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ANORDNUNG ZUR ZU- UND ABSCHALTUNG EINER WECHSELSTROM-QUELLE AN EINEN
VERBRAUCHER Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zu- und Abschaltung einer
Wechselstromquelle an einen Verbraucher unter Verwendung von steuerbaren Halbleiterelementen.
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Beim Zuschalten von Verbrauchern an eine Wechselstromquelle und ebenso
beim Abschalten entstehen durch das Schließen und Öffnen von Schützkontakten und
insbesondere durch Leitungs- und Lastinduktivitäten Störungen, die in bestimmten
Ablagen ein fehlerhaftes Arbeiten zur Folge haben können. Dies trifft besonders
für elektronische Datenverarbeitungsanlagen zu. Solche Anlagen sind meist mit peripheren
Geräten ausgestattet, welche nicht ständig eingesetzt sind und dem,zuSolge des öfteren
ein- und ausgeschaltet werden Diese Schalt vorgänge gefährden die sich im Arbeitsprozess
befindlichen Geräte. Desgleichen trifft auch für Gesamtanlagen zun die sich bei
Zu- und Abschaltung gegenseitig stören. Diese Nachteile treten mit zunehmender Rechnergeschwindigkeit
und damit verbundener Reduzierung der Schaltzeiten der Halbleiterelemente stärker
zum Vorschein.
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Vermieden werden solche Störungen, wenn im Spannungs-bzw. Stromnulldurchgang
der Wechselstromquelle geschaltet wird. Schützschalter sind aufgrund der Toleranzen
der elektrischen und der mechanischen Teile nicht in der Lage, unter den geforderten
Bedingungen einen Verbraucher zuschalten. Nicht zuletzt scheitert dies
an
Kontaktprellungen, die solchen Schaltern mehr oder weniger eigen sind.
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Es ist eine Schaltanordnung bekannt, bei welcher der Verbraucher in
den Wechsel stromkreis einer Gleichrichterschaltung geschaltet ist, deren Gleichstromkreis
von einem Thyristor kurzgeschlossen oder unterbrochen wird. Der Thyristor wird im
Nullpunkt geschaltet. Trotz dieser Ansteuerung ist diese Schaltung nicht in der
Lage, der Wechselspannung überlagerte hochfrequente Störungen vom Verbraucher fernzuhalten,
da Thyristoren eine Sperrschichtkapazität aufweisen. Diese Sperrschichtkapazität
schließt bei hochfrequenten Störungen den Thyristor kurz. Nachteilig kommt hier
noch hinzu, daß die steuerbaren Gleichrichter mit TSE-Beschaltungen (TSE = rl'rägerspeichereffekt)
versehen sein müssen, da keine rein ohmschen Lasten vorliegen. Als Last ist in derartigen
Anordnungen meist ein Transformator oder magnetischer Konstanthalter eingesetzt.
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Weiter ist bei der bekannten Schaltung der Verbraucher im ausgeschalteten
Zustand vom Netz nicht galvanisch getrennt,was aber in vielen Fällen aus Sicherheitsgründen
unerlässlich ist.
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Bei einer bekannten Anordnung zur Umschaltung der Stromversorgung
von einer Wechselstromquelle auf eine andere befindet sich zwischen der Stromquelle
und dem steuerbaren Halbleiter ein Kontakt. Der Verbraucher ist dem steuerbaren
Gleichrichter nachgeschaltet. Durch diese Anordnung werden aber nicht nur die hochfrequenten
Störungen der Wechselstromquelle, sondern auch die Kontaktstörungen auf den Verbraucher
geschaltet. Dies ist möglich durch die schon beschriebene Sperrschichtkapazität
der steuerbaren Gleichrichter. Weiter ist bei einer derartigen Anordnung der steuerbaren
Gleichrichter ohne Beschaltung bei Schließen des Kontakts ein ungewolltes
Zünden
des Gleichrichters nicht ausgeschlossen, was bedingt wird durch die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit
du/dt, welche: über den Schalter an den sperrenden Thyristor gelegt wird. Darüber
hinaus ist von nachteil, daß der Verbraucher vom Sperrstrom der steuerbar3en Halbleiter
beaufschlagt wird, was wiederum Störungen zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbraucher an eine
Wechselstromquelle so an- und abz.uschalten, daß andere, sehr störempfindliche Geräte,
wie elektronische Datenverarbeitungsanlagen,in ihrem Betrieb nicht gestört werden
Darüber hinaus soll b-ei Abschaltung der Verbraucher von der Wechswelstromquelle
galvanisch getrennt sein; Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
in jede Phasenleitung auf der der Wechselstromquelle zugewandten Seite mindestens-
ein steuerbare5 Halbleiterelement geschaltet ist, an welches sich je ein Schützkontakt
mit oder ohne Drossel in Reihe anschließt, daß an die der Stromquelle und dem Verbraucher
zugewandten Anschlüsse Siebglieder angeschlossen sind, deren Gegenseite an den Mitrelpunktsleiter
oder- den Schutzleiter gelegt sind, daß an den dem Verbraucher zugewandten Anschlüssen
der steuerbaren Halbleiter Ableitwiderstände angeschlossen sind und daß Steuereinrichtungen
vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit eines Signales beim Zuschalten das Schütz
betätigen und als Folge davon zeitlich verzögert die halbleiter im Nulldurchgang
der angeschlossenen Wechselstromquelle ansteuern und beim Abschalten zuerst die
steuerbaren halbleiter in den Sperrzustand überführen und danach das: Schütz entregen.
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Um die für solche Anlagen notwendigen großen Ströme schalten zu können,
werden gemäß der Erfindung Triacs oder antiparallelgeschaltete Thyristoren eingesetzt,
bei welchen eine besonders einfache Ansteuerung möglich ist. Nach einer weiteren
vorteilhaften Gestaltung der Erfindung wird die Steuerung direkt von der speisenden
Wechselspannung abgeleitet, d.h. die Netzspannung wird nicht heruntertransformiert.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine störungsfreie Zu- und
Abschaltung eines Verbrauchers an eine Wechselstromquelle ermöglicht, was bekannte
Anordnungen trotz Einsetzen von Thyristoren nicht vermögen.
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Weiter ist dieses störungsfreie Schalten gemäß der Erfindung möglich,
obwohl bei der Abschaltung des Verbrauchers die galvanische Trennung der Wechselstromquelle
vorliegt. Die erfinderische Anordnung ist mit einem geringen Bauelementeaufwand
realisiert.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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An die Anschlüsse RN, SN, TN und MP wird eine nicht dargestellte Drehstromquelle
angeschlossen. Zwischen den Leitungen RN, SN, TN und den Mittelpunktsleiter MP sind
Kondensatoren C1 geschaltet, denen Entladewiderstände R1 parallel zugeordnet sind.
Ebenso sind Kondensatoren C2 und Entladewiderstände R2 zwischen die Leitungen MP,
RN, SN, TN und den Schutzleiter geschaltet. Die Phasenleitungen sind über die Sicherungen
Si an die Anoden A2 der Triacs Tc geführt. Die Anoden A1 sind an Schützkontakte
bl, b2, b5 geführt. An die Verbindung zwischen Anode A1 und Schützkontakt b ist
je ein Ableitwiderstand R6 angeschlossen, dessen Gegenseite an dem Mittelpunktsleiter
MP liegt.
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Die Schützkontakte b liegen in Reihe mit den Drosseln Dr, deren Gegenseite
an die Ausgänge Rv, Sv und Tv geführt sind. Gemäß der Erfindung kann die Reihenschaltung
der Schützkontakte-b und der Drosseln Dr vertauscht werden oder es werden nur die
Schützkontakte eingesetzt. Zwischen die Ausgangsanschlüsse Rv, Sv, Tv und den Mittelpunktsleiter
MP sind'je ein Kondensator C3 und ein Ent-ladewiderstand R3 angeschlossen. Darüber
hinaus sind zwischen den Mittelpunktsleiter MP, die Ver--braucheranschlüsse Rv,
Sv, Tv und den Schutzleiter Kondensatoren C 4 und Entladewiderstände R4 geschaltet.
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Ein Transforcmator Tr, der primärseitig über die Sicherung Si abgesi¢hert
ist, liefert den Steuerschaltungen St1 und St2 die Speisespannung. Der Steuerschaltung
Stl werden außerdem die Netzphasen direkt zugeleitet, was zur Erzeugung eines Signales
im Spannungsnulldurchgang der eingangsseitigen-Wechselstromquelle dient. Diese Spannung
ist aufgrund der entsprechend großen Amplitude besonders geeignet,den Triggerpunkt
des Nulldurchganges zu bestimmen, da die Anstiegsflanke entsprechend steil ist.
Der Steuerschaltung St2 ist eingangsseitig ein Schalter Sch und ein Relais A zugeordnet.
Ausgangsseitig befindet sich ein Schütz B, das mit Hilfe des Kontaktes b4 und-dem
Widerstand R5 nach der Erregung auf Haltestrom geschaltet wird. Den Spulen des Relais
A und des Schützes B;- slnd Freilaufdioden D parallel geschaltet. Die Kontakte b1,
b2, b», b4 sind dem Schütz B zugehörig. Der dem Relais A zugeordnet Kontakt a signalisiert
der Steuerschaltung Stl die Schalterstellung Sch. Die Triacsteuereingänge G sind
auf die Steuerschaltung St1 gelegt, welche Dauerimpulse liefert, die im Spannungsnullpunkt
der
Wechselstromquelle getriggert werden. Den Ein- Ausschaltzustand der Anordnung zeigt
die Lampe LA an.
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Die Triacs Tc sind gemäß der Erfindung von Anode Al nach Anode A2
nicht beschaltet. Um dennoch Überen spannung an diesen steuerbaren Halbleitern zu
verhindern, sind die Kondensatoren C1, C) und die Entladewiderstände Rl, R) in der
oben beschriebenen Weise geschaltet. Die Kondensatoren C2 , C4 und die Entladewiderstände
R2, R4 dienen der Funkentstörung.
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Der bzw. die Verbraucher sind in Einphasen- oder Drehstromanschluß
an die Anschlüsse MP, Rv, Sv, Tv und den Schutzleiter gelegt. Die Wechselstromquelle
liegt fest an den Eingangsanschlüssen MP, RN, SN, TN und dem Schutzleiter. Bei der
erstmaligen Zuschaltung der Quelle an die Eingangsanschlüsse kann eine durch die
Sperrschichtkapazität der Triacs bedingte Störung nicht zum Verbraucher gelangen,
da die Schützkontakte bl, b2, b3 offen sind.
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Soll nun der Verbraucher zugeschaltet werden, so wird der Schalter
Sch geschlossen, was die Erregung des Schützes A zur Folge hat. Mittels des Kontaktes
a wird ein entsprechendes Signal an die Steuerschaltung Stl geliefert, das zu einer
verzögerten Nullpunktzündung der Triacs Tc führt, wobei der Dauerimpuls an die Steuereingänge
G gelegt wird. Dauerimpulse, die entsprechend den Phasen der Drehstromquelle phasenverschoben
sind> werden in der Steuerschaltung Stl direkt von der Wechselstromquelle abgeleitet.
Die Verzögerung der Triaczündung wird so festgelegt, daß die Schützkontakte b1,
b2, b5 sicher geschlossen sind.
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Die Prellzeiten dieserKontakte müssen entsprechend berücksichtigt
werden. Das Schütz B wird, nachdem es zeitgleich mit dem Relais A zugeschaltet wurde,
über
den Kontakt b4 u-nd den Widerstand R5 auf Haltestromerregung geschaltet Das Zuschalten
der Schützkontakte erfolgt spannungslos, da die triacsperrströme über die Widerstände
R6 zum. Mittelpunktleiter MP abgeleitet werden..
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Trotz der Bereitstellung der Zündimpulse für die Triacs zum Zeitpunkt
des-SpannunSgsnulldurchganges ist zum Durchsehalten dieser Halbleiter eine Mindestspannung
zwischen den Anoden A1 und A2 notwendig Dasselbe gilt für Thyristoren. bezüglich
der Anoden-kathodenspannung. Um diese Störung, die bedingt wird durch die Mindestanodenspannung
, zu eliminieren, sind die Drosseln Dr in Reihe mit den Schützkontakten geschaltet.
Die Drossel Dr im Längszweig und die jeweiligen Kondensatoren C3 und C4 im Querzweig
verhindern, daß die zuletzt genannte Störung. auf den Verbraucher geschaltet wird.
Damit ist Gewährleistet, daß der ausgangsseitig angeschlossene Verbraucher störungsfrei
zugeschaltet wird.
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Das Abschalten des Verbrauchers von der Wechselst-romquelle erfolgt
ebenfalls. störungsfrei Dabei wird aber nach dem Öffnen des Schalters Sch mittels
der Steuerschaltung Stl zuerst die Ansteuerung der Triacs Te unterbunden, die dann
beim nächsten Stromnulldurchgang in ihren sperrenden Zustand überführt werden..
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Hernach wird über die Steuerschaltung St2 das Schütz B entregt, womit
die Kontakte bl, b2, b3 ebenfalls wieder spannungslos geschaltet werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung verhindert demnach Störungen sowohl
bei der Zuschaltung wie b-ei der Abschaltung des Verbrauchers von der Wechselstromquelle.'
Die Schaltung kann eingangsseitig wie auch ausgangsseitig für Einphasen- und Drehstrombetrieb
ausgelegt werden. Dabei sind der Drehstromeingang und die Einphasenausgänge
besonders
vorteilhaft.
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4 Patentansprüche