DE1118350B - Anordnung zum Schalten von Wechselstromkreisen durch elektronische Schaltelemente - Google Patents

Description

• Anordnung zum Schalten von Wechselstromkreisen durch elektronische Schaltelemente Es ist bekannt, daß der Strom bei Anlegen einer Spannung an einen Stromkreis um so langsamer ansteigt, je größer die Induktivität des Stromkreises ist. Diese Tatsache wird ausgenutzt, um die Einschaltstromstöße klein zu halten, z. B. beim Grobsynchronisieren von elektrischen Maschinen zum Schutz derselben. Hierzu werden Drosselspulen den Maschinen vorgeschaltet. Diese einfache Maßnahme versagt jedoch für den Fall, daß zum Schalten von Wechselstromkreisen dienende elektronische Schalterelemente, die im Gleichstrompfad einer im Wechselstromkreis liegenden Gleichrichterschaltung angeordriet sind, gegen unzulässig große Stromspitzen beim Einschalten bzw. unzulässig große Induktionsspannungen beim Ausschalten des Stromkreises geschützt werden sollen.
• Insbesondere beim Schalten von induktiven Wechselstromkreisen, beispielsweise beim Einschalten von Transformatoren, treten je nach der Phasenlage des Schaltzeitpunktes mehr oder minder starke Stromspitzen auf, die zur Zerstörung der elektronischen Schaltelemente führen können, besonders dann, wenn Halbleiter als Schaltelemente verwendet sind. Bei Einschalten eines Transformators wird eine wesentlich über die Normalstromstärke ansteigende Stromspitze bei gleichzeitigem Spannungsabfall am Schaltelement eintreten. Die dadurch auftretende Verlustleistung im Schaltelement führt zu einer Erwärmung desselben, die bei Verwendung von Transistoren zur Zerstörung derselben beitragen kann, wenn die maximal zulässige Sperrschichttemperatur durch die Verlustleistung überschritten wird. Diese Einschwingvorgänge treten insbesondere beim Schalten von Transformatoren ein, die sekundärseitig den gewünschten Verbraucher speisen und die primärseitig über die Schaltanordnung in Brückenschaltung an die Sekundärseite eines Netztransformators angeschlossen sind. Eine solche Schaltung ist insbesondere bei Steuerungen für die Einlaßventile von Schweißmaschinen zweckmäßig, da einerseits eine Potentialtrennung vom Netz erreicht wird und durch entsprechende Auswahl des übersetzungsverhältnisses des Transformators die am elektronischen Schaltelement auftretende Betriebsspannung leicht angepaßt werden kann. Diese insbesondere bei solchen Schaltungen auftretenden Einschwingvorgänge könnten dadurch gedämpft werden, daß in Reihe mit dem Schaltelement ein induktiver Scheinwiderstand angeordnet wird. Je nach der Größe dieses Scheinwiderstandes kann dann die Einschaltstromstärke auf einen geringen Bruchteil des sonst auftretenden Stromes herabgedrückt werden, und zwar sowohl bei belastetem als auch bei unbelastetem Transformator.
• Da aber beim Sperren des Schaltelemetes, d. h. beim Unterbrechen des Stromkreises in dem induktiven Widerstand eine Induktionsspannung auftreten würde, die sich zur Spannung der Gleichrichterbrücke addieren würde, läge demnach die Summe dieser Spannungen am Schaltelement und würde dieses gefährden. Damit die Summe unzulässig große Werte nicht erreichen kann, wird gemäß der Erfindung in Reihe mit dem oder den Schaltelementen ein induktiver Scheinwiderstand mit einem die beiden Stromrichtungen unterschiedlichen Widerstandswert angeordnet. Hierzu ist einer Drossel ein Gleichrichter von solcher Bemessung parallel geschaltet, daß er die Induktionsspannungsspitze auf kleine Werte begrenzt und dennoch die Funktion der Drossel unbeeinflußt läßt. Bezüglich des Spitzenstromes im Gleichrichter beim Abschalten der Schaltelemente ist darauf zu achten, daß die wegen der kurzen Dauer mögliche überlastung innerhalb des zulässigen Bereiches liegt. Der Scheinwiderstand des Gleichrichters ist groß gegenüber dem Scheinwiderstand der Drossel zu bemessen, damit deren Funktion nicht beein flußt wird.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Mit 1 ist ein Netztransformator und mit 2 ein Zwischentransforniator bezeichnet, der sekundärseitig die Last 3 speist. Die Last kann beispielsweise ein Magnetventil, Relais od. dgl. sein. In eine Verbindungsleitung zwischen beiden Transformatoren ist eine Gleichrichterbrücke 4 mit ihren Wechselstrompolen gelegt, an deren Gleichstrompole ein Transistor 5 geschaltet ist. In Reihe mit dem Transistor 5 ist eine Drossel 6 und parallel zu dieser ein Trockengleichrichter 7 angeordnet. Parallel zur Primärwicklung des Transformators 2 kann noch ein Kondensator 8 gelegt sein, der die noch verbleibenden, sehr kurzen Impulsspitzen beseitigt. Zur weiteren Dämpfung kann sekundärseitig eine Reihenschaltung eines Kondensators 9 mit einem Widerstand 10 vorgesehen werden.
• Mit der Schaltung nach der Erfindung ist es möglich, die beim Einschalten von Induktivitäten auftretenden Überströme auf ein solches Maß zu begrenzen, das für den jeweils verwendeten elektronischen Schalter zulässig ist. Es kann damit eine bessere Ausnutzung der Schaltstufen erreicht werden, da nunmehr der Dauerstrom etwa gleich dem maximal zulässigen Strom gemacht werden kann, ohne daß eine Zerstörung des elektronischen Schaltelementes durch auftretende Stromspitzen zu befürchten ist.
• An Stelle eines einzigen Schaltelementes können auch mehrere parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltete Transistoren oder andere Halbleiterschalter verwendet werden, wenn durch nicht dargestellte, an sich bekannte Schaltmaßnahmen dafür gesorgt ist, daß die einzelnen Schaltelemente stets gleichzeitig schalten. Es ist noch nachzuholen, daß die Steueranordnung für den Transistor in der Zeichnung weggelassen ist.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zum Schalten von Wechselstromkreisen durch elektronische Schalterelemente, die im Gleichstrompfad einer im Wechselstromkreis liegenden Gleichrichterbrückenschaltung angeordnet sind, wobei als Schalterelemente Röhren, Transistoren oder andere Halbleiterkörper verwendet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem oder den Schalterelementen ein induktiver Scheinwiderstand mit einem in beiden Stromrichtungen unterschiedlichen Widerstandswert angeordnet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwiderstand aus einer Drosselspule mit parallel geschalteten Trockengleichrichtern zum Begrenzen der Induktionsspannungsspitze der Drosselspule besteht.
3. 3. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Verbindung zwischen der Sekundärwicklung eines Netztransformators und der Primärwicklung eines Zwischentransformators, der den Verbraucherstromkreis speist, angeordnet ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primärwicklung des Zwischentransformators ein Kondensator geschaltet ist, dem sekundärseitig gegebenenfalls ein Widerstand in Reihe mit einem Kondensator parallel liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 624111; Lehmann, »Die Elektrotechnik und die elektromotorischen Antriebe«, 1948, S. 28 und 29.