DE1078671B - Transistorschaltung zur Steuerung von Ein- oder Mehrphasenanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistorschaltung für die Steuerung von Ein- oder Mehrphasenanlagen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Einschalten von Motoren und Geräten, bei denen man bisher Schütze verwendet hat, diese durch Transistoren zu ersetzen. Auf diese Weise gelingt es die Nachteile zu beseitigen, die mit der mechanischen Kontaktbeanspruchung und der damit verbundenen Abnutzung der Schütze zusammenhängen. Beim Ersatz von mechanischen Schalteinrichtungen durch Transistoren oder andere steuerbare Halbleiter besteht aber vielfach die Gefahr, daß die Transistoren überhöhten Spannungen oder Strömen ausgesetzt werden, so daß entweder der Anwendungsbereich solcher Steuerungen nur ein eng begrenztes Gebiet umfassen kann oder die Zuverlässigkeit der Schaltung in Frage ..gestellt wird.

So· ist beispielsweise eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der einer Wechselstromquelle entnommenen elektrischen Leistung durch einen Transistor bekannt, dessen Lastkreis über einen Transformator an die Wechselstromquelle angeschlossen ist. Zur Steuerung des Transistors wird in dem Basiskreis einerseits eine veränderbare Sperrspannung eingeführt, und außerdem ist der Basiskreis auch mit der Wechselstromquelle gekoppelt, so^ daß an ihm auch eine Wechselspannung liegt, deren eine Halbwelle der Sperrspannung entgegenwirkt. Der Transistor wird daher in den Zeitabschnitten geöffnet, in denen die Halbwellen die Sperrspannung überwiegen. Auf diese Weise kann durch Veränderung der Sperrspannung die Länge der Stromführungsabschnitte beeinflußt werden. Diese Anordnung wäre an sich auch zum Ein- und Ausschalten von Wechselstromkreisen benutzbar. Es wird jedoch der Transistor in dem Augenblick gesperrt, in dem die Steuerspannung auf den Sperrwert erhöht wird, d. h., die Sperrung kann auch im oder in der Nähe des Strommaximums eintreten. Da aber die Beanspruchung des. Transistors gerade während der Umsteuerung besonders groß ist, kann dieser somit leicht überlastet und zerstört werden.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Die Erfindung verwendet ebenfalls zur Steuerung von Ein- oder Mehrphasenanlagen Schalttransistoren, die in den von den Phasenströmen unmittelbar durchflossenen Längszweigen angeordnet sind, und besteht nunmehr darin, daß Schaltmittel vorgesehen sind, die die Schalttransistoi-en sowohl in Abhängigkeit einer hauptspannungsmäßigen als auch einer strommäßigen Komponente in der Weise steuern, daß die Transistoren bei Abgabe eines Schaltbefehls jederzeit sofort geöffnet werden, die Abschaltung aber erst im Stromnulldurchgang jeder Phase erfolgt.

Transistorschaltung zur Steuerung
von Ein- oder Mehrphasenanlagen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Es ist zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die stromabhängigen und spannungsabhängigen Größen algebraisch addiert werden. Die spannungsabhängige Größe kann dabei über einen Transformator gesteuert werden, dessen Sekundärkreis kurzgeschlossen wird. Der spannungsabhängige Transformator läßt sich über komplexe Widerstände an das Netz in der Weise anschließen, daß die Spannung nach Phase und Betrag eingestellt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter schematischer Darstellung und zur Erläuterung der Wirkungsweise "den Verlauf von Betriebswerten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich darum, einen an ein Drehstromnetz angeschlossenen Verbraucher, z. B. einen Motor, zu steuern. Das Drehstromnetz 1 enthält die drei Phasen R, S, T und speist über die Transistorschaltung einen Motor 43 mit den Klemmen U, V und W. Tn die einzelnen Phasen sind jeweils Transistorpaare geschaltet. Durch Gegeneinanderschaltung der Transistoren 2 und 10, 3 und 11 sowie 4 und 12 wird erreicht, daß je einer dieser Transistoren m der einen Halbwelle und der andere Transistor in der anderen Halbwelle arbeitet.

Im Strompfad der Transistoren befindet sich nun ein Transformator 5, dessen Primärwicklungen jeder Phase zugeordnet sind. In der Phase R liegen die Primärwicklungen 5 α und 5 b, in der Phase S 5 f und 5 g· und in der Phase T die Primärwicklungen 5 k und 51. Die zugehörigen Sekundärwicklungen liegen im Basiskreis der jeweiligen Transistoren. Dementsprechend sind für die Phase R die Sekundärwick-

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Claims (6)

1. 3 4

   lungert 5 c und 5d, für die Phase 5" die Sekundärwick- In Fig. 2 ist der Verlauf der Spannung und des hingen 5 & und 5i und für die Phase Γ die Sekundär- Stromes innerhalb eined der drei Phasen dargestellt wicklungen 5m und 5n vorgesehen. und mit 13 und 14 bezeichnet. Sobald ein Strom fließt, Während über den Transformator 5 eine strom- wird über den Stromtransformator 5 eine weitere abhängige Komponente gewonnen wird, dient zur 5 Spannung in den Basiskreis der Transistoren indu-Herleitung der spannungsabhängigen Größe ein un- ziert, die sich zu der Spannung, welche der Transformittelbar am Netz 1 liegender Transformator 7. Um mator 7 liefert, addiert. Ist die Kopplung des Stromes aber nun eine spannungsabhängige Größe zu gewin- von dem Lastkreis in den Basiskreis kritisch oder nen, die sowohl nach ihrem Phasenwinkel als auch überkritisch, d. h. entspricht das Übersetzungsverhältihrem Betrage nach einstellbar ist, ist es zweckmäßig, io nis dem kleinsten Stromverstärkungsfaktor im Arden Transformator 7 über einstellbar komplexe Wider- beitsbereich, so wird die Stromführung der Transistostände 6 zu speisen. An deren Stelle wären aber auch ren auch dann aufrechterhalten, wenn die Spannung andere Maßnahmen brauchbar, weiche eine beliebige des Transformators 7 beim Durchlässigwerden des Einstellung der gewonnenen Spannung im beschrie- Transistors 9 und entsprechendem Kurzschließen der benen Sinne gestatten. *5 Wicklungen 7 d, 7e und Tf zusammenbricht. In die-Die Primärwicklungen des Transformators 7 sind sem Falle arbeitet die Stromkopplung allein und hält mit 7 a, 7b und 7 c bezeichnet. Auf der Sekundärseite die Transistoren 2 bis 12 geöffnet, und zwar so lange, weist der Transformator zwei Arten von Sekundär- bis der Strom den. Wert Null erreicht. In jeder Phase wicklungen auf. Es sind dies einmal die Wicklungen ist es auf diese Weise also möglich, die Abschaltung 7d, 7e und 7/, die über Gleichrichter 8 a, 8 b und 8 c 20 bei Stromnulldurchgang herbeizuführen,
   an einem besonderen Transistor 9 liegen. Dieser Tran- Es ist nicht notwendig, die Beeinflussung der Schaltsistor 9 dient als Steuertransistor der Aufnahme von transistoren in der Weise vorzunehmen, daß eine Schaltbefehlen von außen her. Die anderen Sekundär- Addition der Spannungen, welche vom Transformawicklungen 7g und 7 h sind den Schalttransistoren für tor 7 einerseits und vom Transformator 5 andererdie Phase R zugeordnet, während für die Phase S die 25 seits hergeleitet werden, im Basiskreis bewerkstelligt Wicklungen 7i und 7k und für die Phase T die Wick- wird. An Stelle einer Addition kann auch eine lungen 71 und 7m vorgesehen sind. Wie die Darstel- »Oder«-Funktion gewählt werden. Während die Darlung zeigt, liegen diese Wicklungen in den Basis- stellung in Fig. 3 entsprechend der Kurve 15 das Erkreisen der einzelnen Transistoren. gebnis der algebraischen Addition veranschaulicht, Die Wirkungsweise dieser Schaltung erlaubt, daß 30 versinnbildlichen die Kurven 16 und 17 eine logische zu jedem beliebigen Zeitpunkt sofort eingeschaltet »Oder«-Funktion.

   werden kann, während es bei der Abschaltung darauf Eine entsprechende Schaltung ist in Fig. 4 veran-

   ankommt, daß diese in den einzelnen Phasen beim schaulicht. Hier handelt es sich um eine Variante für

   Nulldurchgang sich vollzieht, damit keine Überspan- die Steuerung des Schalttransistors 2 im Sinne einer

   nungen an den Transistoren entstehen. Bei der Be- 35 »Oder«-Funktion an Stelle einer »Und«-Funktion,

   trachtung der Wirkungsweise sei zunächst angenom- Sinngemäß können diese Schaltmaßnahmen auch bei

   men, daß noch keine Netzspannung vorhanden ist und den anderen Schalttransistoren angewendet werden,

   sich sämtliche Schalttransistoren in gesperrtem Zu- In Übereinstimmung mit der Darstellung von Fig. 1

   stand befinden. Wenn nun zusammen mit der Ein- sind für die Wicklungen der Transformatoren 5 a,

   schaltung der Netzspannung an die Klemmen 27 und 40 5 c und 7g die gleichen Bezeichnungen gewählt. Zur

   28 eine Steuerspannung angelegt wird, so wird der Wirksamkeit der »Oder«-Funktion sind die beiden

   Steuertransistor 9 voll geöffnet und schließt die Se- Gleichrichter 18 und 19 vorgesehen, die jeweils wirk-

   kundärwicklungen 7d, 7 e und 7f des Transformators 7 sam werden.

   kurz. Der über die Gleichrichter 8a, 8b und 8c nie- Das Prinzip der Schaltung erlaubt eine weitere ßende Kurzschlußstrom kann in seiner Größe durch 45 Modifikation, beispielsweise in dem Sinne, daß die die primärseitige verstellbare Widerstandsanordnung 6 Schalttransistoren nicht hintereinander, sondern pareingestellt werden. allel zueinander geschaltet werden. Hierfür ist in Die Spannung im Transformator 7 sinkt dann Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es sei praktisch auf den Wert Null. Es liegen daher dann hier wiederum die Phase R betrachtet, in welcher die auch keine Spannungen an den Sekundärwicklungen 7 g 50 Schalttransistoren 2 und 10 angeordnet sind. Beider bis 7m, so daß an den Basiskreisen der Transistoren 2 Parallelschaltung dieser Transistoren sind aber diesen bis 4 und 10 bis 12 keine Spannungen auftreten und jeweils Gleichrichter 20 und 21 vorgeschaltet,
   diese deshalb vollkommen gesperrt sind. Trotz An- In den Fig. 6 und 7 sind weitere Abwandlungen legens der Netzspannung an die Schaltungsanordnung veranschaulicht. So kann z. B., wie dies in Fig. 6 darfließt also noch kein Verbraucherstrom. Die Klem- 55 gestellt ist, ein symmetrischer Transistor verwendet men U, V, W der Motorbelastung 13 erhalten also werden, der mit 22 bezeichnet ist und an Stelle von keine Spannung, der Motor steht daher noch still. zwei in Reihe oder parallel geschalteten Transistoren Um den Motor einzuschalten, wird nun die Span- gesetzt werden kann. In Fig. 7 sind wieder zwei Trannungan den Klemmen 27,28 weggenommen, so daß der sistoren 23 und 24 vorgesehen, welche mit ihren Steuertransistor 9 in gesperrten Zustand übergeht. Die ^6o Basiskontakten und je einem Außenelektrodenanschluß Sekundärwicklungen 7d, 7e und 7f sind dann nicht wechselseitig miteinander verkoppelt sind,
   mehr kurzgeschlossen, sondern arbeiten im Leerlauf,

   so daß am Transformator nun eine Spannung ent- Patentansprüche:
   steht, die an den Wicklungen 7g bis 7m in den Basiskreisen der Schalttransistoren eine Spannung wirksam ⁶S 1. Transistorschaltung zur Steuerung von Einmacht. Die Folge hiervon ist, daß sämtliche Schalt- oder Mehrphasenanlagen mit Schalttransistoren in transistoren öffnen und die Klemmen U, V, W Span- den von den Phasenströmen unmittelbar durchfiosnung erhalten. Der Motor 43 führt nun Strom, dessen senen Längszweigen, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenlage zur Spannung zunächst ohne Bedeutung Schaltmittel vorgesehen sind, die die Schaltfür die Schaltung ist. 70 transistoren sowohl in Abhängigkeit einer haupt-

   spannungsmäßigen als auch, einer strommäßigen Komponente in der Weise steuern, daß die Transistoren jederzeit sofort geöffnet werden, aber erst im Stromnulldurchgang jeder Phase abschalten.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die stromabhängigen und die spannungsabhängigen Größen algebraisch zu addieren.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der spannungsabhängigen Größe ein Transformator verwendet ist, bei dem die an ihm auftretende Spannung durch Kurzschließen von Sekundärwicklungen zum Zusammenbrechen gebracht wird.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Herleitung der spannungsabhängigen Größe dienende Transformator über komplexe Widerstände in der Weise

   angeschlossen ist, daß die Größe nach Phasenwinkel und Betrag einstellbar ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiskreise der einzelnen Schalttransistoren mit deren Lastkreis transformatorisch gekoppelt sind, so daß sie beim Ausbleiben der Steuerspannung bis zum darauffolgenden Stromnulldurchgang geöffnet bleiben.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung der Steuerspannung in die einzelnen Basiskreise diese je eine Sekundärwicklung des die spannungsabhängige Größe führenden Transformators enthalten.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschrift Nr. 770 068.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 90Ϊ 768/329 3.