DE1563280B2

DE1563280B2 - Anordnung zur lastumschaltung bei stufentransformatoren mit antiparallel geschalteten thyristoren

Info

Publication number: DE1563280B2
Application number: DE19661563280
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing 8411 Zeitlarn Matzl
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen Gebruder Scheu beck KG, 8400 Regensburg
Priority date: 1966-04-16
Filing date: 1966-04-16
Publication date: 1971-04-01
Also published as: CH490761A; CH506208A; DE1638458C3; DE1563280A1; FR93899E; US3466530A; SE309808B; SE332661B; DE1638458B2; DE1638458A1; GB1126840A; GB1166772A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Anordnung zur Lastumschaltung für Stufentransfor-

zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit matoren der eingangs beschriebenen Art einerseits

antiparallelgeschalteten Thyristoren in zwei gleich- die Abhängigkeit der Zündung von der Größe des

artigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von Laststroms und damit ungewollte Zündverzögerun-

zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der 5 gen zu vermeiden und andererseits die Verriegelung

gemeinsamen Ableitung liegen, und mit je einem die der Stromkreise gegeneinander zu vereinfachen und

Thyristoren steuernden Impulsverstärker, wobei zur dabei die Anzahl der verwendeten Digitalbausteine

Verriegelung der Stromkreise gegeneinander die zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird dies dadurch

Ausgangsspannungen von zwei Sperrspannungs- erreicht, daß für jeden Stromkreis die logische Ver-

geräten mit Schwellwert zur Erfassung der Spannung io knüpfung a · b (UND-Verknüpfung) gebildet ist,

an dem jeweils zugeordneten Thyristor-Paar und die wobei α die Ausgangsspannung des Sperrspannungs-

Ausgangsspannungen der beiden Ausgänge eines gerätes des zuerst stromführenden Stromkreises und

gemeinsamen bistabilen Befehlsgebers zur Einleitung b die Ausgangsspannung desjenigen Ausganges des

der Lastumschaltung über logische Bausteine mitein- Befehlsgebers ist, welcher einen Zündbefehl für den

ander verknüpft sind. 15 stromübernehmenden Stromkreis vorgibt. Gemäß

Es sind Anordnungen zur Lastumschaltung bei einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft,

Stufentransformatoren bekanntgeworden (belgisches daß zusätzlich je Stromkreis ein Stromerfassungs-

Patent 612 572, französisches Patent 1 378 810), in gerät vorgesehen ist, mit dessen Hilfe für jeden

welchen die Zündung der Thyristorzweige entweder Stromkreis die logische Verknüpfung

mit Stromwandlern, die vom Laststrom des jeweiligen 20 , _
Gegenstroms durchflossen werden, geschieht oder

aber mit Transformatoren, welche aus der Sperr- (UND-Verknüpfung) gebildet ist, wobei c (inverspannung am Gegenzweig mittels Gleichrichtern die tiert c) die Ausgangsspannung des dem strom-Zündspannung für die Thyristoren bilden. Da die übernehmenden Stromkreis zugeordneten Strom-Thyristoren zur Zündung eine gewisse Energie be- 25 erfassungsgerätes ist. In zweckmäßiger Weise sind nötigen, Laststrom sowohl als auch Sperrspannung die Impulsverstärker mit einer Gleichspannung geaber Wechselgrößen sind, kann die Zündung der speist, die von der Stufenspannung des Stufen-Thyristoren einerseits ungewollt verzögert statt- transformators oder einer Fremdspannung herfinden, was zu Spannungsspitzen führt, und wird geleitet ist.

andererseits laststromabhängig sein, was mit der 3° An Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Form

Größe des Laststroms schwankende Zündverhätnisse von Schaltbildern soll der Gegenstand der Erfindung

bedeutet. näher erläutert werden. Es zeigt

Eine weitere Anordnung zur Umschaltung ist im F i g. 1 das Schaltbild einer Anordnung zur Lastbelgischen Patent 662475 bekanntgeworden; darin umschaltung, bei welchem der Impulsverstärker wird eine Kombination von Digitalbausteinen, welche 35 durch Impulse gesteuert wird, die über ein Sperrdie logische Funktion spannungserfassungsgerät und Digitalbausteine er-

a-b + b-c + d ^zeu§^{t werden}>

F i g. 2 die Schaltung eines Sperrspannungsgerätes,

verwirklicht, dazu verwendet, die Thyristoren ab- Fig. 3 eine Funktionstabelle der verwendeten

hängig von der Höhe der Spannung am sperrenden 4° Digitalbausteine,

Zweig, ferner abhängig vom Ausgang einer bistabilen F i g. 4 ein Schaltbild der Anordnung zur Last-Verteilerstufe und einer Verzögerungsstufe, zu zün- umschaltung, bei welchem der Impulsverstärker den. Darin bedeuten α den Ausgangszustand des durch kurze Steuerimpulse gesteuert wird, die über einen Spannungserfassungsgerätes, b den Ausgangs- ein Stromerfassungsgerät und ein Sperrspannungszustand der Verzögerungsstufe, c den Ausgangs- 45 erfassungsgerät und Digitalbausteine erzeugt werden, zustand des anderen Spannungserfassungsgerätes Im Schaltbild nach F i g. 1 ist ein Teil der Wick- und d schließlich den Ausgangszustand der bistabilen lung des Stufentransformators Tr mit den Stufen-Verteilerstufe. Zwar ist hier der störende Einfluß der anzapfungen A und B dargestellt. 1 und 2 sind zwei Laststromabhängigkeit nicht vorhanden, doch ist Wählerkontakte, die an den Stufenanzapfungen A einerseits der Aufwand : an Logikbausteinen relativ 50 und B liegen. Die Wählerkontakte 1 und 2 sind hoch und andererseits eine bestimmte Spannungs- jeweils über Dauerkontakte 3, 4 mit der Ableitung spitze im leitenden Thyristorzweig, die zur Aus- AbI verbunden. Jeweils einer der Dauerkontakte 3 lösung der Zündimpulse für den antiparallelen bzw. 4 führt im stationären Zustand den Laststrom. Thyristor führt, immer notwendig. Parallel zu den Dauerkontakteri 3, 4 sind zwei gleich-

Schließlich ist eine Anordnung (entsprechend der 55 artige Stromkreise Si₁ und St₂ geschaltet, die über nachveröffentlichten USA.-Patentschrift 3 340 462, Trennschalter 5 und 6 mit den Wählerkontakten 1, 2 die der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungs- verbunden sind. Die Trennschalter 5, 6 machen die schrift 1413 478 entspricht) bereits vorgeschlagen Stromkreise St₁ und St₂ nach erfolgter Umschaltung worden, welche wie die bisher genannten Anord- spannungsfrei. ; ';"■
nungen im Nulldurchgang des Laststroms von einer 60 Der Stromkreis St₁ besteht aus den gegenparallel-Anzapfung des Stufentransformators auf die nächst- geschalteten Thyristoren 7 und 8, denen ein Konhöhere oder -tiefere umschaltet, die aber den genauen densator 11, ein Dämpfungswiderstand 13 und eine Nulldurchgang des Stroms direkt mit Hilfe von Luftdrossel 15 parallel geschaltet ist. Der Konden-Strom-Detektoren erfaßt. Unerwünscht ist hierbei sator 11 kann den Laststrom während der ganz wieder eine vorhandene Abhängigkeit der Thyristor- 65 kurzen Zündverzögerung ohne wesentlichen Spanzündung von der Größe des Laststroms, die bei sehr nungsabfall weiterführen und gleichzeitig die Spangeringer Last zu Schwierigkeiten führen kann. nungsanstiege an den Thyristoren verringern. Die

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei einer Luftdrossel 15 von einigen μΗ dient dazu, den An-

stieg des Kondensator-Entladestroms auf ein für die Thyristoren zulässiges Maß zu reduzieren. Der Dämpfungswiderstand 13 ist niederohmig.

Der Stromkreis¹ St₂ ist gleichartig aufgebaut, wie der Stromkreis Si₁: Er besitzt die Thyristoren 9, 10, den Kondensator 12, den Dämpfungswiderstand 14 und die Luftdrossel 16.

Der Impulsverstärker JV besteht aus den Impulstransformatoren 17, 18, deren Primärwicklungen 171 und 181 mit Transistorkaskaden 19 und 20 in einem Stromkreis zusammengeschaltet sind, der von einer Gleichspannung 21 gespeist wird. Parallel zu den Primärwicklungen 171, 181 sind Dioden 22 geschaltet. Die Sekundärwicklungen 172, 182 der Impulstransformatoren 17 und 18 sind unterteil und sind jeweils zwischen die Kathode und die Steuerelektrode je eines Thyristors 7, 8 bzw. 9, 10 geschaltet. 23 und 24 sind Basis-Emitter-Widerstände, 25 und 26 sind Widerstände zur Begrenzung des Steuerstroms der Transistor-Kaskaden 19, 20.

Parallel zu den Thyristoren? und 8 des Stromkreises St₁ bzw. zu den Thyristoren 9 und 10 des Stromkreises St₂ liegen je ein Sperrspannungsgerät 31 bzw. 32, dessen Schaltung aus F i g. 2 zu ersehen ist. Das Gerät besteht zunächst aus einem Primär-Stromkreis eines Transformators 33, in welchem gegenparallelgeschaltete Dioden 34 und ein Widerstand 35 liegen. Die Dioden 34 dienen als Schwelle und der Widerstand 35 zur Begrenzung des sekundär über eine Einphasen-Gleichrichterbrücke 36 und eine Zenerdiode 37 fließenden Stroms. Der Widerstand 38 dient zur Einstellung des Ansprechzeitpunkts der Digitalbausteine.

Der Umschaltbefehl wird über die Eingänge E₁ bzw. E₂ eines bistabilen Befehlsgebers 40 gegeben und über je eine NOR-Stufe 41 bzw. 42 weitergegeben, wobei die Eingangskontakte E₁ der NOR-Stufen41 und 42 jeweils mit dem Sperrspannungsgerät 32 bzw. 31 in Verbindung stehen. Der Ausgangskontakt A der Stufen 41 bzw. 42 ist über je eine Inverterstufe 43 bzw. 44, welche das Ausgangssignal der Stufen 41_; bzw. 42 umkehren, mit der Transistor-Kaskade 19 bzw. 20 des Impulsverstärkers JV verbunden.

Die beiden Sperrspannungsgeräte 31 bzw. 32 verhindern beim Ankommen des Umschaltbefehls vom Stromkreis St₁ auf den Stromkreis St₂ oder umgekehrt zwar nicht die sofortige Wegnahme der Steuerimpulse von den leitenden Thyristoren? und 8 bzw. 9 und 10, sie geben aber infolge der primären Schwelle 34 nur und erst dann Gleichspannungssignal an die NOR-Stufen 41 bzw. 42 der Gegenzweige, wenn die parallelen Thyristoren in Sperrzustand übergegangen sind. Sobald für die NOR-Stufe an beiden Eingängen E₁, E₂ Spannung (d. h. Signal 0) anliegt, erscheint am Ausgang^ der Inverterstufe Spannung, welche die entsprechende Transistor-Kaskade 19 bzw. 20 im Impulsverstärker JV durchzündet. Die Gleichspannung liegt jetzt am Impulstransformator 17 bzw. 18, und dieser überträgt die Spannung auf die Thyristoren 7, 8 bzw. 9, 10. Abgesehen von ganz kurzen Pausen während der Nulldurchgänge der Sperrspannung muß der Impulstransformator 17 bzw. 18 während der gesamten Einschaltzeit der Thyristoren 7, 8 bzw. 9, 10 Spannung übertragen. Dadurch ist ein verhältnismäßig großer Impulstransformator 17 bzw. 18 erforderlich.

Das Ausführungsbeispiel nach dem Schaltbild F i g. 4 zeigt eine Steueranordnung, bei welcher die jeweiligen Thyristoren 7 und 8 bzw. 9 und 10 mit kurzen Impulsen gezündet werden und dadurch die Baugröße der Impulstransformatoren 17 und 18 wesentlich verringert und ihr Übertragungsverhalten verbessert wird. Die Leistungsstromkreise Si₁ und Si₂ samt den Sperrspannungsgeräten 31 und 32 und dem Impulsverstärker JV sind im Aufbau gleich der Schaltung nach F i g. 1 mit der gleichen Bezeichnung, jedoch wurden in Fig. 4 der Einfachheit halber, sämtliche Kontakte 1... 6, die Stromwege 11,13,15 bzw. 12, 14, 16 und unwesentliche Komponenten des Impulsverstärkers JV weggelassen.

Zusätzlich zu den NOR-B austeinen 41 und 42 nach F i g. 1 werden bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die NAND-Stufen 51 und 52 verwendet. Die Ausgänge A der Stufen 41 und 42 steuern nicht die Transistor-Kaskaden 19 und 20 über Inverterstufen direkt, sondern sind mit den Eingängen Zs₁ je einer NAND-Stufe 51 und 52 verbunden. Außerdem sind über Stromwandler 71 und 72, deren Primärwicklungen in der Ableitung AbI der Stromkreise Si₁ und Si₂ liegen, Stromerfassungsgeräte 73 und 74 geschaltet, die den jeweiligen Laststrom in den Stromkreisen St₁ und St₂ erfassen und als Gleichspannung über den Eingangskontakt E₂ an die NAND-Stufe 51 bzw. 52 weitergeben. Dieses Gleichspannungssignal ist in der Nähe des Laststrom-Nulldurchganges natürlich ebenfalls Null und beeinflußt die NAND-Stufe 51 bzw. 52 so, daß Zündimpulse nur in der Nähe des Nulldurchganges über den Impulsverstärker JV an die Thyristoren?, 8 bzw. 9, 10 des jeweils stromführenden Stromkreises Si₁ bzw. St₂ gegeben werden.

Die Funktionstabellen Fig. 3 geben die Signal-Verknüpfungen an: Signal 0 = Spannung und Signal 1 = keine Spannung an den Eingängen E₁ und E₂ und dem Ausgang A der NAND (not and)-Stufe und der NOR (not or)-Stufe.

An Hand des Ausführungsbeispiels nach Schaltbild F i g. 4 soll nun unter der Voraussetzung, daß die Thyristoren 7 und 8 bereits gezündet, die nur in Fig. 1 dargestellten Dauerkontakte3 und 4 geöffnet und die Wählerkontakte 1 und 2 und die Trennschalter 5 und 6 geschlossen sind, eine Umschaltung von der Stufenanzapfung A auf die Stufenanzapfung B wiedergegeben werden. An den Thyristoren 9 und 10 liegt dann die Stufenspannung als Sperrspannung an, und entsprechend gibt das Sperrspannungsgerät 32 positives Signal (Signal 0) auf den Eingang E₁ der NOR-Stufe 41 ab. Der zweite Eingang E₂ der NOR-Stufe 41 erhält direkt von dem bistabilen Befehlsgeber 40 Signal 0, d. h. Spannung, wenn die Thyristoren 7 und 8 gezündet werden sollen.

Entsprechend der Funktionstabelle F i g. 3 gibt die NOR-Stufe 41 am Ausgang A Signal 1, also keine Spannung an den Eingang E₁ der NAND-Stufe 51. Fließt in der Gegenparallel-Schaltung der Thyristoren 7 und 8 gerade Strom, so gibt das Stromerfassungsgerät 73 Signal 0 an den Eingang E₂ der NAND-Stufe 51, an deren Ausgang A erscheint Signal 1, die entsprechende Transistor-Kaskade 19 im Impulsverstärker JV sperrt, und die Thyristoren 7 und 8 erhalten keinen Steuerimpuls. Nähert sich der Laststrom-Momentanwert dem Nulldurchgang, so liegt an beiden Eingängen E₁ und E₂ der NAND-Stufe 51 Signall, es erscheint Spannung an ihrem

Ausgang A und der Impulsverstärker JV gibt mit Ausnahme einer einige Mikrosekunden währender Pause infolge des Nullwerdens der Sperrspannung des Gegenzweiges so lange einen Zündimpuls an die Thyristoren? und 8 ab, bis es über die Ladestrom-Erfassung wieder den Abschaltbefehl erhält.

Sollen nun die Thyristoren 7 und 8 gesperrt und 9 und 10 gezündet werden, so wird der Umschaltbefehl innerhalb einiger Mikrosekunden von E₂ der NOR-Stufe41 auf E₂ der NOR-Stufe42 gegeben. Diese Stufe gibt den Zündbefehl aber erst weiter, wenn die Thyristoren 7 und 8 in den Sperrzustand übergehen. Somit kann keine Überlappung der Leitzustände der Thyristoren zustande kommen und die Zündung der Thyristoren 9 und 10 erfolgt, sobald am Ausgang A der NOR-Stufe 42 Signal 1 erscheint. Auch jetzt werden die Zündimpulse nach Einsetzen eines Ladestroms wieder abgeschnitten, wie oben beschrieben.

Der Trennschalter 5 wird geöffnet, danach der Dauerkontakt 4 geschlossen, die Thyristoren abgeschaltet und der Trennschalter 6 geöffnet (s. F i g. 1). Damit ist die Umschaltung von der Stufenanzapfung A nach der Stufenanzapfung B des Regeltransformators Tr abgeschlossen.

Die Umschaltung von der Stufenanzapfung B nach der Stufenanzapfung A des Regeltransformators erfolgt in gleicher Weise, jedoch in umgekehrter Schaltfolge.

Auch die Umschaltung nach der Schaltanordnung F i g. 1 erfolgt in ähnlicher Weise wie die Umschal-Γ tung nach der Schaltanordnung F i g. 4. Es ist hierbei nur zu berücksichtigen, daß das Sperrspannungsgerät 31 bzw. 32 zusammen mit dem bistabilen Befehlsgeber 40 nur eine NOR-Stufe 42 bzw. 41 ansteuert und diese Stufe direkt über Inverterstufen 43 bzw. 44 und den Impulsverstärker JV die Thyristoren 7 und 8 bzw. 9 und 10 steuert.

Die Schaltanordnung nach Fig. 1 ist zwar einfacher als die Schaltanordnung nach Fig. 4, doch müssen hierbei die Impulstransformatoren 17 und 18 des Impulsverstärkers/F stärker ausgelegt werden, weil längere Impulse auftreten, während sie bei der Schaltanordnung nach F i g. 4 durch Auftreten von nur Kurzimpulsen kleiner ausgebildet sein können.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit antiparallelgeschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen, und mit je einem die Thyristoren steuernden Impulsverstärker, wobei zur Verriegelung der Stromkreise gegeneinander die Ausgangsspannungen von zwei Sperrspannungsgeräten mit Schwellwert zur Erfassung der Spannung an dem jeweils zugeordneten Thyristor-Paar und die Ausgangsspannungen der beiden Ausgänge eines gemeinsamen bistabilen Befehlsgebers zur Einleitung der Lastumschaltung über logische Bausteine miteinander verknüpft sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Stromkreis (St₁, St.,) die logische Verknüpfung a ■ b (UND-Verknüpfung) gebildet ist, wobei α die Ausgangsspannung des Sperrspannungsgerätes (z. B. 31) des zuerst stromführenden Stromkreises (z. B. St₁) und b die Ausgangsspannung desjenigen Ausganges (z. B. A₂) des Befehlsgebers (40) ist, welcher einen Zündbefehl für den stromübernehmenden Stromkreis (z. B. Si₂) vorgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich je Stromkreis (St₁, St₂) ein Stromerfassungsgerät (73, 74) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe für jeden Stromkreis die logische Verknüpfung

α · b -c

(UND-Verknüpfung) gebildet ist, wobei c (invertiert c) die Ausgangsspannung des dem stromübernehmenden Stromkreises (z. B. St₂) zugeordneten Stromerfassungsgerätes (z. B. 74) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverstärker (JV) mit einer Gleichspannung (21) gespeist sind, die von der Stufenspannung des Stufentransformators (Tr) oder einer Fremdspannung hergeleitet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen