DE1920916A1

DE1920916A1 - Einrichtung zum Steuern eines statischen Wechselstromschalters mit zwei Thyristoren in Gegen-Parallelschaltung

Info

Publication number: DE1920916A1
Application number: DE19691920916
Authority: DE
Inventors: Wilfried Methe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-04-24
Filing date: 1969-04-24
Publication date: 1971-01-14
Also published as: DE1920916B2; AT300965B; GB1303281A; CH505497A; BE749411A; NL7005665A; FR2046442A5; SE360794B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern eines statischen Wechselstromschalters mit zwei Thyristoren in Gegenparallelschaltung, bei der die Thyristoren abwechselnd so lange bei jedem Nulldurchgang der Speisewechsel spannung geschaltet werden und dabei der Wechselstromschalter jeweils paketweise Wechselstromperioden auf den Verbraucher schaltet wie eine Steuerspannung bestimmter Größe vorhanden ist und bei der die Thyristoren durch den Entladestrom je eines Steuerkondensators aufgesteuert und geschaltet werden, der jeweils während der dem Schalten vorausgehenden Halbperiode der Speisewechselspannung über einen Gleichrichter und einen Widerstand durch die Speisewechselspannung geladen wird, insbesondere der Steuerkondensator des jeweils zuerst geschalteten Thyristors über ein von der Steuerspannung gesteuertes Schaltelement und des anschließend geschalteten Thyristors durch die Verbraucherspannung geladen wird (Folgesteuerung).

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Die charakteristische Arbeitsweise des statischen Wechselstromschalters, ein schaltbares Steuermittel zum Steuern der Leistung elektrischer Verbraucher, besteht darin, daß eine Wechselspannung stets in den Kulldurchgängen auf einen Verbraucher geschaltet und von diesem abgeschaltet wird, so daß jeweils eine Gruppe zusammenhängender Schwingungszüge der Wechselspannung auf den Verbraucher geschaltet »ind. Als solcher wird der statische Wechselstromschalter von der Fachwelt auch als Vollwellenfc schalter oder Nullspannungsschalter bezeichnet und wird im Unterschied zu Phasenanschnittsschaltern regeltechnisch dort angewendet, wo schnelle Veränderungen einer Segelgröße nicht möglich und auch nicht nötig sind, insbesondere bei WärmeSteuerungen aller Art, gelegentlich auch für die Drehzahlverstellung von Elektromotoren, bei denen der Anker als Schwungmasse wirkt und die stromfreien Zeitabschnitte überbrückt.

Bei Wärmesteuerungen mittels Wechselstromschalter ist zweierlei üblich. Einmal kann die Verbraucherleistung durch ein taktweises Schalten des Verbrauchers an die Stromquelle dosiert werden mit Hilfe eines !Taktgebers, z. B. eines " astabilen Multivibrators, der das Taktverhältnis und/oder die Taktfrequenz - letztere von einer Steuergröße gesteuert ■ angibt. Des vetteren kann die Verbraucherleistung beispielsweise nach dem Zweipunkt-Regelverfahren dosiert werden, wobei zwei Schwellwerte den Hegelbereich begrenzen sowie das Schließen und öffnen des Wechselstromschalters vorgeben.

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Gegenüber einem Phasenanschnittschalter hat der Wechselstromschalter einige gewichtige Vorteile, Erwähnt sei hier nur, daß er auch bei Verwendung von Thyristoren als Stellglieder keine Funkstörungen verursachen kann, daß die Einschaltverluste der Thyristoren gering sind und daß das Wechselstromnetz mit vollen Schwingungszügen gleichmäßig durch den Verbraucher belastet wird.

Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zum Steuern eines statischen Wechselstromschalters mit zwei Thyristoren in Gegenparallelschaltung und geht aus von einer bekannten Steuerschaltung der einleitend bezeichneten Art, bei der der Wechselstromschalter von einem freilaufenden Multivibrator (Taktgeber) gesteuert wird.

Bei dieser Steuerschaltung wird der Steuerkondensator jeweils während der Halbperiode der Speisewechselspannung geladen, bei der der zuerst geschaltete Thyristor mit Bück-, wärtsspannung belastet ist, und der Steuerkondensator steuert mit seinem Entladestrom den betreffenden Thyristor bereits am Ende der Halbperiode auf. Andererseits ist es möglich, daß der Steuerkondensator des jeweils durch Folgesteuerung geschalteten Thyristors noch nach einer letzten Stromflußhalbperiode genügend Ladung hat, so daß der betreff ende-Thyristor während der nun folgenden Belastung mit Rückwärtsspannung aufgesteuert bleibt. In beiden Fällen entstehen erhöhte Sperrverluste in den betreffenden Thyristoren, was nicht erwünscht ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Steuerstromkreis des jeweils zuerst geschalteten Thyristors in Reihe mit dem betreffenden Steuerkondensator ein Schalttransistor geschaltet ist und diesem ein spannungsbegrenzendes Element parallelgeschaltet ist, daß zugleich auch die

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Spannung des Steuerkondensators begrenzt und daß der Schalt transistor erst kurz vor dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung, wenn die Wechselspannung die begrenzte Kondensatorspannung unterschreitet, den Steuerstrom einschaltet, daß ferner der Steuerkondensator des durch Polgesteuerung geschalteten Thyristors einen zweiten EntladeStromkreis aufweist, der über einen Gleichrichter, einen Widerstand und den Verbraucherstromkreis führt, den statischen Wechselstromschalter jedoch umgeht.

Um zu verhindern, daß der Steuerkondensator des durch A Polgesteuerung geschalteten Thyristors beim Entladen über den zweiten Entladestromkreis durch die Speisewechselspannung auf die entgegengesetzte Polarität, bei der der, Steuerkondensator den betreffenden Thyristor nicht mehr aufsteuern kann, umgeladen wird, ist die Steuerschaltung gemäß der Erfindung durch einen am Steuerkondensator einseitig stromleitenden Nebenschlußpfad mit einer Gleichrichterdiode, weiter ausgebildet, die die gleiche Polarität wie der Gleichrichter im zweiten Entladestromkreis aufweist.

Im Steuerstromkreis des jeweils zuerst geschalteten Thyristors kann als spannungsbegrenzöndes Element eine Z-Diode verwendet werden. Ferner ist zur Begrenzung des Entladestromes des S-euerkondensators ein Widerstand mü

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dem Schalttransistor in Reihe geschaltet.

Zur näheren Beschreibung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung ist das Schaltbild eines Wechselstromschalters mit zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren 1 und 2 und einer Steuereinrichtung dargestellt, die mit Ausnahme des Steuerspannungsgebers sowie der erfindungsmäßigen Schaltungsteile wie die bekannte Steuerschaltung ausgeführt ist. Die betreffenden

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Schaltungsteile sind in der Zeichnung deutlich hervorgehoben.

Mit dem Wechselstromschalter ist ein Wechselstromverbraucher 4 in Reihe geschaltet und an eine Speisewechselspannung beispielsweise zwischen der Phase P und dem Mittelpunkt MP eines Wechselstromnetzes angeschlossen. Mit Hilfe der Steuereinrichtung des Wechselstromschalters wird nach dem Eintreffen eines Schaltbefehles ams dem Steuerspannungsgeber 3 jeweils in einem Nulldurchgang der Wechselspannung zuerst der Thyristor 1 und im nächsten Nulldurchgang durch Folgesteuerung der Thyristor 2 aufgesteuert. Bei fortbestehender Steuerspannung werden abwechselnd in jedem Nulldurchgang die Thyristoren 1 und 2 erneut aufgesteuert, so daß im Verbraucher 4 der volle Wechselstrom fließt.

Beide Thyristoren werden in bekannter Weise durch den Entladestrom je eines Kondensators 51 bzw. 61 (Steuerkondensator) aufgesteuert und der betreffende Kondensator während der Halbperiode der Speisewechselspannung, die der Durchlaßhalbperiode der Thyristoren unmittelbar vorausgeht, durch die Netzspannung geladen. Der Teil der Steuereinrichtung, der den Thyristor 1 steuert, ist in der Zeichnung mit 5 und der andere Teil, der den Thyristor 2 steuert, ist mit 6 bezeichnet. Durch einen von der Steuerspannung stromleitend gesteuerten Schalttransistor 7 wird für den Steuerkondensator 51 der Ladestrom eingeschaltet, sobald an der Phase P die Speisewechselspannung gegenüber dem Mittelpunkt negativ wird. Dann fließt über den Schalttransistor 7, den Kondensator 51, einen Widerstand 52 und einen Gleichrichter 53 der Ladestrom. Der Entladestromkreis des Steuerkonden-

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sators 51 "und zugleich Steuerstromkreis des Thyristors 1 geht aus vom Kondensator 51 über eine Gleichrichterdiode 54 und die Steuerstrecke des Thyristors 1, der ein Widerstand 55 parallelgeschaltet ist, des weiteren über einen erfindungsgemäß vorgesehenen Schalttransistor 57 mit 'Vorwiderstand 56, dem eine spannungsbegrenzende Diode 58 so gepolt parallelgeschaltet ist, daß sie die Ladespannung des Kondensators 51 auf einem Niveau unterhalb des Scheitelwertes der Wechselspannung und ferner die Spannung am Schalttransistor 57 begrenzt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Entladestrom des Steuerkondensators 51 mit Hilfe des Transistors 57 gesperrt ist und damit das Aufsteuern des Thyristors 1 während der Halbperiode, in der die Wechselspannung in der Rückwärtsrichtung am Thyristor 1 liegt und dieser gesperrt ist, verhindert wird. Erst kurz vor dem Spannungsnulldurchgang wird an der Phase P die Wechselspannung positiver als die Ladespannung des Kondensators 51? so daß der Schalttransistor 57 den Entladestrom einschaltet und den Thyristor 1 aufsteuert. Lade- und Entladezeit der beiden Steuerkondensatoren 51 und 61 können so gewählt werden, daß der Steuerstrom genügend lange andauert, damit die Thyristoren einen gegenüber der Wechselspannung nacheilenden Strom einschalten können. Wenn mittels des Thyristors 1 der Verbraucherstrom eingeschaltet ist, wird im Teil 6 der Steuereinrichtung durch die Spannung am Verbraucher 4- über einen Gleichrichter 63 und einen Widerstand 62 der Steuerkondensator 61 geladen. Währenddessen liegt am Thyristor 2 nur eine geringe Sperrspannung, so daß hier gegen ein vorzeitiges Aufsteuern des Thyristors 2 kein sperrender Schalter vorgesehen zu sein braucht. Beim nächsten Nulldurchgang der Sppisewechaelspannung schaltet der aufgesteuerte Thyristor

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den Verbraucherstrom ein, so daß am Thyristor 1 eine geringe Sperrspannung liegt. Indessen wird der Steuerkondensator 61 über den EntladeStromkreis 61, 66, 2 entladen, während der Steuerkondensator 51 über den weiterhin aufgesteuerten Transistor 7 und die Diode 53 wieder geladen wird. Für den Kondensator 61 ist erfindungsgemäß noch ein zweiter EntladeStromkreis vorgesehen, über den eine beim Kondensator 61 am Ende der Schließzeit des Schalters * wenn Thyristor 1 nicht mehr aufgesteuert ist, etwa noch vorhandene Ladung über einen Gleichrichter 69 mit "Vorwiderstand 68, ferner über die Speisewechselspannungsquelle und den Verbraucher 4 entladen werden kann. Eine Gleichrichterdiode 64 mit der ersichtlichen Potting parallel zum Steuerkondensator 61 verhindert, daß der Steuerkondensator 61 bei diesem Entladen in der entgegengesetzten Polarität gelade'n werden kann.

7 Seiten Beschreibung
4 Patentansprüche
1 Zeichnung

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Claims

Patentansprüche

j 1)/Einrichtung zum Steuern eines statischen Wechsel-Stromschalters mit zwei gegenparallelgeschalteten Thyristoren, bei der die Thyristoren abwechselnd so lange bei Jedem Kulldurchgang der Speisewechselspannung geschaltet werden und dabei der Wechselstromschalter jeweils paketweise Wechselstromperioden auf den Verbraucher schaltet, wie eine Steuerspannung bestimmter Größe vorhanden ist und bei der die Thyristoren durch den Entladestrom je eines Steuerkondensators aufgesteuert und geschaltet werden, der jeweils während der dem Schalten vorausgehenden Halbperiode der Speisewechselspannung über einen Gleichrichter und einen Widerstand durch die Speisewechselspannung geladen wird, insbesondere der Steuerkondensator des jeweils zuerst geschalteten Thyristors über ein von der Steuerspannung gesteuertes Schaltelement und der des anschließend geschalteten Thyristors durch die Verbraucherspannung geladen wird(Folgesteuerung), dadurch gekennezeichnet, daß im Steuerstromkreis des jeweils zuerst geschalteten Thyristors (1) in Heihe mit dem Steuerkondensator (5Ό ein Schalttransistor (57) geschaltet ist und diesem ein spannungsbegrenzendes Element (58) parallelgeschaltet ist, das zugleich auch die Spannung des Steuerkondensators (51) begrenzt, und daß der Schalttransistor (57) erst kurz vor

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dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung, wenn die Wechselspannung die "begrenzte Kondensatorspannung unterschreitet, den Steuerstrom einschaltet, daß ferner der Steuerkondensator (61) des durch Folgesteuerung geschalteten Thyristors (2) einen zweiten Entladestromkreis aufweist, der über einen Gleichrichter (69) mit Vorwiderstand und den VerbraucherStromkreis führt, den statischen Wechselstromschalter (1, 2) jedoch umgeht.
2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkondensator (61) des durch Folgesteuerung geschalteten Thyristor (2) einen einseitig stromleitenden Nebenschluß mit einer Gleichrichterdiode (64) hat, der die gleiche Polung wie der Gleichrichter (69) des zweiten Entladestromkreises aufweist.
3) Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer Z-Diode als spannungsbegrenzendes Element.

4-) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Entladestromes des Steuerkondensators (51) ein Widerstand (56) mit dem Transistor (57) in Reihe liegt.

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