DE1247479B - Arrangement for continuous load switching with step transformers - Google Patents

Arrangement for continuous load switching with step transformers

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DE1247479B
DE1247479B DE1963S0086237 DES0086237A DE1247479B DE 1247479 B DE1247479 B DE 1247479B DE 1963S0086237 DE1963S0086237 DE 1963S0086237 DE S0086237 A DES0086237 A DE S0086237A DE 1247479 B DE1247479 B DE 1247479B
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Dr-Ing Werner Stein
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Siemens AG
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    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOlfHOlf

HOlhHOlh

DeutscheKl.: 21 d2-53/03 German class: 21 d2- 53/03

Nummer: 1247 479Number: 1247 479

Aktenzeichen: S 86237 VIII b/21 d2File number: S 86237 VIII b / 21 d2

Anmeldetag: 18. Juli 1963 Filing date: July 18, 1963

Auslegetag: 17. August 1967Opened on: August 17, 1967

Gegenstand der Patentanmeldung S 72296 VIIIb/ 21 d2 (deutsche Auslegeschrift 1236 065) ist eine Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransfonnatoren mit Hilfe von steuerbaren Halbleitergleichrichtern (Thyristoren). Dabei werdenvier Halbleitergleichrichter, die jeweils aus einer oder mehreren parallel und/oder in Reihe geschalteten Einzelzellen bestehen, in Form einer Graetzbriicke angeordnet, deren zwei Wechselspannungspunkte bei Verwendung von steuerbaren Gleichrichtern direkt, bei Verwendung von nicht steuerbaren Gleichrichtern dagegen über antiparallel geschaltete steuerbare Gleichrichter über je einen Wählerarm mit je einer Transformatoranzapfung verbunden sind. Dabei ist die abgehende Lastleitung über zwei weitere steuerbare Halbleitergleichrichter mit den beiden Gleichspannungspunkten der Brücke verbunden. In allen Zwischenstellungen, in denen ein Teil des Laststroms über die eine angeschlossene Anzapfung, der andere Teil über die andere angeschlossene Anzapfung der Stufenwicklung fließt, werden die in der Brückendiagonale liegenden steuerbaren Halbleitergleichrichter nicht erregt. Sie müssen bei jedem Stromnulldurchgang durch Überschreiten der Kippspannung gezündet werden.The subject of patent application S 72296 VIIIb / 21 d2 (German Auslegeschrift 1236 065) is a Arrangement for continuous load switching with step transformers with the help of controllable Semiconductor rectifiers (thyristors). Four semiconductor rectifiers, each consisting of one or consist of several individual cells connected in parallel and / or in series, in the form of a Graetz bridge arranged whose two alternating voltage points when using controllable rectifiers directly, when using non-controllable rectifiers, on the other hand, via controllable rectifiers connected in anti-parallel Rectifiers are each connected to a transformer tap via a selector arm. It is the outgoing load line via two further controllable semiconductor rectifiers with the two DC voltage points connected to the bridge. In all intermediate positions where part of the load current via the one connected tap, the other part via the other connected tap of the Step winding flows, the controllable semiconductor rectifiers located in the bridge diagonal become not aroused. You must with each current zero crossing by exceeding the breakover voltage be ignited.

Es hat sich gezeigt, daß das Zünden durch Überschreiten der Kippspannungen unter Umständen zur Zerstörung der verwendeten steuerbaren Halbleitergleichrichter führen kann. Ein weiterer Nachteil ist der hohe wirtschaftliche Aufwand, der durch den Einsatz der steuerbaren Halbleitergleichrichter in der Brückendiagonale entsteht.It has been shown that the ignition by exceeding the breakover voltages may lead to Can lead to destruction of the controllable semiconductor rectifier used. Another disadvantage is the high economic outlay resulting from the use of the controllable semiconductor rectifier in the Bridge diagonal is created.

Eine Vereinfachung und Verbesserung erreicht man demgegenüber dadurch, daß man an Stelle der bisher vorgesehenen weiteren steuerbaren Halbleitergleichrichter nunmehr gemäß der Erfindung zwei ungesteuerte Gleichrichter vorsieht und die an diesen zwei Gleichrichtern auftretenden Sperrspannungen zur Erregung der gesteuerten Gleichrichter verwendet, derart, daß die Spannung zwischen der abgehenden Lastleitung und dem positiven Gleichspannungspunkt der Brücke über Verzögerungsglieder, Kippkreise und Übertrager die mit dem negativen Gleichspannungspunkt verbundenen gesteuerten Gleichrichter erregt und die Spannung zwischen dem nega-— 45-tiven Gleichspannungspunkt und der abgehenden Lastleitung in gleicher Weise die mit dem positiven Gleichspannungspunkt verbundenen gesteuerten Gleichrichter erregt.A simplification and improvement is achieved in that instead of the previously provided further controllable semiconductor rectifiers, two uncontrolled rectifiers are now provided according to the invention and the blocking voltages occurring at these two rectifiers are used to excite the controlled rectifiers, so that the voltage between the outgoing load line and the positive dc voltage point of the bridge via delay elements, tilt functions and transformer energizes the controlled rectifier is connected to the negative direct-voltage point and the voltage between the nega-- 45 tive direct voltage point and the outgoing load line excites the controlled rectifier is connected to the positive DC voltage point in the same manner .

Die F i g. 1 zeigt in schematischer Wiedergabe die Schaltung gemäß der Erfindung. Mit 1 ist dabei ein Teil der Stufenwicklung angedeutet und mit 2 und 3 Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei StufentransformatorenThe F i g. 1 shows a schematic representation of the circuit according to the invention. With 1 a part of the step winding is indicated and with 2 and 3 arrangement for continuous load switching in step transformers

Zusatz zur Anmeldung: S 72296 VIII b/21 d2 — Auslegeschrift 1236 065Addition to registration: S 72296 VIII b / 21 d2 - Auslegeschrift 1236 065

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Werner Stein, NürnbergDr.-Ing. Werner Stein, Nuremberg

sind beispielsweise zwei einander benachbart liegende Anzapfungen dieser Wicklung bezeichnet, an denen die beiden beweglichen, an den Wicklungsanzapfungen entlang schaltbaren Stufenkontaktell und 12 Kontakt machen. Mit G ist eine in Graetzschaltung aufgebaute Brücke bezeichnet, in deren einem (oberen) Zweig die Thyristoren 411 und 421 und in deren anderem (unteren) Zweig die Thyristoren 412 und 422 liegen. In der Brückendiagonale liegen die beiden in Reihe geschalteten ungesteuerten Gleichrichter (Dioden) 431 und 432, an deren gemeinsamem Verbindungspunkt V die abgehende LastleitungL angeschlossen ist. Die an den ungesteuerten Gleichrichtern 431 und 432 in Sperrichtung auftretende Spannung wird über ein bekanntes Verzögerungsglied 51, einen Kippkreis 52 und einen Übertrager 53 den Thyristoren als Steuerspannung zugeleitet (s. Fig. 2). Für ein störungsfreies Arbeiten dieser Schaltung ist eine sehr genau arbeitende Steuerung erforderlich, an die unter anderem folgende Anforderungen gestellt werden:For example, two adjacent taps of this winding are referred to, at which the two movable step contacts and 12 , which can be switched along the winding taps, make contact. A bridge constructed in a Graetz circuit is denoted by G , the thyristors 411 and 421 in one (upper) branch and the thyristors 412 and 422 in the other (lower) branch. In the bridge diagonal are the two series-connected uncontrolled rectifiers (diodes) 431 and 432, to whose common connection point V the outgoing load line L is connected. The voltage occurring in the reverse direction at the uncontrolled rectifiers 431 and 432 is fed to the thyristors as a control voltage via a known delay element 51, a breakover circuit 52 and a transformer 53 (see FIG. 2). For this circuit to work properly, a very precise control system is required, to which, among other things, the following requirements are made:

a) Die Thyristoren im oberen Zweig (421 und 411) dürfen niemals gezündet werden, solange die unteren Thyristoren (422 und 412) noch Strom führen, und umgekehrt, da sonst sofort eina) The thyristors in the upper branch (421 and 411) must never be triggered as long as the lower thyristors (422 and 412) are still carrying current, and vice versa, otherwise they will start immediately

_ Stufenkurzschluß eintreten würde._ Step short circuit would occur.

b) Die Thyristoren können und dürfen nur dann gezündet werden, wenn an ihnen eine Spannung in Durchlaßrichtung anliegt. Solange eine Spannung in Sperrichtung anliegt, kann eine Zündung nicht erfolgen. Wird der Thyristor trotzdem erregt, so treten bekanntlich erhöhte Sperrverluste auf, die zur Zerstörung führen können.b) The thyristors can and may only be ignited when a voltage is applied to them applied in the forward direction. As long as there is a voltage in the reverse direction, an ignition not done. If the thyristor is nevertheless excited, it is known that increased blocking losses occur that can lead to destruction.

709 637/253709 637/253

Claims (2)

Eine Steuerung, die diese beiden Punkte beachten muß, wird noch dadurch erschwert, daß der Laststrom und die Stufenspannung eine beliebige Phasenlage zueinander haben können. An Hand der F i g. 2 wird das Prinzip der Lastumschaltung näher erläutert. Ust ist dabei die Stufenspannung mit den Spannungsnulldurchgängen Z0, Z2, Z4. i ist der Laststrom mit den Stromdurchgängen Z1, Z3, t.. Nimmt man zunächst an, daß der gesamte Laststrom nur von der linken Wicklungsanzapfung 2 geliefert wird, dann fließt die positive Halbwelle über den Thyristor 421 und den Gleichrichter 431 und die negative Halbwelle über den Gleichrichter 432 und den Thyristor 422. Der Thyristor 421 wird also zur Zeit Z1, der Thyristor 422 zur Zeit Z3 gezündet. Wenn ein Teil des Laststroms auch über die rechte Wicklungsanzapfung 3 fließen soll, müssen auch die Thy. ristoren 411 und 412 gezündet werden. Während der positiven Stromhalbwelle (also von Z1 bis Z3) liegt aber nur in der Zeit von Z1 bis Z2 die Stufenspännung Usi in Durchlaßrichtung am Thyristor 411. Der Thyristor kann also nur in dieser Zeit gezündet werden. Nun liegt aber gerade auch in dieser Zeit eine Spannung in Sperrichtung am Gleichrichter 432. In der Zeit Z2 bis Z3, in der der Thyristor nicht gezündet werden kann, liegt keine Spannung am Gleichrichter 432. Die Spannung in Sperrichtung am Gleichrichter 432 kann also zur Steuerung des Thyristors 411 benutzt werden. Durch eine Verzögerungsschaltung wird der Zündpunkt des Thyristors 411 zwischen Z1 und Z2 verschiebbar gemacht. Das gleiche gilt für die negative Stromhalbwelle und den Thyristor 412 sowie den Gleichrichter 431. Sind die Thyristoren 411 oder 412 gezündet worden, so tritt eine Spannung in Sperrichtung an den Gleichrichtern 431 und 432 nur dann auf, wenn die Thyristoren 421 oder 422 gezündet werden können. Das ist also in der Zeit Z2 bis Z3 und Z4 bis Z5 möglich. Die Spannung in Sperrichtung an den Gleichrichtern 431 und 432 ist also immer dann vorhanden, wenn Thyristoren, die nicht gezündet sind, gezündet werden können. Durch geeignete Verzögerungschaltungen ist es also möglich, mit Hilfe dieser Spannung den Laststrom kontinuierlich von der Anzapfung 2 auf die Anzapfung 3 umzuschalten, und umgekehrt. Soll die beschriebene kontinuierliche Lastumschaltung über mehrere Stufen des Transformators erfolgen, so kann man entweder die beweglichen Stufenkontakte 11 und 12 in bekannter Weise in den stromlosen Pausen auf eine benachbarte Anzapfung überlaufen lassen, oder man rüstet mehrere oder sämtliche Stufen mit einer Brückenanordnung, wie beschrieben, zur. Lastumschaltung aus. Dabei ist die Transformator-Anzapfwicklung in mehrere potentialgetrennte Teilwicklungen aufgeteilt und jede Teilwicklung an die zwei Wechselspannungspunkte je einer Brückenanordnung angeschlossen. Der Verbin- dungspunkt V ist hierbei mit einem Wechselspannungspunkt der nächstfolgenden Brückenanordnung verbunden. Eine Schaltung für beispielsweise drei Stufen zeigt das. Schaltbild der F i g. 3.. Der Lastkreis liegt an den beiden in F i g. 3 am weitesten nach rechts herausgezeichneten Anschlußpunkten. Mit dieser Schaltung ist eine kontaktlose kontinuierliche Einstellung der Wechselspannung bei einem Stufentransformator möglich. Patentansprüche:A control that has to take these two points into account is made even more difficult by the fact that the load current and the step voltage can have any phase relation to one another. On the basis of FIG. 2 the principle of load switching is explained in more detail. Ust is the step voltage with the voltage zero crossings Z0, Z2, Z4. i is the load current with the current passages Z1, Z3, t .. Assuming first that the entire load current is only supplied by the left winding tap 2, then the positive half-wave flows through the thyristor 421 and the rectifier 431 and the negative half-wave over the rectifier 432 and the thyristor 422. The thyristor 421 is therefore ignited at time Z1 and the thyristor 422 at time Z3. If part of the load current should also flow through the right winding tap 3, the Thy. resistors 411 and 412 are ignited. During the positive current half-wave (i.e. from Z1 to Z3), however, the step voltage Usi in the forward direction at the thyristor 411 is only in the time from Z1 to Z2. The thyristor can therefore only be ignited during this time. Now, however, there is also a reverse voltage across rectifier 432 during this time. In the time Z2 to Z3, in which the thyristor cannot be triggered, there is no voltage across rectifier 432. The reverse voltage across rectifier 432 can therefore be used for control purposes of the thyristor 411 can be used. The ignition point of the thyristor 411 can be shifted between Z1 and Z2 by means of a delay circuit. The same applies to the negative current half-wave and the thyristor 412 as well as the rectifier 431. If the thyristors 411 or 412 have been triggered, a reverse voltage occurs at the rectifiers 431 and 432 only if the thyristors 421 or 422 can be triggered . So this is possible in the time Z2 to Z3 and Z4 to Z5. The reverse voltage across rectifiers 431 and 432 is therefore always present when thyristors that are not triggered can be triggered. By means of suitable delay circuits, it is therefore possible, with the aid of this voltage, to switch the load current continuously from tap 2 to tap 3, and vice versa. If the described continuous load switching is to take place over several stages of the transformer, then one can either let the movable stage contacts 11 and 12 overflow to an adjacent tap in the currentless pauses in a known manner, or one equips several or all stages with a bridge arrangement, as described, to the. Load switching off. The transformer tap winding is divided into several isolated partial windings and each partial winding is connected to the two alternating voltage points of a bridge arrangement. The connection point V is connected to an alternating voltage point of the next bridge arrangement. A circuit for three stages, for example, is shown in the circuit diagram of FIG. 3 .. The load circuit is on the two in FIG. 3 connection points drawn out furthest to the right. With this circuit, a contactless, continuous setting of the alternating voltage is possible in a step transformer. Patent claims: 1. Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit vier in Graetzschaltung angeordneten Halbleitergleichrichtern, deren zwei Wechselspannungspunkte bei Verwendung von steuerbaren Gleichrichtern direkt, bei Verwendung von nicht steuerbaren Gleichrichtern dagegen über antiparallel geschaltete steuerbare Gleichrichter mit je einer Transformatoranzapfung verbunden sind, wobei die abgehende Lastleitung über zwei weitere Halbleitergleichrichter mit den beiden Gleichspannungspunkten der Brücke verbunden ist, nach Patentanmeldung S 72296 VIIIb/21d2 (deutsche Auslegeschrift 1 236065), dadurch gekennzeichnet, daß die zwei weiteren Halbleitergleichrichter (431, 432) ungesteuert sind und daß die an diesen zwei Gleichrichtern (431, 432) auftretenden Sperrspannungen zur Erregung der gesteuerten Gleichrichter (411, 412, 421, 422) verwendet sind, derart, daß die Spannung zwischen der abgehenden Lastleitung (L) und dem positiven Gleichspannungspunkt der Brücke (411, 412, 421, 422) über Verzögerungsglieder (51), Kippkreise (52) und Übertrager (53) die mit dem negativen Gleichspannungspunkt verbundenen gesteuerten Gleichrichter erregt und die Spannung zwischen dem negativen Gleichspannungspunkt und der abgehenden Lastleistung in gleicher Weise die mit dem positiven Gleichspannungspunkt verbundenen gesteuerten Gleichrichter erregt.1. Arrangement for continuous load switching in step transformers with four semiconductor rectifiers arranged in a Graetz circuit, the two AC voltage points of which are connected directly when using controllable rectifiers, when using non-controllable rectifiers, on the other hand, via anti-parallel connected controllable rectifiers with one transformer tap each, whereby the outgoing load line is connected via two further semiconductor rectifier is connected to the two DC voltage points of the bridge, according to patent application S 72296 VIIIb / 21d2 (German Auslegeschrift 1 236065), characterized in that the two further semiconductor rectifiers (431, 432) are uncontrolled and that the two rectifiers (431, 431, 432) occurring reverse voltages are used to excite the controlled rectifiers (411, 412, 421, 422) in such a way that the voltage between the outgoing load line (L) and the positive DC voltage point of the bridge (411, 412, 42 1, 422) via delay elements (51), trigger circuits (52) and transformers (53) the controlled rectifier connected to the negative DC voltage point is excited and the voltage between the negative DC voltage point and the outgoing load power in the same way the controlled rectifier connected to the positive DC voltage point excited. 2. Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung über mehrere Transformatorstufen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder sämtliche Stufen mit einer Brückenanordnung nach Anspruch 1 ausgerüstet sind, daß die Transformator-Anzapfwicklung in mehrere potentialgetrennte Teilwicklungen aufgeteilt und jede Teilwicklung an die zwei Wechselspannungspunkte je einer Brückenanordnung angeschlossen ist und daß der zwischen den jeweils zwei weiteren Halbleitergleichrichtern (431, 432) liegende Verbindungspunkt (V) mit einem Wechselspannungspunkt der nächstfolgenden Brückenanordnung verbunden ist.2. Arrangement for continuous load switching over several transformer stages, characterized in that several or all stages are equipped with a bridge arrangement according to claim 1, that the transformer tap winding is divided into several isolated part-windings and each part-winding is connected to the two alternating voltage points and a bridge arrangement that the connection point (V) lying between the two further semiconductor rectifiers (431, 432) is connected to an alternating voltage point of the next following bridge arrangement. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 709 637/253 8.67 © Bundesdruckerei Berlin709 637/253 8.67 © Bundesdruckerei Berlin
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