DE1613575C - Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer von einem Wechselstromnetz gespeisten Last - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer von einem Wechselstromnetz gespeisten Last mit einer in Reihe mit der Last geschalteten Graetz-Gleichrichterbrücke, zu deren Gleichspannungspunkten ein Thyristor parallel geschaltet ist.

Eine solche Einrichtung ist als Temperaturregelschaltung mit einem Heizleiter bekannt. Vermindert der Heizleiter beim Aufheizen seinen Widerstandswert, werden Transistoren geschaltet mit dem Ergebnis, daß der Thyristor nicht mehr gezündet und die Last abgeschaltet wird. Steigt jedoch der Widerstand des Heizleiters, zündet der Thyristor aufs neue und schaltet den Strom ein (deutsche Zeitschrift »ETZ—B«, 1966, S. 656).

Bekannt ist ferner eine Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer von einem Gleichstromnetz gespeisten Last, wobei zwischen Stromquelle und Last ein Festkörper-Trennschalter in Form eines Thyristors liegt. In Reihe mit der Last ist eine Laststrommeßeinrichtung geschaltet. Ferner ist ein erster Steuerstromkreis mit zwei Schaltern vorhanden, durch die der Thyristor wahlweise in den leitenden oder nichtleitenden Zustand versetzbar ist. Ein zweiter Steuerstromkreis spricht auf den Ausgang der Laststrommeßeinrichtung an und ist so angeordnet, daß er den Thyristor in den nichtleitenden Zustand versetzt, wenn der durch die Laststrommeßeinrichtung fließende Strom einen Sollwert überschreitet (französische Patentschrift 1 266 356).

Weiter ist eine Einrichtung zur Regelung des von einem Wechselstromnetz an eine Last gelieferten Stromes mit einer in Reihe mit der Last geschalteten Graetz-Gleichrichterbrücke, zu deren Gleichspannungspunkten ein Thyristor parallel geschaltet ist, und mit einer Laststrommeßeinrichtung bekannt. Die Laststrommeßeinrichtung enthält ihrerseits einen Stromwandler, dessen Primärwicklung in Reihe mit der Last liegt und dessen Sekundärwicklung mit einem Brückengleichrichterstromkreis verbunden ist. Die Stärke des Gleichstromsignals des Brückengleichrichterstromkreises ist der Stärke des in der Primärwicklung des Stromwandlers fließenden Stromes proportional. Das Gleichstromsignal steuert den Thyristor (USA.-Patentschrift 3 207 975).

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, nicht nur das Ein- und das Ausschalten der von einem Wechselstromnetz gespeisten Last durch manuelle Betätigung von Schaltern zu ermöglichen, sondern auch dafür zu sorgen, daß die Einrichtung bei Überlastung oder Kurzschluß selbsttätig ausschaltet und nach einer selbsttätigen Ausschaltung nur durch bewußten manuellen Eingriff

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wieder eingeschaltet werden kann. Zur Lösung dieser stromes auf einfache Weise zum Auslösen des zweiten Aufgabe ist die eingangs genannte Einrichtung erfin- Steuerstromkreises und damit zum Ausschalten des dungsgemäß gekennzeichnet durch eine in Reihe impulsgenerator herangezogen,
mit der Last und der Graetz-Gleichrichterbrücke Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht hierzu geschaltete Laststrommeßeinrichtung, durch einen 5 vor, daß der Impulsbildungsstromkreis ein Schmitt-Zündimpulsgenerator, dessen Ausgang mit der Steuer- Trigger ist.

elektrode des Thyristors verbunden ist, ferner durch Diese Ausführungsform läßt sich gemäß der Erfineinen ersten Steuerstromkreis mit einem ersten dung weiterbilden durch einen zwischen dem Aus-Schalter zum Einschalten und einem zweiten Schalter gang der zusätzlichen Graetz-Gleichrichterbrücke zum Ausschalten des Impulsgenerators sowie durch io und dem Eingang des Impulsbildungsstromkreises einen auf eine von der Laststrommeßeinrichtung angeordneten i?C-Kreis mit einer derartigen Zeitabgeleitete Steuergröße ansprechbaren und durch konstante, daß ein Ansprechen des Impulsbildungseinen dritten Schalter nach dem Rückgang des Last- Stromkreises durch Schaltüberspannungen oder Einstromes wieder zurückstellbaren zweiten Steuerstrom- schaltstromstöße im Laststromkreis verhindert wird, kreis der Art, daß bei Überschreiten eines vor- 15 Hierdurch werden unnötige Abschaltungen und ein bestimmten Laststromwertes der Zündimpulsgenerator überflüssiges Eingreifen des Bedienungspersonals verausgeschaltet wird und erst nach der Rückstellung hindert.

des zweiten Steuerstromkreises wieder durch den Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der

ersten Schalter einschaltbar ist. Erfindung noch vorgesehen, daß der Impulsgenerator

Somit sieht die Erfindung zwei Steuerstromkreise 20 ein Sperrschwinger ist, der einen Transistor enthält,

und drei Schalter zu deren Betätigung vor. Mit den dessen Kollektor mit dem Ausgang des ersten Steuer-

beiden ersten Schaltern wird ein erster Steuerstrom- Stromkreises und dessen Emitter mit dem Ausgang

kreis ein- bzw. ausgeschaltet und damit ein Impuls- des zweiten Steuerstromkreises verbunden ist.

generator in Betrieb gesetzt, der seinerseits Zünd- Am Beispiel der in der Zeichnung dargestellten

impulse zum Zünden des Thyristors liefert, das 25 Schaltung wird die Erfindung nun weiter erläutert,

einen Festkörperschalter zwischen Netz und Last Der Netzteil enthält einen Transformator TS2,

darstellt. Damit kann die Last nach Wahl ein- bzw. dessen Primärwicklung an das Wechselstromnetz 1, 2

ausgeschaltet werden. Zusätzlich zur Betätigung durch angeschaltet und dessen Sekundärwicklung an eine

den ersten Steuerstromkreis wird der Zündimpuls- Graetz-Gleichrichterbrücke D 9 bis D12 angeschlossen

generator auch durch den zweiten Steuerstromkreis 30 ist. Die Gleichspannung der Brücke D9 bis DU

gesteuert und bei Ansteigen des Laststromes über wird durch Kondensatoren C6 und C8 und einen

einen Sollwert außer Betrieb gesetzt. Eine erneute Widerstand R 27 geglättet und durch eine Zener-

Inbetriebnahme ist nur bei Betätigung des dritten diode Zl stabilisiert.

Schalters möglich. Dies bedeutet, daß die Einrichtung Der Laststrommeßkreis enthält eine Graetz-Gleich-

die Last bei Überstrom abschaltet und diese erst 35 richterbrücke D 3 bis D 6, die an einen Stromwand-

dann wieder eingeschaltet wird, wenn eine Bedie- ler T3 angeschlossen ist. Sie arbeitet auf eine RC-

nungsperson z. B. nach Entdecken und Beseitigen Schaltung, welche aus R25, R26 und C5 besteht,

einer Störung den dritten Schalter betätigt. Dies Ein Potentiometer VR1 liegt parallel zum Konden-

führt zu einer sehr hohen Betriebssicherheit, die sator C5, und der Schieber des Potentiometers führt

bisher bei mit Thyristoren geschalteten Einrichtungen 40 der Basis eines Transistors β 6 eine Vorspannung zu.

nicht vorhanden war. Der Transistor Q 6 ist der gewöhnlich ausgeschaltete

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung Transistor eines Transistorpaares, das einen Impulssieht vor, daß jede der zur Last führenden Leitungen bildungsstromkreis Q6, Ql bildet. Die Spannung, des Wechselstromnetzes eine Graetz-Gleichrichter- auf welche C5 aufgeladen wird, ist proportional zu brücke mit jeweils einem zu den Gleichspannungs- 45 dem in der Primärwicklung des Stromwandlers Γ3 punkten der Graetz-Gleichrichterbrücken parallel- fließenden Strom. VR1 bestimmt den Anteil dieser geschalteten Thyristor enthält und daß der Ausgang Spannung, der auf die Basis des Transistors β 6 zur des Impulsgenerators mit der Steuerelektrode jedes Einwirkung kommt, und bestimmt den Strom, bei Thyristors verbunden ist. welchem der Transistor Ql leitet. Der Transistor Ql

Dies bedeutet, daß in jeder Phase der Wechsel- 50 sperrt, wenn β 6 leitet, da beide Transistoren als

Spannungszuleitung ein Thyristor und eine Graetz- Schmitt-Trigger geschaltet sind. Die Vorspannung

Gleichrichterbrücke liegen, wobei beide Thyristoren wird der Basis eines Transistors β 5 zugeführt, mit

durch den Impulsgenerator gesteuert werden. Hier- welcher der Kollektor von Ql verbunden ist. β5

durch ist eine Abschaltung in jeder Leitung eines gehört zu dem zweiten Steuerstromkreis.

Wechselstromnetzes auf einfache Weise sichergestellt. 55 Zusätzlich zu dem Strom, bei welchem der Impuls-

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, strombildungskreis β6, Ql leitet, wird auch dessen daß die Laststrommeßeinrichtung ein Stromtransfor- Zeitkonstante eingestellt, die sich durch die Spannung mator ist, dessen Primärwicklung zur Last in Reihe an C5 bestimmt. Dies geschieht durch Einstellung geschaltet ist und an dessen Sekundärwicklung eine der Werte eines Spannungsteilers aus R25, R26 und zusätzliche Graetz-Gleichrichterbrücke angeschlossen 60 FjRI, was bequem vorher erfolgen kann,
ist und von der zusätzlichen Graetz-Gleichrichter- Diese Laststrommeßeinrichtung hat den Vorteil, brücke ein Impulsbildungsstromkreis zum Auslösen daß der Kondensator C5 im Augenblick der Einschaldes zweiten Steuerstromkreises derart gesteuert ist, tung entladen wird. Auf den Impulsbildungsstromdaß der Impulsbildungsstromkreis einen Auslöse- kreis β6, Ql kommen daher Schaltungsüberspannunimpuls erzeugt, wenn die Größe des Gleichstrom- 65 gen oder anfängliche Stromstöße nicht zur Einwirsignals der Graetz-Gleichrichterbrücke einen vorher- kung, welche ihn veranlassen könnten, den Steuerbestimmten Wert überschreitet. Damit wird die vom Stromkreis aus TH2, QA, β5 auszulösen, außer wenn Stromtransformator gemessene Größe des Last- der Stromstoß beispielsweise infolge eines Kurz-

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Schlusses übermäßig stark ist. Wenn dagegen der leitet, wird ein Kondensator C3 nahezu auf volle

Steuerstromkreis einige Zeit in Betrieb war, ist C5 Spannung aufgeladen, und über die Klemme 1 wird

aufgeladen, und ein sehr viel kleinerer Stromstoß der Kollektor von Ql an negative Spannung gelegt,

ist erforderlich, um die Spannung an ihm zu erhöhen Dies bewirkt, daß der Zündimpulsgenerator Q1, Tl und dadurch β 6 auszulösen. 5 schwingt. TH3, TH4 werden gezündet, und die

Der zu der Last Rl fließende Strom wird in beiden Last Rl erhält Spannung.

Phasen durch Thyristoren TH3 und TH4 geschaltet, Auch der zweite Schalter SWl ist als Arbeitsdie zu den Gleichspannungspunkten der beiden Graetz- kontakt ausgebildet und führt in geschlossenem Zu-Gleichrichterbrücken D17 bis D 20 und D 21 bis stand einem Transistor β 2 Basisstrom zu. Wider- D24 parallel geschaltet sind. Wenn THZ oder TH4 io stände R35 und R10 sind so gewählt, daß ß2 Masseoder beide gesperrt sind, fließt kein Strom zur potential hat, und die Spannung an C3 wird zuLast Rl. Da die Spannung an jedem Thyristor TH3, sammen mit dem zu THl parallelen Potentialabfall TH4 am Ende jeder Halbwelle des Wechselstroms von R15 zur Einwirkung gebracht, wodurch die auf Null abfällt, muß sowohl TH3 als auch TH4 Vorspannung von THl umgekehrt und THl gesperrt kontinuierlich durch Impulse gezündet werden. Diese 15 wird. Wenn THl nicht leitet, fällt die Zufuhr negawerden in dem Zündimpulsgenerator β1, Tl erzeugt. tiven Stromes zum Kollektor von Ql weg. Der Die in ihm erzeugten Zündimpulse gelangen über Impulsgenerator Ql, Tl hört auf, Impulse zu erzeudie Sekundärwicklungen R6 und Rl des Transfor- gen, und die Thyristoren TH3 und TH4 werden mators Tl und zugehörige Schutzwiderstände auf am Ende der nächsten Halbwelle gesperrt, die Steuerelektroden von TH3 und TH4. 20 Eine Ausschaltung infolge Störungen oder Überlast

Drei Sekundärwicklungen R6, Rl und RS mit wird durch den zweiten Steuerstromkreis THl, Q4,

Schutzwiderständen sind für den Fall dargestellt, QS bewirkt. Übersteigt der Primärstrom im Strom-

daß die Einrichtung für ein Dreiphasennetz verwendet wandler Γ3 seinen Sollwert, wird der Transistors 7

wird, wobei RS einen nicht dargestellten dritten ausgeschaltet, und der Basis des Transistors Q5 wird Thyristor steuert. - -.-■ 25 eine Vorspannung zugeführt. Q5, THl und β 4 sind

Zum Zündimpulsgenerator gehört noch eine Di- verbunden und wirken in der gleichen Weise wie

ode D 2 zwischen dem -Emitter des Transistors β 1 β3, THl und β2. Aber die negative Spannung, die

und einem Widerstand R5. Der Verbindungspunkt parallel zu i?31 (entspricht R3 im ersten Steuer-

von Dl und R5 (mit 10 bezeichnet) wird relativ Stromkreis) entwickelt wird, wenn THl leitet, wird zum anderen Ende von R5 (mit 11 bezeichnet) auf 30 über R34 auf die Klemme 10 des Zündimpulsgene-

einem negativen Potential gehalten. Es ist daher rators zur Einwirkung gebracht. Wenn dieser schwingt,

unmöglich, β 1 auszulösen und einen Impuls zum wird er angehalten, und jede weitere Schwingung

Zünden von TH3, TH4 zu erzeugen. Im Betrieb wird verhindert, bis die Spannung an der Klemme 10

wird dem Zündimpulsgenerator an der Klemme 9 beseitigt ist. Dies wird durch Drücken des dritten

eine geregelte Spannung von etwa —12 V zugeführt, 35 als Arbeitskontakt ausgebildeten Schalters SW3

und die Klemme 11 ist mit dem Pluspol der Gleich- erreicht.

stromzuführung verbunden. Die Einwirkung der Zur Prüfung der Einrichtung kann ein Fehler negativen Spannung von etwa—12 V an der Klemme 1 durch Schließen eines vierten Schalters S W4 vorlöst das Schwingen des Generators aus. Wenn jedoch getäuscht-werden, der eine negative Spannung über eine negative Spannung von etwa —4 V auf die 40 jR32 an die Basis von β5 legt. Klemme 10 gegeben wird, wird ßl gesperrt. Wenn Nach einer Störung kann eine Rückstellung erfolferner diese Spannung an die Klemme 10 angelegt gen, indem der erste Steuerstromkreis automatisch wird, bevor die negative zum Kollektor von ßl in die AUS-Stellung geschaltet wird, d.h., THl führende Spannung an der Klemme 1 zur Einwir- wird nichtleitend gemacht. Dies wird beispielsweise kung kommt, kann der Zündimpulsgenerator nicht 45 durch Einlegen einer Diode zwischen die Klemmen zum Schwingen gebracht werden. - Der Zündimpuls- K und F erreicht, wobei die Anode mit F verbunden generator kann daher in einem unwirksamen Zustand wird.

gehalten werden, aus dem er durch Einwirkung der Eine Rückstellung in die EIN-Stellung kann auch

normalen Auslösespannung nicht herausgebracht wer- erreicht werden, indem eine Diode zwischen den

den kann. 50 Klemmen K und B angeordnet wird.

Hierzu dient der erste Steuerstromkreis THl, Ql, Zum Erreichen eines intermittierenden Betriebes

β3 mit einem von Hand betätigbaren Schalter SWl wird die Brücke zwischen den Klemmen D und E

zum Einschalten und einem Schalter SWl zum Aus- entfernt. Obwohl THl noch immer durch Schließen

schalten und der zweite Steuerstromkreis THl, β4, von SWl gezündet werden kann, kann der leitende

β5 mit einem dritten Schalter SW3. Der erste Schal- 55 Zustand nicht aufrechterhalten werden, wenn das

ter SWl ist als Arbeitskontakt ausgebildet und führt negative Potential z. B. durch Öffnen von SWl von

in geschlossenem Zustand einem Transistor β3 den der Steuerelektrode von THl entfernt wird. Die

Basisstrom zu. Widerstände RlS und RIl sind so Last Rl ist daher angeschaltet, wenn SWl geschlossen

gewählt, daß ß3 auf Massepotential liegt, und der ist, und abgeschaltet, sobald SWl geöffnet wird.

Kollektor wird annähernd auf gleichem Potential 60 Die Schaltung zeigt unten Klemmen A bis M.

gehalten. Der Eingang eines Thyristors THl wird Sofern diese Klemmen im vorstehenden nicht erläu-

gewöhnlich negativ gehalten, aber wenn β 3 nach tert wurden, dienen sie zum Anlegen von Prüfspan-

Masse durchschaltet, wird THl gezündet. Ein Wider- nungen, zum Messen der Betriebsspannungen und

stand i?30 ist durch eine Brücke zwischen den Klem- allgemein zum Überprüfen der Funktion der Ein-

men D und E an Masse gelegt und bildet daher die 65 richtung.

Belastung für THl. R30 ist so gewählt, daß gerade Zum Zusammenschalten einer beliebigen Anzahl

genügend Strom durch THl abgezogen wird, um von Einrichtungen gemäß der Figur zu einer zentralen

den leitenden Zustand aufrechtzuerhalten. Wenn TH1 Steuerschaltung, wobei alle einzelnen Einrichtungen

gemeinsam ausgeschaltet werden können, wird die Klemme 10 über eine Diode D16 an eine Klemme M gelegt, und alle Klemmen M sind an einen gemeinsamen, nicht dargestellten Schalter angeschlossen, durch welchen ein negatives Potential von etwa

—4 V an allen Klemmen M zur Einwirkung gebracht wird. Dieser gemeinsame Schalter kann sich beispielsweise im Büro der Betriebsleitung befinden oder mit einem Feueralarm- oder einem anderen Warnsystem verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209532/127

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer von einem Wechselstromnetz gespeisten Last mit einer in Reihe mit der Last geschalteten Graetz-Gleichrichterbrücke, zu deren Gleichspannungspunkten ein Thyristor parallel geschaltet ist, gekennzeichnet durch eine in Reihe mit der Last (Rl) und der Graetz-Gleichrichterbrücke (D 17 bis D20) geschaltete Laststrommeßeinrichtung (T3), durch einen Zündimpulsgenerator (Ql, Tl), dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des Thyristors verbunden ist, ferner durch einen ersten Steuerstromkreis (THl, Q2, Q3) mit einem ersten Schalter (SWl) zum Einschalten und einem zweiten Schalter (SWl) zum Ausschalten des Impulsgenerators (Ql, Tl) sowie durch einen auf eine von der Laststrommeßeinrichtung (T3) abgeleitete Steuergröße ansprechbaren und durch einen dritten Schalter (SW3) nach dem Rückgang des Laststromes wieder zurückstellbaren zweiten Steuerstromkreis (77/2, Q4, Q5) der Art, daß bei Überschreiten eines vorbestimmten Laststromwertes der Zündimpulsgenerator. (Ql, Tl) ausgeschaltet wird und erst nach der Rückstellung des zweiten Steuerstromkreises (TUI, QA, QS) wieder durch den ersten Schalter (SWl) einschaltbar ist. ,

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zur Last führenden Leitungen des Wechselstromnetzes eine Graetz-Gleichrichterbrücke (D 17 bis Ö20; Ö21 bis D24)

• mit jeweils einem zu den Gleichspannungspunkten der Graetz-Gleichrichterbrücken (D 17 bis D20, D21 bis D24) parallelgeschalteten Thyristor(77/3; THA) enthält und daß der Ausgang des Impulsgenerators (Ql, Tl) mit der Steuerelektrode jedes Thyristors (77/3; TH4) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laststrommeßeinrichtung ein Stromtransformator (T3) ist, dessen Primärwicklung zur Last in Reihe geschaltet ist und an dessen Sekundärwicklung eine zusätzliche Graetz-Gleichrichterbrücke (D3 bis D6) angeschlossen ist und von der zusätzlichen Graetz-Gleichrichterbrücke (D3 bis D6) ein impulsbildungsstromkreis (Q6, QI) zum Auslösen des zweiten Steuerstromkreises (TH2, QA, Q5) derart gesteuert ist, daß der Impulsbildungsstromkreis einen Auslöseimpuls erzeugt, wenn die Größe des Gleichstromsignals der Graetz-Gleichrichterbrücke (D3 bis D6) einen vorherbestimmten Wert überschreitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsbildungsstromkreis (Q6, Ql) ein Schmitt-Trigger ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Ausgang der zusätzlichen Graetz-Gleichrichterbrücke (D3 bis D6) und dem Eingang des Impulsbildungsstromkreises (Q6, Ql) angeordneten /?C-Kreis (R2S, CS, R26, VRl) mit einer derartigen Zeitkonstante, daß ein Ansprechen des Impulsbildungsstromkreises (Q6, Ql) durch Schaltüberspannungen oder Einschalt-Stromstöße im Laststromkreis verhindert wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (Ql, Tl) ein Sperrschwinger ist,- der einen Transistor (Ql) enthält, dessen Kollektor mit dem Ausgang des ersten Steuerstromkreises (THl, Q2, Q3) und dessen Emitter mit dem Ausgang des zweiten Steuerstromkreises (TH2, QA, QS) verbunden ist.