DE1229640B - Anordnung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren - Google Patents

Anordnung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren

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DE1229640B
DE1229640B DES71425A DES0071425A DE1229640B DE 1229640 B DE1229640 B DE 1229640B DE S71425 A DES71425 A DE S71425A DE S0071425 A DES0071425 A DE S0071425A DE 1229640 B DE1229640 B DE 1229640B
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DE
Germany
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switching
current
load
arrangement
controllable semiconductor
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Pending
Application number
DES71425A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Werner Stein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of DE1229640B publication Critical patent/DE1229640B/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548Electromechanical and static switch connected in series

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Anordnung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren # Die unterbrechungslose Lastumschaltung bei Stufentransformatoren von einer Anzapfung auf die nächstfolgende wird heute meist mit Stufenwählern und Lastumschaltem unter Verwendung von Überschaltwiderständen und Drosseln ausgeführt. Zur Vermeidung des Abbrandes und der komplizierten Mechanik bei den Lastschaltern ist auch schon bekannt, Gasentladungsröhren oder Transduktoten, als Schalthilfen zu benutzen.
  • Die Gasentladungsröhren wurden dabei ohne prinzipelle Änderung des Schaltverfahrens an die Stelle der mechanischen Kontakte gesetzt, so daß die üblichen Überschaltwiderstände oder Drosseln beibehalten werden mußten. Bekanntlich hat bei diesem Verfahren die an den Schaltgliedern auftretende Schaltleistung die mehrfache Größe der Stufenleistung und bedingt damit einen hohen Aufwand an Schaltelementen. Besonders kritisch ist das Schalten von überströmen, da diese an den überschaltimpedanzen und damit auch an den Schaltgliedern hohe überspannungen hervorrufen.
  • Bei den Lastumschaltern mit Transduktoren wurden stromsteuernde Transduktoren, also Bauelemente mit Strombegrenzungscharakteristik eingesetzt. Da in diesen Bauelementen die Überschaltimpedanz praktisch enthalten ist, kann auf zusätzliche Impedanzen verzichtet werden. Der Transduktorschalter ist schwer, teuer, und der Raumbedarf ist groß. Der Steuerungsaufwand ist hoch, da nur Transduktoren mit erheblichen Steuerstromstärken verwendet werden können. Der Schaltvorgang ist technisch nicht vollkommen, da von den Wählerkontakten oder zusätzlichen Hilfskontakten erhebliche rush-Ströme ein- und schwierig zu schaltende Magnetisierungsströme ausgeschaltet werden müssen.
  • Es ist auch bereits bekannt, die Lastumschaltung ohne überschaltimpedanzen mit synchron arbeitenden Kontakten durchzuführen. Die Steuerung erfolgt dabei derart, daß kurz vor dem Nulldurchgang der Stufänspannung dieUmschaltung durchüberbrücken der beiden umzuschaltenden Transförmatoranzapfungen durch den beweglichen Lastumschalterkontakt eingeleitet und innerhalb eines Bruchteils einer Halbwelle beendet wird. Infolge der stets wechselnden Phasenverschiebung zwischen der Stufenspannung, die zur Synchronsteuei ung de§ Lastumschalters verwendet wird, und dem Kurzschlußstrom zwischen den Transformatoranzapfungen, dem der Laststrom teilweise überlagert ist, findet die Kontakttrennung nicht oder nur unvollkommen im Stromnulldurchgang statt, so daß Lichtbögen an den Kontakten auftreten, die einen merklichen Abbrand und demzufolge eine begrenzte Lebensdauer der Kontakte bewirken. Eine genaue Synchronsteuerung auf den jeweiligen Nulldurchgang des Kurzschlußstromes ist mit einfachen Mitteln schon deshalb nicht möglich, da dieser Kurzschlußstrom nur sehr kurzzeitig auftritt und für die Synchronsteuerung nicht rechtzeitig genug meßbar ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine neue Umschaltmethode mit neuen Bauelementen die Nachteile der obenerwähnten Verfahren zu beseitigen.
  • Bei einer Anordnung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren, wobei in den beiden Hauptstromverbindungsleitungen zwischen den zwei beweglichen Stufenkontakten zweier Wählerarme und der abgehenden Laststromleitung je ein steuerbares Schaltelement ohne überschaltmittel, wie Widerstände und/oder Drosseln, eingeschaltet ist, erreicht man dies erfindungsgemäß dadurch, daß als Schaltelemente lichtbogenfrei schaltende, in der Weise steuerbare Halbleitergleichrichtergeräte dienen, daß zur Lastumschaltung das zunächst stromführende Gerät im natürlichen Nulldurchgang des Laststromes gesperrt und das andere Gerät innerhalb weniger Mikrosekunden danach zur Stromübernahme gezündet wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Abschaltung des zu unterbrechenden Stromes auf Grund des charakteristischen Verhaltens der Halbleitergleichrichter in höchst einfacher und sicherer Weise - im Gegensatz zum Synchronschalter - genau im Stromnulldurchgang und zwar auch dann, wenn das Steuersignal zu einem beliebigen Zeitpunkt fortgenornmen wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung hat man andererseits formal die Anordnungsweise des Transduktorschalters. Da aber die steuerbaren Halbleitergleichrichter etwa die Spannungscharakteristik einer Gasentladungsröhre oder eines mechanischen Kontaktes haben, kann die Umschaltmethode des Transduktorschalters bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht übernommen werden. Andererseits soll aber durch den Wegfall der bei den meisten Anordnungen üblichen überschaltimpedanzen die zu schaltende Leistung möglichst gering, nämlich gleich der Stufenleistung gehalten werden. Die dazu notwendige Umschaltmethode einschließlich der einzusetzenden Bauelemente ist somit Gegenstand der Erfindung.
  • An Hand der Zeichnung wird die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die F i g. 1 zeigt eine schematische Schaltskizze für die Schaltanordnung. In der F i g. 2 sind zwei Ausführungsbeispiele für die Zusammenschaltung der steuerbaren Gleichrichterelemente wiedergegeben. Die F i g. 3 zeigt eine Schaltskizze für die Gesamtanordnung, bei der zusätzlich ein Umscbalter verwendet ist.
  • In F i g. 1 ist mit 1 ein Teil der Regelwicklung des Stufentransformators angedeutet mit den beiden benachbart liegenden Anzapfungen 2 und 3. 11 und 12 sind die beiden beweglichen Stufenkontakte der Wähler, die an den Anzapfungen der Regelwicklung 1 in üblicher Weise entlang schaltbar sind. 21 und 22 sind zwei Geräte, die aus steuerbaren Halbleitergleichrichtern bestehen, die bekanntermaßen die Eigenschaft haben, daß sie einen Strom durchlassen oder eine Spannung sperren können. Die steuerbaren Gleichrichtergeräte 21 und 22 können verschiedenartig aufgebaut sein, z. B. je zwei steuerbare Halbleitergleichrichter, wie in F i g. 1 angedeutet, in der Schaltung nach F i g. 2 a verwendet werden, nach der die beiden steuerbaren Halbleitergleichrichter 210 und 210' in für sich bekannter Weise antiparallel geschaltet sind. Statt dessen ist es auch in ebenfalls für sich bekannter Weise möglich, als steuerbares Gleichrichtergerät eine Anordnung zu benutzen, bei der nur ein steuerbarer Halbleitergleichrichter 220 vorhanden ist, der in die Brückendiagonale eines normalen Gleichrichters in Graetzschaltung 221 geschaltet ist. Als gesteuerte und ungesteuerte Gleichrichter sind solche mit einzelnen Zellen verwendbar, es können aber je nach der erforderlichen Auslegung auch mehrere Zellen in Reihe oder parallel geschaltet werden.
  • Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung wirkt folgendermaßen: Wird davon ausgegangen, daß das Gleichrichtergerät 21 geöffnet und das Gleichrichtergerät 22 geschlossen ist, dann führt in diesem Schaltzustand der Wähler 11 den Laststrom f, während der Wähler 12 stromlos ist und am Gleichrichtergerät 22 die Stufenspannung anliegt. Wird nimmehr umgeschaltet, dinn wird innerhalb einer Halbwelle des Stromes J die Erregung des Halbleitergerätes 21 abgeschaltet. Entsprechend der Wirkungsweise der gesteuerten Halbleitergleichrichter fließt nun der Strom J noch bis zum nächsten Nulldurchgang. In diesem Augenblick löscht das Gerät 21, und so schnell wie möglich nach diesem Löschzeitpunkt wird das Gerät 22 ge# zündet. Damit übernimmt dieses den Strom, während das Gerät 21 die Stufenspannung übernimmt. Die hierzu notwendige Steuerungseinrichtung ist unschwer beispielsweise mit Hilfe von Transistoren ausführbar. Der jeweils stromlose Wähler kann bei der beschriebenen Anordnung lichtbogenfrei auf die nächste Wicklungsanzapfung übergeschaltet werden. Während bei den meisten üblichen Anordnungen zur Lastumschaltung eine überschaltimpedanz verwendet wird und die Größe der Schaltleistung dadurch ein Mehrfaches der Stufenleistung beträgt, wird in vorliegendem Fall auf überschaltwiderstände oder Drosseln verzichtet. Es fließt kein Ausgleichsstrom, und die wiederkehrende Spannung ist praktisch gleich der Stufenspannung, so daß die Schaltleistung nun das theoretische Minimum, nämlich die Größe der Stufenleistung erreicht.
  • Um ein hohes Maß an Betriebssicherheit gegenüber Kurzschlüssen und Überspannungen zu erhalten, empfiehlt es sich, die Gleichrichter nicht dauernd im Hauptstromkreis oder an der Stufenspannung liegen zu lassen. Dieser Forderung kann mit Hilfe eines mechanisch einfachen Umschalters, der keine Leistung zu schalten braucht und daher keinen Abbrand hat, entsprochen werden. Eine Schaltanordnung hierfür zeigt die F i g. 3. In dieser sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in F i g. 1. 30 ist ein Umschalter mit vier festen Kontakten 31 bis 34, von denen der Kontakt 31 mit dem beweglichen Wählerkontakt 11 und der Kontakt 34 mit dem Wählerkontakt 12 unmittelbar verbunden sind. Der feste Umschalterkontakt 32 ist mit dem Gleichrichtergefät 21 verbunden, das seinerseits wieder an den beweglichen Wählerkontakt 11 an-, geschlossen ist. In sinngemäßer Weise ist der feste Umschalterkontakt 33 mit dem Gleichrichtergerät 22 verbunden, das seinerseits an den beweglichen Wählerkontakt 12 angeschlossen ist. Der bewegliche Umschalterkontakt Y, der in der eingezeichneten Pfeilrichtung P bewegbar ist, wird während des Umschaltvorganges über die vier festen Kontakte 31 bis 34 geführt.
  • Ausgehend von der in der Zeichnung wiedergegebenen Stellung kann der Kontakt 3' auf den Kontakt 32 auflaufen und von dem Kontakt 31 ohne Lichtbogenbildung ablaufen, wenn das Gerät 21 geöffnet ist und damit der Strom über den Kontakt 32 fließt. Die geringe Durchlaßspannung der Halbleitergleichrichter ermöglicht das lichtbogenfreie Schalten. Wenn dann bei der Weiterschaltung der bewegliche Kontakt 3' die festen Kontakte 32 und 33 miteinander verbindet, beginnt der bereits bei der Schaltanordnung nach F i g. 1 beschriebene Umsteuervorgang. Sobald das Gerät 21 geschlossen und das Gerät 22 geöffnet ist, kann der bewegliche, Umschalterkontakt 3' vom Kontakt 32 und 33 ablaufen und auf den Kontakt 34 auflaufen. Dadurch ist die Umschaltung abgeschlossen.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren, wobei in den beiden Hauptstromverbindungsleitungen zwischen den zwei beweglichen Stufenkontakten zweier Wählerarme und der abgehenden Laststromleitung je ein steuerbares Schaltelement ohne überschaltmittel, wieWiderstände und/oder Drosseln, eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelemente lichtbogenfrei schaltende, in der Weise steuev-. bare Halbleitergleichrichtergeräte (21, 22) dienen, daß zur Lastumschaltung das zunächst stromführende Gerät im natürlichen Nulldurchgang des Laststromes gesperrt und das andere Gerät innerhalb weniger Mikrosekunden danach zur Strornübernahme gezündet wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Halbleitergleichrichtergeräte(21, 22) aus zwei in Antiparallelschaltung zusammengeschalteten steuerbaren Halbleitergleichrichtern (F i g. 2 a) bzw. aus einem in der Brückendiagonale eines Gleichrichters in Graetzschaltung eingeschalteten steuerbaren Halbleitergleichrichter (F i g. 2 b) bestehen. 3. Anordnung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Halbleitergleichrichtergeräte (21, 22) vermittels I-Elfsschalter (30) sowohl überbrückbar als auch abschaltbar sind, so daß sie nur während des eigentlichen Umsteuervorganges im Lastkreis liegen.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 824 517, 873 723, 892 175; schweizerische Patentschriften Nr. 161159, 224 490; Zeitschrift »Feinwerktechnik«, 1958, H. 12, S. 428; Zeitschrift »Elektronische Rundschau«, 1959, Nr. 12, S. 438 bis 440.
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DE102007049278B4 (de) * 2007-10-12 2010-08-05 Gea Lyophil Gmbh Vorrichtungen zum Gefriertrocknen

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