DE1538030B1

DE1538030B1 - Anordnung und Verfahren zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren

Info

Publication number: DE1538030B1
Application number: DE19661538030
Authority: DE
Inventors: Matzl Dipl-Ing Manfred
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 1966-03-05
Filing date: 1966-03-05
Publication date: 1970-06-04
Also published as: US3437913A; GB1120017A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren durch Zusammenwirkung von Thyristoren und ungesteuerten Dioden in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei 5 Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen, wodurch ein lichtbogenfreies Umschalten der Belastung eines Stufentransformators von einer zur nächsten Regelstufe erreicht wird.

Bei einer bekannten Anordnung zur Lastumschaltung mit gesteuerten und ungesteuerten Gleichrichtern ist der Zeitpunkt der Umschaltung abhängig von der Phasenverschiebung zwischen Stufenspannung und Laststrom. Bei ohmscher Last ist die Umschaltung schwierig und nur im Nullpunkt des Laststromes möglich. Auch ähnliche Schaltanordnungen mit Thyristoren sind darauf ausgerichtet, den Laststrom im Nulldurchgang zu schalten, wozu eine genaue Erfassung des Nullwerdens des Stromes in dem zu sperrenden Stromkreis notwendig ist.

Weiterhin ist eine Anordnung zur Lastumschaltung bekanntgeworden, in welcher die Steuergeräte zur Zündung der Thyristoren des jeweiligen Stromkreises von dem durch Beschaltungselemente des entsprechenden Gegenstromkreises fließenden, eingeprägten Laststromes bzw. von der Sperrspannung dieses Gegenstromkreises gespeist werden. Da die Thyristoren eine gewisse Zündenergie benötigen, wird die Zündung der Thyristoren des zu zündenden Stromkreises erst einige Zeit nach dem Nulldurchgang des Laststromes erfolgen und außerdem laststromabhängig (Leerlauf) sein:

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Lastumschaltung bei Stufentransformatoren zu erreichen, die in weiten Grenzen unabhängig vom Nulldurchgang des Laststromes ist und dadurch eine einfachere und dabei zuverlässige Steuerung des Umschaltvorganges ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß in jedem Stromkreis zwei antiserie geschaltete Thyristoren mit zwei gegensinnig antiserie geschalteten, ungesteuerten Hauptkreisdioden in einer Einphasen-Gleichrichterbrücke zusammengeschaltet sind, in deren Gleichstromdiagonalen eine Hauptkreis-Drosselspule liegt, und jede Einphasen-Gleichrichterbrücke mit einem zweiseitigen Löschstromkreis gekoppelt ist, in welchem zwei antiserie geschaltete, ungesteuerte Löschkreisdioden, die gegensinnig zu den Hauptkreisdioden liegen, mit den Thyristoren der Emphasen-Gleichrichterbrücke eine brückenähnliche Schaltung bilden, in deren Diagonale, zwischen den Verbindungspunkten der Thyristoren und den Verbindungspunkten der Löschkreisdioden ein Kondensator, eine Löschkreis-Drosselspule und ein Löschthyristor in Reihe liegen, wobei der Kondensator durch eine entkoppelte Gleichspannungseinspeisung immer derart vorgeladen ist, daß ein Entladestrom durch den Löschthyristor möglich ist.

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Steuerung, der obigen erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß beide Thyristoren einer Einphasen-Gleichrichterbrücke gleichzeitig einen Zündimpüls erhalten. Weiterhin ist es von Vorteil, daß während der Lastumschaltung im Zeitpunkt der Wegnahme der Zündimpulse von den Thyristoren der zunächst stromführenden Einphasen-Gleichrichterbrücke gleichzeitig der zugehörige Löschthyristor und die Thyristoren der stromübernehmenden Einphasen-Gleichrichterbrücke einen Zündimpuls erhalten, wobei zweckmäßig der Zündimpuls für den Löschthyristor ein Kurzimpuls ist und nur im Zeitpunkt der Umschaltung gegeben wird. Zur Erhöhung der Schaltleistung bzw. zur Verkleinerung der zur Schaltung benötigten Geräte ist es von Vorteil, die Zündimpulse im Bereich + 15° elektrisch bis —15° elektrisch vom Nulldurchgang des Laststromes zu geben.

An sich ist die Verwendung von Löschstromkreisen für Thyristoren bekannt, doch sind diese bekannten Schaltungen nicht geeignet, Thyristoren in einer Einphasen-Gleichrichterbrücke bei der Lastumschaltung von Regeltransformatoren zu unterstützen.

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 die gesamte Schaltanordnung,

F i g. 2 einen Umschaltvorgang von einer Stufenanzapfung des Regeltransformators zur nächsten Anzapfung in den Stromweg-Schaltbildern α bis d, A

F i g. 3 in einem Diagramm den Zündstrom für die Thyristoren in Abhängigkeit von der Zeit.

In Fig. 1 ist ein Teil der Regelwicklung Tr des Regeltransformators mit den Stufenanzapfungen A und B dargestellt. 1 und 2 sind zwei Wählerkontakte, die an den Stufenanzapfungen A und B liegen. Die Wählerkontakte sind jeweils über Dauerkontakte 3 und 4 mit der Ableitung 27 verbunden. Jeweils einer der Dauerkontakte führt im stationären Zustand den Laststrom. Parallel zu den Dauerkontakten 3 und 4 sind zwei gleichartige Stromkreise St₁ und St₂ geschaltet, die über Trennschalter 5 und 6 mit den Wählerkontakten 1 und 2 verbunden sind. Die Trennschalter 5 und 6 machen die Stromkreise St₁ und St₁₁ nach erfolgter Umschaltung spannungsfrei.

Der Stromkreis St₁ besteht aus den Thyristoren 7 und 8 und den ungesteuerten Hauptkreisdioden 11 und 12, die eine Einphasen-Gleichrichterbrücke bilden, in deren Gleichstromdiagonale die Hauptkreis-Drosselspule 15 so geschaltet ist, daß der eine Pol im Verbindungspunkt der Kathoden der Thyristoren 7 , und 8, der andere Pol im Verbindungspunkt der An- " öden der ungesteuerten Hauptkreisdioden 11 und 12 liegt. Der eine Wechselstromanschluß der Einphasen-Gleichrichterbrücke ist mit dem Trennschalter 5, der andere mit der gemeinsamen Ableitung 27 verbunden. Parallel zu dem Stromkreis St₁ liegt ein zweiter gleichartiger Stromkreis St₂ mit den Thyristoren 9, 10, den ungesteuerten Hauptkreisdioden 13, 14 und der Hauptkreis-Drosselspule 16.

Die Einphasen-Gleichrichterbrücke im Stromkreis St₁ ist mit einem zweiseitigen Löschstromkreis gekoppelt, der aus zwei ungesteuerten Löschkreisdioden 21, 22, einem Löschthyristor 19, einer Löschkreis-Drosselspule 25 und einem vorgeladenen Kondensator 17 besteht, dessen positiver Pol an der Anode des Löschthyristors 19 liegt. Diese Teile des Löschstromkreises sind so geschaltet, daß die Löschkreisdioden 21, 22 mit den Thyristoren 7,8 der Einphasen-Gleichrichterbrücke eine brückenähnliche Schaltung bilden, in deren Diagonale der Löschthyristor 19, der vorgeladene Kondensator 17 und die Löschkreis-Drosselspule 25 in Reihe geschaltet sind, wodurch erreicht wird, daß bei Zündung des Löschthyristors 19 und bei gleichzeitigem Laststrom in einem der beiden Tiyristoren? oder 8 ein Stromstoß i_c (Fig. 2) ent-

Claims

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steht, der im Thyristor 7 oder 8 entgegen den Last- kreis St₂ während der Löschzeit des Thyristors 7

strom i_L gerichtet ist und diesen zwingt, vom Thyri- werden in F i g. 2, b nicht berücksichtigt. Infolge der

stör 7 oder 8 auf den aus der Löschkreisdiode 21 oder Summe der im Stufenkreis vorhandenen Induktivi-

22, den Kondensator 17, den Löschthyristor 19 und täten der Hauptkreis-Drosselspulen 15,16 und der der Löschkreis-Drosselspule 25 gebildeten Strompfad 5 Löschkreis-Drosselspule 25 zusätzlich einer Streu-

zu kommutieren. induktivität kann sich der Strom nicht sprungartig

Derselbe Löschstromkreis mit den gleichen Eigen- ändern, obwohl die Thyristoren 9, 10 des Strpm-

schaften und Wirkungen ist auch im Stromkreis St₂ kreises St₂ bereits Zündimpulse erhalten, sondern

mit den Löschkreisdioden 23,24, dem Kondensator wird sich erst mit zunehmender Kondensator-

18, der Löschkreis-Drosselspule 26 und dem Lösch- io Umladung vom Stromkreis St₁ auf den Stromkreis St₂

thyristor 20 vorgesehen. ablösen (F i g. 2, c und d). Dabei haben Umschalt-

Die Ladevorrichtung für den Kondensator 17 bzw. augenblick und Phasenlage des Laststromes wesent-18 muß dem Zweck entsprechend vom Löschstrom- liehen Einfluß auf Umschaltzeit, maximale Kondenkreis genügend entkoppelt sein. Die Speisespannung satorspannung sowie auf Polarität und Amplitude der Ladevorrichtung kann eine Fremdspannung sein 15 des durch die Stufenspannung verursachten Ausoder aber von der Stufenspannung hergeleitet werden. gleichstroms. Ausgangspunkt für die in Fig. 2 ge-

Für Thyristoren definiert man eine Mindestwarte- zeigte Umschaltung ist ohmsche Last, wobei Stufenzeit, Freiwerdezeit genannt, die vergehen muß zwi- anzapfung A gegenüber Stufenanzapfung B positives sehen dem Nulldurchgang des Stromes von der Potential besitzt. Die Stufenschaltanordnung funk-Schalteinrichtung zur Sperrichtung und der frühest so· tioniert ähnlich bei induktiver bzw. kapazitiver Last, zulässigen Wiederkehr einer positiven Sperrspannung. Der Verlauf der Zündimpulse J₂ über die Zeit t

»Die Hauptkreis-Drosselspule 15 im Stromkreis St₁ zeigt das Diagramm nach Fig. 3, wobei t_± den Zeitbzw, die Hauptkreis-Drosselspule 16 im Stromkreis punkt der Zündung der Thyristoren 7 und 8 und t₂ St₂ verhindert eine raschere Umladung des Konden- den Zeitpunkt der Zündung der Thyristoren 9, 10 sators 17 bzw. 18 infolge des von der Stufenspannung 25 und 19 wiedergibt. Dies gilt für eine Umschaltung verursachten Ausgleichsstromes, als es die Freiwerde- von Stufenanzapfung A nach B. Die Zündimpulse zeit erlaubt. Man definiert für Thyristoren weiter für die Thyristoren 7, 8, 9,10 und den Löschthyristor einen maximal zulässigen Stromanstieg in Durchlaß- 19 sind mit J₂₇, J₂₈, J₂₉₁ J₂₁₀, J_zlg bezeichnet. Bei richtung. Die Löschkreis-Drosselspule 25 im Strom- einer Umschaltung von B nach A gilt die in Klammer kreis St₁ bzw. die Löschkreis-Drosselspule 26 im 30 angeführte Zündimpulsfolge.

Stromkreis St₂ dient zur Begrenzung des Strom- Es können aber für die Thyristoren 7 und 8 bzw.

anstiegs im Löschthyristor 19 bzw. 20. 9 »nd 10 auch kurze Zündimpulse gewählt werden,

Zur weiteren Erläuterung der Funktionen der ein- die sich dann entsprechend oft wiederholen müssen

zelnen Geräte soll an Hand der F i g. 1 und 2, α bis d (gestrichelt angedeutet). Wesentlich ist, daß der

ein Umschaltvorgang von der Stufenanzapfung A auf 35 Zündimpuls J₂₁₉ des Löschthyristors 19 bzw. bei

die Stufenanzapfung B des Regeltransformators be- Umschaltung von B auf A der Zündimpuls des J₂₂₀

schrieben werden. des Löschthyristors 20, ein Kurzimpuls ist und nur

Zunächst ist der Wählerkontakt 1 und der Dauer- im Umschaltaugenblick gegeben wird,
kontakt 3 geschlossen, während die Trennschalter 5 Nach Nullwerden des Stromes im Stromkreis St₁ und 6, der Wählerkontakt 2 und der Dauerkontakt 4 40 sperren sämtliche Thyristoren in diesem Gerät, und geöffnet sind. Zuerst wird nun der Wählerkontakt2 der Trennschalters wird geöffnet. Darauf wird der an die Stufenanzapfung B geschlossen, der Trenn- Dauerkontakt 4 geschlossen und auch der Trennk schalter 5 geschlossen und die Thyristoren 7 und 8 schalter 6 geöffnet, so daß beide Stromkreise Si₁ ' gezündet, wobei Thyristor 7 als stromführend ange- und St₂ spannungslos werden. In analoger Weise nommen wird (Fig. 2, d). Danach wird der Dauer- 45 vollzieht sich eine Umschaltung von der Stufenkontakt 3 geöffnet und der Trennschalter 6 geschlos- anzapfung B auf die Stufenanzapfung A des Regelsen. Der Laststrom i_L fließt nun über den Stromkreis transformators.

Si₁, während an den Thyristoren 9 und 10 des Strom- Damit der Löschthyristor 19 bzw. 20 gegenüber kreises Si₂ Sperrspannung anliegt. Nun werden im den Thyristoren 7 und 8 bzw. 9 und 10 schwächer Stromkreis Si₁ bei gleichzeitiger Wegnahme der Zünd- 5° ausgelegt werden kann, läßt sich mit Digitalbauimpulse von den Thyristoren 7 und 8 der Löschthyri- steinen in bekannter Weise eine Schaltung aufbauen, stör 19 und im Stromkreis St₂ die Thyristoren 9 und welche den Umschaltbefehl vom Stromkreis St₁ oder 10 gleichzeitig gezündet (innerhalb von 1 bis 2 ys&c). umgekehrt nur im Bereich kleinerer Momentanwerte Infolge des Entladungsstromes i_c des Kondensators der Stufenspannung durchläßt (etwa im Bereich 17 wird nun der Ladestrom i_L innerhalb weniger 55 +15° el bis —15° el vom Nulldurchgang entfernt). Mikrosekunden auf den Strompfad, bestehend aus Dadurch verringert sich der je nach Schaltaugenblick Löschkreisdiode 21, Löschkreisdrossel 25, Konden- mögliche, während der Umschaltung dem Laststrom satorl? und Löschthyristor 19, übergeführt (F ig. 2, b) überlagerte Ausgleichstrom infolge der Stufen- und der Thyristor? stromlos. Wie bereits beschrie- spannung,
ben, liegt durch Zusammenwirkung von Kondensator 60

17 und den Hauptkreis-Drosselspulen 15,16 und der Patentansprüche:
Löschkreis-Drosselspule 25 nach Nullwerden des

Stromes an Thyristor 7 entsprechend lange Sperr- 1. Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufenspannung in negativer Richtung an, so daß der transformatoren durch Zusammenwirken von Thyristor 7 auch in positiver Richtung wieder sperr- 65 Thyristoren und xmgesteuerten Dioden in zwei fähig wird. Eventuelle Teilentladungsströme über die gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen Hauptkreisdioden 11 und 12 sowie ein bereits be- einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransforginnender Ausgleichsstrom iaussi. über den Strom- mators und der gemeinsamen Ableitung liegen,

dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Stromkreis (Si₁ und St₂) zwei antiserie geschaltete Thyristoren (7, 8 bzw. 9,10) mit zwei gegensinnig antiserie geschalteten, ungesteuerten Hauptkreisdioden (11, 12 bzw. 13, 14) in einer Einphasen-Gleichrichterbrücke zusammengeschaltet sind, in deren Gleichstromdiagonalen eine Hauptkreis-Drosselspule (15,16) liegt, und jede Einphasen-Gleichrichterbrücke mit einem zweiseitigen Löschstromkreis gekoppelt ist, in welchem zwei antiserie geschaltete, ungesteuerte Löschkreisdioden (21, 22 bzw. 23, 24), die gegensinnig zu den Hauptkreisdioden liegen, mit den Thyristoren (7, 8 bzw. 9, 10) der Einphasen-Gleichrichterbrücke eine brückenähnliche Schaltung bilden, in deren Diagonale, zwischen den Verbindungspunkten der Thyristoren und den Verbindungspunkten der Löschkreisdioden (21,22 bzw. 23,24) ein Kondensator (17 bzw. 18), eine Löschkreis-Drosselspule (25 bzw. 26) und ein Löschthyristor (19 bzw. 20) in Reihe liegen, wobei der Kondensator (17 bzw. 18) durch eine entkoppelte Gleichspannungseinspeisung immer derart vorgeladen ist, daß ein Entladestrom durch den Löschthyristor möglich ist.
2. Verfahren zur Steuerung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Thyristoren einer Einphasen-GIeichrichterbrücke gleichzeitig einen Zündimpuls erhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Lastumschaltung im Zeitpunkt der Wegnahme der Zündimpulse von den Thyristoren der zunächst stromführenden Einphasen-Gleichrichterbrücke gleichzeitig der zugehörige Löschthyristor und die Thyristoren der stromübernehmenden Einphasen-Gleichrichterbrücke einen Zündimpuls erhalten.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls für den Löschthyristor ein Kurzimpuls ist und nur im Zeitpunkt der Umschaltung gegeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse im Bereich + 15° elektrisch bis — 15° elektrisch vom Nulldurchgang des Laststromes gegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen