auf anderem Weg erzeugbar, beispielsweise mit einer Hilfswicklung auf dem zu magnetisierenden Transformatorkern.
Anstelle einer Diode kann im Übrigen auch ein zeitlich steuerbarer Halbleiter, wie z.B. ein Thyristor verwendet werden. Mit ihm ist die Funktion einer Diode, eine stromrichtungsabhängige Einstellung eines Widerstandswert zu erzielen, ebenfalls erreichbar. Ein Thyristor ist darüber hinaus auch in Verbindung mit einer Lasterkennung verwendbar, beispielsweise indem vorab nur kurze Spannungszeitflächen auf die Last gegeben werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sanfteinschaltvorrichtung, die wie oben beschrieben mindestens ein steuerbares Bauteil aufweist, kann vorgesehen sein, dass die elektrische Schaltung einen Brückengleichrichter aufweist, dessen Eingang mit dem Stromeingang und dem Einschalt-Stromausgang verbunden ist und an dessen Ausgang ein Transistor angeschlossen ist. Eine derartige Verwendung eines Brückengleichrichters bewirkt, dass der Transistor immer in der gleichen Stromrichtung betrieben wird, was aufgrund konstruktiver Besonderheiten bei Transistoren erforderlich sein kann. Bei dem Brückengleichrichter kann es sich beispielsweise um eine Graetz-Schaltung handeln. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Ausgang eines Brückengleichrichters mit einem Transistor kurzschließbar ist.
Erfindungsgemäß ist bei der Sanfteinschaltvorrichtung vorgesehen, dass die elektrische Schaltung einen Bypass-Widerstand und eine Diode aufweist, wobei der Bypass-Widerstand und die Diode parallelgeschaltet sind. Eine derartige Schaltung hat den Vorteil, dass die elektrische Schaltung in beiden Stromrichtungen jeweils einen endlichen Widerstandswert aufweist, während der Widerstandswert der Schaltung jedoch in Durchlassrichtung der Diode geringer ist als in Sperrrichtung der Diode. Eine derartige Sanfteinschaltvorrichtung eignet sich in besonderem Maß für das Sanfteinschalten eines Transformators, dem ein Kondensator nachgeschaltet ist. Der Transformatorkern magnetisiert hierbei in den positiven strombegrenzten Netzhalbwellen in größeren Schritten in eine positive Richtung, während er in den negativen strombegrenzten Netzhalbwellen in geringeren Schritten in eine negative Richtung magnetisiert, so dass der Transformatorkern nach jeweils einer Netzvollwelle schrittweise und sanft in die positive Sättigung fährt. Der mit einem Brückengleichrichter betriebene Kondensator kann trotz der Tatsache, dass die negativen strombegrenzten Netzhalbwellen eine geringere Amplitude aufweisen als die positiven strombegrenzten Netzhalbwellen, um bis zu einem Vielfachen effektiver aufgeladen werden als bei einer Verwendung einer bloßen Diode ohne Bypass-Widerstand. Dies kann insbesondere mit der Nichtlinearität der Hysterese des speisenden Transformators erklärt werden, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sanfteinschaltvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Sanfteinschaltvorrichtung eine Lasterkennungseinheit aufweist, mit der automatisch erkennbar ist, ob an dem Einschalt-Stromausgang oder an einem Normalbetrieb-Stromausgang, beispielsweise dem bereits erwähnten Normalbetrieb-Stromausgang, ein Kondensator und/oder ein Transformator und/oder eine ohmsche Last angeschlossen ist/sind. Mit einer solchen Sanfteinschaltvorrichtung ist somit eine automatische Lasterkennung möglich. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Nutzer der Sanfteinschaltvorrichtung keine manuellen Einstellungen vornehmen muss in Abhängigkeit davon, welches Leistungsteil und/oder welche ohmsche Last an die Sanfteinschaltvorrichtung angeschlossen werden soll. Zur automatischen Lasterkennung kann es vorteilhaft sein, wenn mit der Lasterkennungseinheit eine Reaktion eines an dem Einschalt-Stromausgang oder an dem Normalbetrieb-Stromausgang fließenden Stroms mithilfe von Spannungspulsen auswertbar ist. Eine Strommessung kann hierbei durch die Messung eines Spannungsabfalls über einem Messwiderstand erfolgen.
Von Vorteil kann auch sein, wenn alternativ oder zusätzlich eine Netzhalbwellenausfallerkennungseinheit und/oder eine Kurzschlusserkennungseinheit ausgebildet ist.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des auf eine elektronische Schaltanordnung gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird zur Lösung der genannten Aufgabe somit erfindungsgemäß bei einer elektronischen Schaltanordnung der eingangs als erstes beschriebenen Art vorgeschlagen, dass die elektronische Schaltanordnung eine Sanfteinschaltvorrichtung aufweist, die erfindungsgemäß, insbesondere wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der auf eine Sanfteinschaltvorrichtung gerichteten Schutzansprüche, ausgebildet ist, und dass die elektronische Schaltanordnung ein an einen Normalbetrieb-Stromausgang, beispielsweise den bereits erwähnten Normalbetrieb-Stromausgang, und/oder an den Einschalt-Stromausgang der Sanfteinschaltvorrichtung angeschlossenes elektrisches Bauelement, beispielsweise das erste elektrische Bauelement, aufweist. Dieses elektrische Bauelement weist beispielsweise ein energetisierbares elektrisches Leistungsteil und/oder eine ohmsche Last auf. Das Leistungsteil umfasst vorzugsweise einen Transformator und/oder einen Kondensator, insbesondere einen Elektrolytkondensator. Eine derartige elektronische Schaltanordnung hat den Vorteil, dass das sie aufweisende elektrische Bauelement sanft einschaltbar ist. Das Sanfteinschalten eines solchen elektrischen Bauelements wird somit verbessert. Stromspitzen, die beispielsweise beim Aufladen eines entleerten elektrischen Leistungsteils auftreten können, sind somit vermeidbar.
Um die Sanfteinschalteigenschaften weiter zu verbessern, kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektronischen Schaltanordnung alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass sie ein an den Einschalt-Stromausgang der Sanfteinschaltvorrichtung angeschlossenes weiteres elektrisches Bauelement aufweist, beispielsweise das bereits erwähnte zweite elektrische Bauelement. Bei diesem Bauelement kann es sich beispielsweise um einen Vorwiderstand oder um eine Hilfswicklung handeln. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die Hilfswicklung und die Arbeitswicklung eines oder des Transformators parallelgeschaltet sind und/oder wenn der Vorwiderstand der Arbeitswicklung vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des auf eine Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung gerichteten nebengeordneten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird zur Lösung der genannten Aufgabe somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in wenigstens zwei oder in genau zwei Phasen der Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung eine Sanfteinschaltvorrichtung angeordnet ist, wobei die Sanfteinschaltvorrichtung jeweils erfindungsgemäß, insbesondere wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der auf eine Sanfteinschaltvorrichtung gerichteten Schutzansprüche, ausgebildet ist. Mit einer solchen Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung kann ein elektrisches Bauelement sanft eingeschaltet werden, welches mit dreiphasigem Wechselstrom betrieben wird. Es kann sich beispielsweise aus Kostengründen als vorteilhaft erweisen, wenn nicht alle drei Phasen, sondern nur zwei der drei Phasen jeweils eine Sanfteinschaltvorrichtung aufweisen. Es werden somit die Sanfteinschalteigenschaften einer (Dreiphasen-)Sanfteinschaltvorrichtung verbessert.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des auf eine elektronische Schaltanordnung gerichteten nebengeordneten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird zur Lösung der genannten Aufgabe somit erfindungsgemäß bei einer elektronischen Schaltanordnung der eingangs als zweites beschriebenen Art vorgeschlagen, dass die elektronische Schaltanordnung eine Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung aufweist, die erfindungsgemäß, insbesondere wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der auf eine Sanfteinschaltvorrichtung gerichteten Schutzansprüche, ausgebildet ist, und dass an die Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung ein Dreiphasen-Transformator mit einem Transformatorkern angeschlossen ist, wobei durch die Form des Transformatorkerns eine mittlere Phase und zwei äußere Phasen vorgegeben sind und wobei die zwei äußeren Phasen die wenigstens zwei oder die genau zwei bereits erwähnten Phasen sind. Der Transformatorkern weist beispielsweise eine E-Form auf, vorzugsweise mit aufgesetztem Abschluss in Form eines I. Es hat sich herausgestellt, dass zur Vormagnetisierung eines Transformators zwei Phasen ausreichend sind. Die Vormagnetisierung kann dabei besonders effektiv und somit vorteilhaft sein, wenn eine Vormagnetisierung durch zwei äußere Phasen erfolgt. Das Sanfteinschalten eines Dreiphasen-Transformators wird somit verbessert.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird vorgeschlagen, dass eine (Dreiphasen-)Sanfteinschaltvorrichtung, die erfindungsgemäß, insbesondere wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der auf eine (Dreiphasen-)Sanfteinschaltvorrichtung gerichteten Schutzansprüche, ausgebildet ist, zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils verwendet wird. Beispielsweise soll mit einer derartigen Vorrichtung ein Transformator und/oder ein Kondensator sanft eingeschaltet werden.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Einstellung des stromrichtungsabhängigen elektrischen Widerstandswerts in Abhängigkeit von einem Parameter erfolgt, der eine Eigenschaft und/oder einen Zustand des energetisierbaren elektrischen Leistungsteils charakterisiert. Bei der Eigenschaft kann es sich beispielsweise um eine Induktivität oder um eine Kapazität handeln, bei dem Zustand beispielsweise um einen Magnetisierungszustand oder um einen Ladezustand.
Wird die (Dreiphasen-)Sanfteinschaltvorrichtung zum Sanfteinschalten eines Transformators mit einer Arbeitswicklung und einem Transformatorkern verwendet, so kann vorgesehen sein, dass mit einer oder der Zuschaltvorrichtung nach einem Zeitraum von mehreren Netzhalbwellen eine an dem Stromeingang angeschlossene Spannungsquelle mit der Arbeitswicklung des an dem Einschalt-Stromausgang oder an einem, beispielsweise dem bereits erwähnten, Normalbetrieb-Stromausgang angeschlossenen Transformators verbunden wird, wobei während dieses Zeitraums der elektrische Widerstandswert stromrichtungsabhängig unterschiedlich eingestellt wird und wobei während dieses Zeitraums eine Kontinuität eines Spannungsverlaufs am Spannungseingang an den ersten Stromausgang weitergegeben wird.
Wird die (Dreiphasen-)Sanfteinschaltvorrichtung zum Sanfteinschalten eines Kondensators verwendet, so kann vorgesehen sein, dass mit einer oder der Zuschaltvorrichtung nach einem Zeitraum von mehreren Netzhalbwellen eine an dem Stromeingang angeschlossene Spannungsquelle mit dem an dem Einschalt-Stromausgang oder an einem oder dem Normalbetrieb-Stromausgang angeschlossenen Kondensator verbunden wird und dass zu mindestens einem Zeitpunkt während dieses Zeitraums die stromrichtungsabhängigen elektrischen Widerstandswerte verringert werden. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die Widerstandswerte für beide Stromrichtungen gleich eingestellt werden.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des auf ein Verfahren zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils gerichteten nebengeordneten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird zur Lösung der genannten Aufgabe somit erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass während des Sanfteinschaltens ein elektrischer Widerstandswert, beispielsweise der bereits erwähnte elektrische Widerstandswert, zumindest in jedem Nulldurchgang einer Wechselspannung, beispielsweise der bereits erwähnten Wechselspannung, eingestellt oder geändert wird, so dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil im Verlauf von aufeinander folgenden Netzvollwellen auf den definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden Zustand hingeführt wird. Der einen Einschaltstromstoß vermindernde Zustand kann insbesondere ein einen Einschaltstromstoß vermeidender Zustand sein. Die Einstellung oder Änderung in den Nulldurchgängen hat den Vorteil, dass hierdurch der vom Stromnetz herrührende differenzierbare und stetige Spannungs- und/oder Stromverlauf trotz möglicherweise plötzlicher Änderung oder Einstellung des Widerstandswerts stetig bleiben kann und somit keine plötzlichen Sprünge aufweisen muss. Dies erhöht die Kontrollierbarkeit des Sanfteinschaltprozesses, wodurch das Sanfteinschalten des einzuschaltenden elektrischen Bauelements verbessert wird.
Mit einem derartigen Verfahren können bei der Beaufschlagung des sanft einzuschaltenden Leistungsteils mit der Betriebsspannung aufgrund seines bereits erreichten Zustands Einschaltstromstöße oberhalb einer definierten Stärke vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dadurch charakterisiert werden, dass bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art während des Sanfteinschaltens ein elektrischer Widerstandswert, beispielsweise der bereits erwähnte elektrische Widerstandswert, in strombegrenzender Weise eingestellt oder geändert wird. Dies kann auf eine Art erfolgen, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil im Verlauf von aufeinander folgenden Netzvollwellen auf einen definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden Zustand, beispielsweise den bereits erwähnten Zustand, hingeführt wird. Es kann auch gesagt werden, dass zum erfindungsgemäßen Sanfteinschalten die Energetisierung des energetisierbaren elektrischen Leistungsteils durch strombegrenzte, insbesondere unipolare, Spannungszeitflächen erfolgt.
Eine besonders effektive Stromstoßverminderung kann erreicht werden, wenn die Beaufschlagung mit der Betriebsspannung erst zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem der Zustand des Leistungsteils stationär oder zumindest annähernd stationär ist und/oder bei dem der maximal mögliche Einschaltstromstoß unterhalb einer definierten, die Belastbarkeit des Leistungsteils nicht überschreitenden Stromstärke bleibt. Für den Fall, dass ein Transformator sanft eingeschaltet werden soll kann der annähernd stationäre Zustand auch dadurch charakterisiert werden, dass er sättigungsnah ist.
Bevorzugt wird über einen Zeitraum von 6 bis 20 Netzhalbwellen sanft eingeschaltet. Der optimale sichere Zuschaltzeitpunkt hängt von vielen Parametern ab wie der Art des einzuschaltenden Leistungsteils, dessen Beladung oder die Ausstattung der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung. Bei Vorhandensein einer Einheit, die eine Sättigung beispielsweise eines Transformatorkerns durch Messen eines primärseitigen Spannungseinbruchs anzeigt, ist ein Zeitraum von 6 Netzhalbwellen in aller Regel einfach und sicher zu erreichen. Die bislang durchgeführten Messungen haben allerdings gezeigt, dass unter guten Bedingungen auch deutlich kürzere Einschaltzeiten als 6 Netzhalbwellen möglich sind, wie beispielsweise 2 oder 3 Netzhalbwellen. Insbesondere die Messergebnisse, die auch in dieser Beschreibung weiter unten beschrieben sind, unterstreichen, dass derart kurze Einschaltzeiten durch die hier vorgeschlagene Erfindung möglich sind.
Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass eine Sanfteinschaltvorrichtung oder eine Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung verwendet wird und/oder dass eine elektronische Schaltanordnung verwendet wird, wobei diese Vorrichtungen und/oder diese Anordnung erfindungsgemäß, insbesondere wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der auf eine Sanfteinschaltvorrichtung, eine Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung oder auf eine elektronische Schaltanordnung gerichteten Schutzansprüche, ausgebildet sind. Die Vorrichtungsmerkmale derartiger Ausgestaltungen eignen sich besonders gut, das beschriebene Verfahren zu bewirken. So kann beispielsweise mit dem bereits erwähnten Transistor der elektrische Widerstandswert zumindest in den Nulldurchgängen der Wechselspannung eingestellt oder geändert werden, so dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil im Verlauf von aufeinander folgenden Netzvollwellen auf den definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden Zustand hingeführt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil einen Transformator und/oder einen Kondensator umfasst. Bei dem Kondensator kann es sich beispielsweise um einen Elektrolytkondensator handeln. Bei diesen Leistungsteilen ist das Verfahren besonders vorteilhaft, da sich bei ihnen das Problem der Einschaltstromstöße in besonderen Maß stellt. Bei einem Transformator wird die Energetisierung dadurch erreicht, dass ein Transformatorkern magnetisiert wird. Bei einem Kondensator wird durch die Aufladung von stromleitenden Flächen ein elektrisches Feld aufgebaut, welches einen energetisierbaren Energiespeicher darstellt. Durch das Aufladen ist somit ein Kondensator energetisierbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstandswert zwischen den Nulldurchgängen der Wechselspannung konstant bleibt. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, dass ausschließlich in den Nulldurchgängen eine Änderung des Widerstandswerts erfolgt. Ein derartiges Verfahren kann effektiv, einfach realisierbar und von hoher Stabilität geprägt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der elektrische Widerstandswert zwischen den Nulldurchgängen der Wechselspannung in der Zeit stetig verändert wird. Der Begriff der Stetigkeit ist aus der Mathematik bekannt und bedeutet im Wesentlichen, dass keine plötzlichen Änderungen eines Wertes auftreten. Allerdings wird der Begriff hier nicht im mathematisch scharfen Sinn verwendet, da jeder makroskopische physikalische Vorgang auf einer genügend kurzen Zeitskala immer als kontinuierlich erscheint. Die Art der Veränderung eines physikalischen Wertes ist somit immer in Bezug auf die vorliegende Zeitskala zu betrachten, die im vorliegenden Fall durch die Dauer einer Netzhalbwelle oder durch die Dauer des Einschaltvorgangs definierbar ist. Eine nichtstetige Änderung wäre somit eine solche, bei der eine schlagartige Änderung erfolgt, die beispielsweise durch die Betätigung eines Schalters oder durch den Phasenanschnitt mittels eines Thyristors außerhalb der Nulldurchgänge erfolgen würde. Eine stetige Veränderung ist hingegen eine solche, die zwar zu einer allmählichen Änderung des Widerstandswerts über die Dauer eines Zeitintervalls führen kann, die jedoch nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt schlagartig erfolgt. Eine stetige Änderung des Widerstandswerts zwischen den Nulldurchgängen kann somit dazu führen, dass keine widerstandswertsprünge zwischen den Nulldurchgängen auftreten. Eine derartige stetige Veränderung des Widerstandswertes auch zwischen den Nulldurchgängen kann die Flexibilität des Verfahrens erhöhen, ohne dass dessen Stabilität negativ beeinflusst werden müsste. Ein derartiges Verfahren kann somit vorteilhaft sein.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von strombegrenzten Netzhalbwellen zum Energetisieren des energetisierbaren elektrischen Leistungsteils kann der Widerstandswert zwischen den Nulldurchgängen stetig oder unstetig verändert werden. Eine unstetige Veränderung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Widerstandswert sprunghaft von einem ersten endlichen widerstandswert zu einem zweiten endlichen widerstandswert geändert wird. Es kann vorteilhaft sein, wenn eine erfindungsgemäße Sanfteinschaltvorrichtung eingerichtet ist, derartige Änderungen des Widerstandswertes zu bewirken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Wechselspannung oder in der Nähe eines Nulldurchgangs der wechselspannung mit der Betriebsspannung beaufschlagt wird, wobei dieser Nulldurchgang den Beginn derjenigen Netzhalbwelle bildet, die von dem definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden, hingeführten Zustand des energetisierbaren elektrischen Leistungsteils in entgegengesetzter Richtung wegführt. Die Beaufschlagung mit der Betriebsspannung in der Nähe eines Nulldurchgangs kann beispielsweise höchstens 2ms oder 1ms vor oder nach diesem Nulldurchgang oder bei diesem Nulldurchgang erfolgen. Wenn des Leistungsteil von einem Dreiphasen-Stromnetz betrieben wird, kann es vorteilhaft sein, wenn die Phasen des Leistungsteils jeweils getrennt voneinander bei oder in der Nähe eines Nulldurchgangs, der einer vom hingeführten Zustand in entgegengesetzter Richtung wegführenden Netzhalbwelle vorangeht, zugeschaltet werden. Dies kann beispielsweise mittels Relais und/oder Schalter erfolgen. Ein solches Verfahren ist besonders vorteilhaft, da ein Volleinschalten des Leistungsteils zu einem der beschriebenen Zeitpunkte zu besonders niedrigen Einschaltstromstößen führen kann. Während des Zeitraums eines Nulldurchgangs ist die stromtreibende Spannung verschwindend gering. Das gegenphasige Einschalten kann garantieren, dass der vorgesättigte Zustand nicht weiter in die Sättigung getrieben wird, wodurch möglicherweise sehr hohe Stromstöße auftreten könnten, sondern dass von diesem Zustand weggeführt wird.
Ein für das Zuschalten relevanter Nulldurchgang kann im übrigen bei bestimmten Anwendungen auch dadurch charakterisiert werden, dass er den Beginn derjenigen Halbwelle bildet, bei der eine Stromrichtung gegenüber einer zweiten Stromrichtung eine höherohmige Stromrichtung, insbesondere die Sperrrichtung einer Diode, beispielsweise der bereits erwähnten Diode, ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens von möglicherweise eigenständiger erfinderischer Qualität kann vorgesehen sein, das energetisierbare elektrische Leistungsteil einen Transformator umfasst, dass der Zustand ein Magnetisierungszustand ist und dass der Widerstandswert so eingestellt wird, dass sich eine Magnetisierung eines Transformatorkerns des Transformators, beispielsweise der bereits erwähnte Transformatorkern, von Netzvollwelle zu Netzvollwelle erhöht. Die Erhöhung erfolgt hierbei vorzugsweise konstant. Bevorzugt wird der Widerstandswert während der negativen Netzhalbwellen höher eingestellt als während der positiven Netzhalbwellen. Bevorzugt ist der eingestellte Widerstandswert nach oben und/oder nach unten begrenzt. Durch die unterschiedliche Einstellung des Widerstandswerts während unterschiedlich gepolter Netzhalbwellen kann erreicht werden, dass der Transformatorkern über einen Zeitraum von mehreren Netzvollwellen schrittweise in eine bestimmte Richtung in eine leichte Sättigung gebracht wird. Dies kann auf effektive Weise erzielt werden, wenn der widerstandswert während der negativen Netzhalbwellen beispielweise unendlich hoch eingestellt wird und während der positiven Netzhalbwellen so hoch, dass die primärseitige Stromstärke die Belastbarkeit des Transformators nicht übersteigt. Ist zusätzlich ein Kondensator aufzuladen, so kann es beispielsweise zweckmäßig sein, den Widerstandswert während der negativen Netzhalbwellen auf ein Mehrfaches des Widerstandswerts während der positiven Netzhalbwellen oder auf einen geringeren Wert zu beschränken, um eine effektivere Aufladung des gleichgerichteten Kondensators zu erreichen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil einen Kondensator umfasst, dass der Zustand ein Ladezustand ist und dass der Widerstandswert so eingestellt wird, dass sich eine Ladung des Kondensators von einer Netzhalbwelle zur nächsten Netzhalbwelle und/oder von einer Netzvollwelle zur nächsten Netzvollwelle erhöht. Bei dem Kondensator kann es sich beispielsweise um einen Elektrolytkondensator handeln. Auch in diesem Fall kann eine konstante Erhöhung der Ladung vorteilhaft sein. Bevorzugt wird der Widerstandswert für die positiven und die negativen Netzhalbwellen gleich eingestellt. Dies kann zu einer besonders effektiven Aufladung führen, da sowohl die positiven als auch die negativen Netzhalbwellen zu gleichen Teilen zur Aufladung genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich wird der Widerstandswert von einer Netzvollwelle zur nächsten Netzvollwelle und/oder von einer Netzhalbwelle zur nächsten Netzhalbwelle erniedrigt oder er bleibt gleich. Alternativ oder zusätzlich wird der Widerstandswert schrittweise oder kontinuierlich verringert. Der Widestandswert ist somit mit zunehmender Ladung des Kondensators verringerbar. Dies kann insbesondere gezielt, beispielsweise durch Messung des Ladezustands, erfolgen. Ohne Verringerung oder Erniedrigung des Widerstandswerts würde sich die Geschwindigkeit der Aufladung des sich allmählich aufladendenden Kondensators im Regelfall verringern. Es kann daher zweckmäßig sein, den Widerstandswert zu verringern oder zu erniedrigen, um der Verringerung der Aufladegeschwindigkeit entgegenzuwirken. Optimal kann es sein, wenn der widerstandswert in der Weise verringert oder erniedrigt wird, dass die eingebrachte Ladung je Netzvollwelle konstant bleibt, insbesondere wobei die auftretenden Stromstärken die Belastbarkeitsgrenze der Anordnung nicht übersteigen.
Die Erfindung wird nun anhand einiger weniger Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese wenigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Schutzumfang wird durch die Ansprüche bestimmt.
Es zeigt:

1 eine elektronische Schaltanordnung mit einem sanft einzuschaltenden Transformator und einer Sanfteinschaltvorrichtung, die eine Diode aufweist,
2 eine elektronische Schaltanordnung mit einer Sanfteinschaltvorrichtung, die eine mit einem Bypass-Widerstand überbrückte Diode aufweist,
3 eine Sanfteinschaltvorrichtung, die im Vergleich zu 2 zusätzlich ein steuerbares Bauelement aufweist,
4 eine elektronische Schaltanordnung mit einer Sanfteinschaltvorrichtung, die einen Transistor mit vorgeschaltetem Brückengleichrichter aufweist, und mit einem eine Hilfswicklung aufweisenden Transformator,
5 eine elektronische Schaltanordnung mit einem sanft einzuschaltenden Kondensator und einer Sanfteinschaltvorrichtung,
6 eine elektronische Schaltanordnung mit einer Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung und einem Dreiphasen-Transformator, der mithilfe von Vorwiderständen und Dioden unipolar vormagnetisiert wird,
7 eine elektronische Schaltanordnung mit einer Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung und einem Dreiphasen-Transformator, der mithilfe von Hilfswicklungen und Dioden unipolar vormagnetisiert wird,
8 Hysteresekurven eines Transformatorkerns während der Vormagnetisierung und während des Normalbetriebs mit reduzierter und mit voller Spannung,
9 das Einschaltverhalten eines belasteten Transformators unter Verwendung einer elektronischen Schaltanordnung gemäß 1,
10 das Einschaltverhalten unter Verwendung einer elektronischen Schaltanordnung gemäß 1, wobei jedoch ein Kondensator an den Transformator angeschlossen ist,
11 das Einschaltverhalten unter Verwendung einer elektronischen Schaltanordnung gemäß 2, bei der ein Bypass-Widerstand vorgesehen ist,
12 das Einschaltverhalten unter Verwendung einer Schaltanordnung ähnlich der in 7 gezeigten, wobei der Transformator nicht belastet wurde,
13 das Einschaltverhalten unter Verwendung einer elektronischen Schaltanordnung ähnlich der in 7 gezeigten, jedoch unter Belastung des Transformators.

Bei der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung erhalten in ihrer Funktion übereinstimmende Elemente auch bei abweichender Gestaltung oder Formgebung übereinstimmende Bezugszahlen.
1 zeigt eine elektronische Schaltanordnung 100 mit einem sanft einzuschaltenden Transformator 21 und einer Sanfteinschaltvorrichtung 1, die eine Diode 42 aufweist.
Die Sanfteinschaltvorrichtung 1 hat einen Stromeingang 2, einen Normalbetrieb-Stromausgang 3 und einen Einschalt-Stromausgang 4. Des weiteren ist ein Referenz-Stromeingang 5 vorgesehen, der über ein Anschlussmittel 15 verfügt. Der Stromeingang 2 ist über ein erstes Anschlussmittel 12 mit einem Anschluss 17 einer Wechselspannungsquelle verbunden. Die Zuleitung ist hierbei durch eine Sicherung 19 gegen hohe Ströme gesichert.
An dem Normalbetrieb-Stromausgang 3 der Sanfteinschaltvorrichtung 1 ist ein erstes elektrisches Bauelement 25 angeschlossen, welches einen Transformator 21, welcher ein energetisierbares elektrisches Leistungsteil 20 darstellt, und eine an dem Transformator 21 angeschlossene Last 26 umfasst. An dem Einschalt-Stromausgang 4 der Sanfteinschaltvorrichtung 1 ist ein zweites elektrisches Bauelement 27, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Vorwiderstand 28, angeschlossen. Zum Anschließen der Bauelemente 25, 27 sind ein zweites Anschlussmittel 13 und ein drittes Anschlussmittel 14 an der Sanfteinschaltvorrichtung 1 eingerichtet. Mit dem zweiten Anschlussmittel 13 ist nur ein Anschluss der Arbeitswicklung 23 des Transformators 21 anschließbar. Der zweite Anschluss der Arbeitswicklung 23 ist über den Anschluss 16 mit dem Nullleiter des Stromnetzes verbunden. Auch diese Leitung ist durch eine Sicherung 18 gegen hohe Ströme gesichert.
Zwischen dem Einschalt-Stromausgang 4 und dem Stromeingang 2 ist eine elektrische Schaltung 50 angeordnet. Die elektrische Schaltung 50 weist eine Diode 42 und einen mit der Diode 42 in Reihe geschalteten Widerstand 51 auf. Die Diode 42 leitet positive Netzhalbwellen der Wechselspannung in Durchlassrichtung mit sehr geringem Widerstandswert durch, wohingegen sie negative Netzhalbwellen der Wechselspannung in Sperrrichtung mit sehr hohem Widerstandswert nicht durchleitet. Der widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 ist somit in einer Stromrichtung nahezu unendlich hoch, während er in der anderen Stromrichtung im Wesentlichen durch den Widerstandswert des Widerstands 51 gegeben ist. Die elektrische Schaltung 50 weist somit einen elektrischen Widerstandswert auf, der stromrichtungsabhängig einstellbar ist. Aufgrund der Eigenschaften der Diode 42 ändert sich der Widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 in jedem Nulldurchgang der Wechselspannung. Die Diode 42 ist somit ein Mittel 40, mit dem ein elektrischer Widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 in jedem Nulldurchgang der Wechselspannung änderbar ist. Die Änderung des Widerstandswerts erfolgt hierbei ohne aktive Steuerung. Die Diode 42 ist in der Tat ein nicht steuerbares Bauelement 41.
Am Normalbetrieb-Stromausgang 3 ist während der Vormagnetisierung nur dann eine erhebliche Teilspannung messbar (s. auch die Messkurven in 9 und 10), solange die Magnetisierung im Transformatorkern 22 noch nicht am positiven Umkehrpunkt der Hysteresekurve angekommen ist (vgl. auch Bezugsziffer 107 in 8). Ist dies erfolgt, ist die Spannungsamplitude und deren Verlauf wesentlich kleiner, wobei der Verlauf der induzierten Spannung durch den Verlauf auf der Hysteresekurve zwischen den Punkten mit den Bezugsziffern 102 und 107 in 8, beziehungsweise bei Last 26 entsprechend zwischen den entsprechenden tieferen Punkten, bestimmt ist.
Die Sanfteinschaltvorrichtung 1 hat eine Zuschaltvorrichtung 60, mit der der Normalbetrieb-Stromausgang 3 mit dem Stromeingang 2 unabhängig von dem Einschalt-Stromausgang 3 und zeitverzögert elektrisch verbindbar ist. Die Zuschaltvorrichtung 60 hat eine Steuereinheit 70 und einen Schalter 61, der durch ein Signal der Steuereinheit 70 betätigbar ist. Die Steuereinheit 70 hat in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Detektionseinheit 71, mit der ein Spannungseinbruch an der Arbeitswicklung 23 des Transformators 21 detektierbar ist, indem die Potentialdifferenz zwischen dem Referenz-Stromeingang 5 und dem Normalbetrieb-Stromausgang 3 gemessen wird. Die Steuereinheit 70 hat auch eine Erkennungseinheit 72, mit der durch einen Potentialvergleich zwischen dem Referenz-Stromeingang 5 und dem Stromeingang 2 Nulldurchgänge der Wechselspannung erkennbar sind. Mit der Erkennungseinheit 72 ist ebenfalls die Polarität der Wechselspannung ermittelbar. Nach der Detektion eines Spannungseinbruchs mittels der Detektionseinheit 71, welcher eine Sättigung des Transformatorkerns 22 des Transformators 21 anzeigt, sendet die Steuereinheit 70 ein Betätigungssignal an den Schalter 61, sobald die Erkennungseinheit 72 anzeigt, dass ein Nulldurchgang erreicht ist, dem eine Netzhalbwelle in Sperrrichtung der Diode 42 folgt. Der Schalter 61 wird betätigt, so dass die Arbeitswicklung 23 des Transformators 21 mit der vollen Netzspannung betrieben wird. Mit der Steuereinheit 70 wird somit in einem Nulldurchgang gegenphasig volleingeschaltet. Das Zuschalten der Arbeitswicklung 23 geschieht somit zeitverzögert. Die Zeitverzögerung ist hierbei somit im Wesentlichen durch ein spannungsbezogenes Kriterium definiert. Das Einschaltverhalten einer zu 1 ähnlichen elektronischen Schaltanordnung 100 ist in 9 und in 10 illustriert. Details hierzu sind weiter unten beschrieben.
2 zeigt eine im Verlgeich zu 1 modifizierte elektronische Schaltanordnung 100.
Die in 2 gezeigte elektronische Schaltanordnung 100 unterscheidet sich in zweifacher Hinsicht von der in 1 gezeigten elektronischen Schaltanordnug 100. Zum einen ist die Steuereinheit 70 auch mit einer Netzhalbwellenausfallerkennungseinheit 73 ausgerüstet. Außerdem weist die elektrische Schaltung 50 zusätzlich einen Bypass-Widerstand 43 auf, der mit der Diode 42 parallelgeschaltet ist. Aufgrund des Bypass-Widerstands 43 ist der elektrische Widerstandswert der negativen Netzhalbwellen nicht nahezu unendlich wie in 1, sondern weist im Wesentlichen die Summe der Widerstandswerte des Bypass-Widerstands 43 und des Widerstands 51 auf. Hierdurch werden die negativen Netzhalbwellen durch die Sanfteinschaltvorrichtung 1 nicht vollständig geblockt; sie werden hingegen mit reduzierter Stromstärke durchgeleitet.
Die in 2 gezeigte Sanfteinschaltvorrichtung 1 ist besonders gut für ein alternatives Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltanordnung 100 geeignet, bei der die ohmschen Last 26 durch einen gleichgerichteten Kondensator 30 ersetzt ist.
In 3 ist eine Sanfteinschaltvorrichtung 1 dargestellt, die sich in zwei wesentlichen Aspekten von der in 2 gezeigten Sanfteinschaltvorrichtung 1 unterscheidet. Erstens ist hinter der Diode 42 ein Transistor 44 angeordnet. Es kann sich bei dem Transistor 44 beispielsweise um einen Feldeffekttransistor handeln. Der Transistor 44 kann auch als steuerbarer Widerstand angesehen werden. Die elektrische Schaltung 50 weist somit auch ein steuerbares Bauelement 45 auf, mit dem der elektrische Widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 in Durchlassrichtung der Diode 42 und in den Nulldurchgängen der Wechselspannung einstellbar oder änderbar ist. Der zweite Aspekt betrifft die Einstellbarkeit des Widerstandswerts des Transistors 44. Die Einstellung des Widerstandswerts des Transistors 44 erfolgt über die Steuereinheit 70, die hierfür über eine Synchronisationseinrichtung 74 verfügt. Die Synchronisationseinrichtung 74 ist hierbei entweder selbstständig oder durch Kommunikation mit der Erkennungseinheit 72 dazu in der Lage, die Nulldurchgänge der Wechselspannung zu detektieren. Darüber hinaus ist mit ihr die Gatespannung des Transistors 44 zu jedem beliebigen Zeitpunkt einstellbar. Die Gatespannung des Transistors 44 kann somit insbesondere mit den Nulldurchgängen der Wechselspannung synchronisiert werden. Mit der Synchronisationseinrichtung 74 ist somit insbesondere in den Nulldurchgängen der Wechselspannung die Gatespannung des Transistors 44 einstellbar und somit auch änderbar. Mit der Synchronisationseinrichtung 74 ist somit insbesondere der elektrische Widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 in den Nulldurchgängen der Wechselspannung änderbar. Dies gilt für die in 3 gezeigte elektrische Schaltung 50 jedenfalls für den Widerstandswert der positiven Netzhalbwellen, die in diesem Beispiel der Durchlassrichtung der Diode 42 entsprechen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist mit der Synchronisationseinrichtung 74 auch der Widerstandswert der negativen Netzhalbwellen änderbar.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. 4 zeigt eine im Vergleich 1 modifizierte elektronische Schaltanordnung 100.
Anstelle eines Vorwiderstands 28 ist an dem Einschalt-Stromausgang 4 eine Hilfswicklung 24 des Transformators 21 angeschlossen. Die Hilfswicklung 24 wirkt ähnlich wie ein Vorwiderstand 28, da sie höherohmiger ist als die Arbeitswicklung 23 des Transformators 21. Die Hilfswicklung 24 kann zweckmäßigerweise zusammen mit der Arbeitswicklung 23 auf den Transformatorkern 22 gewickelt werden. Da die Hilfswicklung 24 wegen der Hochohmigkeit erheblich dünner gewählt werden kann als die Arbeitswicklung 23, haben die einzelnen Windungen der Hilfswicklung 24 Platz zwischen den Löchern, die bei der Aufwicklung der Arbeitswicklung 23 auftreten. Die Hilfswicklung 24 erfüllt somit ohne Platzverluste denselben Zweck wie ein Vorwiderstand 28, allerdings bei erhöhter Thermosicherheit, was auch dadurch erklärbar ist, dass die ohmsche Energie über einen größeren Raum abgegeben wird als bei einem Widerstands-Bauteil.
Die elektrische Schaltung 50 der Sanfteinschaltvorrichtung 1 weist anstelle der nicht steuerbaren Diode 42 einen steuerbaren Transistor 47 auf. Da der in 4 verbaute Transistor 47 nur in einer Richtung stromleitbar ist, ist er an einen Ausgang eines Brückengleichrichters 46 angeschlossen, dessen Eingang mit dem Stromeingang 2 und dem Einschalt-Stromausgang 4 verbunden ist. Die Gatespannung des Transistors 47 ist über die Synchronisationseinrichtung 74 steuerbar. Da der Transistor 47 im Gegensatz zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht mit einer Diode 42 in Reihe geschaltet ist, ist mit der Synchronisationseinrichtung 74 die Gatespannung des Transistors 47 und somit der elektrische Widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 in bestimmten oder in jedem Nulldurchgang der Wechselspannung änderbar. Auch in den Zeitintervallen zwischen den Nulldurchgängen ist der elektrische Widerstandswert der elektrischen Schaltung 50 änderbar.
Die Sanfteinschaltvorrichtung 1 weist darüber hinaus eine Spannungszeitflächenauswerteeinheit 75 auf, mit der die an der Arbeitswicklung 23 abfallende Spannungszeitfläche je Halbwelle messbar ist und mit der bei Erreichen eines eine ausreichende Magnetisierung sicherstellenden Wertes ein Steuersignal erzeugbar ist, wodurch der Schalter 61 betätigbar ist, wobei dieser Wert insbesondere dadurch bestimmbar ist oder bestimmt wird, dass sich die Spannungszeitflächen der Halbwellen nicht mehr ändern (vergleiche auch die Spannungsverläufe in den Messkurven in 9 und 10). Dies kann möglicherweise erfolgen, bevor die anderen Auswertungsroutinen der anderen Einheiten der Steuereinheit 70 zu einer Betätigung des Schalters 61 führen. Ferner weist die Sanfteinschaltvorrichtung eine Leuchtdiode 77 auf, die dem Nutzer bestimmte Zustandsänderungen anzeigt, wie beispielsweise den Zeitpunkt, zu dem der Einschaltvorgang begonnen wird oder abgeschlossen ist. Der Beginn des Einschaltvorgangs kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass über den Steuereingang 11 ein Einschaltsignal an die Sanfteinschaltvorrichtung 1 gesendet wird. Vor Senden dieses Signals liegt keine Gatespannung am Transistor 47 an, so dass kein Strom durch die Sanfteinschaltvorrichtung 1 fließen kann.
5 zeigt eine elektronische Schaltanordnung 100 mit einer Sanfteinschaltvorrichtung 1, die sich von der in 4 gezeigten Sanfteinschaltvorrichtung 1 dadurch unterscheidet, dass sie neben dem Widerstand 51 den Vorwiderstand 28 integriert hat, der in 1 beispielsweise außerhalb der Sanfteinschaltvorrichtung 1 angeordnet ist.
An dem Normalbetrieb-Stromausgang 3 ist kein Transformator 21 angeschlossen, sondern ein Kondensator 30, der über einen Gleichrichter 29 aus gleichgerichteten Netzhalbwellen gespeist wird und somit sanft aufgeladen wird.
Während 1 bis 5 Vorrichtungen und Anordnungen für eine einphasige Wechselspannung zeigen, zeigen 6 und 7 Anordnungen für eine Dreiphasen-Wechselspannung mit drei Netzleitern 80, 81, 82.
In 6 ist eine elektronische Schaltanordnung 100 gezeigt. Die elektronische Schaltanordnung 100 weist einen Dreiphasen-Transformator 83 auf, mit einem Transformatorkern 22, einer Primärseite 84 und einer Sekundärseite 85. Auf der Primärseite 84 und auf der Sekundärseite 85 sind jeweils drei in Dreieckschaltung verschaltete Arbeitswicklungen 23 ausgebildet. Unter Hinzunahme des Nullleiters des Dreiphasen-Stromnetzes kann auf der Primärseite 84 und/oder der Sekundärseite 85 alternativ auch eine Verschaltung in Sternschaltung erfolgen. An dem Dreiphasen-Transformator 83 ist eine Last 26 angeschlossen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann alternativ oder zusätzlich ein Kondensator 30 angeschlossen sein.
Der Transformatorkern 22 hat eine E-Form mit aufgesetztem I. Hierdurch sind zwei äußere Phasen 86 und 88 sowie eine mittlere Phase 87 vorgegeben.
Der Dreiphasen-Transformator 83 ist sanft einschaltbar, da er an eine Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung 90 angeschlossen ist. Die Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung 90 ist derart ausgebildet, dass in den zwei äußeren Phasen 86 und 88 jeweils eine Sanfteinschaltvorrichtung 1 angeordnet ist.
Die beiden Sanfteinschaltvorrichtungen 1 haben einen nahezu identischen Aufbau. Sie sind ähnlich wie die in 2 gezeigte Sanfteinschaltvorrichtung 1 aufgebaut. So haben die in 6 gezeigten Sanfteinschaltvorrichtungen 1 jeweils eine elektrische Schaltung 50 mit jeweils einer Diode 42, der jeweils ein Bypass-Widerstand 43 parallelgeschaltet ist. Ein Widerstand 51 ist verzichtbar, da ohnehin jeweils ein vorwiderstand 28 zur Erzielung eines zur Vormagnetisierung ausreichenden Widerstandswerts vorgesehen ist. Die Sanfteinschaltungsvorrichtungen 1 weisen auch Schalter 61 auf, mit denen volleingeschaltet werden kann. Die Schalter 61 sind Selbstschalter. Die Schalter 61 somit selbsttätige verzögert schaltende Nullspannungschalter, die nach einer festen Verzögerungszeit von beispielsweise 200ms jeweils zum Beginn einer der Vormagnetisierung entgegengesetzten Spannungshalbwelle schließen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Bezugspunkte für die Nullpunktserkennung anders gewählt. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel sind die Schalter 61 keine Selbstschalter, sondern sie werden jeweils ausschließlich von einem Relais bedient, welches ein Steuersignal wie bereits oben beschrieben von der Steuereinheit 70 erhält, wobei hierbei geeignete Spannungsauswertungen zur Sättigungserkennung und/oder Nulldurchgangserkennung durchgeführt werden. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die einzelnen Steuereinheiten 70 der Sanfteinschaltvorrichtungen 1 wie in auch 6 grundsätzlich vorgesehen in einer zentralisierten Steuereinheit 70 gebündelt sind.
Die in 6 gezeigte Steuereinheit 70 ist über gesicherte Leitungen mit zwei Netzleitern 80, 81 verbunden. Nach Erhalt eines Einschaltbefehls über den Steuereingang 11 wird mithilfe des Relais 91 der Schalter 92, der zwei Teilschalter aufweist, betätigt, so dass der Dreiphasen-Transformator 83 vormagnetisiert wird, bevor er über die Schalter 61 volleingeschaltet wird. Die Steuereinheit 70 verfügt über eine Detektionseinheit 71, eine Erkennungseinheit 72, eine Netzhalbwellenausfallerkennungseinheit 73, eine Synchronisationseinrichtung 74 und eine Spannungszeitflächenauswerteeinheit 75. Die Schalter 61 sind mithilfe dieser Einheiten betätigbar, sofern das jeweils anzuwendende Kriterium erreicht ist, bevor der Zeitraum von 200ms abgelaufen ist.
7 zeigt eine im Vergleich zu 6 modifizierte elektronische Schaltanordnung 100, bei der die Vorwiderstände 28 jeweils durch Hilfswicklungen 24 ersetzt sind. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind alle drei Phasen mit Vorwiderständen 28 und/oder Hilfswicklungen 24 sowie mit einer Sanfteinschaltungsvorrichtung 1 für jede Phase ausgestattet.
Es ist in 7 erkennbar, dass die als Selbstschalter ausgebildeten Schalter 61 anders als in 6 einen gemeinsamen Bezugspunkt für die Nulldurchgangserkennung haben. Als gemeinsamer Referenzpunkt käme insbesondere auch der Nullleiter in Betracht. In 7 sind explizit auch Schaltleitungen von der Steuereinheit 70 zu den Schaltern 61 gezeichnet, die in 6 zeichnerisch unterdrückt sind. In einem alternativen Ausführungsbeispiel haben die Schalter 61 zur Nulldurchgangserkennung jeweils einen Bezugspunkt und zum Zuschalten jeweils einen Schaltpunkt, wobei zwischen dem jeweiligen Bezugspunkt und dem jeweiligen Schaltpunkt wenigstens eine Arbeitswicklung 23 des Dreiphasen-Transformators 83 liegt.
Um das hinter der Erfindung stehende Grundprinzip zu erläutern, sind in 8 Hysteresekurven 104 bis 106 und 109 bis 114 eines Transformatorkerns 22 während einer erfindungsgemäßen Vormagnetisierung und während seines Normalbetriebs gezeigt.
Die horizontal ausgerichtete Abszisse zeigt die aktiv beeinflussbare Feldstärke H, s. Bezugsziffer 101'. Die vertikal ausgerichtete Ordinate zeigt die im Transformatorkern 22 resultierende magnetische Induktionsdichte B, s. Bezugsziffer 101. Aufgrund seiner ferromagnetischen Eignenschaften weist ein Transformatorkern 22 eine Hysterese auf. Dieses Verhalten hat zur Folge, dass bei verschwindender Feldstärke (H = 0) eine endliche Remanenz mit einem maximalen positiven Remanenzpunkt 102 und einem maximalen negativen Remanenzpunkt 103 bestehen bleibt. Die Ungewissheit, wie hoch beim Einschalten des Transformator 22 seine Restremanenz ist, macht es erforderlich, Methoden zu entwickeln, die ein sanftes Einschalten des Transformators 21 erlauben.
Im Normalbetrieb wird die Hysteresekurve 110 abgefahren. An dem positiven Umkehrpunkt 107 und dem negativen Umkehrpunkt 108 im Normalbetrieb ist erkennbar, dass der Transformator 21 in dem gezeigten Beispiel sehr nah an der Sättigung gefahren wird. Auch die Hysteresekurven 104 bis 106 zeigen einen Normalbetrieb an, bei dem der Transformator 21 allerdings mit einer geringeren Spannung betrieben wird. Bei diesen Spannungen wird der Transformator 21 weit weg von seiner Sättigung betrieben.
Die Remanenzkurve 106 würde jedoch auch abgefahren werden, wenn der Transformatorkern beim Einschalten keine Restremanenz aufwiese und wenn die Sanfteinschaltvorrichtung 1 aus 1 ohne Diode 42 verwendet würde. Der Vorwiderstand 28 würde dafür sorgen, dass an der Arbeitswicklung 23 eine geringere Spannung abfiele, so dass eine kleinere Hysterekurve, beispielsweise 106 abgefahren würde. Für den Fall, dass jedoch eine Restremanenz bestünde, würden beispielsweise die Hysteresekurven 109, 111, 112, 113 oder 114 abgefahren, wobei die Hysteresekurve 114 möglicherweise bereits eine Sättigung anzeigen könnte und somit im oberen Bereich möglicherweise bereits flacher ausgebildet sein könnte.
Es werde nun die Situation betrachtet, wie sie in 1 gezeigt ist, das heißt, die Situation, bei der eine Diode 42 und ein Vorwiderstand 28 und/oder ein Widerstand 51 vorhanden ist. Die Restremanenz habe den durch die Bezugsziffer 115 angezeigten Wert. Dadurch, dass die Diode 42 eine Sperrrichtung hat, können nur die positiven Netzhalbwellen die Magnetisierung beeinflussen. Die negativen Netzhalbwellen werden hingegen nicht durch die Sanfteinschaltvorrichtung 1 geleitet, so dass sie keine Wirkung auf die Magnetisierung des Transformatorkerns 22 haben. Es werden somit die kleinen Hysteresekurven 109, 111 bis 114 nur rechtshalbseitig durchfahren. Beginnend mit der Hysteresekurve 113 wird zunächst ihr rechter oberer Umkehrpunkt erreicht, woraufhin die Kurve an ihrer oberen Seite zurück zur Ordinate gefahren wird. Aufgrund des Hysterese-Effektes ist die Remanenz nun etwas höher als zuvor. Da sich nun eine weggesperrte negative Netzhalbwelle anschließt, ändert sich für den Zeitraum von 10ms (bei einer Netzspannung von 50 Hz) die Magnetisierung nicht. Mit der nächsten positiven Netzhalbwelle wird nun die Magnetisierung nahe der Hysteresekurve 111 weiter nach oben befördert. Die Magnetisierung wird somit schrittweise nach oben befördert, bis sie in den Sättigungsbereich gelangt. Aufgrund des Vorwiderstands 28 hat eine Sättigung jedoch keine den Transformator 22 belastende Stromstärke zur Folge. Es kann somit bei Beginn der folgenden negativen Netzhalbwelle unter optimalen Bedingungen volleingeschaltet werden, ohne dass ein belastender Stromstoß auftreten würde.
9 bis 13 zeigen das typische Einschaltverhalten unter Verwendung unterschiedlicher erfindungsgemäßer elektronsicher Schaltanordnungen und/oder (Dreiphasen) Sanfteinschaltvorrichtungen, mit deren Hilfe ein erfindungemäßes Verfahren angewandt wurde. In 9 bis 11 wurde ein einphasiger Wechselstrom verwendet, in 12 und 13 ein dreiphasiger Wechselstrom.
Die obere der beiden Messkurven zeigt die in einer/der Arbeitswicklung 23 des verwendeten (Dreiphasen-)Transformators 21, 83 induzierte Spannung, wobei der maximale Ausschlag der Netzspannung entspricht. Für 9 bis 11 wurde die Potentialdifferenz zwischen dem Referenz-Stromeingang 5 und dem Normalbetrieb-Stromausgang 3 gemessen. Für 12 und 13 wurde das Potential am Transformatoreingang der äußeren Phase 86 gegen ein geerdetes Referenz-Signal gemessen.
Die untere der beiden Messkurven zeigt jeweils die Stromstärke an, die aus dem Stromnetz an einem Netzleiter 80, 81, 82 geflossen ist. Die Skalierung ist in 9 bis 11 identisch gewählt. Die Höhe der Stromspitzen während der Vormagnetisierung beträgt in 9 maximal 14A, in 10 maximal 12A und in 11 maximal etwa 3A. In 12 und 13 ist die Skalierung derart gewählt, dass die maximale Stromstärke während der Vormagnetisierung etwa 1A bzw. 4A beträgt.
9 zeigt das Einschaltverhalten unter Verwendung einer elektronischen Schaltanordnung 100 gemäß 1, wobei jedoch eine Kombination aus Vorwiderstand 28 und Hilfswicklung 24 gewählt wurde. Der Spannungseinbruch an der Arbeitswicklung 23 bereits nach der ersten positiven Netzhalbwelle zeigt an, dass der Transformator 21 bereits nach nicht einmal 10ms in die leichte Sättigung gefahren ist, so dass schon zu diesem Zeitpunkt sicher ohne Einschaltstromstoß hätte eingeschaltet werden können. Zur Illustration wurde jedoch absichtlich länger abgewartet und erst zu einem späteren Zeitpunkt volleingeschaltet. Die Spannung an der Arbeitswicklung 23 zeigt keine Änderung mehr bis zum Volleinschalten. Aufgrund der Sperrwirkung der Diode 42 fließt zunächst Strom nur in eine Richtung. Die Stromstärke ist hierbei trotz der Sättigung wegen des verwendeten Vorwiderstands 28/Hilfswicklung 24 begrenzt. Bei gegenphasigem Volleinschalten in einem Nulldurchgang der Wechselspannung tritt kein Stromstoß auf und der Transformator 21 befindet sich im Normalbetrieb, wobei die Laststromamplitude im vollbetrieb sogar höher ist als die Sättigungsstromamplitude im Vormagnetisierungsbetrieb. Dies hängt mit dem Verlauf der Hysteresekurven in den unterschiedlichen Betriebszuständen zusammen. Darüber hinaus ist die Laststromamplitude beim Vormagnetisieren hier trotz Überlast deutlich geringer als nach dem volleinschalten, was zusammen mit der kleinen Spannungsamplitude zeigt, dass beim Vormagnetisieren kaum Laststrom fließt und dass der Laststrom die Vormagnetisierung kaum bedämpft.
10 zeigt das Einschaltverhalten unter Verwendung der in 9 ausgemessenen elektronischen Schaltanordnung 100 gemäß 1, wobei jedoch ein Kondensator 30 an den Transformator 21 angeschlossen wurde. Die Strommessung zeigt, dass ein sehr großer Einschaltstrompeak in Höhe von etwa 12A beim Volleinschalten aufgetreten ist. Grund hierfür ist, dass der Kondensator 30 noch nicht vollständig aufgeladen war. Zugleich war jedoch, wie der Spannungseinbruch in der dritten positiven Netzhalbwelle zeigt, der Transformator 21 bereits nach der dritten positiven Netzhalbwelle gesättigt und somit einschaltbereit.
Dieses Problem trat bei der in 11 gezeigten Messung nicht auf, bei der ein zur Diode 42 parallelgeschalteter Bypass-Widerstand 43 verwendet wurde. Hier betrug der Einschaltstromstoß lediglich 3A und war somit um einen Faktor vier kleiner als in 10, wo kein Bypass-Widerstand 43 verwendet wurde. Der Grund für das signifikant bessere Verhalten liegt darin begründet, dass zu dem Zeitpunkt des Volleinschaltens trotz gleich langer Aufladedauer der Kondensator 30 bereits höher aufgeladen war. Die Ursache hierfür lässt sich gut an dem Spannungsverlauf während der Vormagnetisierungsphase ablesen. während die Spannung ohne Bypass-Widerstand 43 vor dem Volleinschalten nur sehr klein ist, ist sie mit Bypass-Widerstand um ein Vielfaches größer. Dies wirkt sich dementsprechend auch vorteilhaft auf die Größe des Aufladestroms des Kondensators 30 aus.
Dieses Verhalten kann auch anhand von 8 erläutert werden, wo einige Hysteresekurven 104 bis 106, 109 bis 114 gezeigt sind. wird kein Bypass-Widerstand 43 verwendet, so verläuft die Kurve im rechten oberen Bereich, wo sie in der Sättigung sehr flach ist. Die magnetische Induktion 101 ändert sich hier kaum, so dass kaum Spannung in der Arbeitswicklung 23 des Transformators 21 induziert werden kann, die somit auch nicht auf der Sekundärseite zum Aufladen des Kondensators 30 zur Verfügung steht. Wird hingegen ein Bypass-Widerstand 43 verwendet, so wird die entsprechende Hysteresekurve teilweise in den steileren linken Bereich gefahren. Hierdurch wird zwar möglicherweise die Effektivität des Vormagnetisierens des Transformatorkerns 22 leicht reduziert. Dies kann jedoch wegen der ohnehin hohen Effektivität hingenommen werden, da die Änderung der magnetischen Induktion 101 und somit die in der Arbeitswicklung 23 induzierte Spannung signifikant erhöht werden kann, so dass der Kondensator 30 erheblich schneller und vor allem höher aufgeladen wird. Die Verwendung eines Bypass-Widerstands 43 eignet sich somit in besonderem Maß, wenn ein Kondensator 30, der an einem Transformator 21 nach einem Gleichrichter 29 angeschlossen ist, aufgeladen werden soll.
12 und 13 zeigen das Einschaltverhalten unter Verwendung einer der in 7 gezeigten ähnlichen Schaltanordnung 100. Während in 12 der Dreiphasen-Transformator 83 nicht belastet wurde, wurde er in 13 belastet. Die Messkurven zeigen, dass die verwendete Schaltanordnung 100 für beide Situationen sehr gut geeignet ist, da in beiden Fällen jeweils kein Einschaltstromstoß aufgetreten ist.
Es wird vorgeschlagen, bei einer Sanfteinschaltvorrichtung 1, die zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils 20 verwendbar ist, zwischen einem ihrer Stromeingänge 2 und einem ihrer Stromausgänge 4 eine elektrische Schaltung 50 anzuordnen. Die elektrische Schaltung 50 weist dabei einen elektrischen Widerstandswert auf, der stromrichtungsabhängig einstellbar ist. Es sind Mittel 40 vorgesehen, mit denen der Widerstandswert zumindest in jedem Nulldurchgang einer Wechselspannung änderbar ist. Es werden Vorrichtungen für Einphasen- und Dreiphasen-Wechselstrom beschrieben. Die Erfindung betrifft ferner eine elektronische Schaltanordnung 100 mit derartigen Sanfteinschaltvorrichtungen 1. Darüber hinaus werden Verfahren zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils 20 beschrieben.
Bezugszeichenliste

1: Sanfteinschaltvorrichtung
2: Stromeingang
3: Normalbetrieb-Stromausgang
4: Einschalt-Stromausgang
5: Referenz-Stromeingang
11: Steuereingang
12: erstes Anschlussmittel
13: zweites Anschlussmittel
14: drittes Anschlussmittel
15: Anschlussmittel
16: Anschluss
17: Anschluss
18: Sicherung
19: Sicherung
20: Leistungsteil
21: Transformator
22: Transformatorkern
23: Arbeitswicklung
24: Hilfswicklung
25: erstes elektrisches Bauelement
26: Last
27: zweites elektrisches Bauelement
28: Vorwiderstand
29: Gleichrichter
30: Kondensator
40: Mittel
41: nicht steuerbares Bauelement
42: Diode
43: Bypass-Widerstand
44: Transistor
45: steuerbares Bauelement
46: Brückengleichrichter
47: Transistor
50: elektrische Schaltung
51: Widerstand
60: Zuschaltvorrichtung
61: Schalter
70: Steuereinheit
71: Detektionseinheit
72: Erkennungseinheit
73: Netzhalbwellenausfallerkennungseinheit
74: Synchronisationseinrichtung
75: Spannungszeitflächenauswerteeinheit
77: Leuchtdiode
80: Netzleiter
81: Netzleiter
82: Netzleiter
83: Dreiphasen-Transformator
84: Primärseite
85: Sekundärseite
86: äußere Phase
87: mittlere Phase
88: äußere Phase
90: Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung
91: Relais
92: Schalter
100: Schaltanordnung
101: Induktionsdichte B
101': Feldstärke H
102: Maximaler positiver Remanenzpunkt
103: Maximaler negativer Remanenzpunkt
104: Hysteresekurve im Normalbetrieb
105: Hysteresekurve im Normalbetrieb
106: Hysteresekurve im Normalbetrieb
107: positiver Umkehrpunkt im Normalbetrieb
108: negativer Umkehrpunkt im Normalbetrieb
109: Hysteresekurve bei Vormagnetisierung
110: Hysteresekurve im Normalbetrieb
111: Hysteresekurve bei Vormagnetisierung
112: Hysteresekurve bei Vormagnetisierung
113: Hysteresekurve bei Vormagnetisierung
114: Hysteresekurve bei Vormagnetisierung
115: Wert einer Restremanenz

Claims

Sanfteinschaltvorrichtung (1) mit einem Stromeingang (2) und einem Einschalt-Stromausgang (4), wobei zwischen dem Stromeingang (2) und dem Einschalt-Stromausgang (4) eine elektrische Schaltung (50) angeordnet ist, die einen elektrischen Widerstandswert aufweist, der stromrichtungsabhängig einstellbar ist, und wobei Mittel (40, 28, 41 bis 47, 51) zur Änderung des elektrischen Widerstandswerts zumindest in jedem Nulldurchgang einer Wechselspannung ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (50) einen Bypass-Widerstand (43) und eine Diode (42) aufweist, wobei der Bypass-Widerstand (43) und die Diode (42) parallelgeschaltet sind.
Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisationseinrichtung (74) ausgebildet ist, mit der der elektrische Widerstandswert zumindest in den Nulldurchgängen der Wechselspannung änderbar ist.
Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuschaltvorrichtung (60) eingerichtet ist, mit der ein Normalbetrieb-Stromausgang (3) mit dem Stromeingang (2) unabhängig von dem Einschalt-Stromausgang (4) und zeitverzögert elektrisch verbindbar ist, insbesondere wobei die Zeitverzögerung durch ein spannungs- und/oder strom- und/oder zeitbezogenes Kriterium definiert ist, und/oder dass eine oder die Zuschaltvorrichtung (60) zur Auswahl eines Zuschaltzeitpunkts derart eingerichtet ist, dass in Bezug auf einen erreichten energetisierten Zustand ein hoher Einschaltstrom vermeidbar ist, insbesondere wobei die Zuschaltvorrichtung (60) zum in Bezug auf den erreichten energetisierten Zustand gegenphasigen Zuschalten des Normalbetrieb-Stromausgangs (3) zum Zeitpunkt oder in zeitlicher Nähe eines Nulldurchgangs einer Netzhalbwelle eingerichtet ist.
Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stromeingang (2) ein erstes Anschlussmittel (12) zum Anschließen eines Anschlusses (17) einer Spannungsquelle, insbesondere einer Wechselspannungsquelle, eingerichtet ist und/oder dass an einem oder dem Normalbetrieb-Stromausgang (3) und/oder an dem Einschalt-Stromausgang (4) ein zweites Anschlussmittel (13, 14) zum Anschließen eines Anschlusses eines ersten elektrischen Bauelements (25) eingerichtet ist, insbesondere wobei das erste elektrische Bauelement (25) ein energetisierbares elektrisches Leistungsteil (20), insbesondere welches einen Transformator (21) und/oder einen Kondensator (30) umfasst, und/oder eine ohmsche Last (26) aufweist, und/oder dass an dem Einschalt-Stromausgang (4) ein drittes Anschlussmittel (14) zum Anschließen eines Anschlusses eines zweiten elektrischen Bauelements (27), insbesondere eines Vorwiderstands (28) oder einer Hilfswicklung (23) eines oder des Transformators (21), eingerichtet ist.
Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (50) wenigstens ein steuerbares Bauelement (45) aufweist, insbesondere einen steuerbaren Widerstand oder einen Transistor (44, 47), und/oder dass die elektrische Schaltung (50) wenigstens ein nicht steuerbares Bauelement (41) aufweist, insbesondere die Diode (42) und/oder einen Widerstand (28, 51).
Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (50) einen Brückengleichrichter (46) aufweist, dessen Eingang mit dem Stromeingang (2) und dem Einschalt-Stromausgang (4) verbunden ist und an dessen Ausgang ein oder der Transistor (44, 47) angeschlossen ist.
Elektronische Schaltanordnung (100) mit einer Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit dem ersten elektrischen Bauelement (25) oder mit einem an einen oder den Normalbetrieb-Stromausgang (3) und/oder an den Einschalt-Stromausgang (4) der Sanfteinschaltvorrichtung (1) angeschlossenen elektrischen Bauelement (25), welches insbesondere ein energetisierbares elektrisches oder das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20), insbesondere welches einen oder den Transformator (21) und/oder einen oder den Kondensator (30) umfasst, und/oder eine oder die ohmsche Last (26) aufweist, und/oder mit dem zweiten oder einem an den Einschalt-Stromausgang (4) der Sanfteinschaltvorrichtung (1) angeschlossenen weiteren elektrischen Bauelement (27), insbesondere einem oder dem Vorwiderstand (28) oder einer oder der Hilfswicklung (23).
Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung (90), dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens zwei oder in genau zwei Phasen (86, 87, 88) eine Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.
Elektronische Schaltanordnung (100) mit einer Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung (90) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung (90) ein Dreiphasen-Transformator (83) mit einem Transformatorkern (22) angeschlossen ist, wobei durch die Form, insbesondere eine E-Form, vorzugsweise mit aufgesetztem Abschluss in Form eines I, des Transformatorkerns (22) eine mittlere Phase (87) und zwei äußere Phasen (86, 88) vorgegeben sind und wobei die zwei äußeren Phasen (86, 88) die wenigstens zwei oder die genau zwei Phasen (86, 87, 88) sind.
Verwendung einer Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung (90) nach Anspruch 8 zum Sanfteinschalten eines oder des energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20), insbesondere eines oder des Transformators (21) und/oder eines oder des Kondensators (30).
Verfahren zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20) unter Verwendung einer Sanfteinschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer elektronischen Schaltanordnung (100) nach Anspruch 7 oder unter Verwendung einer Dreiphasen-Sanfteinschaltvorrichtung (90) nach Anspruch 8 und/oder einer elektronischen Schaltanordnung (100) nach Anspruch 9, wobei das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) über einen Zeitraum von mehreren Netzhalbwellen sanft eingeschaltet wird, indem es in einen definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden Zustand gebracht wird, bevor das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) mit einer Betriebsspannung beaufschlagt wird, und wobei während des Sanfteinschaltens ein oder der elektrische Widerstandswert zumindest in jedem Nulldurchgang einer oder der Wechselspannung eingestellt oder geändert wird, so dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) im Verlauf von aufeinander folgenden Netzvollwellen auf den definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden Zustand hingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20), dadurch gekennzeichnet, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) einen oder den Transformator (21) und/oder einen oder den Kondensator (30) umfasst und/oder dass der elektrische Widerstandswert zwischen den Nulldurchgängen der Wechselspannung konstant bleibt und/oder in der Zeit stetig verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12 zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20), dadurch gekennzeichnet, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) zum Zeitpunkt oder in zeitlicher Nähe eines Nulldurchgangs der Wechselspannung, insbesondere höchstens 2ms oder 1ms vor oder nach diesem Nulldurchgang oder bei diesem Nulldurchgang, mit der Betriebsspannung beaufschlagt wird, wobei dieser Nulldurchgang den Beginn derjenigen Netzhalbwelle bildet, die von dem definierten, einen Einschaltstromstoß vermindernden, hingeführten Zustand des energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20) in entgegengesetzter Richtung wegführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13 zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20), dadurch gekennzeichnet, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) einen oder den Transformator (21) umfasst, dass der Zustand ein Magnetisierungszustand ist und dass der Widerstandswert so eingestellt wird, dass sich eine Magnetisierung eines oder des Transformatorkerns (22) des Transformators (21) von Netzvollwelle zu Netzvollwelle, insbesondere konstant, erhöht, insbesondere wobei der Widerstandswert während der negativen Netzhalbwellen höher eingestellt wird als während der positiven Netzhalbwellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 zum Sanfteinschalten eines energetisierbaren elektrischen Leistungsteils (20), dadurch gekennzeichnet, dass das energetisierbare elektrische Leistungsteil (20) einen oder den Kondensator (30) umfasst, dass der Zustand ein Ladezustand ist und dass der Widerstandswert so eingestellt wird, dass sich eine Ladung des Kondensators (30) von einer Netzhalbwelle zur nächsten Netzhalbwelle und/oder von einer Netzvollwelle zur nächsten Netzvollwelle, insbesondere konstant, erhöht, insbesondere wobei der Widerstandswert für die positiven und die negativen Netzhalbwellen gleich eingestellt wird und/oder wobei der Widerstandswert von einer Netzvollwelle zur nächsten Netzvollwelle und/oder von einer Netzhalbwelle zur nächsten Netzhalbwelle gleich bleibt oder erniedrigt wird und/oder wobei der Widerstandswert schrittweise oder kontinuierlich verringert wird.