DE2162988C3

DE2162988C3 - Stellglied für einen Wechselspannungsregler

Info

Publication number: DE2162988C3
Application number: DE19712162988
Authority: DE
Inventors: John Trafford Rowe Campbelltown Freeman (Australien)
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE2162988B2; DE2162988A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stellglied für einen ao Wechselspannungsregler, bei dem ein kontaktloser Schalter in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle und einer Last liegt und ein zweiter kontaktloser Schalter parallel zur Last liegt und die beiden Schalter von einem Steuergerät so beeinflußt sind, daß stets der as eine Schalter geöffnet ist, wenn der andere Schalter geschlossen ist und umgekehrt (französische Patentschrift 2031 005).

Bei der Konstruktion eines Stellgliedes für einen Wechselspannungsregler sind folgende Merkmale erwünscht, um eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit zu erzielen:

1. Die Stellglieder sollten keine beweglichen Teile enthalten.

2. Die Konstruktion sollte mechanisch und elektrisch robust sein und unempfindlich gegen falsche Bedienung.

3. Die Stellglieder sollten einen guten Wirkungsgrad im Verhältnis zu .dem Stand der Technik haben.

4. Die Stellglieder sollten im wesentlichen durch die Größe, die Wellenform oder den Leistungsfaktor des Laststromes nicht beeinflußt werden.

5. Die Stellglieder sollten eine konstante niedrige Impedanz an den Lastklemmen erzeugen.

6. Die Schaltung sollte eine extrem hohe Ansprechgeschwindigkeit haben.

Die in der Technik bisher bekannten Stellglieder für Wechselspannungsregler umfassen folgende Arten:

1. Transformatoren mit veränderbaren Anzapfungen. 2. Regeltransformatoren mit Schleifbürsten.

3. Regeltransformatoren mit beweglichen Spulen.

4. Induktionsregler.

5. Transduktoren.

6. Phasengesteuerte Wechselstromschalter mit Thyratrons und Thyristoren (USA.-Patentschrift 2 534 909, französische Patentschrift 2 031 005).

7. Schaltungen mit Vakuumröhren (deutsche Auslegeschrift 1 080 669).

g 8. Schaltungen mit Leistungstransistoren (britische Patentschrift 1 Γ80 576).

Allen diesen bekannten Anordnungen fehlt mindestens eines der oben genannten wünschenswerten Merkmale. So enthalten beispielsweise die allgemein bekannten Regler des Typs 1 bis 4 bewegliche Teile und haben eine verhältnismäßig lange Ansprechzeit. Die Regler des Typs 7 und 8 sind elektrisch emfpindlich und schwierig gegen Fehler zu schützen. Der

ebenfalls allgemein bekannte Regler des Typs 5 wird Fig. 5 zeigt die Grundschaltung einer zwangs-Ueinflußt von der Form des Laststroms und hat eine kommutierten Thyristorschaltung in Halbbrücken-Ausgangsimpedanz, die sich abhängig von der Zeit schaltung, welche zur Erläuterung der Weiterentwickändert lung der vorliegenden Erfindung dient.

Der in letzter Zeit am meisten v.^rwendete Typ 6 5 Fig. 6 zeigt, wie die Schaltung von Fig. 5 abge-

verwendet Thyristoren und hat eine Ausgangsspan- wandelt werden kann, so daß sie wie ein Paar von

nung, welche eine Funktion des Leistungsfaktors der Wechselstromschaltern wirkt.

Last ist; er hat an den Ausgangsklemmen eine hope- Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Reihen-

danz, welche sich von fast null bis fast unendlich ändert Parallel-Wechselstromregelschalters gemäß der Erfin-

und dies mit der doppelten Frequenz der Speise- w dung, der aus der Schaltung von Fig. 6 entwickelt

spannung. Die bei diesem Typ erhaltene minimale wurde.

Ansprechzeit beträgt eine Halbwelle der Speisefre- Fig. 8 zeigt einen Einphasenspannungsregler mit

quenz. einem Stellglied gemäß der Erfindung.

Der dem Typ 8 zugehörige Wechselspannungsregler Fig. 9 zeigt einen Dreiphasenspannungsregler mit

gemäß der britischen Patentschrift 1 180^76 umfaßt 15 einem Stellglied gemäß der Erfindung,

eine Spannungsregelung mit einem sogenannten Längs- Fig. 10 zeigt die Schaltung einer automatischen

transistor, welcher über weitere Transistoren sowohl spannungsgeregelten Stromversorgung für elektrosta-

von der Eingangsspannung als auch v^n der Aus- tische Entstaubungsanlagen.

gangsspannung beeinflußt ist. Die Spannungsregelung Fig. 1 zeigt die grundlegende theoretische Schaltermit einem Längstransistor hat jedoch die Nachteile, ao anordnung. Die beiden Schalter JIT und Y sind so mitdaß der Transistor zum einen dauernd den ganzen einander gekoppelt, daß das Schließen des einen Laststrom führt und zum anderen die volle Verlust- Schalters auf einen Steuerbefehl vom Steuersignalleistung aufnehmen muß. Ein solcher Spannungsregler generator STautomatisch den anderen Schalter öffnet, ist störanfällig und hat keinen sehr guten Wirkungs- Daher ist immer einer der beiden Schalter, entweder A" grad. »5 oder K, geschlossen. Fig. 2 zeigt, wie diese Anordnung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stellglied für einen zwischen der Wechselstromquelle S und einer Last Z

Spannungsregler mit allen eingangs aufgezählten wün- angeordnet ist. Diese Schaltung ist rein theoretisch,

sehenswerten Merkmalen zu schaffen. kann jedoch als Stellglied für einen Wechselspannungs-

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein- regler verwendet werden und besitzt alle wünschensgangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine erste 3° werten Eigenschaften, die eingangs dargelegt wurden. Gleichrichterbrücke vorgesehen ist, deren Wechsel- Es soll angenommen werden, daß das Schalterpaar Stromanschluß in Reihe mit der Wechselstromquelle von Fig. 2 in analoger Weise wie die bekannte Phasen- und der Last liegt und zu deren Gleichstromanschluß steuerung arbeitet. Mit anderen Worten, der Schalter Y der fine kontaktlose Schalter parallel liegt, daß eine wird in dem Moment geschlossen, wo die Speisezweite Gleichrichterbrücke vorgesehen- ist, deren 35 spannung null ist und der Schalter X einen steuerbaren Wechselstromanschluß an der Sekundärwicklung eines Bruchteil der Halbwelle der Speisespannung später, mit der Primärwicklung parallel zur Last liegenden Dann kann die effektive Spannung an der Last geregelt Transformators angeschlossen ist, deren Gleichstrom- werden durch Änderung des Bruchteils der Halbanschluß parallel zu dem zweiten kontaktlosen Schalter wellenzeit, während welcher der Schalter X leitet, liegt, daß der negative Gleichstromanschluß der ersten 40 Fig 3a zeigt das Spannungszeitverhältnis für diese Gleichrichterbrücke mit dem positiven Gleichstrom- Betriebsart (analog zur üblichen Phasensteuerung). Im a'ischluß der zweiten Gleichrichterbrücke verbunden oberen Teil der Figur ist auf der Abszisse die Zeit, isi und daß die beiden nicht miteinander verbundenen auf der Ordinate die Spannung aufgetragen. Die ge-Gleichstromanschlüsse der beiden Gleichrichterbrük- strichelte Kurve zeigt den Spannungsverlauf an der ken an einen Speicherkondensator angeschlossen 45 Spannungsquelle, die ausgezogene Kurve den Spansind, nungsverlauf an der Last. Im unteren Teil der Figur

Bei manchen Anwendungen hat die Erfindung noch ist jeweils mit X und Y der Bereich bezeichnet, in dem

den zusätzlichen Vorteil, daß sowohl der Leistungs- der Schalter X bzw. K leitend ist. Dieses Verfahren

faktor des Eingangsstromes als auch die Wellenform weicht in der Weise von der üblichen Phasensteuerur.g

der Ausgangsspannung steuerbar ist. 50 ab, daß die Ausgangsspannung vollständig von den

Die Erfindung soll numehr an Hand der Figuren Zuständen der Schalter abhängig ist, die nach Beheben

näher beschrieben werden. ein- und ausgeschaltet werden können. Daher zeigt

Fig. 1 zeigt die theoretische Schaltung eines Reihen- diese Anordnung keine Änderung der Ausgangs-

ParalIeI-Wechselstromschalters zur Erklärung der Er- spannung in Folge einer Änderung des Laststromes,

findung. 55 der Wellenform oder des Phasenwinkel. Da weiterhin

Fig. 2 zeigt, wie der Regelschalter nach Fig. 1 als zu jeder Zeit entweder der eine oder der andere Schal-Stellglied eines Spannungsreglers geschaltet werden ter geschlossen ist, liegt die Last immer an der inneren kann. Impedanz der Spannungsquelle S, welche niedrig

Die Fig. 3a, 3b, 3c und 3d zeigen Spannungs-Zeit- cemacht werden kann, oder an der Null-Impedanz des

Kurven zur Verdeutlichung von verschiedenen Be- ⁶° Schalters Y. Im Gegensatz hierzu haben die üblichen

triebsweisen der Schaltung von Fig. 2. Phasenregler eine unendliche Impedanz bezüglich der

Fig. 4a zeigt, wie die Schaltung von Fig. 1 als ele- Last während der Zeiten, während der der einzelne mentarer theoretischer Frequenzwandler geschaltet Reihenschalter nicht leitend ist. Dies ist ein schwerwerden kann und zeigt seine Wirkungsweise sowohl als wiegender Nachteil, wenn die Last abgestimmte Schalt-Umrichter als auch als Frequenzverdoppler. 65 kreise enthält, wie dies zum Beispiel bei der Unter-

Die Fig. 4b und 4c zeigen Spannungs-Zeit-Kurven drückung der Harmonischen in der Ausgangsspannung

zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung von mit einem Filter erforderlich ist. Da schließlich Λ

Fig. 1. oder Y zu jedem beliebigen Zeitpunkt durch ein ent-

sprechendes Signal von ST geschlossen werden kann, Netzspannungskommutierung bezieht, haben die prakkann das vorliegende System auf momentane Störun- tischen Ausführungsformen den Nachteil, daß unnütze gen ansprechen. So kann beispielsweise ein plötzlicher Kreisströme entstehen und daß die Wellenform der Überstrom oder ein Kurzschluß bei der Last Z un- Ausgangsspannung vom Leistungsfaktor der Last abmittelbar nach seinem Auftreten unterbrochen werden 5 hängt. Solche Nachteile entstehen bei Anwendung der durch Öffnung von. X. Das gleichzeitige Schließen von vorliegenden Erfindung nicht.

Y hält die Laslspannung auf Null, während der Über- Obwohl bisher nur die Rede von Einphasenwechselstrom absinkt und verhindert das Auftreten von ge- spannungsregelung war, kann die Technik der Reihenfährlichen Wiederkehrspannungen. Parallel-Schalter, wie sie bisher erläutert wurde, auch

Die Reihen-Parallel-Schalteranordnung nach Fig. 2 "> für mehrphasige Spannungsregelung verwendet wer-

ist nicht begrenzt auf die Arbeitsweise analog zu der den.

bekannten Phasenregelung, wie dies an Hand von Der Ausgangspunkt für die Entwicklung des Reihen-

Fig. 3a erläutert wurde. Die Fig.3b bis 3d zeigen drei Parallel-Wechselstromschalters gemäß der Erfindung

von einer unendlichen Anzahl von Schaltfolgen, wel- ist der einfache statische Wechselrichterkreis in HaIb-

che vorgesehen sein können. Fig. 3b zeigt ein Schema, 15 brückenschaltung, der in Fig. 5 dargestellt ist. Die

in dem die Wellenform der Ausgangsspannung immer Beschreibung dieser Schaltung und viele Arten der

symmetrisch bezüglich der Spitzenspannung ist, wobei Kommutierungskreise, welche verwendet werden kön-

der Effektivwert der Spannung dadurch regelbar ist, nen, sind in der Literatur über die statischen Wechsel-

daß die Dauer der Leitperioden der beiden Schalter richter beschrieben. Die Funktion dieser Schaltung,

verändert wird. Der obere Teil der Fig. 3b bis 3d 20 wie sie üblicherweise angewendet wird, besteht darin,

zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf an der Wechsel- den Punkt Q abwechselnd an den positiven und den

Spannungsquelle (gestrichelte Kurve) und an der Last negativen Anschluß der Gleichstromversorgung anzu-

(ausgezogene Kurve). Darunter sind die Leitzeiten der schließen. Es kann daher ein Strom entweder vom

Schalter X und Y eingezeichnet. positiven Eingangsanschluß zum Anschluß Q fließen

Diese Betriebsart hat einen »besseren Eingangs- 25 (jedoch nicht umgekehrt) oder von Q zum negativen leistungsfaktor als die Betriebsart nach Fig. 3a. Bei Eingangsanschluß (jedoch nicht umgekehrt). Die beiden Wellenformskizzen von Fig. 3c können die Schalt- den Thyristoren X und Y leiten abwechselnd durch Zeitpunkte beliebig gewählt werden, um eine Span- Anlegen geeigneter Steuerimpulse an ihre Steuereleknungsregelung zusammen mit entweder einer Optimie- troden G und H. Die Funktion des als Blockschaltbild rung der Ausgangswellenform (um eine Anpassung an 3° dargestellten Kommutierungskreises ist es, sicherzueine spezielle Last zu erzielen) oder eine Korrektur des stellen, daß beim Leitendwerden des einen Thyristors Eingangsleistungsfaktors zu erreichen. der andere eine Vorspannung in Sperrichtung erhält,

Bei der Arbeitsweise, welche in Fig. 3d dargestellt die so groß ist und eine solche Dauer hat, daß sein

ist, ist die Schaltfrequcnz wesentlich größer als die Laststrom absinkt und er wieder zum nichtleitenden

Wechselstromspeisefrequenz und die Ausgangsspan- 35 Zustand zurückkehrt. Die beiden Thyristoren bilden

nungsregelung wird erzielt durch Veränderung des daher einen Gleichspannungs-Reihen-Parallel-Schal-

Bruchteils der Schallzeit, während der der Reihen- ter, der die Punkte P und Q sowie Q und T abwech-

schalter X leitend ist (Hochfrequenz-Impulsbreiten- selnd verbindet. Die Schaltung von Fig. 5 kann weder

modulation). Diese Betriebsweise ist besonders geeig- an Wechselspannung angeschlossen werden noch hält

net für die Verwendung bei Wechselspannungsreglern 4° sie Wechselspannung aus. Durch Hinzufügen von zwei

(zusammen mit einem Ausgangsfilter) für Lasten, die Einphasenbrückengleichrichtern, enthaltend die Dio-

eine Sinusspannung erfordern. In diesem Falle ergibt den Dl bis D4 und DS bis DS, wie dies in Fig. 6

sich der Vorteil einer sehr hohen Ansprechgeschwin- dargestellt ist. werden diese beiden Nachteile behoben,

digkeit, eines hohen Eingangsleistungsfaktors und einer Man beachte die Anschlüsse K und L von Fig. 6.

minimalen Filtergröße (weil die reaktiven Elemente, 45 Wenn der Thyristor .Jf sich im nichtleitenden Zustand

welche dazu benötigt werden, die relativ hohe Schalt- befindet, kann kein Strom von K nach L fließen oder

frequenzkomponente aus der Ausgangsspannung aus- umgekehrt von einem äußeren Stromkreis, vorausge-

zusieben, ziemlich klein sind). setzt, daß die Spannung der festen Gleichspannungs-

F i g. 4a zeigt einen möglichen theoretischen Schalt- quelle gleich oder großer ist als die Spitzenspannung kreis zur Verwendung der Schalter nach Fig. 1, welche 5° der Wechselspannung, welche an eine äußere Schaltung in mancher Beziehung eine analoge Funktion zu den angelegt wird, von der K und L ein Teil ist. Wenn keine üblichen Einphasenumrichtern haben. Die Last Z wird Versorgungsgleichspannung anliegt (d. h. wenn die zwischen den gemeinsamen Anschluß der Schalter X Anschlüsse -f- und — direkt verbunden sind) und die und Y und die Mittelanzapfung C des Spartransfor- äußere Schaltung den Punkt K plötzlich positiver mators TR geschaltet dessen Anschlüsse A und B 55 macht als den Punkt L, dann kann ein Strom fließen direkt an den Wechselspannungsgenerator S ange- über K, Z>3, +, —, D6, DS, DI und L; wenn L posischlossen sind. Wenn die Schalter zu geeigneten Augen- tiver ist als K, dann fließt ein Strom über Dl, -+-, —, blicken betätigt werden, ist es möglich, eine Ausgangs- D8, Dl, DA und K. Das Vorhandensein der Gleichspannungsfunktion zu erzeugen mit Grundfrequenzen, Spannungsquelle bewirkt jedoch — daß die Dioder die kleiner oder größer sind als die der Wechselspan- 60 eine Spannung in Sperrichtung erhalten und daß ei nungsquelle S. In Fig. 4b sind Wellenformen für den daher für einen äußeren Kreis den Anschein hat, ah Betrieb der Schaltung dargestellt, wenn eine Aus- ob die Anschlüsse K und L voneinander isoliert wären gangsgrundfrequenz von einem Drittel der Eingangs- Außerdem verhindern die Diodenbrücken, eine Span frequenz erzielt wird. Eine Frecpienzverdopplung ist nung an den Anschlüssen K und L zu erzeugen, di< durch die Wellenformen von Fig. 4cdargestellt. Wenn *5 nicht in einem äußeren Kreis erzeugt wird, an den du diese Schaltung von einem normalen Zyklokonverter Schaltung angeschlossen ist.

abgeleitet wird, ist letzterer nicht in der Lage, als Es soll nun angenommen werden, daß der Thyristo

Frequenzverdoppler zu wirken, und da er sich auf die X gezündet ist (also leitet) durch Anlegen eines geeig

neten Impulses an seine Steuerelektrode. Wenn der auch zwischen den Anschlüssen A und C liegen und äußere Schaltkreis, von dem K und L ein Teil sind, K so dem Reihenschalter zugeordnet sein,
plötzlich positiver als L macht, dann kann ein Strom Bei der Verwendung des Paares von Regelschaltern

von dem äußeren Schaltkreis über den Strompfad K, werden Signale an die Steuerelektroden der Thyristoren D3, X, Dl und L fließen. Umgekehrt kann, wenn L 5 abwechselnd so angelegt, daß bei einem ersten Zustand positiver als K ist, der äußere Strom über den Strom- eine niedrige Impedanz zwischen den Anschlüssen A pfad L, Di, X, DA und K fließen. Der Spannungs- und C erzeugt wird und gleichzeitig eine hohe Impeabfall zwischen den Anschlüssen L und K kann für danz zwischen den Anschlüssen C und B und daß bei jede Polarität der treibenden Spannung den Reihen- einem zweiten Zustand eine hohe Impedanz erzeugt Spannungsabfall der beiden Dioden plus dem des einen io wird zwischen den Anschlüssen A und C und gleich-Thyristors nicht überschreiten (etwa 3 bis 4 V in der zeitig eine niedrige Impedanz zwischen den Anschlüs-Praxis). Deshalb erscheinen die Anschlüsse K und L sen C und B.

bei leitendem Thyristor X für einen äußeren Stromkreis Im Falle eines mehrphasigen Reihen-Parallel-Wech-

als sehr niedrige Impedanz. selstromschalterpaares kann eine Anzahl von Ein-

Es wurde oben gezeigt, daß, je nachdem, ob der 15 phasen - Reihen - Parallel - Wechselstromschalterpaaren Thyristor X leitend oder nichtleitend ist, die An- verwendet werden, die der Anzahl der zu regelnden Schlüsse L und K für einen äußeren Stromkreis eine Phasen entspricht.

niedrige bzw. sehr hohe Impedanz darstellen. Tatsäch- Es kann auch ein mehrphasiger Isoliertransformator

lieh ist das Verhalten mit großer Näherung bei der verwendet werden, der getrennte Primärwicklungen praktischen Anwendung dem eines mechanischen *° hat, von denen die ersten Enden die ersten Anschlüsse Schalters ähnlich. Es kann weiter mit einer ähnlichen des mehrphasigen Reihenschalters des oben genannten Begründung wie oben gezeigt werden, daß die An- Schalterpaares bilden und die zweiten Enden dieser Schlüsse Fund H dasselbe Verhalten zeigen. Man kann Wicklungen die zweiten Anschlüsse des mehrphasigen erkennen, daß die beiden Schalter, welche durch K, L Reihenschalters des genannten Paares, bei dem der und F, H gebildet werden, so miteinander verknüpft 25 erste Brückengleichrichter eine Mehrphasenbrücke ist, sind, daß abwechselnd einer der Thyristoren X und Y deren Wechselstromanschlüsse an die Sekundärwickleitet, so daß das Schließen des einen das öffnen des lungen des genannten Transformators angeschlossen anderen bewirkt. Jedoch ist die Anordnung von Fig. 6 sind (diese Wicklungen können in Sternschaltung oder noch kein Reihen-Parallel-Schalter, da weder der in Polygonschaltung geschaltet sein), bei dem der zweite Anschluß L noch der Anschluß K mit den Anschlüs- 3» Brückengleichrichter in Mehrphasenbrückenschaltung sen F oder H verbunden werden kann, ohne einen geschaltet ist, dessen Wechselstromanschlüsse die AnKurzschluß der Dioden Dl und Dl und D 5 oder DA Schlüsse des Parallelschalters des oben genannten Schal- und Dl oder DA und D 5 zu bewirken. terpaares bilden und auch mit jedem der zweiten Enden

Fig. 7 zeigt die endgültige Modifikation der Halb- der Primärwicklungen des oben genannten Isolationsbrücke von Fig. 5, die notwendig ist um zu erreichen, 35 transformator verbunden sind,
daß sie als Reihen-Parallel-Wechselspannungsschalter Fig. 8 zeigt den Schalter von Fig. 7 als Stellglied

gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Ein für einen Spannungsregler, aufgebaut nach der theo-Transformator TRi mit einem Wicklungsverhältnis retischen Schaltung von Fig. 2. Es wird hierbei die von eins wird dazu verwendet, um eine elektrische Komplementänmpulskommutierung nach Mc Mut-Isolation zwischen den Anschlüssen F, H und K, L zu 40 ray-Bedford verwendet, die eine Induktivität L mit erzielen, so daß die Primärwicklung CB des Transfor- Mittelanzapfung und die Kondensatoren Cl und Ci mators mit dem Ende C an den Anschluß L des ersten verwendet. Einzelheiten der Wirkungsweise dieser Schalters angeschlossen ist. Wenn der Thyristor Y Schaltung sind in der Literatur der statischen Wechselgezündet wird, ist die Sekundärwicklung von 77? 1 richter beschrieben. Der Transformator TRl und die effektiv kurzgeschlossen durch die niedrige Impedanz 45 Dioden D9 bis D12 dienen zur Wiedergewinnung der bei F und H, so daß die Primärwicklung CB wiederum überflüssigen Kommutierungsenergie, welche dem eine niedrige Impedanz für einen äußeren Stromkreis Kondensator Cl wieder zugeführt wird,
hat. Umgekehrt ist, wenn der Thyristor Y nichtleitend Bei dieser Schaltung führt der Transformator TRl

ist, die Sekundärwicklung von TR1 nicht belastet und nicht allein die Kommutierungskreisströme, welche ein äußerer Stromkreis, der an C und B angeschlossen 5« auf ein Minimum herabgesetzt werden sollen, sondern ist, findet die sehr hohe Impedanz der Magnetisie- auch den Laststrom zur äußeren Schaltung. Obwohl rungsinduktivität von TRl als einzigen Stromweg. Die es wünschenswert ist, daß die überflüssige Kommutiefestgelegte Gle^chstromspeisespannung, die für eine rungsenergie zurückgespeist wird über TRl und die zufriedenstellende Arbeit des Kommutierungskreises Dioden D9 bis D12 zum Kondensator Cl, ist es niehl erforderlich ist, wird gewöhnlich durch einen großen 55 erwünscht, daß Cl eine Ladung erhält, die propor Kondensator Cl verwirklicht, der, wenn die Schalter tional dem äußeren Laststrom ist. Wenn dies ge in Schaltungen gemäß Fig. 2 oder Fig. 4a verwendet schieht, ergibt sich ein unkontrollierter Anstieg dei werden, auf dem Spitzenwert der Spannung durch die Spannung an Cl proportional zum Laststrom. Die Stromquelle 5 über die Diodenbrücke Dl bis DA und kann zu einer Oberbeanspruchung der Lastthyristorer D5 bis D8 geladen gehalten wird, unabhängig davon, 60 führen und muß vermieden werden. Deshalb ist de: welcher der beiden Thyristoren X oder Y sich in leiten- Transformator TR1 mit einem sättigbaren Kern auf dem Zustand befindet. Nur die Verluste im Kommu- gebaut und ist so bemessen, daß die Gesamtmenge de tierungskreis müssen durch die Gleichspannungsquelle Energie, welche pro Schaltzyklus bei einer gegeben« ergänzt werden, und diese sind klein im Vergleich zu Spannung zu Cl zurückgespeist werden kann, imme der Leistung, die durch die Schalter geschaltet wird. 65 geringer ist als die Energie, die von Cl den Kommu Der Transformator TR1 kann nicht nur, wie darge- tierungskreisen während dieses Schaltzyklus rugcf uhr stellt, zwischen den Anschlüssen B und C liegen und wird. Es wurde gefunden, daß die Kommutierung* dem Parallelschalter zugeordnet sein, sondern er kann kreisströme trotz dieser Beschränkung noch ruf rieden

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rege- stand bleibt so lange stabil bis zum Beginn der näch-

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Dt ScLTtungtnoXu g von" Ρ"g ίθ ist die eines « wieder din Schalter X zu schließen und den Schalter r SoSnuntsregleS "ür eineelektrostatische Entstau- zu öffnen. So setzt sich d.eser Prozeß zyklisch fort bCLnlfee Es soll angenommen werden, daß die wobei X während des ersten Teils jeder Halbwelle Sch?u^g im Betrieb isf und daß keine Funkenüber- geschlossen ist und Y während des übrigen Te.les der Schläge im EnTstauberkreis auftreten, der an die deich- Halbwelle. Wenn d.e Ausgangsspannung des Regel· SnnunTsausßänEe + und - angeschlossen ist. Dann >° funktionsgenerators RF absinkt, wird der Schalter X Ξ amAu^aigdes Regelfunktionsgenerators RF, früher nach der Spannung Null geöffnet, we.l die feste deferFunkeSlintegrator sein kann (beispielsweise Sägezahnausgangsspannung von SZ die verminderte vom Spaniungskompensationstyp oder von einem an- Ausgangsspannung von RF in einer kürzeren Zeit überderen bek^nnfen Typ, wie er bei Stromversorgungen steigt. Umgekehrt bew.rkt em größerer Ausgang von νΓη elektrostatischen Entstaubungsanlagen verwendet *5 RF, daß der Schalter X für eine: längere Zeitdauer jeder wird) eine Gleichspannung an, deren Wert sich nur Halbwelle geschlossen ist, so daß es möglich » den Sr stufenweise während einiger Perioden der Ver- Bruchte.l der Halbwelle, wahrend der der Schalter ^ sorgungsspannung ändert. Der Null-Spannungsgene- geschlossen ist, zu steuern und dam. die m.ttterc rator JV erzeugt kurze Gleichspannungsimpulse immer Wechselspannung, die dem Transformator TR3 züge dann wenn die Speisespannung durch den Wert Null 30 führt wird.

aeht'diese Impulse werden dazu verwendet, den Säge- Es kann gezeigt werden, daß die Spannungswelle,

zahngenerator SZ zu diesem Zeitpunkt auf Null zu- die an TR3 geliefert wird, entgegengesetzt gerichtet ist rückzustellen Der Ausgang des Sägezahngenerators bezüglich der Spannungswelle einer üblichen Phasenist eine sägezahnförmige Gleichspannung, welche wäh- steuerung, so daß man diese Betriebsart als »umgerend jeder Halbwelle gleichmäßig von Null ansteigt 35 kehrte Phasensteuerung« bezeichnen kann. Dies hat und wieder rasch auf Null abfällt, um bei der nächsten mehrere Vorteile für die Regelung der Last an der Halbwelle wieder neu zu beginnen. Der Komparator Entstaubungsanlage. Erstens bewirkt das Vorhanden- KP vergleicht die Ausgänge "von RF und SZ. Er hat sein des Parallelschalters Y, daß ein Strompfad voreine insgesamte positive Rückkopplung und kann daher handen ist für das Schließen ienes Magnetisierungsanalog wie ein Schmitt-Trigger arbeiten, der eine 4° stromes im Transformator TR3 während der Penoden, positive Ausgangsspannung erzeugt, wenn der Aus- während der der Schalter X offen ist. Wenn daher X gang von RF den von SZ übersteigt, und einen Aus- geöffnet ist, wird die induktive Energie, die in den gang Null, wenn der Ausgang von RF kleiner ist als Wicklungen von 77?3 gespeichert ist, nicht in unkonder von SZ. Beim Beginn jeder Halbwelie ist der Aus- trollierter Weise an die Last abgegeben, sondern bleibt gang von SZ gleich Null, während der von RF einen 45 weiterhin gespeichert. Die Ausgangsspannung von ΓΛ3 etwas größeren Wert hat, und daher ist der Ausgang wird daher zu dieser Zeit bei Null gehalten und es von AV positiv Von diesem Punkt an ist die Regelung werden keine induktiven Ausgleichsspannungen erdigital; es wird daher bei den positiven Ausgangs- zeugt. Zweitens wird, weil die Schalter X und Y voll werten als von einer »logischen Eins« oder einfach steuerbar sind, der Überschlag eines Funkens im Lastvon einer »Eins« gesprochen. Gleichermaßen sind die 5° kreis, der einen raschen Anstieg de·. Stromes in dei Ausgänge null eine »logische Null« oder einfach eine Primärwicklung von TRi erzeugt, durch den Strom- »Null«. transformator TR4 festgestellt und der Regelfunktions-

Beim Beginn jeder Halbwelle hat dann KP den generator RF beeinflußt, so daß augenblicklich desser Ausgang Eins. Die Umkehrstufe W erzeugt den korn- Ausgangsspannung geändert wird, womit der Kompa plementä cn Wert des Ausgangs von KP, in diesem 55 rator AP seinen Zustand ändert und der Reihenschal Falle Nuil, und die beiden Signale werden an den Ein- ter X geöffnet v.ird Es wurde in der Praxis gefunden gangen Fl und Fl dem Flip-Flop-Kreis FF zugeführt. daß der Schalter A" innerhalb von 100 Mikrosekundei Der Flip-Flop-Kreis hat daher die Eingänge Fl gleich nach der Feststellung eines Funkenüberschlages durcj Eins und Fl gleich Null und daher die Ausgangszu- TRA voll geöffnet ist. Für diese kurze Zeit reicht du stände Fi gleich Eins und FA gleich Null Diese Aus- 6« Streureaktanz von TRi aus, um den Funkenstrom au gänge werden den Puffer-Isolatorelementen BX und einen beherrschbaren Wert zu begrenzen. Die Anord BY zugeführt und in geeigneter Weise verarbeitet, so nung gemäß der Erfindung benötigt daher keine groöei daß sie zur Steuerung der statischen Schalter .Y und Y Drosselspulen, um die Funkenströme im Staubao verwendet werden können. Es soll angenommen werden, scheider zu begrenzen.

daüdiePufferkreiieB-VundÄVnichtumkehrendsindund «5 Zwei weitere Vorteile beruhen direkt auf der ume( dal» die statischen Schalter * und Y jeweils geschlossen kehrten Phasensteuerung: Erstens eliminiert sie di werden, wenn sie am Eingang das Signal einer logischen steilen Teile des Anstiegs der Ausgangsgleichspannuni Fm* erhalten Der Schulter Λ ist daher peschlosvn. die mit der üblichen Phasensteuerung verbunden ii

und erzeugt an Stelle dessen einen sanften Anstieg der Spannung von der Wechselstromquelle. Dies bewirkt, daß die Kapazität des Abscheiders sicher aufgeladen wird nach dem Überschlag eines Funkens in einer Halbwelle, ohne daß gefährliche Überstrombedingungen im Gleichrichter erzeugt werden und ohne daß eine Strombegrenzungsdrossel benötigt wird. Dies gibt der Erfindung einen großen Vorteil bei dem Verhalten

nach einem Funkenüberschlag oder einem Lichtbogen gegenüber Anordnungen, bei denen für diesen Zweck eine Drossel verwendet wird. Da zweitens der Reihenschalter immer während des ersten Teils jeder Halbwelle leitet, ist der effektive Leistungsfaktor bei der Erfindung stets besser. Die Erfindung kann daher dazu beitragen, das Nacheilen des Leistungsfaktors, wie e; in Stromverteilungsnetzen auftritt, zu korrigieren.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stellglied für einen Wechselspannungsregler, bei dem ein kontaktloser Schalter in Reihe mit einer Wechselspannungsquelle und einer Last liegt und ein zweiter kontaktloser Schalter parallel zur Last liegt und die beiden Schalter von einem Steuergerät so beeinflußt sind, daß stets der eine Schalter geöffnet ist, wenn der andere Schalter geschlossen ist und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gleichrichterbrücke (Dl, DTL, DZ, D4) vorgesehen ist, deren Wechselstromanschluß in Reihe mit der Wechselstromquelle (S) und der Last (Z) liegt und zu deren Gleichstromanschluß der eine kontaktlose Schalter (X) parallel liegt, daß eine zweite Gleichrichterbrücke (D5, />6, Dl, DS) vorgesehen ist, deren Wechselstromanschluß an der Sekundärwicklung eines mit der Primärwicklung parallel zur Last (Z) liegenden Transformators (IRl) angeschlossen ist, deren Gleichstromanschluß parallel zu dem zweiten kontaktlosen Schalter (Y) liegt, daß der negative Gleichstromanschhiß der ersten Gleichrichterbrücke (Dl, DI, D3, DA) mit dem positiven Gleichstromanschluß der zweiten Gleichrichterbrücke (D5, D6, Dl, DS) verbunden ist und daß die beiden nicht miteinander verbundenen Gleichstromanschlüsse der beiden Gleichrichterbrücken an einen Speicherkondensator (Cl) angeschlossen sind.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zwischen den beiden kontaktlosen Schaltern (X, Y) eine Drosselspule (LD) angeordnet ist, deren Mittel-.nzapfung mit dem Verbindungspunkt der Gleichstromanschlüsse der beiden Gleichrichterbrücken (Dl, D 2, D3, DA beziehungsweise D5, D6, Dl, DS) und mit dem Verbindungspunkt zweier in Reihe liegender Kondensatoren (Cl, C3) verbunden ist, und daß die Reihenschaltung der beiden Kondensatoren (C2, C2) parallel zum Speicherkondensator (Cl) liegt.

3. Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung der beiden kontaktlosen Schalter (X, Y) und der Drosselspule (LD) der Gleichstromanschluß einer dritten Gleichrichterbrücke (D9, DlO, DIl, D12) liegt, deren Wechselstromanschluß an der Sekundärwicklung eines Transformators (TRl) mit sättigbarem Kern liegt, dessen Primärwicklung zwischen die Mittelanzapfung der Drosselspule (LD) und den Gleichstromverbindungspunkt der ersten n«-⁴ -ler zweiten Gleichrichterbrücke (Dl, D2, D3, D4 oeziehungsweise D5, D6, Dl, DS) geschaltet ^:st(Fig. 8).

4. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer mehrphasigen Wechselstromquelle (S) diese über die Primärwicklungen eines Mehrphasentransformators (TRl) an die Last (Z) angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklungen an die Wechselstromanschlüsse der ersten Gleichrichterbrücke (D 21 bis D 26) angeschlossen ist, daß die Wechselstromanschlüsse der zweiten Gleichrichterbrücke (D27 bis D32) parallel zur Last (Z) an die Wechselstromquelle (S) angeschlossen sind und daß die erste und die zweite Gleichrichterbrücke (D21 bis D26 bzw. D27 bis D32) als mehrphasige Gleichrichterbrücken ausgebildet sind (Fig. 9).

5. Steuerschaltung für ein Stellglied nach Anspruch 1, insbesondere in einem Wechselspannungsregler für elektrostatische Entstaubungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung über einen Nullspannungsgenerator (N) einen Sägezahngenerator (SZ) steuert, der mit einem von der Ausgangsspannung gesteuerten Regelfunktionsgenerator (RF) einen Komparator (KP) speist, der über eine Umkehrstufe (WO einen Flip-Flop-Kreis (FF) steuert, von dem die kontaktlosen Schalter (X, Y) beeinflußt werden (Fig. 10).