DE1297751B - Schalteinrichtung zum sekundaerseitigen Umschalten des UEbersetzungsverhaeltnisses eines Stromwandlers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrich- sich bei einer Schalteinrichtung zum sekundärseitigen tang zum sekundärseitigen Umschalten des Über- Umschalten des Übersetzungsverhältnisses eines Setzungsverhältnisses eines Stromwandlers. Stromwandlers mit einer in Wicklungshälften geteilten

Das Umschalten des Übersetzungsverhältnisses Sekundärwicklung, deren Anzapfungen derart geeines Stromwandlers ist beispielsweie dann erforder- 5 wählt sind, daß bei dem jeweiligen Übersetzungsverlich, wenn z. B. aus Kostengründen in einer an ein hältnis beide Wicklungen gleich belastet sind, wobei mehrphasiges Netz angeschlossenen Meßschaltung die Schalteinrichtung eine der Zahl der Anzapfungen nur ein einziger Stromwandler verwendet werden entsprechende Anzahl von Gleichrichterelementen soll. Eine naheliegende Lösung dieser Aufgabe enthält, die von einer Steuereinrichtung beeinflußbar könnte darin bestehen, daß der mit Anzapfungen der io sind und wobei ferner Verbindungen zwischen den Sekundärwicklung versehene Stromwandler über Re- Anzapfungen der Wicklungshälften über ihr jeweilais- oder Schutzgaskontakte auf das gewünschte liges Gleichrichterelement bestehen, dadurch verÜbersetzungsverhältnis umgeschaltet wird. meiden, daß die Wicklungshälften der Sekundärwick-Diese Lösung hätte jedoch den Nachteil, daß lung über eine mit einer Mittenanzapfung ausgewegen der Prellung der Relais- oder der Schutzgas- 15 rüstete Primärwicklung eines Hilfsstromwandlers mitkontakte kein schnelles und sicheres Umschalten er- einander verbunden sind, an dessen Sekundärwickfolgt. Außerdem sind die Schaltzeiten dieser Kontakte lung die Stromwandlerbürde angeschlossen ist, und für schnell arbeitende elektronische Schutzeinrich- daß zwischen der Mittenanzapfung und jeweils dem tungen zu lang. Verbindungspunkt jeweils nur zweier der mit ein-Eine bekannte Anordnung mit schneller sekun- 20 ander entsprechenden Anzapfungen der Wicklungsdärer Umschaltung eines Transformators ist in der hälfte verbundenen Gleichrichterelemente je ein französischen Patentschrift 1262 213 beschrieben. Transistor liegt, der über seine Basis an einen zuge-Diese bekannte Anordnung weist einen Transfer- ordneten Steuerausgang der Steuereinrichtung angemator auf, dessen Sekundärwicklung mit mehreren schlossen ist.

Anzapfungen versehen ist; jede Anzapfung ist über 25 Es ist zwar aus der britischen Patentschrift jeweils zwei parallel zueinander angeordnete, gegen- 826 497 eine Schalteinrichtung bekannt, die einen seeinander geschaltete steuerbare Gleichrichter mit kundärseitigen umschaltbaren Transformator mit einem Anschluß der Transformatorlast verbunden, einer in Hälften geteilten Sekundärwicklung aufweist, deren anderer Anschluß an ein Ende der Sekundär- deren Anzapfungen derart gewählt sind, daß bei dem wicklung herangeführt ist. Jedem steuerbaren Gleich- 30 jeweiligen Übersetzungsverhältnis beide Wicklungen richter ist jeweils eine Steueranordnung zugeordnet, gleich belastet sind, jedoch stellt diese Schalteinrichdie von einer Hilfsspannung beeinflußt wird; jeweils tung einen Fahrstromregler dar, bei dem mittels an die parallelgeschalteten Gleichrichtern zugeordneten die Anzapfungen der Sekundärwicklung angeschlos-Steueranordnungen sind gleichartig ausgebildet. sener, untereinander verbundener steuerbarer Gleich-

Der wesentliche Nachteil der bekannten Anord- 35 richter durch die Gleichrichter steuernde Schalter nung besteht darin, daß jedem steuerbaren Gleich- ein veränderbarer Gleichstrom für einen Fahrmotor richter eine Steueranordnung zugeordnet ist. Dies be- gewonnen wird. Bei dem bekannten Fahrstromregler deutet nämlich, daß zu einer Umschaltung des Trans- bilden jeweils zwei steuerbare Gleichrichter eine als formators neben zwei Gleichrichtern auch zwei Mittelpunktschaltung bekannte Gleichrichteranord-Steueranordnungen benötigt werden, wodurch nicht 40 nung. Bei dem bekannten Fahrstromregler wird demnur die Herstellungskosten relativ hoch werden, son- zufolge der Verbraucher, d. h. der Fahrmotor, von dem auch die Zuverlässigkeit der bekannten Anord- einem Gleichstrom durchflossen, nung abnimmt. In Abweichung davon sind bei der erfindungsge-

Ferner ist aus der deutschen Auslegeschrift mäßen Schalteinrichtung zum sekundärseitigen Um-1108 798 eine Anordnung zur Regelung des Stromes 45 schalten des Übersetzungsverhältnisses eines Stromzweier Stromwandler bekannt, bei der eine Regelung wandlers jeweils nur an einander entsprechende Anan der Sekundärwicklung vorgenommen wird. Es zapfungen angeschlossene Gleichrichter miteinander sind dabei zwei Stromwandler erforderlich, deren in verbunden, und der dabei jeweils entstehende VerReihe geschalteten Erstwicklungen ein Strom ver- bindungspunkt ist mit jeweils einem Transistor verschiedener Größe und Phasenlage zugeführt wird; die 50 bunden. Durch einen Hilfsstromwandler, der mit Sekundärwicklungen speisen in Parallelschaltung mit seiner Primärwicklung an beide Wicklungen der Sedem Verbraucher diesen mit einem durch den Strom kundärwicklung des umzuschaltenden Stromwandlers der Primärwicklung vorgeschriebenen Strom. Bei und mit einer Mittenanzapfung seiner Primärwickdieser Anordnung ist der ungeregelte Sekundärstrom lung an sämtliche Transistoren angeschlossen ist, des einen Stromwandlers über die mit Anzapfungen 55 wird erreicht, daß die an die Sekundärwicklung des versehene Sekundärwicklung des anderen Strom- Hilfsstromwandlers angeschlossene Stromwandlerwandlers in Sparschaltung regelbar. Dazu sind die bürde von einem Wechselstrom durchflossen wird, Sekundärwicklungen mit Anzapfungen versehen und dessen Amplitude durch das jeweilige Ubersetzungsmit Hilfe von Stufenschaltern einerseits bis Null verhältnis des sekundärseitig umschaltbaren Stromherab regelbar, andererseits für den Verbraucher 60 wandlers bestimmt ist.

gleich- und gegensinnig parallel schaltbar. Diese be- Dadurch, daß der Stromwandler mit einer in

kannte Anordnung gestattet zwar eine gute Aus- Hälften geteilten Sekundärwicklung ausgerüstet ist nutzung der Wicklungen und ermöglicht auch eine — eine Maßnahme, die sich mit nur geringen Kosten Regelung bis Null herunter, ist aber vor allem inso- durchführen läßt —, ist es möglich, unter Verwenfern nachteilig, als sie zwei Stromwandler benötigt, 65 dung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung die die, wenn sie für hohe Spannungen ausgelegt sind, Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses in extrem relativ teuer sind. kurzer Zeit durchzuführen, wobei sich die erfindungs-

Die Nachteile der bekannten Anordnungen lassen gemäße Schalteinrichtung nicht nur durch Prellfrei-

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heit, sondern auch durch kleine Abmessungen aus- wicklung w 3 des Hilfsstromwandlers Tr. Es werden zeichnet. in der Sekundärwicklung w 4 des Hilfsstromwandlers In der F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfin- Tr also beide Halbwellen der in der Sekundärwickdungsgemäßen Schalteinrichtung dargestellt, die aus lung w2 des Stromwandlers W induzierten Wechseldem kontaktlosen Schalter S und der Steuereinrich- 5 größe erzeugt, so daß die Stromwandlerbürde B von tung St besteht. Die Schalteinrichtung gestattet das einem Wechselstrom /2 durchflossen wird. Die sekundäre Umschalten des Übersetzungsverhältnisses Amplitude dieses Wechselstromes ist bei einem dem des Stromwandlers W, der die Primärwicklung w 1 Stromwandler eingeprägten konstanten Wechselstrom sowie die in die Wicklungshälften w2' und w2" ge- /1 abhängig von dem Schaltzustand der Transistoren teilte Sekundärwicklung w 2 besitzt. Beide Wicklungs- io Tl bis Γ5 des kontaktlosen Schalters S, d.h. von hälftenw2' und w2" weisen Anzapfungen ζ 1' bis dem durch diese Transistoren gesteuerten Überz6' sowie zl" bis ζ 6" auf. An die Anzapf ungen ζ 1' Setzungsverhältnis des Stromwandlers W. und zl", die von jeweils einem Ende der beiden In gleicher Weise, wie es am Beispiel des Tran-Wicklungshälften gebildet werden können, ist ein sistors Tl des kontaktlosen Schalters S erläutert dem kontaktlosen Schalter S zugehöriger Hilfsstrom- 15 wurde, werden die übrigen Transistoren Γ 2 bis T 5 wandlerTr angeschlossen, dessen Primärwicklungw3 des SchaltersS gesteuert; soll z.B. von einem Übereine Mittenanzapfung m besitzt. An die Sekundär- Setzungsverhältnis auf ein anderes umgeschaltet Wicklung w4 des Hilfsstromwandlers Tr ist die werden, dann ist es lediglich erforderlich, das posi-Stromwandlerbürde B des Stromwandlers W ange- tive Potential an der Basis des das eingeschaltete schlossen. ao Übersetzungsverhältnis bestimmenden Transistors des Die übrigen Anzapfungen ζ 2' bis ζ 6' sowie ζ 2" kontaktlosen Schalters S, beispielsweise des Tranbis ζ 6" der Wicklungshälften w 2' bzw. w 2" sind an sistors Tl, abzubauen und der Basis des das ge-Gleichrichterelemente des kontaktlosen Schalters S, wünschte neue Übersetzungsverhältnis bestimmenden die in der Fig. 1 mit D2' bis D6' sowie D2" bis Transistors, beispielsweise des Transistors Γ2, ein D 6" bezeichnet sind, angeschlossen. Jeweils mit ein- as positives Potential zuzuführen. Dies kann dadurch ander entsprechenden Anzapfungen der Wicklungs- erreicht werden, daß dem Eingang Ein 2 der Steuerhälfte verbundene Gleichrichterelemente sind an den einrichtung St ein Steuerimpuls zugeführt wird; es Kollektoranschluß jeweils eines Transistors der in wird also allein durch Zuführung von Steuerimpulsen dem kontaktlosen Schalter S vorhandenen Transistor- an die Steuereinrichtung St die kontaktlose Umschalanordnung T angeschlossen. So sind die Gleichrich- 30 tung des Übersetzungsverhältnisses ausgelöst, terelemente D 2' und D 2" mit dem Kollektor- Eine bevorzugte Ausführung der Steuereinrichtung anschlußCl des Transistors Tl, die Gleichrichter- St ist die eines mehrstabilen Systems, wie es beielementeD3' und D3" mit dem Kollektoranschluß spielsweise in der Fig. 2 dargestellt ist. Das mehr- C 2 des Transistors Γ 2 verbunden usw. Für jeweils stabile System besteht aus mehreren Schaltungseinzwei einander entsprechende Anzapfungen der Wick- 35 heiten SEI bis SES. Jede Schaltungseinheit weist lungshälften ist also ein Transistor vorgesehen, durch einen Transistor Tl' bzw. Γ2', Γ3', TA' und TS' den der Stromwandler auf ein bestimmtes Über- auf, deren Basisanschlüssen die in F i g. 2 angedeusetzungsverhältnis umgeschaltet wird. teten Steuerimpulse zugeführt werden. Die Emitter-Die Emitteranschlüsse El bis ES der Transistoren anschlüsse der Transistoren Tl' bis TS' sind an Tl bis T 5 sind untereinander verbunden und sowohl 40 Masse M und die Kollektoranschlüsse über Arbeitsan ein und denselben Ausgang A 0 der die Umschal- widerstände Ra an die positive Klemme + U einer tung veranlassenden Steuereinrichtung St als auch an Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Basisdie Mittenanzapfung m der Primärwicklung w 3 des anschluß eines jeden der in der Steuereinrichtung Hilfsstromwandlers Tr angeschlossen. Die Basis- vorhandenen Transistoren Tl' bis T5' ist einerseits anschlüsse Bl bis B 5 der Transistoren Tl bis T 5 45 mit dem ihm zugeordneten Eingang der Steuereinsind an die einzelnen Steuerausgänge A1 bis A 5 der richtung und andererseits über Kopplungswiderstände Steuereinrichtung St angeschlossen, deren Eingängen Rk mit den Kollektoranschlüssen der übrigen Tran- Ein 1 bis Ein 5 Steuerimpulse zugeführt werden, die sistoren der Steuereinrichtung St verbunden. Die die Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses des Kollektoranschlüsse der Transistoren Tl' bis T 5' Stromwandlers auslösen. 50 der Schaltungseinheiten 5El bis SE 5 sind direkt mit Wird beipielsweise dem EingangEmI der Steuer- den Steuerausgängen A1 bis AS der Steuereinricheinrichtung St ein Steuerimpuls zugeführt, dann er- tung St verbunden; diese Steuerausgänge sind an die zeugt die Steuereinrichtung St an ihrem Steueraus- Basisanschlüsse der in dem kontaktlosen Schalter S gang A1 und somit auch an der Basis Sl des Tran- liegenden Transistoren Tl bis T 5 angeschlossen, sistors Tl ein positives Potential, wodurch der Tran- 55 Wird beispielsweise der Basis des Transistors T1' sistor Tl leitend wird. Besitzt die in den Wicklungs- der Schaltungseinheit 5El ein negativer Steuerimpuls half ten w 2' und w2" induzierte Wechselgröße eine zugeführt, dann wird der vorzugsweise als NPN-solche augenblickliche Polarität, daß das Potential Transistor ausgebildete Transistor Tl' gesperrt. Es an der Anzapfung ζ 2' größer als an der Anzapfung fließt dann kein Kollektorstrom mehr über seinen im zl' bzw. ζ2" ist, dann fließt über das Gleichrichter- 60 Kollektorkreis liegenden Arbeitswiderstand Ra, woelementD2' und über den nunmehr leitenden Tran- durch das Potential am Steuerausgang Al der Steuersistor Tl ein Strom, der auch über die eine Hälfte einrichtung St einen positiven Wert annimmt. Dieses der Primärwicklung w 3 des Hilfsstromwandlers Tr positive Potential führt dazu, daß der von diesem geführt wird. Bei umgekehrter Polarität der in den Potential beeinflußte Transistor Tl des Schalters 5 Wicklungshälften w 2' und w2" der Sekundärwick- 65 leitend wird, wodurch die oben bereits behandelte lung w 2 induzierten Wechselgröße durchfließt der Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses des Strom das Gleichrichterelement D 2", den Transistor Stromwandlers erfolgt. Die Umschaltung erfolgt Tl sowie die andere Wicklungshälfte der Primär- selbstverständlich nur dann, wenn der von einem

Steuerimpuls beeinflußte Transistor des Schalters S gesperrt war, d. h., wenn der Stromwandler noch nicht auf das gewünschte Übersetzungsverhältnis umgeschaltet war. Sollte dies jedoch der Fall sein, dann übt ein dem entsprechenden Eingang der Schalteinrichtung zugeführter Steuerimpuls keinen Einfluß auf den kontaktlosen Schalter S aus, so daß keine Fehlumschaltung auftreten kann.

Die Verwendung der vorgeschlagenen Steuereinrichtung als mehrstabile Kippschaltung mit Halbleiterbauelementen hat den Vorteil, daß die Umschaltezeit sehr klein — Größenordnung μβεϋ — bleibt und während dieser Zeit ein allmählicher, d. h. unterbrechungsfreier Übergang des einen (anderen) Transistors in den leitenden (gesperrten) Zustand erfolgt. Auf diese Weise werden. Flußsprünge im Stromwandler und damit die Bauelemente gefährdende-Überspannungen vermieden. Eine weitere Verbesserung des Verhaltens der Schalteinrichtung während des Umschaltvorgangs läßt sich dadurch erzielen, daß je ein Kondensator der Kollektor-Emitter-Strecke der Transistoren Π bis Γ 5 des kontaktlosen Schalters S parallel geschaltet wird. , Die Steuereinrichtung St kann in unterschiedlicher -, Weise ausgeführt sein, beispielsweise unter Verwendung eines mehrstufigen, unterbrechungsfreien mechanischen Schalters, der derart ausgebildet sein muß, daß in jeder seiner Schaltstellungen nur an die Basis jeweils eines Transistors des Schalters S ein positives Potential gelangen kann. .

In der Fig. 2 ist an den Steuerausgängen A1 bis .45 der Steuereinrichtung St in Form einer tabellarischen Aufstellung gezeigt, welche Potentiale in Abhängigkeit von den an den Eingängen zugeführten Steuerimpulsen an den Steuerausgängen A1 bis A S der Steuereinrichtungen St bzw. an den Basisanschlüssen Bl bis B 5 der Transistoren Π bis Γ 5 des kontaktlosen Schalters S auftreten. Das Pluszeichen gibt dabei ein positives Potential an.

Claims (6)

40 Patentansprüche:

1. Schalteinrichtung zum sekundärseitigen Umschalten des Übersetzungsverhältnisses eines Stromwandlers mit einer in Wicklungshälften geteilten Sekundärwicklung, deren Anzapfungen derart gewählt sind, daß bei dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis beide Wicklungen gleich belastet sind, wobei die Schalteinrichtung eine der Zahl der Anzapfungen entsprechende Anzahl von Gleichrichterelementen enthält, die von einer Steuereinrichtung beeinflußbar sind, und wobei ferner Verbindungen zwischen den Anzapfungen der Wicklungshälften über ihr jeweiliges Gleichrichterelement bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungshälften (w2' und w 2") der Sekundärwicklung über eine mit einer Mittenanzapfung (m) ausgerüstete Primärwicklung (w3) eines Hilfsstromwandlers (Tr) miteinander verbunden sind, an dessen Sekundärwicklung (vt>4) die Stromwandlerbürde (B) angeschlossen ist, und daß zwischen der Mittenanzapfung (m) und jeweils dem Verbindungspunkt jeweils nur zweier der miteinander entsprechenden Anzapfungen der Wicklungshälften (w2' und w2") verbundenen Gleichrichterelemente (D 2' bis D 6'; D2" bis D 6") je ein Transistor (Tl bis Γ5) liegt, der über seine Basis (B 1 bis B S) an einen zugeordneten Steuerausgang (Al bis AS) der Steuereinrichtung (St) angeschlossen ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Emitteranschlüsse (El bis E5) der Transistoren (Γ1 bis Γ5) untereinander sowie mit der Mittenanzapfung (m) des Hilfsstromwandlers (Tr) und mit einem gemeinsamen Ausgang (A 0) der Steuereinrichtung (St) verbunden sind.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor- und Emitteranschluß jedes Transistors (Tl bis Γ 5) ein Kondensator liegt.

4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (St) als ein mehrstufiger, unterbrechungsfreier mechanischer Schalter ausgebildet ist.

5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (St) als mehrstabiles System ausgebildet ist.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrstabile System je Steuerausgang (Al bis A5) einen Transistor (TΓ bis Γ5') besitzt, dessen Kollektor mit dem Steuerausgang (A 1 bis A 5) und über einen Arbeitswiderstand (Ra) mit dem einen Pol (+ U) einer Gleichspannungsquelle, dessen Emitter mit dem anderen Pol (M) dieser Gleichspannungsquelle und dessen Basis mit dem Steuereingang (Ein 1 bis Ein 5) sowie über je einen Kopplungswiderstand (Rk) mit den Kollektoren aller anderen Transistoren des mehrstabilen Systems verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen