DE1690026C3

DE1690026C3 - Schaltungsanordnung zur verzögerten Durchführung eines Schaltvorganges

Info

Publication number: DE1690026C3
Application number: DE1967S0111298
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. 1000 Berlin Baltzer; Joachim-Friedrich Dipl.-Phys. 8501 Fischbach Hammann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-08-10
Filing date: 1967-08-10
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE1690026A1; DE1690026B2

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltungsanordnung zur verzögerten Durchführung eines Schaltvorganges unter Verwendung eines elektromagnetischen SchaUgerätes, einer Gleichrichterbrückenschaltung und eines Thyristors, der durch eine von der Gleichrichterbrückenschaltung gespeiste Verzögerungseinrichtung beaufschlagbar ist, wobei eine Entladeeinrichtung für einen in der Verzögerungseinrichtung enthaltenen Kondensator vorgesehen ist.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (SCR-Manual 1964, Seite 117/118 der Firma General Electric Co.) liegt die Gleichrichterbrückenschaltung ständig an einer Versorgungsspannung, und der Thyristor wird in leitendem Zustand gehalten. Der Verzögerungsvorgang wird durch Betätigen eines Schalters eingeleitet. Im Zusammenhang mit einer in Abhängigkeit von der Phasenlage wirkenden Schaltungsanordnung (SCR-Manual 1964, Seite 130) ist es auch bereits bekannt, einen Verbraucher in den Wechselsiromzweig einer Gleichrichterbrückenschaltung einzuschalten, in deren Gleichstromzweig sich ein Thyristor befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie einen Verbraucher nach Ablegen

iü einer Versorgungsspannung verzögert einschaltet und nach Wegfall der Versorgungsspannung sofort zu einem weiteren Verzögerungsvorgang bereit ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das elektromagnetische Schabgerät an den Wechselstrom-

is zweig der Gleichrichterbrückenschaltung angeschlossen ist und daß die Aufladung und Entladung des Kondensators derart gesteuert ist, daß die Ladung des Kondensators beim Anlegen der Versorgungsspannung beginnt und der Kondensator beim Ausbleiben der Versorgungsspannung entladen wird.

Vorteile ergeben sich auch, wenn die zur Steuerung des Thyristors vorgesehene Verzögerungseinrichtung eine aus zwei Transistoren bestehende Multivibratorschaltung enthält, deren einer Transistor durch eine von einer Begrenzerdiode abgeleitete Vorspannung und durch die Ladespannung eines aus dem Kondensator und einem Widerstand bestehenden Zeitgliedes beeinflußt ist und deren anderer Transistor in einen Stromkreis für die Zündung des Thyristors eingeschaltet ist. Durch die mit Multivibratorschaltung erreichbare schnelle Umschaltung vom nichtleitenden in den leitenden Zustand wird für den bei Thyristoren erwünschten raschen Anstieg des Zündstromes gesorgt. Die Arbeitsweise der Multivibratorschaltung ist von der

J5 Betriebsspannung der Schaltungsanordnung weitgehend unabhängig, weil die Begrenzerdiode die Spannung annähernd konstant hält.

Es empfiehlt sich, zum Aufbau der Multivibratorschaltung zwei komplementäre Transistoren, d. h. einen npn-Transistor und einen pnp-Transistor zu verwenden.

Man erreicht hierdurch, daß im Ruhezustand beide Transistoren gesperrt sind, wodurch sich ein geringer Stromverbrauch des Verzögerungsgliedes ergibt.

Zur raschen Wiederherstellung der Bereitschaft der Schaltungsanordnung, einen weiteren Verzögerungsvorgang durchzuführen, ist es zweckmäßig, wenn die Entladeeinrichtung für den Kondensator einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu dem Kondensator des Ziitgliedes geschalteten Transistor enthält, der durch eine von der Gleichrichterbrückenschaltung über einen Spannungsteiler erzeugte Spannung und eine durch eine weitere Begrenzerdiode stabilisierte Spannung beeinflußt wird, die dem von der Gleichrichterbrückenschaltung aufgeladenen Kondensator entnommen wird, und wenn zwischen dem Spannungsteiler und dem Kondensator eine Diode eingeschaltet ist. Wenn die Gleichrichterbrückenschaltung unter Spannung steht, wird der dem Kondensator des Zeitgliedes zugeordnete Transistor durch den

ho Spannungsteiler gesperrt gehalten. Beim Abschalten der Spannung entfällt die Sperrspannung, weil zwischen dem Spannungsteiler und dem Kondensator eine Diode eingeschaltet ist. Jedoch erhält der Transistor über die weitere Begrenzerdiode einen Steuerstrom, wodurch

i'> der Transistor leitend wird und den Kondensator des Zeitgliedes entlädt. Bei geeigneter Bemessung der Schaltungselemente lassen sich sehr geringe Entladezeiten, z. B. etwa 20 ms, für den Kondensator des

Zeitgliedes erreichen. Nach dieser Zeit ist die Schaltungsanordnung für eine neue verzogene Einschaltung eines Verbrauchers bereu.

Schaltungsanordnungen der angegebenen An eignen sich für zahlreiche Anwendungszwecke. Zum Beispiel werden im Bergbau unter Tage Fördereinrichtungen verwendet, die von mehreren Motoren angetrieben werden. Der Strombedarf bei gleichzeitiger Einschaltung sämtlicher Motoren wäre jedoch so groß, daß das speisende Netz überlastet und der Hauptschalter ausgelöst würde. Diese Überlastung läßt sich dadurch vermeiden, daß die Motoren nacheinander eingeschaltet werden. Hierzu können die angegebenen Schaltungsanordnungen verwendet werden, wenn man ihre Verzögerungszeiten staffelt Die Staffelung wählt man zweckmäßig so, daß der Einschahstrom des einen Motors abgeklungen ist. bevor der nächste Motor eingeschaltet wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 stellt die grundsätzliche Schaltungsanordnung dar, die zur Einschaltung eines Schützes 1 π it einer bestimmten Verzögerung dient, nachdem ein Schalter 2 geschlossen worden ist;

F i g. 2 zeigt zusätzlich, wie ein in F i g. 1 nur schematisch dargestelltes Verzögerungsglied zv/erkmäßig ausgebildet sein kann.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 wird über die Klemmen 3 und 4 an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. In Reihe mit der Spule des Schützes 1 ist w eine Gleichrichterbrückenschaltung 5 mit ihren Wechselstromanschlußpunkten 6 und 7 geschaltet. Die Gleichstromseile (Punkte 8 und 9) der Gleichrichterbrückanschaltung 5 ist mit einem Thyristor 10 verbunden, der so gepolt ist, daß in leitendem iiustand über ihn der Strom von dem Punkt 8 zum Punkt 9 der Gleichrichterbrückenschaltung 5 fließen kann. An die Punkte 8 und 9 der Gleichrichterbrückenschaltung 5 und somit parallel zu dem Thyristor 10 ist außerdem eine Verzögerungseinrichtung 11 angeschlossen, welche die Zündenergie für den Thyristor 10 liefert. Die Verzögerungseinrichtung 11 ist zu diesem Zweck mit der Steuerelektrode 12 des Thyristors 10 verbunden.

Die Verzögerungseinrichtung 11 ist in der Fig. 1 schematisch dargestellt. Ihr Aufbau wird im folgenden an Hand d?r Fig.2 näher erläutert, in der für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. I verwendet sind. Alle innerhalb der gestrichelt gezeichneten Umrandung in F i g. 2 befindlichen Schaltungselemente gehören zu der Vef7ögerungseinrichtung 11. Den Eingang der Verzögerungseinrichtung 11 bildet ein Vorwiderstpnd 15, über der alle folgenden Schaltungselemente gespeist werden. Durch Auswechseln des Widerstandes 15 kann die Schaltung in einem weiten Bereich der Betriebsspannung des Schützes 1 angepaßt werden.

Über den Vo'widerstand 15 und eine Diode 16 wird ein Kondensator 17 aufgeladen. Dieser Kondensator dient zur Glättung der gleichgerichteten Wechselspannung. Außerdem speichert der Kondensator 17 die zur m> Steuerung des Thyristors 10 benötigte Energie. Parallel zu dem Kondensator 17 sind zwei in Reihe geschaltete Begrenzerdioden 18 und 20 geschaltet. An jeder dieser Dioden kann eine von der Netzspannung weitgehend unabhängige Spannung abgenommen werden. Im i.> Schaltbild sind die Dioden 18 und 20 mit unterschiedlicher Polung eingezeichnet, weil es sich bei der Begrenzerdiode 18 um eine Zenerdiode und bei der Begrenzerdiode 20 um eine in Durchlaßrichtung betriebene Siliziumdiode handelt.

Die an der Begrenzerdiode 18 liegende Spannung wird einer Reihenschaltung aus den Widerstanden 21 und 22 und dem Kondensator 23 zugeführt. Diese Reihenschaltung bildet ein Zeilglied, dessen Zeitkonstante maßgebend für die Verzögerung der Einschaltung des Schützes 1 ist. Der Widerstand 22 ist verstellbar ausgebildet, um den Anstieg der Spannung an dem Kondensator 23 in Abhängigkeit von der Zeil beeinflussen zu können. Der Widerstand 21 ist unveränderlich und bestimmt die kürzeste Verzögerungszeit.

Von der Spannung an dem Kondensator 23 wird eine Multivibratorschaliung gesteuert, die zwei komplementäre Transistoren enthält, nämlich einen npn-Transisior 24 und einen pnp-Transistor 25. Die Basis des Transistors 25 ist über einen Widerstand 26 mit dem Kollektor des Transistors 24 verbunden. Der Widerstand 26 sorgt dafür, daß im stromführenden Zustand der Multivibratorschaltung der Kollektor des Transistors 25 positiver als die Basis des Transistors 24 wird, damit über ein Rückkopplungsglied 29 ein ausreichend großer Raum fließen kann. Dieses Rückkopplung-glied besteht aus einem Widerstand 30 in Reihe mit der Diode 31 und einem parallel zu diesen beiden Elementen geschalteten Kondensator 32.

Die Multivibratorschaltung wird über die Begrenzerdiode 18 und einen parallel dazu geschalteten Spannungsteiler aus den Widerständen 27 und 28 mit Spannung versorgt. Durch den Widerstand 28 wird zwischen Basis und Emitter des Transistors 24 eine Vorspannung eingefügt. Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 24 wirkt außerdem die Ladespannung des Kondensators 23. Wenn diese Spannung die Spannung des Widerstandes 28 zuzüglich der Schleusenspannung des Transistors 24 überschreitet, so kann über dessen Emitter-Kollektor-Strecke ein Strom fließen.

Der Kollektor des Transistors 25 ist über einen Widerstand 33 mit der Steuerelektrode 12 des Thyristors 10 verbunden. Außerdem ist ein Widerstand

34 zwischen die Steuerelektrode 12 und den Minuspol der Gleichrichterbrückenschaltung geschalte·, um das Potential des Kollektors des Trans^:stors 25 im gesperrten Zustand der Multivibratorschaltung festzulegen.

Dem Kondensator 23 ist eine Entladevorrichtung zugeordnet. Diese enthält einen pnp-Transistor 35, der mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu dem Kondensator 23 geschaltet ist. Die Basis des Transistors

35 ist mit dem Verbindungspunkt eines aus der. Widerständen 36 und 37 gebildeten Spannungsteilers verbunden, der über den Widerstand 15 von der Gleichrichterbrückenschaltung gespeist wird. Zur Glättung der Gleichspannung ist dem Widerstand 37 ein Kondensator 38 parallel geschaltet. In die Verbindung zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 35 ist außer dem Widerstand 37 und dem parallel dazu geschalteten Kondensator 38 noch die Begrenzerdiode 20 geschaltet, die eine Hilfsrpännung für den Transistor 35 liefert.

Die beschriebene Schaltung wirkt folgendermaßen:
Nach dem Schließen des Schalters 2 wird der Kondensator 17 über den Vorwiderstand 15 und die Diode 16 aufgeladen. Zugleich beginnt auch die Ladung des Kondensators 23 über die Widerstände 21 und 22. Solange die Ladespannung des Kondensators 23

geringer ist ills die an dem Widerstand 28 abfallende Spannung zuzüglich der Sehleusenspanruing des Transistors 24, ist dieser Transistor gesperrt. Deshalb ist auch der Transistor 25 gesperrt, weil kein Basisstrom fließen kann. Der Transistor 35 wird über den aus den Widerständen 36 und 37 gebildeten Spannungsteiler ebenfalls gesperrt gehalten. Da somit alle in der Schaltung enthaltenden Transistoren gesperrt sind, fließt nur ein sehr geringer Strom über die Gleichrichtcr-Brückenschaltung 5 und die Spule des Schützes 1. Das Schütz 1 kann deshalb nicht anziehen.

Wenn der Kondensator 23 auf . ^;ne ausreichend hohe 'nianmiMg aufgeladen ist. wird der Transistor 24 leitend, und über den Widerstand 26 kann ein .Steuerstrom flicLkii, der den Transistor 25 ebenfalls leitend macht. Über das Rückkopplungsglied 29 wird nun von dem 'transistor 25 ein Steuerstrom zur 'iasis des Transistors 24 geleitet, wodurch beide Transistoren schnell durch-JH^-MUUiMi WL^-IULMi. rim der Basis des Transistors 24 vorgeschalteter Widerstand 19 verhindert dabei ein Abfließen des Rückkopplungsstromes in den Kondensator 23. Der Kondensator 23 ist mi! dem Widerstand 19 so abgestimmt, daß ein möglichst schnelles Umschalten der Multivibrdtorschalhing vom nichtleitenden in Jen leitenden Zustand erreicht wird. Die Diode 31 bewirkt, d.iß der Hingang der Multivibrat -sihultung (Basis des T'r'nsistors 24) im nichtleitenden Zustand möglichst hochohinig ist. um ti'·" Aufladung dnc Kivvifn^--:tt<_·'-., 25 mehl /u beeinflussen.

Beim Leitendwerden des Transistors 25 kann sich der Kondensator 17 über den Widerstand 55 auf die Steucrelckiri Je 12 des Thyristors 10 entladen. Dieser wird dadurch leitend und schließt die Gleichrichterbrükkenschaltung 5 auf ihrer Gleichstromseite kurz, so daß das Schiit/ 1 anziehen kann. Der Kondensator 17 uird zweckmäßig so bemessen, daß sein F.nergicinhalt ausreicht, um den Thyristor so lange leitend /u machen, bis das Schütz vollständig angezogen hat.

Beim Anziehen des Schützes schließt sich dessen Selbsthaltckontakt 13. wodurch die Glcichrichterbrukkenschaltung 5 überbrückt wird. Damit Überspannungen die Halbleiterbauelemente nicht beschädigen können, ist parallel zu dem Selbsthaltckontakt 13 cii Kondensator 40 geschaltet.

Wenn die Speisung der Verzögerungseinrichtung Γ durch die Gleichrichterbrückensehaltung 5 infolgi

■'■ Öffnens des Schalters 2 oder Schlieüens des Sc'bsthalte kontaktes 13 unterbrochen wird, tritt die Entladevor richtung für den Kondensator 23 in Tätigkeit. Rein Abschalten der Spannung kann sich der Kondensator Ii wegen der Diode 16 nicht über den Spannungsteiler au:

to den Widerständen 36 und 37 entladen. Die Sperrspan nung für tlcn Transistor 35 kling! deshalb rasch ab. unc zwar mit der durch den Widersland 57 und den paralle da/u geschalteten Glättunpskondensator 58 gegebener /eitkonstanti· Der Kondensator 17 liefen \<\ui üwv di.

' Begrenzerdiode 20 einen Steuerstrom fur den Transi stör 55. d'T dndurch leitend wird und den Kondensator 23 entladt, und zwar bis unter die .Schleusenspa'inunj des Transistors 55. Durch die Bi""'";siing der BaucL nitrite iäßt sich erreichen, daß der Entladevorgang ir

'" sehr kurzer Zeit. z. B. 20 ms, stattfindet. Nach HiesT Zei ist die Verzögerungseinrichtung fiir einen neuer Verzögerungsvorgang wieder bereit.

Im Aiisführungsbeispiel ist die verzögerte l'.inschal lung eines Schützes bei Speisung aus einer Wechsel

■'< spannungsc|ue!le angenommen. Jedoch kann die Schal tiingsanordnung ohne Änderung auch von einei (ΊΙ'¹!; 'lspaniiiingsqueiie gespeist werden. Auf '!>■ Ι'.ιΙ,ιπ tat der kämmen 5 und 4 kommt es hierbei nicht an. d; die Gleichrichterbrückensehaltung 5 die zum Betriel:

^ih des lluristors und der Verzögerungseinrichtung erforderliche Polarität sicherstellt.

Wird die beschriebene Schaltungsanordnung ir Verbindung mit einem elektrischen Schaltgerät ohne .Selbsthallekontakt verwendet, so fällt das Schaltgerä

^:' nach der verzögerten Einschaltung in die Ruhestellung zurück, wenn der Kondensator 17 entladen und dei Thyristor 10 wieder gesperrt ist. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, so lange der Schalter 2 geschlossen bleibt. Die Schaltungsanordnung wirkt

'" dann als Impulsgeber, wobei die Impulsdauer durch der Kondensator 17 und der Abstand tier Impulse durch der Widerstand 22 bestimmt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur verzögerten Durchführung eines Schaltvorganges unter Verwendung eines elektromagnetischen Schaltgerätes, einer Gleichrichterbrückenschaltung und eines Thyristors, der durch eine von der Gleichrichterbrückenschaltung gespeiste Verzögerungseinrichtung beaufschlagbar ist, wobei eine Entladeeinrichtung für einen in der Verzögerungseinrichtung enthaltenen Kondensator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Schaltgerät an den Wechselstromzweig (6, 7) der Gleichrichterbrückenschaltung (5) angeschlossen ist und daß die Aufladung und Entladung des Kondensators (23) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung derart gesteuert ist, daß die Ladung des Kondensators (23) beim Anlegen der Versorgungsspannung beginnt und der Kondensator beim Ausbleiben der Versorgungsspannung entladen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (11) eine aus zwei Transistoren (24, 25) bestehende Multivibratorschaltung enthält, deren einer Transistor (24) durch eine von einer Begrenzerdiode (18) abgeleitete Vorspannung und iiarch die Ladespannung eines aus dem Kondensator (23) und einem Widerstand bestehenden Zeitgliedes beeinflußt ist und deren anderer Transistor (25) in einen Stromkreis für die Zündung des Thyristors (10) eingeschaltet »L

3. Schaltungsanordnung nach \nspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß df·; Multivibratorschaltung zwei komplementäre Transistor (24,25) enthält.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeeinrichtung einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu dem. Kondensator (23) des Zeitgliedes geschalteten Transistor (35) enthält, der durch eine von der Gleichrichterbrückenschaltung über einen Spannungsteiler (36, 37) erzeugte Spannung und eine durch eine weitere Begrenzerdiode (20) stabilisierte Spannung beeinflußt wird, die dem von der Gleichrichterbrückenschaltung aufgeladenen Kondensator (17) entnommen wird, und daß zwischen dem Spannungsteiler (36,37) und dem Kondensator (17) eine Diode eingeschaltet ist.