DE2245090A1 - Anordnung zur zu- und abschaltung einer wechselstromquelle an einen verbraucher - Google Patents

Anordnung zur zu- und abschaltung einer wechselstromquelle an einen verbraucher

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DE2245090A1 DE19722245090 DE2245090A DE2245090A1 DE 2245090 A1 DE2245090 A1 DE 2245090A1 DE 19722245090 DE19722245090 DE 19722245090 DE 2245090 A DE2245090 A DE 2245090A DE 2245090 A1 DE2245090 A1 DE 2245090A1
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Technologiepark Teningen GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13Modifications for switching at zero crossing
    • H03K17/136Modifications for switching at zero crossing in thyristor switches

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  • Keying Circuit Devices (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • 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..
  • Hernach wird über die Steuerschaltung St2 das Schütz B entregt, womit die Kontakte bl, b2, b3 ebenfalls wieder spannungslos geschaltet werden.
  • 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.
  • 4 Patentansprüche

Claims (4)

  1. P.A T E N T A N 5 P R -ü C H E 1. Anordnung zur Zu- und Abschaltung einer Wechselstromquelle an einen Verbraucher unter Verwendung von steuerbaren Halbleiterelementen, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Phasenleitung auf der der Wechselstromquelle zugewandten Seite mindestens ein steuerbare Halbleiterelement (Tc) geschaltet ist, an welches sich je ein Schützkontakt (b) mit oder ohne Drossel (Dr) in Reihe anschließt, daß an die der Stromquelle und dem Verbraucher zugewandten Anschlüsse (RN, SN, TN, Rv, Sv Tv) ) Siebglieder (Ci, R1, C2, R2, C, R3, C4, R4) angeschlossen sind, deren Gegenseite an den Mittelpunktsleiter (MP) oder den Schutzleiter gelegt sind, daß an den dem Verbraucher zugewandten Anschlüssen der steuerbaren Halbleiter (A1) Ableitwiderstände (R6) angeschlossen sind und daß Steuereinrichtungen (Stl'2) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit eines Signales beim Zuschalten das Schütz (B) betätigen und als Folge davon zeitlich verzögert die Halbleiter (Tc) im Nulldurchgang der angeschlossenen Wechselstromquelle ansteuern und beim Abschalten zuerst die steuerbaren Halbleiter (Tc) in den Sperrzustand überführen und danach das Schütz (B) entregen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Halbleiter (etc) mit einem Dauerimpuls angesteuert -werden.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbare Halbleiter Triacs oder antiparallel geschaltete Thyristoren eingesetzt werden.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse für die steuerbaren Halbleiter (Tc) von der Netzspannung direkt abgeleitet werden.
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AT395663B (de) * 1989-06-15 1993-02-25 Sprecher Energie Oesterreich Einrichtung zum gesteuerten schalten mehrphasiger induktiver elemente im hochspannungsnetz

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