DE2048667A1 - Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung bei einem regelspannungsabhangig taktenden Wechselstromschalter - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung bei einem regelspannungsabhangig taktenden Wechselstromschalter

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DE2048667A1 DE19702048667 DE2048667A DE2048667A1 DE 2048667 A1 DE2048667 A1 DE 2048667A1 DE 19702048667 DE19702048667 DE 19702048667 DE 2048667 A DE2048667 A DE 2048667A DE 2048667 A1 DE2048667 A1 DE 2048667A1
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Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H.
6 Frankfurt/Hain 70, Theodor-Sfcern-Kai 1.
Unger/sc
$0.9.1970 FBE 70/25
"Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung bei einem regelspannungsabhangig taktenden Wechselstromschalter"
(Zusatz zu P 20 31 4-39.0)
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung bei einem regelspannungsabhangig taktenden, aus wenigstens einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren je Verbraucherstromkreis bestehenden Wechselstromschalter, bei dem das Taktverhältnis durch eine der Regelspannung überlagerte, vom Verbraucherstromkreis rückgeführte Istgröße beeinflußt wird (unterlagerte Regelung), mit einer mit dem Istwert der Verbraucherspannung unterlagerten, das Taktverhältnis beeinflussenden Spannungsregelung und mit zwei in die unterlagerte Spannungsregelung eingreifende Strombegrenzungsstufen, eine erste beim Überschreiten der Nennstromstärke der Thyristoren eingreifende und eine zweite beim Erreichen des abhängig von der gewählten Taktfrequenz kleinstmöglichen T.'iktverhältnisses und des für den intermittierenden Takt-
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betrieb der Thyristoren zulässigen Stromeffektivwertes eingreifende, den Strom durch Phasenanschnitt der Wechselspannungs-Zeitfläche bei diesem Wert begrenzende Strombegrenzungsstufe , nach Patent (Patentanmeldung
P 20 31 439-0).
Die vorangehend beschriebene Strombegrenzungsschaltung ist in Einzelausführung anwendbar bei einem aus einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren bestehenden Einphasen-Vechselstromschalter und in Mehrfachausführung entsprechend der Phasenanzahl bei einem Mehrphasen-Wechselstromschalter in einem Mehrphasen-Verbraucherstromkreis, der in der Regel aus einer der Phasenanzahl gleichen Anzahl GegenparäEelschaltungen von je zwei Thyristoren besteht. Unter einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren sind entsprechend den Anwendungsmöglichkeiten der beschriebenen Strombegrenzungsschaltung auch bidirektionale Thyristoren, letztere sind durch die Handelsbezeichnung "Triac" bekannt, zu verstehen. In dem Umfange dieser Anwendungsmöglichkeiten liegen ferner auch Gegenpärallelschaltungen mit je einem (unidirektionalen) Thyristor und einer Gleichrichterdiode, die zusammen einen halbgesteuerten Wechselstromschalter bilden.
Aufbau und Wirkungsweise der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnungen sind in dem DBP (Patentanmeldung
P 20 31 439.0) anhand von Figur 1 und 2 grundlegend erläutert als Ausführungsbeispiel einer Strombegrenzungsschaltung in Einzelausführung für einen aus einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren bestehenden Einphasen-Wechselstromschalter.
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Bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung wird im Taktbetrieb des Wechselstromschalters die erste Strombegrenzungsstufe immer vor der zweiten, und zwar bei einer bestimmten Strombelastung, nämlich bei Nennstromstärke der Thyristoren des Wechselstromschalters wirksam; die zweite Strombegrenzungsstufe kommt sodann ebenfalls bei einer bestimmten Strombelastung, jedoch erst beim Erreichen des bei der jeweils gewählten Taktfrequenz kleinstmöglichen Taktverhältnisses und des für den intermittierenden Taktbetrieb der Thyristoren zulässigen Stromeffektivwertes zum Eingreifen.
Gemäß der Erfindung wird demgegenüber eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der die Möglichkeiten des Eingreifens der Strombegrenzungsstufen in Abhängigkeit von der Stromstärke erheblich erweitert sind in der Weise, daß beide Strombegrenzungsstufen verstellbar und frühestens beim Überschreiten der Nennstromstärke der Anordnung eingreifend ausgeführt sind, die erste Strombegrenzungsstufe spätestens beim Erreichen der zulässigen Strangstromstärke (Typenstrom) des Thyristorschalters und die zweite Strombegrenzungsstufe spätestens beim Erreichen des für den intermittierenden Taktbetrieb zulässigen Stromeffektivwertes.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingreifen der Strombegrenzungsstufen mittels Potentiometer verstellbar.
Dadurch, daß beide Strombegrenzungsstufen oberhalb der Nennstromstärke der Anordnung verstellbar eingreifend ausgeführt sind, kann beispielsweise die zweite Strom-begrenzungsst\ife schon vor der ersten beim Überschreiten der Nennstromstärke wirksam gemacht werden, wordurch dann die zweite Strombegrenzungsstufe die Betriebsweise der gegenparallelgeschal teten Thyristoren bestimmt, so daß diese vom Taktbe-
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betrieb auf die erforderliche Strombegrenzung durch Phasenanschnitt der treibenden Wechselspannung übergehen. In diesem Falle erübrigt sich praktisch der Einsatz der auf ein Wirksamwerden bei einer Strombelastung oberhalb der Nennstromstärke eingestellten ersten Strombegrenzungsstufe.
Die Verstellbarkeit des Eigreifens der Strombegrenzungsstufen ermöglicht es an sich schon, das Wirksamwerden der Begrenzungsstufen auf die durch den Verbraucher und die Thyristoren des Wechselstromschalters jeweils vorgegebene Nennstromstärke und den jweils zulässigen Stromeffektivwert einzustellen. Die Strombegrenzungsschaltung nach der Erfindung kann dadurch beliebigen Wechselstromschaltanlagen angepaßt, werden.
Angewandt bei einem Wechselstromschalter, welcher zur Konstanthaltung des Heizstromes bei in Reihe geschalteten Heizwiderständen eingesetzt ist. wird wie bei der eingangs beschriebenen Strombegrenzungsschaltung zweckmäßig die erste Strombegrenzungsstufe beim Überschreiten der betreffenden Nennstromstärke und die zweite Begrenzungsstufe beim Erreichen des betreffenden zulässigen Stromeffektivwertes wirksam gemacht. Das Eingreifen der ersten und schließlich auch der zweiten Begrenzungsstufe wird erforderlich, wenn beispielsweise zunächst bei einem und dann bei weiteren Heizwiderständen ein Bruch auftritt.
Die Anwendung der Strombegrenzungsschaltung nach der Erfindung ist von Bedeutung beim Einschalten eines Wechselstromschalters zur Konstantregelung der Leistung in Heizwiderständen mit einem großen Kalt-zu-Warm-Widerstandsverhältnis. Die Schaltung nach der Erfindung sichert hierbei automatisch die für die Thyristoren erforderliche Strombegrenzung beim übergang der Heizwiderstände vom niederohmigen Kaltzustand in den
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stationären Heißzustand bei größtmöglicher Leistungsabgabe.
Dieser Anwendungsfall wird nachfolgend an Hand der Figuren 1 und 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Einphasen-Wechselstromschalter näher beschrieben. Es sei hier angemerkt, daß auch den oben zuerst erwähnten sowie auch weiteren Anwendungsfallen, soweit diese sich auf Einphasen-Wechselstromschalter beziehen, die Schaltbilder nach den Figuren 1 und 2 zu Grunde liegen.
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung für einen als Leistungsstellglied zur l'omperaturrege lung eines elektrischen Heizkörpers verwendeten Einphasen-Wechselstromschalter,
Figur 2 die Schaltung der ersten und der zweiten Strombegrenzungsstufe nach der Erfindung,
Figur 3 Diagramm des Heizstromes in dem beschriebenen Anwendungsfall.
Die Schaltungen in den Figuren 1 und 2 sind die gleichen wie in den Figuren 1 und 2 des oben erwähnten DBP
(Patentanmeldung P 20 31 439.0). Bei dieser Schaltung nach Fig. 2 sind zusätzlich zwei Potentiometer und ein Regelvorstärker vorgesehen, ein Potentiometer P1 zum Verstellen des Eingreifens der ersten Strombegrenzungsstufe, welches der Reihenschaltung eines Kondensators 8, einer Diode 18 und eines Widerstandes 17 parallelgeschaltet ist, und ein Potentiometer P2 zum Verstellen des Eingreifens der zweiten Strombegrenzungs stufe 20, welches der Reihenschaltung einer Z-Diode 26 und eines Widerstandes 25 parallelgeschaltet ist. Ein Regelverstärk/; r 28 ist zur Verstärkung der an einem Widerstand 25 entstehenden Gleichspannung U01- vorgesehen, welcher die Sägezahnspannung Upri der Synchronisierkippstufe 27 überlagert wird.
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Beim Einschalten des Stromes in einem Heizwiderstand mit einem großen Kalt-zu-Warm-Widerstandsverhältnis ergibt sich infolge des geringen Widerstandswertes des Heizwiderstandes im Kaltzustand ein hoher Stromstoß, welcher mit der Erwärmung des Heizwiderstandes durch den Stromfluß auf eine durch den Widerstandswert im Heißzustand bestimmte stationäre Stroms täi'ke abklingt.
Nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Einschaltstromstoß dadurch verhindert, daß die zweite Strombegrenzungsstufe mit Hilfe des Potentiometers P2 auf ein Wirksamwerden beim Erreichen der Typenstromstärke der Thyristoren 1 , 2 des Einphasen-Wechselstromschalters eingestellt ist, und daß die erste Strombegrenzungsstufe ebenfalls auf ein Wirksamwerden bei erreichtem Typenstrom eingestellt ist. Sobald der eingeschaltete Heizstrom I1^ die Typenstromstärke erreicht hat, wird zuerst die zweite Strombegrenzungsstufe 20 wirksam, indem nach Figur 2 die mittels des Stromwandlers 16 an der Brücke 22 und am Kondensator 24 erzeugten Gleichspannungen U2O un-d Up^, welche der Stromstärke i^ proportional sind, entsprechend dem eingestellten Potentiometerwiderstandswert Rp2 gerade so groß werden, daß die Z-Diode einen Zenerstrom Ipg zu führen beginnt und am Widerstand 25 eine Gleichspannung Up,- entsteht. Durch die über den Regelverstärker 28 zunächst voll verstärkte Spannung Up1- wird dann die Ansprechspannung der synchronisierten Kippstufe 27 soweit erhöht, daß der nach Figur 1 durch diese Kippstufe gesteuerte Impulsgeber 3 die Thyristoren 1 und 2 unter einem Anschnittwinkel entsprechend der nach dem Einschalten gewünschten Begrenzung des Heizstromes ansteuert. Der beim Eingreifen der zweiten Begrenzungsstufe wirksam werdende Regelkreis 16, 20, 3> (1, 2), welcher in den Regelkreis 16, 20, 17, 18, 8, 12, 15, 3 O, 2)
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der ersten Strombegrenzungsstufe eingeschlossen ist, welch letzterer in den Regelkreis der dem Temperaturregelkreis 4, 6, 5, (1, 2) unterlagerten Spannungsregelung 11, 9, 8, 12, 15, 3, (1, 2) eingeschlossen ist, bestimmt als innerster Regelkreis die Stellfunktion der Thyristoren 1 und 2 und somit den Heizstrom i^,. Durch das Eingreifen der zweiten Strombegrenzungsstufe ergibt sich daher der in Figur 3, Abschnitt A, dargestellt Stromverlauf. Der Wechselstromschalter 1, 2 wird demnach zunächst in der Stellfunktion Anschnittsteuerung betrieben. Um den Heizstrom nach dem Einschalten automatisch durch Verringerung des Anschnittwinkels nach einer vorgegebenen Zeitfunktion bei der gewünschten Stromstärke zu begrenzen, ist der Regelverstärker 28 mit einem pID-Verhalten ausgelegt, was in Figur 2 durch das beim Regelverstärker 28 gezeichnete RG-Glied dargestellt ist. Die verstärkte Ausgangsspannung des Regelverstärkers 28 wird bei gleichbleibender Spannung Upjnach der vorgegebenen Zeitfunktion vermindert und dadurch der Anschnittwinkel der Wechselstromhalbperioden auf nahezu Null verringert. Der entsprechende Verlauf des Heizstromes i^ ist bis zum Stationärwerden im Abschnitt B der Figur 3 dargestellt. (Bei einer Erhöhung der Heizstromstärke über die Nennstromstärke hinaus wird die zweite Strombegrenzung erneut wirksam, und es wird der Heizstrom entsprechend begrenzt). Bei stationärem Heizstrom ist indessen der Einfluß dieser Begrenzungsstufe geringer als der Einfluß der Temperaturregelung und der unterlagerten Spannungsregelung. Die Temperatur des Heizwiderstandes 4- hat nämlich den Betriebssollwert erreicht; es überwiegt der Einfluß der TemperaturEgelung und bestimmt die Stellfunktion des Wochselstromschalters 1, 2. Diese schlägt infolgedessen vom Anschnittbetrieb in den reinen Schaltbetrieb um mit einem Taktverhältnis, mit welchem durch die an den Heizwiderstand durchgeschaltete Leistung die Temperatur auf Solltemperatur gehalten wird. Tritt dann im Schaltbetrieb beispielsweise durch
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Kurzschluß eine Erhöhung des Heizstromes über die Typenstromstärke der Thyristoren hinaus auf, so wird die erste Strombegrenzungsstufe wirksam. Dies geschieht dadurch, daß (s.. Figur 2) die Spannung an der Brücke 22 des Stromwandlers so groß wird, daß diese zusammen mit der Spannung des Kondensators 8 entsprechend des eingestellten Potentiometerwiderstandes Rp^, die Diode 18 in die Durchlaßrichtung aussteuert, wodurch die Entladung des Kondensators 8 beschleunigt und die Stromführungszeit sowie auch das Taktverhältnis dos Wechselstromschalters entsprechend verringert werden. Bei sehr großer Erhöhung des Heizstromes bis zu dem bei Taktbetrieb zulässigen Stromeffektivwert überwiegt wieder der Einfluß der nach dem Einschalten wirksam gewordenen zweiten Strombegrenzungsstufe, da dann die Spannung U?r so groß ist, daß sie ohne Verstärkung eine Anschnittsteuerung der Thyristoren bewirkt.
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Claims (1)

  1. - 9 - FBE 70/25
    Patentansprüche :
    ίΐ.) Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung bei einem regelspannungsabhängig taktenden, aus wenigstens einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren je Verbraucherstromkreis bestehenden Wechselstromschalter, bei dem das Taktverhälntis durch eine der Begelspannung überlagerten, vom Verbraucherstromkreis rückgeführten Istgröße beeinflußt wird (unterlagerte Regelung), mit einer mit dem Istwert der Verbraucherspannung unterlagerten, das Taktverhältnis beeinflussenden Spannungsregelung und mit zwei in die unterlagerte Spannungsregelung eingreifende Strombegrenzungsstufen, eine erste beim Überschreiten der Nennstromstärke der Thyristoren eingreifende und eine zweite beim Erreichen des abhängig von der gewählten Taktfrequenz kleinstmöglichen Taktverhältnisses und des für den intermittierenden Taktbetrieb der Thyristoren zulässigen Stromeffektivwertes eingreifende, den Strom durch Phasenanschnitt der Wechselspannungs-Zeitfläche bei diesem Wert
    begrenzende Strombegrenzungsstufe, nach DBP
    (Patentanmeldung P 20 31 4-39.0), dadurch gekennzeichnet, daß beide Strombegrenzungsstufen verstellbar und frühestens beim Überschreiten der Nennstrom3tärke (In) der Anordnung eingreifend ausgeführt sind, die erste Strombegrenzungsstufe spätestens bei Erreichen des Typenstromes des Thyristorschalters (1, 2) und die zweite Strombegrenzungsstufe spätestens beim Erreichen des für den intermittierenden Taktbetrieb zulässigen Stromeffektivwertes.
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    20ΛΒ6Β7
    - 10 - FBE ''/
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch p;ekennzeichnet , daß das Eingreifen der Strombegrenzungsstufen mittels Potentiometers (P^, P0) verstellbar ist,
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    Leerseite
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