DE2252379B2 - Transduktorschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Transduktorschaltungsanordnung mit einer ein- oder mehrphasigen Selbstinduktivität mit Eisenkern, die an ein Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, und mit einer Steuerwicklung, deren Klemmen an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, die durch eine Gleichrichterschaltung gebildet ist, wobei mit der Gleichstromquelle ein Regler zur Steuerung des abgegebenen Gleichstromes verbunden ist und mit Überspannungsschutzmitteln an der Steuerwicklung.

Eine Transduktorschaltungsanordnung dieser Art, die zum Anlassen eines Synchronmotors bestimmt ist, ist aus der »ACEC-Zeitschrift« Nr. 1-2/1968, Seiten 25 bis 32 (insbesondere Abb. 20 auf Seite 31) bekannt. Bei solchen Transduktorschaltungsanordnungen muß die die Gleichstromquelle bildende Gleichrichterschaltung gegen Überströme geschützt werden, die insbesondere durch die beim Einschalten auftretenden Einschwingströme großer Stromstärken auftreten. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Gleichrichterschallung eine Thyristorschaltung ist, da die Thyristoren durch Einschwingströme großer Stromstärke zerstört werden.

Zur Vermeidung dieser schädlichen Wirkung wird normalerweise ein Widerstand parallel zu der Steuerwicklung angeschlossen. Dieser Widerstand verhindert die Zerstörung der Thyristoren oder anderer Halbleitergleichrichter, ergibt aber den Nachteil, daß er eine beträchtliche und nutzlose Last für die Gleichrichterschaltung bildet, die Zeitkonstante des Transduktors vergrößert und dadurch dessen Ansprechzeit verlängert, wodurch die Wirksamkeit des Transduktors stark verringert wird.

Aus der DT-AS 12 83 358 ist andererseits eine Stromrichteranordnung mit Thyristoren bekannt, bei der besondere Maßnahmen zum Schutz der Thyristoren gegen Überspannungen getroffen sind, die bei Ab- oder Umschaltvorgängen auftreten. Da die in Verbindung mit diesen Überspannungen vorkommenden Ströme verhältnismäßig klein sind und von den Thyristoren ohne weiteres bewältigt werden können, besteht die Schutzmaßnahme darin, die Thyristoren vor der Durchgabe eines Ausschaltbefehls für den Leistungsschalter außerhalb des normalen Betriebstaktes leitend zu machen, damit der beim öffnen des Schalters infolge der Induktivität des Verbraucherkreises weiterfließende Strom über die geöffneten Thyristoren fließen kann. Diese Maßnahme kann jedoch nicht zum Schutz der Thyristoren gegen Überströme angewendet werden wie sie bei Transduktorschaltungsanordnungen beim Einschalten auftreten, da sie gerade zur Folge hätte, daß diese Überströme über die Thyristoren fließen und diese zerstören würden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Transduktorschaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art, bei der die Gleichrichterschaltung wirksam gegen eine Zerstörung durch die beim Einschalten auftretenden Einschwingströme geschützt ist, jedoch durch die zum Schutz angewendeten Mittel nicht zusätzlich belastet ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Überspannungsschutzmitlel eine Freilaufdiode derart an die Klemmen der Steuerwicklung angeschlossen ist, daß sie diese für den in der Sleuerwicklung induzierten Strom kurzschließt, und daß in Serie mit der Freilaufdiode eine Schaltvorrichtung liegt, die geschlossen ist, wenn keine Spannung am Eingang des Transduktors anliegt, und die nach dem Abklingen eines beim Anlegen einer Spannung an die Selbstinduktivität des Transduktors induzierten Einschwingstromes zum öffnen des Stromkreises der Freilaufdiode betätigt wird.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß im Falle einer Transduktorschal-

„anordnung die Einschwingströme in der Steuerung nur beim Anlegen der Wechselspannung an .. Selbstinduktivität induziert werden und immer die deiche Richtung haben, die auch der Richtung des normalen Steuerstroms entspricht. Durch die nach der Erfindung vorgesehene Freilaufdiode werden diese pjnschwingstiome kurzgeschlossen und somit von den Gleichrichtergliedern ferngehalten. Nach dem Abklingen des Einschwingstroms ist die Frcilaufdiode von der Gleichrichterschaltung und vom Transduktor abgetrennt. Die Gleichrichterschaltu-ng wird durch die Freilaufdiode während des Betriebs in keiner Weise belastet.

DJeTransduktorschaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich bevorzugt für die Verwend-ing in einem statischen Blindleistungskompensator mit einem Stromschienensatz, der an ein Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, einer Blincileistungsmeßvorrichtung, deren Eingang mit dem .Stromschienensatz verbunden ist und deren Ausgang einen Regler für die Gleichstromquelle der Transduktorschaltung bildet, die parallel zu dem elektrischen Energieverbraucher und zu mehreren Reaktanzen an dem Stromschienensatz angeschlossen ist, wobei jede Reaktanz in Serie mit einem Kondensator liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anband der Zeichnung erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt das Schaltbild eines statischen Blindleistungskompensators für ein elektrisches Netz mit einer Transduktoranordnung nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein statischer Blindleistungskompensator durch die im Inneren eines in unterbrochenen Linien gezeichneten Rahmens 1 befindlichen Bestandteile dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem Stromschienensatz R, S, T, der über einen Hauptschalter 3 mit einem Dreiphasennet/ 2 verbunden ist, aus einer BlindleistungsmcBanordnung 4, mehreren Kondensator- und Reaktanzgruppen 5, die zur Kompensation der Blindleistung und zur Obcrwellenfilterung bestimmt sind, aus einem Transduktor 6, der die Änderung der Blindleistungskompensation ermöglicht, und aus einer GlcichstromqueMc 7, die von der Meßanordnung 4 beeinflußt wird und die von dem Transduktor 6 aufgenommene Blindleistungsmenge steuert. Der Stronischienensatz R, S, T ist über geeignete Schalter, beispielsweise Leistungsschalter 8 mit verschiedenen nicht dargestellten Verbrauchergeräten für elektrische Energie verbunden, die von dem Netz 2 gespeist werden. Weitere Schalter, beispielsweise Leistungsschalter 9 und Trennschalter 10 sind vorgesehen, um den Stronischienensatz von den Kondensator- und Reaktanzgruppen 5, dem Transduktor 6 und der Gleichstromquelle 7 abzutrennen.

Die Kondensator- und Reaktanzgruppe 5 besteht aus mehreren Oberwellenfilter!!. Der parallel zu der Kondensator- und Reaktanzgruppe 5 angeordnete Transduktor 6 besteht aus einer Dreiphascn-Induktivität 19, deren Eisenkern mit Hilfe einer Steuerwicklung 20 sättigbar ist. Die Steuerwicklung 20 wird durch einen von der Gleichstromquelle 7 gelieferten Gleichstrom erregt. Die Gleichstromquelle 7 enthält einen Gleichrichter, der aus Thyristoren 2Ϊ gebildet ist. die über einen Transformator 22 mit dem Stronischienensatz verbunden sind. Der Transformator 22 ist bei diesem Ausführungsbeispiel notwendig, weil die Spannung des Stromschienensatzes sehr hoch ist, beispielsweise 6000 V. Die Thyristoren 2i, von denen sechs vorhanden sind, werden in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor

des Netzes durch die Steuerspannungen gesteuert, die auf den Leitern 14 erscheinen, die mit ihren Steuerelektroden verbunden sind.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ^r> Elemente die den allgemein bekannten statischen Kondensatoren und dem in der Zeichnung dargestellten besonderen Kompensator gemeinsam sind. Diese Kompensatoren arbeiten in folgender W-. '~e:

Die von den Oberwellenfiltern 15, 16, 17 gebildete ίο Kondensator- und Reaktanzgruppe tauscht Oberwellenströme mit den VeiSrauchergeräten aus, die über die Schalter 8 angeschlossen sind. Die Oberwellenströme dürften dann nicht vom Netz 2 geliefert werden. Der Transduktor 6 bildet für das Netz eine veränderliche r> induktive Last. Er wird so gesteuert, daß die induktive Gesamtlast des Netzes in verhältnismäßig engen vorbestimmten Grenzen bleibt. Damit die induktive Last des Transduktor im umgekehrten Verhältnis zu der induktiven Last der Verbrauchergeräte geändert wird, werden die Thyristoren 21 von dem elektronischen Regler 13 gesteuert. Dieser bildet Ausgangssignale, welche die Messung des Wertes der Blindleistung Ul sin berücksichtigen. Entsprechend der Messung des Wertes der Blindleistung steuert der Regler 13 eine schnelle Vergrößerung oder Verringerung des von den Thyristoren 21 gelieferten Gleichstroms. Wenn die kapazitive Komponente des Stroms im Netz einen Wert erreicht, der einen kapazitiven Leistungsfaktor ergibt, der unter der vorbestimmten Grenze liegt, bewirken die auf den Leitern 14 erscheinenden Ausgangssignale des Reglers 13 eine Vergrößerung des von den Thyristoren 21 gelieferten Gleichstroms, bis die dadurch vom Transduktor bestimmte zusätzliche induktive Last den Leistungsfaktor auf den festgelegten Wert bringt. Wenn ."j die induktive Last auf Grund der Verbrauchergeräte zunimmt und der kapazitive Leistungsfaktor den festgelegten Wert überschreitet oder die Last sogar induktiv wird, nimmt der vom Gleichrichter gelieferte Strom ab, und infolgedessen wird auch der durch die in Dreiphasen-lnduktivität 19 des Transduktor fließende induktive Wechselstrom kleiner.

Wenn beim Einschalten des Leistungsschalters 3 auch die Leistungsscnalter 9 und Trennschalter 10 eingeschaltet sind, wie dies allgemein der Fall ist, bildet sich ein verhältnismäßig großer Einschwingstrom in dem Stromkreis der Steuerwicklung 20 und den Thyristoren 21 aus. Die Stromstärke dieses Einschwingstroms kann Werte erreichen, die die Thyristoren 21 zerstören könnten, wenn man zuließe, daß der Strom durch die v) Thyristoren geht. Bereits bei den bekannten Transduktoren wird dieser Gefahr dadurch begegnet, daß ein Widerstand parallel zu der Steuerwicklung 20 geschaltet ist. Dieser Widerstand weis! jedoch den Nachteil auf. daß er eine beträchtliche zusätzliche Belastung für den v, Gleichrichter darstellt, und die Ansprechzeit des Transduktor verlängert.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine sogenannte Frcilaufdiode 23 an die Klemmen der Steuerwicklung 20 in solcher Richtung w) angeschlossen, daß sic die Steuerwicklung für den in ihr induzierten Strom kurzschließt. Es wurde festgestellt, daß im Augenblick des Schließen* des Leistungsschalter 3 ein Einschwingstrom von gefährlicher Größe immer in der normalen Richtung des Steuerstroms ... fließt. Die Diode 23 ermöglicht also ein Kurzschließen der gefährlichen Einschwingströme und somit einen Schutz, der Thyristoren 21, ohne daß jedoch der Erregungsstrom verringert wird, der durch die Steuer-

wicklung 20 fließen muß. Sobald der Einschwingvorgang abgeklungen ist, erfüllt die Diode 23 keinen nutzbaren Zweck mehr, und sie kann außer Betrieb gesetzt werden. Zu diesem Zweck ist eine geeignete Schaltvorrichtung in Serie mit der Diode 23 zwischen den Klemmen der Steuerwicklung 20 angeschlossen. Diese Schaltvorrichtung muß nach dem Verschwinden des Einschwingstroms betätigt werden. Eine besonders einfache Maßnahme zur Erfüllung dieser Forderungen besteht darin, daß der Eingang der Arbeitswicklung 19 des Transduktors, evtl. über einen Transformator 24 mit einem Zeitschaltwerk 25 sowie mit einem Relais verbunden wird, das eine Wicklung 26, einen Ruhekontakt 27 und einen Arbeitskontakt 28 aufweist. Der Ruhekontakt 27 liegt im Stromkreis der Diode 23. Der Arbeitskontakt 28 ist ein Selbsthaltekontakt für die Relaiswicklung 26. Im Augenblick des Erscheinens der Spannung am Eingang der Selbstinduktivität 19 beginnt das Zeitschaltwerk die Zählung einer bestimmten Anzahl von Halbwellen, und es legt dann die Relaiswicklung 26 an Spannung. Das Relais bleibt infolge des Selbsthaltekontakts 28 erregt, bis die Spannung am Eingang der Selbstinduktivität 19 des Transduktors verschwindet. Auf diese Weise öffnet sich der Kontakt 27 nach einer vorbestimmten Zeit, die vom Anlegen der Spannung an die Selbstinduktivität 19 des Transduktors an gezählt wird. Diese Zeit kann beispielsweise mehrere Sekunden erreichen. Im Fall von anderen Geräten mit induktivem Kreis kann diese Zeit nur eine oder zwei Halbwellen betragen.

ιυ Zum Schutz der Diode 23 gegen Stromspitzen ist eine kleine Selbstinduktivität 29 in Serie mit der Diode 23 geschaltet. In dem die Thyristoren 21 des Gleichrichters und die Steuerwicklung 20 enthaltenen Stromkreis ist eine Selbstinduktivität 30 mit einer Größenordnung zwischen 1 mH und 0,05 mH zum Schutz der Thyristoren wünschenswert. Diese Selbstinduktivität 30 ist jedoch nicht notwendig, wenn Vorkehrungen dafür getroffen sind, daß der Leistungsschalter 3 nicht geschlossen werden kann, wenn die Thyristoren angeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Transduktorschaltungsanordnung mit einer ein- oder mehrphasigen Selbstinduktivität mit Eisenkern, die an ein Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, und mit einer Steuerwicklung, deren Klemmen an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, die durch eine Gleichrichterschaltung gebildet ist, wobei mit der Gleichstromquelle ein Regler zur Steuerung des abgegebenen Gleichstromes verbunden ist und mit Überspannungsschutzmitteln an der Steuerwicklung, dadurch gekennzeichnet, tiaß als Überspannungsschutzmittel eine Freilaufdiode (23) derart an die Klemmen der Steuerwicklung (20) angeschlossen ist, daß sie diese für den in der Steuerwicklung induzierten Strom kurzschließt, und daß in Serie mit der Freilaufdiode (23) eine Schaltvorrichtung (26, 27, 28) liegt, die geschlossen ist, wenn keine Spannung am Eingang des Transduktors (6) anliegt, und die nach dem Abklingen eines beim Anlegen einer Spannung an die Selbstinduktivität des Transduktors (6) induzierten Einschwingstromes zum öffnen des Stromkreises der Freilaufdiode (23) betätigt wird.

2. Transduktorschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selbstinduktivität (29) in Serie mit der Freilaufdiode geschaltet ist.

3. Transduktorschaltungsanordnung nach An- jo spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (26,27,28) ein Zeitschaltwerk (25) aufweist, das an den Eingang Her Selbstinduktivität des Transduktors (6) angeschlossen ist, sowie ein Relais mit einer Wicklung (26), einem in Serie mit der Freilaufdiode geschalteten Ruhekontakt (27) und einem als Selbsthaltekontakt geschalteten Arbeitskontakt (28), und daß die Wicklung des Relais mit dem Zeitschaltwerk (25) verbunden ist.

4. Transduktorschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selbstinduktivität (30) in Serie mit der Gleichrichterschaltung und mit der Parallelschaltung aus der Steuerwicklung (20) und dem die Freilaufdiode (23) und die Schaltvorrichtung (26, 27, r> 28) enthaltenden Zweig geschaltet ist.

5. Transduktorschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einem statischen Blindleistungskompensator mit einem Stromschienensatz, der an ein Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, einer Blindleistungsmeßvorrichtung, deren Eingang mit dem Stromschienensatz verbunden ist und deren Ausgang einen Regler für die Gleichstromquelle der Transduktorschaltiing bildet, die parallel zu dem v, elektrischen Energieverbraucher und zu mehreren Reaktanzen an dem Stromschienensatz angeschlossen ist, wobei jede Reaktanz in Serie mit einem Kondensator liegt.