DE1918606A1 - Stufenschalter fuer Regeltransformatoren mit steuerbaren Halbleiterventilen - Google Patents
Stufenschalter fuer Regeltransformatoren mit steuerbaren HalbleiterventilenInfo
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Description
Maschinenfabrik Reinhausen Rogensburg, den 9.April 1969
Gebrüder Scheubeck KG.
Stufenschalter für Regeltransformatoren
mit steuerbaren Halbleiterventilen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stufenschalter für Regeltransformatoren
mit im Lastumschalter in zwei parallelliegenden Stromkreisen angeordneten, auch im stationären Zustand ohne
Dauerhauptkontakte den Laststrom führenden, steuerbaren Halbleiterventilen, deren Zündimpulse über einen Steuerstromkreis
von der Stufenspannung abgeleitet werden, und mit einem Stufenwähler, dessen feststehende Kontakte mit den jeweiligen Anzapfungen
der Stufenwicklung des Transformators verbunden sind. Durch diesen Stufenschalter wird ein lichtbogenfreies Umschalten des Laststromes
erreicht.
Es sind Anordnungen zur Lastumschaltung der Stufenwicklung von Regeltransformatoren mit steuerbaren Halbleiterventilen, wie
Thyristoren oder Triacs, bekannt, bei denen aber nur selten auf
die Bereitstellung der Speisespannung für die Steuerung der Halbleiterventile eingegangen wird. Da der Stufenschalter meistens
auf einem Potential gegenüber Erde liegt, wird eine Steuerspannungsversörgung über einen Isoliertransformator erforderlich.
Die hierbei entstehenden Verschiebungsströme über die Kapazitäten
des Transformators, welche die Steuerung ungünstig beeinflussen können, sowie die Beanspruchung eines entsprechenden Raumes
bei größeren Potentialünterschieden zwischen Schalter und Erde
lassen es jedoch ratsam erscheinen, die Spannungsversorgung der Steuerung direkt oder indirekt von der jeweiligen Stufenspannung
abzuleiten. Hierfür ist es bekannt (belgisches Patent Nr. 612 572), die Stufenspannung über den freien Wählerkontakt vor einer
Umschaltung an des Lastumschalter su legen. Nach erfolgter Umeeh'aitung
wird.dabei der nicht stromführende Wählerkontakt jedoch
geöffnett BO daß di® Tarss^guag d@$ Steuerstromkreises nur während
der Umschaltung gewährleistet ist»
- 108825/0684 - ■ „
I 1318606
Die Erfindung stellt sich die.Aufgabe, bei einen Stufenschalter
der oben beschriebenen Art Vorkehrungen zu treffen, die eine-?·
dauernde Spannungsversorgung der Steuerung für die Halbleiterventile ermöglichen, auch dann, wenn der nicht stromführende
Wählerkontakt öffnet, um eine andere Anzapfung·der Stufenwicklung 25U wählen. - ■ · ■■■-
Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, da3 der Stufenwähler des Stufenschalters für jede Anzapfung der Stufenwicklung
aus zwei, miteinander leitend verbundenen, in zwei Schaltebenen liegenden, feststehenden Kontakten besteht und nit zwei, jeweils
aus zwei mechanisch gekuppelten Kontakten bestehenden, in den
gleichen beiden Schaltebenen liegenden, beweglichen Kontaktgliedern versehen ist, wobei jedes Kontaktglied in seiner Schaltebene
auf die feststehenden Kontakte zv/eier benachbarter Anzapfungen der Stufenwicklung in der gleichen Schaltebene aufschaltet
und dabei gleichzeitig mit der Stufenzahl die jeweils zwischen den zwei mechanisch gekuppelten Kontakten einer Schaltebene
liegende Stufenspannung an einen Steuertransforniator zur
Speisung des Steuerstromkreises anlegt.
Der Steuerstromkreis besteht dabei in vorteilhafter :;eiso aus
bekannten elektrischen Baugruppen und einem elektrischen oder mechanischen Befehlsgeber. Der Befehlsgeber ist dabei beispielsweise
ein Hagnetband oder eine photoelektrisch arbeitende Lochscheibe. In einer zweckmäßigen Ausführung i;;t der Befehlsgeber
eine mechanische Steuerwalae, die mit einem Antrieb der beweglichen
Kontaktglieder des Stufenwählers gekuppelt ist»
Die Ausführung des Stufenschalters nach der Erfindung ist besonders
vorteilhaft, wenn beide parallelliegenden Stromkreise 'im
stationären.Zustand des Stufenschalters gleichzeitig stromführend
sind. Dadurch wird der Laststrom im stationären Zustand des Stufenschalters in jedem Stromkreis halbiert, und nur in der
gana kurzen Zeit der Umschaltung sind die Halbleiterventile eines
Stromkreises voll belastet, so da«3 entsprechend kleinere
steuerbare Halbleiterventile verv/endet werden können.
Eine weitere zweckmäßige Ausführung eines Stufenschalter besteht
darin, daß parallel au den steuerbaren Halbleiterventilen in den
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BAD ORDINAL
^ 1918608
beiden Stromkreisen des Lastumschalters je ein Spannungserfassungsgerät
liegt, welche über Brückengleichrichter Je ein UND-Gatter des Steuerstromkreises speisen.
Durch die Ausbildung des Stufenschalters nach der Erfindung wird erreicht, daß die von der Stufenspannung abgeleitete
Stromversorgung des Steuerstromkreises niemals unterbrochen wird, auch wenn beide parallelliegende Stromkreise des Lastumschalters
gleichzeitig stromführend sind, so daß jederzeit eine störungsfreie Umschaltung des Lastunschalters vorgenommen
werden kann. Dies ist die Voraussetzung für eine Schaltweise, bei welcher auf die bisher verwendeten mechanischen Dauerhauptkontakte
verzichtet wird, wodurch nicht nur diese Kontakte, sondern auch die hierfür erforderlichen Antriebsmittel eingespart
werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild des Stufenschalters mit der Steuerschaltung und einer schematischen Darstellung des Stufenwählers,
Fig. 2 bis 6 die verschiedenen Schaltstellungen des Stufenwählers beim Umschaltvorgang des Stufenschalters und
Fig. 7 die mechanische Steuerwalze mit den den Schaltschritten des Stufenwählers entsprechenden Schaltschritten.
Der Stufenschalter besteht pus dem Lastumschalter L und dem
Stufenwähler W, der an den Anzapfungen A, B, C, D der. Stufenwicklung
des Transformators Tr angeschlossen ist. Die Anzapfungen A, B, C, D sind mit den feststehenden Kontakten A.., B1, Cj, D1
einer Schaltebene des Stufenwählers und gleichzeitig mit den
feststehenden Kontakten A2, B2, C2, D2 einer zweiten Schaltebene
des Stufenwählers ¥ verbunden. Die feststehenden Kontakte A1, B1,
C1, D1 der einen Ebene sind über je eine Leitung TO mit den
feststehenden Kontakten A2, B2, C2, D2 der anderen Ebene leitend
verbunden. Der Stufenwähler W ist weiterhin mit zwei beweglichen Kontaktgliedern 11, 12 versehen, die jeweils aus zwei mechanisch
gekuppelten Kontexten 13, 14 und 15, 16 bestehen und in den
gleichen beiden £^haltebenen der feststehenden Kontakte A1,.B1,
C1, D1 bzw. A2, B-,, C2, D2 liegen. Die beweglichen Kontakte 13,14
bzw. 15, 16 sind in einem solchen Ab land voneinander starr
BAD ORIGINAL
gekuppelt, daß sie gleichzeitig auf zwei benachbarten feststehenden
Kontakten je einer Schaltebene, z.B. B., C.., bzw. A2,B2,
aufliegen können.
Der Lastumschalter L besteht aus zwei parallelliegenden Strom-,
kreisen St1 und St2, die wiederum aus je zwei gegenparallel
geschalteten Thyristoren 17, 18 und 19, 20 bestehen. Die beiden
Stromkreise St1 und St2 sind über Leitungen 21, 22 jeweils mit
einem Kontakt 13 bzw. 15 der beweglichen Kontaktglieder 11 bzw., 12
verbunden.Die anderen Kontakte 14 und 16 der beweglichen Kontaktglieder 11 bzw. 12 sind über Leitungen 23 bzw. 24 mit der Primärwicklung je eines Steuertransformators 25 bzw. 26 -verbundene Da
die Primärwicklungen dieser Steuertransformatoren 25 und 26 über die Leitungen 21 und 22 auch mit den Kontakten 13 und 15 der beweglichen
Kontaktglieder 11 und 12 verbunden sind, liegt an den
Steuertransformatoren 25 und 26 im stationären Zustand des Stufenwählers W jeweils die Stufenspannung des Transformators Tr
an.
Der Steuerstromkreis wird von den Steuertransformatoren 25» 26 über die Widerstände 27, 28, die Brückengleichrichter 29, 30 und
die Zenerdiode 31 gespeist.Der Steuerstromkreis besteht im . wesentlichen aus der Kippstufe 32, den UND-Gattern 33 und 34
und den Impulsgeneratoren 35, 36.
Die parallel zu den Thyristoren 17, 18 bzw. 19, 20 in den Stromkreisen St1 bzw. St2 liegenden Transformatoren 41, 42 dienen
* als Spannungserfassungsgeräte. Sie speisen über die Brückengleichrichter 43 und 44 die UND-Gatter 33 bzw. 34 und zeigen dabei
an, ob der Stromkreis St1 oder St2 gerade sperrt.
Die Steuerwalze 50 besitzt einen Schleifkontakt 51, der wechäel«*
weise auf den Kontaktbahnen 52, 53, 54 und 55 schleift„Dieser
Schleifkontakt 51 ist mit demAntrieb der beweglichen Kontaktglieder 11 und 12 des Stufenwählers ¥ gekuppelt „Die Steuerwaise 5Ö
gibt erstens Steuersignale an die UND-Gatter 33 bzw. 34 und swüt
Steuersignale an die Eingänge E1 bzw. E2 der Kippstufe 32, wobei
deren1 Ausgangsklemmen A1 und A2 mit den 'Eingangsklenmen Eg dei5
UND-Gatter 33 bzw. 34 verbunden sind. DieWiderstände 56» 57,58ρ59
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BAD OBiQiNAU
dienen zur Vorbelastung der Steuerwalze 50. Die Dioden 60, 61, 62, 63 vor dem UND-Gatter 33 und die Dioden 64, 65, 66, 67 vor
dem UND-Gatter 34 dienen zur Entkoppelung der verschiedenen Steuerbefehle.Die Ausgangsklemmen A1 der UND-Gatter 33, 34
speisen je nach Freigabe über Impulsgeneratoren 35, 36 jeweils
die Thyristoren 17, 18 bzw. 19, 20 des Stromkreises St1 bzw. Stg.
An Hand einer Umschaltung soll die Anordnung des Stufenschalters nach der Erfindung näher erläutert werden:
Ausgangspunkt für die Umschaltung ist die Stellung des Stufenwählers
W nach Fig. 2, die auch der Stellung des Stufenwählers W nach Fig. 1 entspricht. Die beweglichen Wählerkontakte 13 und
geben mit den feststehenden Kontakten B1 und Bg Kontakt. Der
bewegliche Wählerkontakt 14 steht mit dem feststehenden Kontakt C1 in Verbindung. Der Steuertransformator 25 erhält deshalb über
die Leitungen 21, 23 die Stufenspannung, die zwischen den Anzapfungen
B und C der Regelwicklung des Transformators Tr ansteht. Der bewegliche Kontakt 16 des Stufenwählers steht mit dem feststehenden
Kontakt Ag in Verbindung. Der Steuertransformator 26
erhält deshalb über die Leitungen 22, 24 eine Stufenspannung, die
zwischen den Anzapfungen A und B der Stufenwicklung des Transformators Tr ansteht. Beide Steuertransformatoren 25, 26 speisen
aber parallel in den Steuerstromkreis.
Der Schleifkontakt 51 der Steuerwalze 50 gibt zu diesem Zeitpunkt t Kontaktverbindung zwischen den Kontaktbahnen 52 und
Die Widerstände 58, 59 erhalten dadurch Spannung und ebenso die
Eingänge E1 und Eg beider UND-Gatter 33 und 34. Sobald beide
Eingänge der UND-Gatter Spannung erhalten, führen auch deren Ausgänge A1 Spannung, die Impulsgeneratoren 35 und 36 werden
freigegeben und zünden beide Stromkreise St1 und Stg des Lastumschalters
L, die somit in Parallelschaltung den Laststrom von der Anzapfung B der Stufenwicklung des Transformators Tr
über die Ableitung Y an die Last führen.
Kommt nun ein Befehl zur Umschaltung des Stufenschalters beir-
epielsweise von der Anzapfung B nach der Anzapfung C, so beginnt ·
sich das bewegliche Kontaktglied 12 mit seinen Kontakten 15 und
16 in Richtung auf den festen Kontakt C0 bzw. B0 zu bewegen (Fig.3).
« . cc
-δ-Ι 09825/0684
Dabei wird die Versorgung des Steuerstromkreises über den
Steuertransformator 25 aufrecht erhalten. Mit der Bewegung des Stufenwählers W beginnt sich auch der Schleifkontakt 51 der
Steuerwalze 50 entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Dabei verläßt der Schleifkontakt 51 die Kontaktbahn 53 (Stellung t ).
Dadurch wird der Impulsgenerator 35 über das UND-Gatter 33 nicht
mehr freigegeben, also gesperrt. In der Stellung t2 des Schleifkontaktes
51 der Steuerwalze 50 ist der bewegliche Kontakt 15 und auch der bewegliche Kontakt 16 des Stufenwählers weiterhin
offen. Der Schleifkontakt 51 gibt jetzt aber sowohl mit der Kontakt bahn 52 als auch mit der Kontaktbahn 55 Kontakt, wodurch
der Widerstand 56 und der Eingang E2 der Kippstufe 32 Spannung
erhält und dadurch die Kippstufe in jene Schaltstellung gebracht wird, in welcher ihre Ausgangsklemme A^ Spannung führt und somit
auch der Eingang E„ des UND-Gatters 34.
In Fig. 4 ist der Stufenwähler ¥ in eine Schaltstellung gekommen,
bei welcher der bewegliche Kontakt 15 auf dem feststehenden Kontakt Cp und der bewegliche Kontakt 16 auf dem feststehenden
Kontakt Bp aufsitzt. Der Stromkreis St.. des Lastumschalters führt
weiterhin Laststrom, während am Stromkreis St« die Stüfenspannung
zwischen den Anzapfungen B, C der Stufenwicklung des Transformators Tr anliegt und der Transformator 42 dadurch über den
Brückengleichrichter 44 ein Gleichspannungssignal an den Eingang E1 des UND-Gatters 34 gibt. Somit liegt an beiden Eingängen E
und Ep des UND-Gatters 34,auch ohne der Steuerspannung über die
Steuerwalze 50, Spannung an und der Schleifkontakt 51 der Steuerwalze 50 kann bei seiner weiteren Drehung die Kontaktbahn
52 verlassen (Stellung t~). Von diesem Zeitpunkt an bis zum Auflaufen des Schleifkontaktes 51 auf die Kontaktbahn 53
(Stellung t^) verläuft die Umschaltung so, daß im ersten folgenden
Nulldurchgang des Laststromes nach dem Auflaufen des Schleifkontaktes 51 auf die Kontaktbahn 54 die Umschaltung des Laststromes
von dem Stromkreis St1 auf den Stromkreis St2 des Lastumschalters
und damit von der Anzapfung B auf die. Anzapfung C der Stufenwicl'lung
des Transformators Tr erfolgt. Die Kippstufe 32 gibt jetnt über ihren Ausgang A2 Spannung an den Eingang E0 des
UND-Gatters 35. Gleichfalls erhält der Eingang E1 des UND-Gatters
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über den Transformator 41 und den Brückengleichrichter 43 Spannung,
da jetzt die Stufenspannung am Stromkreis St1 anliegt.
Bei der weiteren Drehung des Schleifkontaktes 51 der Steuerwalze
50 läuft im Zeitpunkt t^ der Schleifkontakt 51 auf die .Kontaktbahn 53 auf, wodurch das UND-Gatter 35 an seinen Eingängen E1
und E2 zusätzlich Spannung erhält. Da der Schleifkontakt 51 bis
zur Rückkehr in seine Ausgangslage tQ die Kontaktbahn 53 dauernd
berührt, bleibt auch der Stromkreis St« unabhängig vom weiteren
Schaltablauf stromführend.
Während sich der Schleifkontakt 51 weiter von Stellung t^ nach t,-bewegt,
öffnet das Kontaktglied 11 mit den beweglichen Kontakten 13 und 14 seine Kontaktstellung und bewegt sieh in Richtung
der feststehenden Kontakte C1 und D1 des Stufenwählers (Fig.5).
Die Versorgung des Steuerstromkreises geschieht jetzt über den Steuertransformator 26. Im Zeitpunkt te der Steuerwalze 50 läuft
der Schleifkontakt 51 wieder auf die Kontaktbahn 52 auf. Dadurch gibt das UND-Gatter 34 den Impulsgenerator 36 frei, so daß dieser
Zündimpuls=an den Stromkreis St1 liefert. Sobald das Kontaktglied
11 mit den beweglichen Kontakten 13, 14 auf die festen
Kontakte C1 und D1 aufläuft (Fig.6), wird der Stromkreis St1
stromführend und die Stromkreise St1 und St2 des Lastumschalters
teilen sich den Laststrom, der von der Anzapfung C der Stufenwicklung über die Ableitung Y fließt. Der Schleifkontakt 51
verharrt in seiner ursprünglichen Ausgangslage tQ und ist für
eine weitere Umschaltung bereit. Geschieht diese Umschaltung in Richtung der Anzapfung D der Stufenwicklung, so wiederholt
sich der eben beschriebene "Verlauf. Soll die Umschaltung jedoch
zurück in Richtung der Anzapfung B erfolgen, so dreht sich der
Schleifkontakt im entgegengesetzten Drehsinn und die beweglichen Kontaktglieder 11 und 12 bewegen sich so, daß zuerst das Kontaktglied
11 und dann das Kontaktglied 12 in Richtung der Anzapfung B
der Stufenwicklung Behaltet.
1098 25/068^
BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
Claims (1)
- Patentansprücheπ ΛStufenschalter für Regeltransformatoren mit im Lastumschalter in zwei parallelliegenden Stromkreisen angeordneten, auch im stationären Zustand ohne Dauerhauptkontakt den Laststrom führenden, steuerbaren Halbleiterventilen, deren Zündinpulse über einen Steuerstromkreis von derIf Stufenspannung abgeleitet v/erden, und mit einem Stufenwähler, dessen feststehende Eontakte mit den jeweiligen Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators verbunden sind, . dadurch'gekennzeichnet, daß der Stufenwähler (V.) für jede Anzapfung (Λ, B, C) der Stufenwicklung:= aus zwei, miteinander leitend verbundenen, in zwei Schaltebenen liegenden, feststehenden Kontakten (A1 A2, B1 B2, C1 C2) besteht und mit zwei, jeweils aus zwei mechanisch gekuppelten Kontakten (13, 14 und 15, 16) bestehenden, in den gleichen beiden Schaltebenen liegenden, beweglichen Kontaktgliedern (11, 12) versehen ist, wobei jedes Kontaktglied (11B 12) in seiner Schaltebene auf die feststehenden Kontakte (A1, B.,C. bzw. A2, B2, C2) zweier benachbarter Anzapfungen ( A, B bzw." B C) der Regelwicklung in der gleichen Schaltebene aufschaltet und dabei gleichzeitig mit der Stufenwahl die jeweils zwischen den zwei mechanisch gekuppelten Kontakten (13, 14 bzw. 15, 16) einer Schaltebene liegende Stufenspannung an einen Steuertransformator (25 bzw. 26) zur Speisung des Steuerstromkreises anlegt.Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet5 der Steuerstromkreis aus bekannten elektrischen Baugruppen und einem elektrischen oder mechanischen Befehlsgeber (50) besteht.10982 5 /068 UBAD QRlGlMALStufenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlsgeber eine mechanische Steuerwalze (50) ist, die mit einem Antrieb der beweglichen Kontaktglieder (11, 12) des Stufenwählers (w) gekuppelt ist.Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide parallelliegenden Stromkreise (St1 und St2) im stationären Zustand des Stufenschalters gleichzeitig stromführend sind.Stufenschalter nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den steuerbaren Falbleiterventilen (17, 18 und 19,20) in den beiden Stromkreisen (St1 und St2) des Lastumschalters je ein Spannungserfassungsgerät (25 bzw. 26) liegt, welche über Brückengleichrichter (29 bzw. 30) je einUND-Gatter (33 bzw, 34) des Steuerstromkreises speisen.10 9 8 2 5/0684
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