DE1538030C - Anordnung und Verfahren zur Lastum Schaltung bei Stufentransformatoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und der zugehörige Löschthyristor und die Thyristoren der ,

ein Verfahren zur Lastumschaltung bei Stufentrans- stromübernehmenden Einphasen-Gleichrichterbrücke

formatoren durch Zusammenwirkung von Thyristoren einen Zündimpuls erhalten, wobei zweckmäßig der

und ungesteuerten Dioden in zwei gleichartigen Zündimpuls für den Löschthyristor ein Kurzimpuls

Stromkreisen, die jeweils zwischen - ejner von zwei 5 ist und nur im Zeitpunkt der Umschaltung gegeben

Anzapfstufen des Stufentransformatjirs. und der ge- wird. Zur Erhöhung der Schaltleistung bzw. zur

meinsamen Ableitung liegen, wodurch ein licht- Verkleinerung der zur Schaltung benötigten Geräte

bogenfreies Umschalten der Belastung eines Stufen- ist es von Vorteil, die Zündimpulse im Bereich + 15°

transformators von einer zur nächsten Regelstufe elektrisch bis — 15° elektrisch vom Nulldurchgang

erreicht wird. io des Laststromes zu geben..

Bei einer bekannten Anordnung zur Lastum- An sich ist die Verwendung von Löschstromkrei-

schaltung mit gesteuerten und ungesteuerten Gleich- sen für Thyristoren bekannt, doch sind diese bekann-

richtern ist der Zeitpunkt der Umschaltung abhängig ten Schaltungen nicht geeignet, Thyristoren in einer

von der Phasenverschiebung zwischen Stufenspan- Einphasen-Gleichrichterbrücke bei der Lastumschal-

nung und Laststrom. Bei ohmscher Last ist die Um- 15 tung von Regeltransformatoren zu unterstützen,

schaltung schwierig und nur im Nullpunkt des Last- An Hand eines Ausführungsbeispiels soll der Ge- -

Stromes möglich. Auch ähnliche Schaltanordnungen genstand der Erfindung näher erläutert werden. Es

mit Thyristoren sind darauf ausgerichtet, den Last- zeigt

strom im Nulldurchgang zu schalten, wozu eine F i g. 1 die gesamte Schaltanordnung,
genaue Erfassung des Nullwerdens des Stromes in 20 F i g. 2 einen Umschaltvorgang von einer Stufendem zu sperrenden Stromkreis notwendig ist. anzapfung des Regeltransformators zur nächsten An-

Weiterhin ist eine Anordnung zur Lastumschaltung zapfung in den Stromweg-Schaltbildern α bis d,

bekanntgeworden, in welcher die Steuergeräte zur F i g. 3 in einem Diagramm den Zündstrom für die ,,-■

Zündung der Thyristoren des jeweiligen Stromkreises Thyristoren in Abhängigkeit von der Zeit. '*

von dem durch Beschaltungselemente des entspre- as In F i g. 1 ist ein Teil der Regelwicklung Tr des

chenden Gegenstromkreises fließenden, eingeprägten Regeltransformators mit den Stufenanzapfungen A

Laststromes bzw. von der Sperrspannung dieses und B dargestellt. 1 und 2 sind zwei Wählerkontakte,

Gegenstromkreises gespeist werden. Da die Thyri- die an den Stufenanzapfungen A und B liegen. Die

stören eine gewisse Zündenergie benötigen, wird die Wählerkontakte sind jeweils über Dauerkontakte 3

Zündung der Thyristoren des zu zündenden Strom- 30 und 4 mit der Ableitung 27 verbunden. Jeweils einer

kreises erst einige Zeit nach dem Nulldurchgang des der Dauerkontakte führt im stationären Zustand den

Laststromes erfolgen und außerdem laststrom- Läststrom. Parallel zu den Dauerkontakten 3 und 4

abhängig (Leerlauf) sein. sind zwei gleichartige Stromkreise St₁ und St₂ geschal-

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Last- tet, die über Trennschalter 5 und 6 mit den Wählerumschaltung bei Stufentransformatoren zu erreichen, 35 kontakten 1 und 2 verbunden sind. Die Trennschaldie in weiten Grenzen unabhängig vom Nulldurch- ter 5 und 6 machen die Stromkreise St₁ und St₂ nach gang des Laststromes ist und dadurch eine einfachere erfolgter Umschaltung spannungsfrei,
und dabei zuverlässige Steuerung des Umschaltvor- Der StromkreisSt₁ besteht aus den Thyristoren? ganges ermöglicht. und 8 und den ungesteuerten Häuptkreisdioden 11

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Anordnung 40 und 12, die eine Einphasen-Gleichrichterbrücke bilder eingangs genannten Art erfindungsgemäß da- den, in deren Gleichstromdiagonale die Hauptkreisdurch, daß in jedem Stromkreis zwei antiserie ge- Drosselspule 15 so geschaltet ist, daß der eine Pol im schaltete Thyristoren mit zwei gegensinnig antiserie Verbindungspunkt der Kathoden der Thyristoren 7 geschalteten, ungesteuerten Hauptkreisdioden in einer und 8, der andere Pol im Verbindungspunkt der An-Einphasen-Gleichrichterbrücke zusammengeschaltet 45 öden der ungesteuerten Hauptkreisdioden 11 und 12 sind, in deren Gleichstromdiagonalen eine Haupt- liegt. Der eine Wechselstromanschluß der Einphasenkreis-Drosselspule liegt, und jede Einphasen-Gleich- Gleichrichterbrücke ist mit dem Trennschalter 5, der richterbrücke mit einem zweiseitigen Löschstromkreis andere mit der gemeinsamen Ableitung 27 verbunden, gekoppelt ist, in welchem zwei antiserie geschaltete, Parallel zu dem Stromkreis Si₁ liegt ein zweiter gleichungesteuerte Löschkreisdioden, die gegensinnig zu 5° artiger Stromkreis St₂ mit den Thyristoren 9, 10, den Hauptkreisdioden liegen, mit den Thyristoren den ungesteuerten Hauptkreisdioden 13, 14 und der der Einphasen-Gleichrichterbrücke eine brücken- Hauptkreis-Drosselspule 16.

ähnliche Schaltung bilden, in deren Diagonale, zwi- Die Einphasen-Gleichrichterbrücke im Stromkreis sehen den Verbindungspunkten der Thyristoren und St₁ ist mit einem zweiseitigen Löschstromkreis gekopden Verbindungspunkten der Löschkreisdioden ein 55 pelt, der aus zwei ungesteuerten Löschkreisdioden 21, Kondensator, eine Löschkreis-Drosselspule uhd ein 22, einem Löschthyristor 19, einer Löschkreis-Dros-Löschthyristor in Reihe liegen, wobei der Konden- seispule 25 und einem vorgeladenen Kondensator 17 sator durch eine entkoppelte Gleichspannungsein- besteht, dessen positiver Pol an der Anode des Löschspeisung immer derart vorgeladen ist, daß ein Ent- thyristors 19 liegt. Diese Teile des Löschstromkreises ladestrom durch den Löschthyristor möglich ist. 6° sind so geschaltet, daß die Löschkreisdioden 21, 22

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Steuerung der mit den Thyristoren 7,8 der Einphasen-Gleichrichterobigen erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, brücke . eine brückenähnliche Schaltung bilden, in daß beide Thyristoren einer Einphasen-Gleichrichter- . . deren Diagonale der Löschthyristor 19, der vorgebrücke gleichzeitig einen. Zündimpuls erhalten. ladene Kondensator 17 und die Löschkreis-Drossel-Weiterhin ist es von Vorteil, daß während der Last- 65 spule 25 in Reihe geschaltet sind, wodurch erreicht umschaltung im Zeitpunkt der Wegnahme der Zünd- ■■- wird, daß bei Zündung des Löschthyristors 19 und impulse von den Thyristoren der zunächst strom- bei gleichzeitigem Laststrom in einem der beiden führenden Einphasen-Gleichrichterbrücke gleichzeitig "Tiyristoren 7 oder 8 ein Stromstoß i_c (Fig. 2) ent-

steht, der im Thyristor? oder 8 entgegen den Laststrom i_L gerichtet ist und diesen zwingt, vom Thyristor 7 oder 8 auf den aus der Löschkreisdiode 21 oder 22, den Kondensator 17, den Löschthyristor 19 und der Löschkreis-Drosselspule 25 gebildeten Strompfad zu kommutieren. · - ~

Derselbe Löschstromkreis mit den gleichen Eigenschaften und Wirkungen ist auch im Strömkreis St₂ mit den Löschkreisdioden 23, 24, dem Kondensator 18, der Löschkreis-Drosselspule 26 und dem Löschthyristor 20 vorgesehen.

Die Ladevorrichtung für den Kondensator 17 bzw. 18 muß dem Zweck entsprechend vom Löschstromkreis genügend entkoppelt sein. Die Speisespannung der Ladevorrichtung kann eine Fremdspannung sein oder aber von der Stufenspannung hergeleitet werden.

Für Thyristoren definiert man eine Mindestwartezeit, Freiwerdezeit genannt, die vergehen muß zwischen dem Nulldurchgang des Stromes von der Schalteinrichtung zur Sperrichtung und der frühest zulässigen Wiederkehr einer positiven Sperrspannung. Die Hauptkreis-Drosselspule 15 im Stromkreis St₁ bzw. die Hauptkreis-Drosselspule 16 im Stromkreis St₂ verhindert eine raschere Umladung des Kondensators 17 bzw. 18 infolge des von der Stufenspannung verursachten Ausgleichsstromes, als es die Freiwerdezeit erlaubt. Man definiert für Thyristoren weiter einen maximal zulässigen Stromanstieg in Durchlaßrichtung. Die Löschkreis-Drosselspule 25 im Stromkreis St₁ bzw. die Löschkreis-Drosselspule 26 im Stromkreis St₂ dient zur Begrenzung des Stromanstiegs im Löschthyristor 19 bzw. 20.

Zur weiteren Erläuterung der Funktionen der einzelnen Geräte soll an Hand der F i g. 1 und 2, α bis d ein Umschaltvorgang von der Stufenanzapfung A auf die Stufenanzapfung B des Regeltransformators beschrieben werden.

Zunächst ist der Wählerkontakt 1 und der Dauerkontakt 3 geschlossen, während die Trennschalter 5 und 6, der Wählerkontakt 2 und der Dauerkontakt 4 geöffnet sind. Zuerst wird nun der Wählerkontakt 2 an die Stufenanzapfung B geschlossen, der Trennschalter 5 geschlossen und die Thyristoren 7 und 8 gezündet, wobei Thyristor? als stromführend angenommen wird (F i g. 2, ä). Danach wird der Dauerkontakt 3 geöffnet und der Trennschalter 6 geschlossen. Der Laststrom i_L fließt nun über den Stromkreis Sf₁, während an den Thyristoren 9 und 10 des Stromkreises St₂ Sperrspannung anliegt. Nun werden im Stromkreis St₁ bei gleichzeitiger Wegnahme der Zündimpulse von den Thyristoren 7 und 8 der Löschthyristor 19 und im Stromkreis St₂ die Thyristoren 9 und 10 gleichzeitig gezündet (innerhalb von 1 bis 2 usec).

Infolge des Entladungsstromes i_c des Kondensators 17 wird nun der Ladestrom i_L innerhalb weniger Mikrosekunden auf den Strompfad, bestehend aus Löschkreisdiode 21, Löschkreisdrossel 25, Kondensator 17 und Löschthyristor 19, übergeführt (F i g. 2, b) und der Thyristor 7 stromlos. Wie bereits beschrie-, ben, liegt durch Zusammenwirkung von Kondensator 17 und den Hauptkreis-Drosselspulen 15,16 und der Löschkreis-Drosselspule 25 nach Nullwerden des Stromes an Thyristor? entsprechend lange Sperrspannung in negativer Richtung an, so daß der Thyristor 7 auch in positiver Richtung wieder sperrfähig wird. Eventuelle Teilentladungsströme über die Hauptkreisdioden 11 und 12 sowie ein bereits beginnender Ausgleichsstrom i_Austi, über den Stromkreis St₂ während der Löschzeit des Thyristors 7 werden in F i g. 2, b nicht berücksichtigt. Infolge der Summe der im Stufenkreis vorhandenen Induktivitäten der Hauptkreis-Drosselspulen 15,16 und der Löschkreis-Drosselspule 25 zusätzlich einer Streuinduktivität kann sich der Strom nicht sprungartig ändern, obwohl die Thyristoren 9, 10 des Stromkreises St₂ bereits Zündimpulse erhalten, sondern wird sich erst mit zunehmender Kondensator-Umladung vom Stromkreis St₁ auf den Stromkreis St₂ ablösen (F i g. 2, c und d). Dabei haben Umschaltaugenblick und Phasenlage des Lastströmes wesentlichen Einfluß auf Umschaltzeit, maximale Kondensatorspannung sowie auf Polarität und Amplitude des durch die Stufenspannung verursachten Ausgleichstroms. Ausgangspunkt für die in F i g. 2 gezeigte Umschaltung ist ohmsche Last, wobei Stufenanzapfung A gegenüber Stufenanzapfung B positives Potential besitzt. Die Stufenschaltanordnung funktioniert ähnlich bei induktiver bzw. kapazitiver Last. Der Verlauf der Zündimpulse /, über die Zeit / zeigt das Diagramm nach Fig. 3, wobei ij den Zeitpunkt der Zündung der Thyristoren 7 und 8 und t₂ den Zeitpunkt der Zündung der Thyristoren 9, 10 V.

und 19 wiedergibt. Dies gilt für eine Umschaltung von Stufenanzapfung A nach B. Die Zündimpulse für die Thyristoren 7, 8, 9,10 und den Löschthyristor 19 sind mit J_zl, J₂₈, J₂₉, J_zlQ, Z₂₁₉ bezeichnet. Bei einer Umschaltung von B nach A gilt die in Klammer angeführte Zündimpulsfolge.

Es können aber für die Thyristoren 7 und 8 bzw. 9 and 10 auch kurze Zündimpulse gewählt werden, die sich dann entsprechend oft wiederholen müssen (gestrichelt angedeutet). Wesentlich ist, daß der Zündimpuls /_zl9 des Löschthyristors 19 bzw. bei

Umschaltung von B auf A der Zündimpuls des J_{2 20} des Löschthyristors 20, ein KuTzimpuls ist und nur im Umschaltaugenblick gegeben wird.

Nach Nullwerden des Stromes im Stromkreis St₁ sperren sämtliche Thyristoren in diesem Gerät, und der Trennschalter 5 wird geöffnet. Darauf wird der Dauerkontakt 4 geschlossen und auch der Trennschalter 6 geöffnet, so daß beide Stromkreise St₁ und St₂ spannungslos werden. In analoger Weise vollzieht sich eine Umschaltung von der Stufenanzapfung B auf die Stufenanzapfung A des Regeltransformators.

Damit der Löschthyristor 19 bzw. 20 gegenüber den Thyristoren 7 und 8 bzw. 9 und 10 schwächer ausgelegt werden kann, läßt sich mit Digitalbausteinen in bekannter Weise eine Schaltung aufbauen, welche den Umschaltbefehl vom Stromkreis St₁ oder umgekehrt nur im Bereich kleinerer Momentanwerte der * Stufenspannung durchläßt (etwa im Bereich + 15° el bis —15° el vom Nulldurchgang entfernt). Dadurch verringert sich der je nach Schaltaugenblick mögliche, während der Umschaltung dem Laststrom überlagerte Ausgleichstrom infolge der Stufenspannung.

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Claims (5)

1. Patentansprüche:

   1/Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren durch Zusammenwirken von Thyristoren und ungesteuerten Dioden in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen,

   dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Stromkreis (Si₁ und 5/₂) 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 Glcichstromdiagonalen^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-Gleichrichter-j

   brücke 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. 2. Verfahren zur Steuerung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Thyristoren einer Einphasen-Gleichrichterbrücke gleichzeitig einen Zündimpuls erhalten.
3. 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 Tiinphasen-Gleichrich-

   terbrücke. einen Zündimpuls erhalten.
4. 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. 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