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Steuerung von Stromtoren in Antiparallelschaltung. Zur lichtbogenfreien
Unterbrechun,- bzw. zur Umschaltung eines Strome: benutzt man in neuerer Zeit gesteuerte
Gleichrichter (IStromtore) in Antiparallelschaltung, die mittels reinem oder welligem
Gleichstrom gesteuert werden. Fließt durch eines der beiden antiparallel geschalteten
Stromtore ein Laststrom, dann fließt sowohl in dem laststromführenden Stromtor als
auch in dem nicht laststromführenden Stromtor in Durchlaflrichtung ein Steuerstrom.
Wenn die Steuerströme mittels eines Schalters unterbrochen werden, dann fließt der
in einem der leiden Stromtore fließende Laststrom nur bis zum nächsten Nulldurch-,gang
weiter und ist dann unterbrochen. Erfolgt jedoch das Unterrechen des öteuerstromes
kurz vor Erreichen eines Nulldurchganges ies Laststromes, dann kann der Laststrom
u.U. noch eine weitere volle Halbwelle in anderer Richtung durch das bisher nicht
laststromführende Stromtor fließen, weil der vorher fließende Steuerstrom
dieses
Stromtores infolge eines kapazitiven Reststromes kurzzeitig. weiter fließt,. der
für die Zündung des bisher laststromfreien Stromtores ausreicht. Diese Nachzündung
erfolgt umso leichter, je größer die Steilheit der wiederkehrenden Spannung ist.
Bei Lastumschaltungen kann diese Erscheinung recht unangenehm werden, da dies zu
einem Stufenkurzschluß führen kann, der die Stromtore zerstört. Nachteilig ist ferner,
daß der über das nicht laststromführende Stromtor fließende Steuerstrom das Stromtor
unnötiger Weise strommäßig beansprucht. Man hat zwar schon versucht, die vorgenannten
Nachteile zu vermeiden, indem man den kapazitiven Reststrom durch Kurzschließen
der Steuerstromquelle, bzw. des Steuerstromtransformators beseitigte. Ein Nachteil
dabei war, daß hierzu ein absolut prellfrei arbeitender Schalter erforderlich wurde.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfacheren Weg aufzuzeigen, der nicht nur die
vorgenannten Nachteile vermeidet, sondern der vor allem ohne.den teueren prellfreien
Schalter auskommt und darüber hinaus noch alle oder doch wenigstens den größten
Teil der bisher erforderlichen Gleichrichter einzusparen gestattet.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß Mittel vorgesehen
werden, die bewirken, daß das jeweils laststromfreie Stromtor entweder nur Steuerstrom
in der Sperrichtung oder gar keinen Steuerstrom führt.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für das
Unterbrechen eines Stromes sowie für die Umschaltung eines Stromes, z.B. bei Stufenschaltungen
von Stelltransformatoren gezeigt.
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Die bisher bekannte, mit Gleichrichtern Busgestattete Anordnung zum
lichtbog.enfreien Ausschalten-einen Stromes mil Stromtoren in Antiparallelschaltung
zeigt die Fig.l. Inder Fig.2 ist die erfindungagemäƒe Ausführung zum lichtbogenfr$ien
Auen ehalten eines
| Stromes wiedergegeben und in den Fig.3u und 3b sowie 4a und
4b |
| sind Anordnungen zur lichtbogenfreien Lastumschaltung bei Stufen= |
| transformatoren dargestellt und zwar in der Fig.3a eine Anordnung, |
| bei der de'r Steuerstrom ein Wechselstrom ist und in der Fig.4a
. |
| eine Anordnung, bei der der Steuerstrom ein Wechselstromimpuls
ist. |
| Bei der bekannten Ausführung.nach Fig.1 sind St I und Stil
in Anti- |
| parallelschaltung angeordnete gesteuerte Gleichrichter (Stromtore), |
| die in einem Stromkreis liegen, der aus der Sekundärwicklung
S1 |
| eines Transformators.Tl,.einem Verbraucher M und einem Schalter
I |
| besteht. Die Primärwicklung P1 des Transformators T1 liegt
am Netz |
| NI . Der Steuerstrom für die beiden Stromtore
wird von einem Trans- |
| förmator T2 geliefert, dessen Primärwicklung P2 am Netz
NI, liegt. |
| Die Steuerstromkreise der beiden Stromtore StI und Stl@ sind |
| voneinander isoliert und werden von einer der beiden Gekundärwick- |
| lungen S2 bzw. S2, des Transformators T2 über in Graetz-Schaltung |
| angeordnete Gleichrichter G, bzw. G., mit Gleichstrom versorgt. |
Der Primärstrom des Steuerstromtransformators T2 wird über einen Schalter II ein-
und ausgeschaltet. Wird dieser Schalter II geöffnet, dann werden die Steuerströme
für die beiden Stromtore unterbrochen mit der Folge, daß der über das jeweils laststromführende
Stromtor fließende Strom in der Regel beim nächsten laststromrtulldurchgang unterbrochen
wird, wodurch es möglich ist, den im Laststromkreis liegenden Schalter.I.stromlos
und lichtbogenfrei zu öffnen. Fließt der Laststrom z. B. durch das Stromtor St I
und wird zufälligerweise der Steuerstrom kurz vorErreichen des Nulldurchganges des
Laststromes geöffnet, dann kann der Steuerstrom im Stromtor St II infolge der Kapazitäten
dieses Stromkreises noch kurzzeitig über den Laststromnulldurchgang hinaus in Durchlaßrichtung
weiterfließen mit der Folge, daß die wiederkehrende Span-.nung"an den beiden Stromtoren
den Laststrom über das Stromtor StII
für eine weitere Halbwelle
zum Fließen bringt. Dies bedeutet bei gewissen Schalthandlungen eine Gefahr für
den Schalter I bzw. bei: einer Lastumschaltung für die beteiligten Stromtore. Um
dies zu beseitigen, mußte der Schalter II bisher als prellfreier Schalter ausgebildet
und parallel zu der Primärwicklung P2 angeordnet werden. Außerdem mußte auf möglichst
kapazitätsarme Schaltelemente besonderer Wert gelegt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig.2 ist nicht nur die vorgenannte
Gefahr, sondern auch der bisherige große Aufwand beseitigbar und zwar entfallen
sämtliche Gleichrichter, ferner wird kein aufwendiger prellfreier Schalter benötigt
und schließlich braucht nicht unbedingt auf eine kapazitätsarme Schaltung Rücksicht
genommen zu werden.
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Die beiden Anordnungen nach Fig.l und 2 unterscheiden sich lediglich
durch den Aufbau des Steuerstromkreises. Nach Fig.2 wird der Steuerstromtransformator
T2 von einem Netz NIII gespeist, das in Phase mit dem Laststrom ist. Der Steuerstrom
für die beiden Stromtore St2 und St II ist nunmehr ein Wechselstrom, der von den
beiden Sekundärwicklungen S2 und S2, des Transformators T2 geliefert wird. Die Sekundärwicklungen
des Transformators T2 sind so geschaltet, daß beim Fließen eines Laststroms durch
eines der beiden Stromtore der Steuerstrom im laststromführenden Stromtor in der
Durchlaßrichteng fließt und im nicht laststromführenden Stromtor in Sperr-. richteng.
Beim Unterbrechen des Steuerstromes kurz vor einem Nulldurchgang des Laststromes
tritt also ein kapazitiver Steuerstrom in Durchlaßricbtung des bisher nicht stromführenden
Stromtores .nicht mehr auf.
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Während die Fig.2 eine Ausführungsmöglichkeit für die Erfindun&
. beim Unterbrechen eines Laststromes zeigt, ist in der Fig.3a und 3b eine Anordnung
dargestellt, die eine Lastumschaltung z.B. bei einem Stufentransformator lichtbogenfrei
ermöglicht und zwar
gleichfalls ohne den bisherigen großen Aufwand'
an .Gleichrichtern und'prellfreien Schaltern.
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Mit 1 ist dabei die Stufenwicklung eines Transformators mit den Anzapfungen
2, 3 angedeutet. 4 und 5 sind bewegliche Stromabnehmer, 6 und 7 sind antiparallelgeschaltete
Stromtore, die miteinander 'iber Schalter 10 und 11 verbunden werden können. Mit
8 und 9 sind rransformatoi,en bezeichnet, die den Steuerstrom für die Stromtore
i und 7 in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach Fig.2 beschrieen, liefern.
Der Steuerstrom für die Stromtore 6 und 7 wird mittels der Schalter 12 und 13 ein-
und ausgeschaltet. 14 und 15 sind parallel zu den Stromtoren angeordnete Schalter,die
als Entlastungsschalter für die Stromtore dienen. Parallel zu den Stromtoren liegt
weiterhin je ein Widerstand R1 bzw. R2 . Diese Widerstände können kapazitiv, induktiv
oder ohmisch oder auch gemischt sein. Die Frimärwicklung der den Steuerstrom liefernden
Transformatoren 8 und 9 sind an die Sekundärwicklung 160 eines Stromwandlers 16,
der primärseitig vom Laststrom durchflossen wird, angeschlossen. Damit erhalten
die den Steuerstrom liefernden Transformatoren 8 und 9 primärseitig einen Wechselstrom,
der praktisch mit dem Laststrom in Phase ist. Der Steuerstrom der Stromtore ist
damit also gleichfalls-ein Wechselstrom, der praktisch mit dem Laststrom in Phase
liegt. Die Schaltung der Steuerstromkreise ist so gewählt, daß bei geschlossenen
Schaltern 12 und 13 die gleichsinnig angeordneten itromtore beider Stromabnehmerseiten
in gleichem Sinn vom Steuerstrom gleichzeitig durchflossen werden, d.h. entweder
in DurchlaB-richtung oder in Sperrichtung. Sämtliche Schalter 10 bis 15 sind mechanisch
miteinander gekoppelt. Der zeitliche Schaltzuatand im lerlauf einer Stufeneehaltung
ist aus dem'Diagramm der Fig.3b zu entnehmen, wo die Schraffierungen je den eingeschalteten
Zustand ,er Schalter bedeuten. Selbstverständlich sind verschiedene Ab-,andlungen
des wiedergegebenen Auaführungabeispiels möglich, z. H.
können die
Schalter 12 und 13 auch parallel zu den Primärwicklungen der Steuertransformatoren
8 und 9 angeordnet werden. Diese Anordnung erfordert jedoch einen anderen zeitlichen
Ablauf der Schalterbetätigung und eine andere Schaltung der Steuerstromtransformatoren
8 und 9, so wie dies beispielsweise in der Fig.4a dargestellt ist. ,Die Lastumschaltung
bei der in den Fig.3a und 3b wiedergegebenen Anordnung vollzieht sich folgendermaßen:
Ausgehend von der gezeichneten Schaltstellung der Fig.3b, in der die Schalter 12
und 14 geschlossen und alle übrigen Schalter offen sind, fließt der Laststrom vor
Beginn der Stufenschaltung von der Anzapfung 2 der Transformatorwicklung 1 über
den Stromabnehmer 4, den geschlossenen Schalter 14 und über die Primärwicklung des
Stromwandlers 16. Die Sekundärwicklung 160 des Stromwandlers 16 liefert über den
geschlossenen Schalter 12 und über den Steuerstromtransformator 8 einen Wechselstrom
als Steuerstrom für die antiparallel geschalteten Stromtore 6, die abwechselnd im
Takte des Laststroms geöffnet und geschlossen werden. Bei der Lastumschaltung von
der Anzapfung 2 auf die Anzapfung 3 werden die Schalter 10 und 11 geschlossen und
nach einer gewissen Zeit der Schalter 14 geöffnet. Dadurch fließt der Laststrom
nunmehr über eines der beiden Stromtore 6, über den Schalter 10 und den Stromwandler
16 zum Stromverbraucher und zwar bis zum nächsten Nulldurchgang des Laststroms.
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Von da ab sind die Stromtore 6 zunächst wieder gesperrt. Der Laststrom
nimmt jetzt seinen Weg über den Widerstand R1 , den geschlossenen Schalter
10 und den Stromwandler 16. Hierdurch erhält der Steuerstromtransformator 8 über
die Sekundärwicklung 160 des Stromwandlers 16 Spannung, aodaß eines der beiden Stromtore
6 öffnet, wobei der Laststrom wiederum eine Halbwelle lang durch das geöffnete Stromtor
fließt, wonach der Vorgang sich fortlaufend wiederholt, bis der Schalter 13 im weiteren
Verlauf des Umschaltvorganges geaehlosaen
wird. Von hier ab werden
nunmehr zusätzlich die dem Stromabnehmer 5 zugeordneten antiparallel geschalteten'Stromtore
7 ebenfalls im . Takte des Wechselstroms abwechselnd geöffnet und geschlossen. Da
erfindungsgemäß die Stromtore"6 und 7 so geschaltet sind, daß kein Ausgleichsstrom
zwischen ihnen fließen kann, übernimmt jeweils dasjenige Stromtor d'eni Laststrom,
das die höhere Potentialdifferenz gegen Erde aufweist. Wird in der zweiten Hälfte
der Schalthandlung der Schalter 12 geöffnet, dann erhalten die Stromtore 6 keinen
Steuerstrom mehr. Dies hat zur Folge, daß der Laststrom spätestens vom nächsten
Nulldurchgang ab von den Stromtoren 7 übernommen wird und zwar dadurch, daß zunächst
der Lastrom von der Anzapfung 3 üben den Stromabnehmer 5, den Widerstand h2 , den
geschlossenen Schalter 11 und den Stromwandler 16 fließt. Der Stromwandler 16 versorgt
die-Stromtore 7 über den Transformator 9 in gleicher Weise wie beim Transformator
8 beschrieben, mit Steuerstrom. Der Laststrom fließt nunmehr solange über die Stromtore
7, bis der Schalter 15 geschlossen wird. Hei Beendigung. des Umschaltvorganges sind
sodann nur noch die Schalter 15 und 13 geschlossen, während die Schalter 10 und
11 kurz vorher geöffnet werden. Der Laststrom fließt somit nach Beendigung des Umschaltvorganges
über den Schalter 15 und den Stromwandler 16. Zur Entlastung der Stromtore 6 bzw.7
kann man parallel zu der Sekundärwicklung 160 des Stromwandlers 16 eine Bürde
anordnen. In diesem Falle können vor Beginn der Umschaltung auch die Schalter 12,
und 13 dann geöffnet bleiben und erst zeitlich zusammen git den Schaltern 10 und
11 geschlossen werden. Da- I durch fließt vor Beginn der Umschaltung in den Stromtoren
kein Steuerstrom. Selbstverständlich können, wenn sich erweist, daß auch-die kapazitiven
Steuerströme, die nach dem Nulldurchgang des Laststromes in den bisher nicht laststromführenden
Stromtoren in Sperrichtung kurzzeitig weiterfließen, nachteilig sind, diese .durch
einen in jedem .Steuerstromkreis angeordneten Gleichrichter ,
in
einfacher Weise unterdrückt werden.
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Die Ausführung nach Fig.4a und 4b unterscheidet sich von der Ausführung
nach Fig.3a und 3b einerseits durch die Anbringung der Schalter 12 und 13 parallel
zu den Primärwicklungen der Steuerstromtrans-. formatoren 8 und 9 und andererseits
dadurch, daß die Primärwicklun-. gen der beiden Steuerstromtransformatoren 8 und
9 miteinander in Reihe geschaltet sind. Weiter unterschiedlich ist noch die Anordnung
einer zweiteiligen voneinander isolierten Tertiärwicklung 161 und 161' des
vom Laststrom durchflossenen Stromwandlers 16. Darüber hinaus ist die zeitliche
Betätigung der Schalter 12 und 13 derart vorgenommen, daß sie sich zeitlich nicht
überlappen, wie aus Fig.4b ersichtlich ist. Die beiden tertiären Wicklungsteile
160 und 161' liefern den Steuerstrom für die antiparallelgeschalteten Hilfsstromtore
163, die die Sekundärwicklung 160 des tromwandlers 16 überbrücken.
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Wenn bei der Ausführung. nach Fig.4a die beiden Tertiärwicklungen
161 .und 1611 sowie die Hilfsstromtore 18 weggelassen werden, dann ist die
Wirkungsweise die gleiche wie bei der Fig.3a und 3b beschrieben. Die zusätzlichen
Einrichtungen der Pig.4a bewirken lediglich, dafl beim Öffnen der ;'tromtore 6 oder
7 anschließend die antiparallel geschalteten Stromtore 18 ebenfalls öffnen, wodurch
der Stromwandler 16 über die jetzt geöffneten Stromtore 18 sekundärseitig kurzgeschlossen
wird und damit die Steuerstromlieferung für die Stromtore 6 und 7 bis zum nächsten
Laststromnulldurchgang einstellt Mit der beschriebenen Anordnung erreicht man, daß
die Steuerstromlieferung für die Stromtore 6 und 7 nunmehr impulsartig erfolgt.
Die Hilfsstromtore 18 können im Gegensatz zu den Stromtoren 6'@uhd 7 sehr klein,-also
wenig aufwendig ausgeführt werden.