DE2263303A1 - Schaltungsanordnung zum phasensynchronen schalten eines wechselstromverbrauchers - Google Patents
Schaltungsanordnung zum phasensynchronen schalten eines wechselstromverbrauchersInfo
- Publication number
- DE2263303A1 DE2263303A1 DE19722263303 DE2263303A DE2263303A1 DE 2263303 A1 DE2263303 A1 DE 2263303A1 DE 19722263303 DE19722263303 DE 19722263303 DE 2263303 A DE2263303 A DE 2263303A DE 2263303 A1 DE2263303 A1 DE 2263303A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- switching
- capacitor
- circuit arrangement
- consumer
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
- Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers mit großen, induktiven Blindlastanteilen, welche mittels eines parallel zum Verbraucher geschalteten Kondensators kompensiert sind.
- Bei der Blindleistungskompensation von Wechselstromverbrauchern werden häufig Parallelkompensationen mit Kondensatoren erforderlich, die sich im Gegensatz zur Reihenkompensation ohne eine änderung der Auslegung des Verbrauchers auch nachträglich vornehmen lassen. Besonders schwierig ist eine solche Kompensation von größeren induktiven Blindlastanteilen mit verhältnismäßig großen Kapazitäten, die häufig ein- und ausgeschaltet werden müssen, da sich beim Schalten leicht Strom- oder Spannungsspitzen ergeben können, die starke Störungen im Netz und/oder Verbraucher hervorrufen.
- Solche Verbraucher sind z.B. Widerstandsschweißmaschinen, die einerseits durch ihre große Stromaufnahme und andererseits wegen ihrer kurzen Einschaltdauer das Versorgungsnetz stark stören können. So liegen vor allem die durch den intermittierenden Schweißrhythmus schnell arbeitender Punkt- oder Buckelschweißmaschinen hervorgerufenen Spannungseinbrüche des Versorgungsnetzes gerade in einem Frequenzbereich, der sich am stärksten bemerkbar macht. Das Minimum der Bemerkbarkeitsgrenze dieser frequenten Spannungseinbrüche liegt hierbei schon bei etwa 0,25 % und läßt damit bei einer angenommenen Versorgungsspannung von 38o V nur Spannungseinbrüche von unter 1 V zu.
- Diese hieraus resultierenden und andere allgemein bekannte Forderungen - insbesondere den Blindleistungsverbrauch betreffende Schwierigkeiten - lassen sich entscheidend entschärfen, wenn es gelingt, den z.B. bei Schweißmaschinen etwa 50 % bis 9o % von der Scheinleistung betragendenBlindleistungsbedarf solcher Verbraucher zu kompensieren. Um die hierbei niederohmig mit dem Netz und dem Verbraucher zu verbindenden Kondensatoren schalten zu können, ist es bekannt, die Kondensatoren in Reihe mit zusätzlichen Schalteinrichtungen parallel zum Verbraucher zu legen, wobei diese Schalteinrichtungen Ignitrons oder Thyristoren enthalten.
- Über diese Schalteinrichtungen werden die Kondensatoren Jeweils in der Nähe des Nulldurchganges der Netzwechselspannung geschaltet, um Ladestromspitzen zu vermeiden.
- PUr viele Anwendungsfälle mit häufigem, ipsbesondere intermittierendem Schalten des Verbrauchers haben sich die bekannten Schaltungen Jedoch als ungeeignet erwiesen, da durch die vom induktiven Blindwiderstand des Verbrauchers hervorgerufene große Phasenverschiebung störende Strom- und/oder Spannungsspitzen-und vor allem unangenehme und komplizierte Ausgleichsschwingungen beim oder nach dem Ausschalten des Verbrauchers hervorgerufen werden.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Schalten derartiger Verbraucher anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist und eine Parallelkompensation mit großen Kapazitäten ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in einer Hauptzuleitung zum Schalten des Wechselstromverbrauchers zwei Schalteinrichtungen in Reihe liegen, an der Verbindungsstelle zwischen der ersten und der zweiten Schalteinrichtung der eine Anschluß des Kondensators liegt, der mit seinem zweiten Anschluß an der Hauptrückleitung des Verbrauchers angeschlossen ist, und daß eine über die Netzwechselspannung synchronisierte Schaltsteuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche die beiden Schalteinrichtungen in einer eingestellten Phasenlage zur Netzwechselspannung schließt und zum Abschalten des Verbrauchers für die erste Schalteinrichtung annähernd bei einem Nulldurchgang des Netzstromes ein Öffnen bewirkt, während sie für die zweite unmittelbar am Verbraucher angeschlossene Schalteinrichtung annähernd zum nachfolgenden nächsten Nulldurchgang des Stromes durch den Verbraucher ein offenen bewirkt.
- Hierbei können - wie an sich bekannt - Halbleiterschalter wie Triacs. und/oder Thyristoren verwendet werden. Bei einigen Verbrauchern wie z.B. bei Widerstandsschweißanlagen besteht weiterhin die Forderung, den Einschaltpunkt nicht in einen Nulldurchgang der Wechselspannung zu legen, sondern den Wechselspannungsverbraucher bei einem bestimmten Phasenwinkel einzuschalten.
- Hierdurch läßt sich eine gewünschte bzw. veränderbare Einschaltstromflanke erzielen, welche für ein günstiges Anlaufverhalten des Verbrauchers sorgt. Durch die Induktivität des Verbrauchers wird das Netz bei einem derartigen Einschalten an sich nicht mit großen Stromspitzen beansprucht, Jedoch läßt der Kondensator dies in den häufigsten Fällen nicht zu, da durch ihn unzulässige Stromspitzen beim Einschalten entstehen. Diesen Stromspitzen kann durch ein Vor-Aufladen des Kondensators bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung begegnet werden.- Um eine Voraufladung des Kondensators zu bewirken, kann dieser über einen Widerstand mit dem Netz verbunden sein oder eine Reihenschaltung aus einem Widerstand mit einer zusätzlichen Schalteinrichtung mit dem Netz schaltbar verbunden sein. Diese zusätzliche Schalteinrichtung kann gleichfalls einen Thyristor enthalten, welcher über die Schaltsteuereinrichtung annähernd bei einer oder mehreren dem Schließen der beiden in der Hauptzuleitung liegenden Schalteinrichtungen vorangehenden Halbwellen der Netzspannung gezündet wird.
- Durch die beiden in der Hauptzuleitung in Reihe liegenden Schalteinrichtungen kann bewirkt werden, daß bei einem Ausschalten des Verbrauchers über den ersten Schalter zuerst ein Auftrennen zum Versorgungsnetz erfolgt1 während der Kondensator noch parallel zum Verbraucher geschaltet bleibt3 und erst nachdem der Verbraucher seine im Blindwiderstand gespeicherte Energie an den Kondensator abgegeben hat, eine Abtrennung des Kondensators bewirkt wird. Hierdurch können Ausgleichsschwingungen gänzlich unterbunden werden. Bei einer entsprechenden Schaltsteuerung mit einem Ein- und Ausschalten des Verbrauchers bei Jeweils in gleicher Spannungsrichtung verlaufender Halbwelle kann auch sichergestellt werden, daß die nach dem Abschalten im Kondensator gespeicherte Ladung als Voraufladung einer Einschaltstromspitze beim nächsten Einschalten entgegenwirkt.
- Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich besonders gut bei Verbrauchern, wie Widerstandsschweißanlagen z.B. mit Schweißtransformatoren, die netzsynchron mit einem Phasenwinkel eingeschaltet werden sollen, der 30 bis 9o Grad hinter einem Nulldurchgang der Wechselspannung liegt. Durch ein entsprechendes Einschalten in einem AugenblickXin dem diese gerade das gleiche Potential aufweist wie der voraufgeladene Kondensator, können Stromspitzen weitgehend vermieden werden.
- Weitere besonders vorteilhafte Einzelheiten der erfindu sgemäßen Schaltungsanordnung werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher ererläutert.
- Es zeigt: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Schaltung mit Thyristoren, Fig. 3 Spannungs- und Stromverläufe in einer erfindungsgemäßen Schaltung und Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung.
- In Fig. 1 liegen in der Hauptzuleitung 1 eines Wechselstromverbrauchers 2 zwei Schalteinrichtungen 3; II mit Je einem Leistungsschalter 5; 6 in Reihe. Zwischen der Verbindungsstelle 7 dieser beiden Schalter 5; 6 und der Hauptrückleitung 8 ist ein Kondensator 9 angeschlossen, welcher zur Parallelkompensation größerer induktiver Blindlastanteile des Verbrauchers 2 dient.
- Der erste Leistungsschalter 5 wird von einem Widerstand 12 überbrückt. Die beiden Schalteinrichtungen 3; 4 sind über eine Schaltsteuerungseinrichtung 13 betätigbar, die ihrerseits mit dem Wechselspannungsnetz 11 verbunden ist. Die gesamte anlage kann über einen zweipoligen Trennschalter 14 vom Wechselspannungsnetz 11 trennbar ausgebildet sein.
- Nachdem die Anlage mit dem Schließen des Trennschalters betriebsbereit gemacht wurde, können auf einen Schaltbefehl hin, zvB. durch Drücken einer Einschalttaste 15,die beiden Leistungsschalter 5 und 6 - in an sich bekannter Weise -netzsynchron bei einem Wechselspannungsnulldurchgang geschlossen werden, wobei der Widerstand 12 entfällt. Bei einem Einschalten in einer bestimmten eingestellten Phasenlage zur Netzwechselspannung hingegen werden die beiden Leistungsschalter 5 und 6 zu einem Zeitpunkt geschlossen, in dem der Kondensator 9 eine annähernd gleichgroße Vorauf ladung aufweist. Hierdurch können beim Aufschalten des Netzes auf den Kondensator 9 Stromspitzen weitgehend unterbunden werden.. Mit dem Schließen der beiden Schalter 5; 6 liegt der Kondensator 9 parallel zum Verbraucher 2 und kann so Blindleistungsanteile des Verbrauchers kompensieren. Das Ausschalten über die Schalteinrichtungen 3; 4 erfolgt gleichfalls netzsynchron gesteuert über die Schaltsteuerungseinrichtung 13, wobei diesmal Jedoch die Schalteinrichtung 3 bei einem Nulldurchgang des Netzstromes zuerst den Schalter 5 öffnet, und die Schalteinrichtung 4 den Schalter 6 erst kurz danach öffnet, wenn der durch die Phasenverschiebung etwas später eintretende Nulldurchgang des Verbraucherstromes erfolgt. Wie später noch genauer erläutert weist der Kondensator 9 nach dem Abschalten der Schalter 5 und 6 eine Ladung auf, die z.B. aus Sicherheitsgründen nach dem Außerbetriebsetzen der Anlage nicht bestehen bleiben darf. Um die Entladung sicherzustellen kann diese über einen Entladewiderstand 16 erfolgen, welcher über einen Hilfskontakt 17 am Trennschalter 14 die Hauptzuleitung 8 mit der Hauptrückleitung verbindet.
- Da sich mechanische bzw. elektromechanische Schalter nur sehr schlecht zum häufigen netzsynchronen Schalten eignen, sollten die Schalter 5; 6 als Halbleiterschalter aufgebaut sein. Sie kennen z.B. gemäß Fig. 2 mit antiparallel geschalteten Thyristoren 5; 6 gebildet werden, deren Steuerelektroden entsprechende Schaltimpulssignale aus der Schaltsteuerungseinrichtung 13 zugeführt werden. Will man einen fllindstrom über den Widerstand 12 durch den Kondensator bei geöffneten Schaltern 5', 6' vermeiden, kann in Reihe mit dem Widerstand 12' ein weiterer Thyristor 18 geschaltet sein, der erst kurz vor dem Einschalten der Schalter 5', 6' gezündet wird und danach geöffnet bleibt. Weiterhin kann anstelle des Hilfskontaktes 17 ein weiterer zusätzlicher Thyristor 19 für eine Entladung des Kondensators 9' über einen -Entladewiderstand 16' dienen, der gleichzeitig durch eine rasche Entladung unmittelbar nach dem Öffnen des Schalters 6' dafür sorgen kann, daß am Schalter 5' keine überhöhte Sperrspannung durch die Ladespannung des Kondensators 9' entsteht.
- Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung soll anhand der in Fig.
- 3 dargestellten Strom- und Spannungskurven näher erläutert werden.
- Derartige Kurven entstehen bei einem Verbraucher - wie z.B. bei einer Widerstands-Punktschweißanlage - mit annähernd gleichgroßen Wirk- und Blindlastanteilen, wobei die gesamten Blindlastanteile durch die Parallelschaltung des Kondensators 9 weitgehend kompensiert werden sollen. Eine solche vollständige Kompensation wird möglich, wenn der Kondensator 9 eine Kapazität aufweist die der Formel: entspricht, wobei co die Kreisfrequenz 2Wt ; C die Kapazität des Kondensators 9 ist und L der InduktivitEt sowie R dem Wirkwiderstand des Verbrauchers entspricht. Ausgehend von einer Netzwechselspannung u soll über eine bestimmte Anzahl von Perioden (in Fig. 3 sind es zwei Perioden) ein Verbraucherstrom iv fließen, der - wie dies insbesondere bei Widerstandsschweißanlagen erwünscht ist - zu Beginn eine steile Anstiegsflanke aufweist, ohne daß überhöhte Stromspitzen und nach dem Abschalten Ausgleichsschwingungen entstehen.
- Wird der Schaltsteuerungseinrichtung zu irgendeinem Zeitpunkt z.B, to ein Startbefehl gegeben, wählt sie den nächstfolgenden Spannungsnulldurchgang 20 aus, der bei einer Schaltung gemäß Fig. 2 einem Spannungswechsel vom Negativen ins Positive entspricht. Dies kann durch an sich bekannte Digitälschaltungen erfolgen, die mit aus der Netzspannung erzeugten Impulsspannungen arbeiten. Zum Zeitpunkt dieses Nulldurchganges 20 zündet die Schaltsteuerungseinrichtung lediglich den Thyristor 18, der Aber-den Widerstand 12' den Kondensator 9 mit dem Netz verbindet. Hierdurch fließt über den Kondensatorzweig bzw. die Netzanschlüsse ein Strom in, der mit der Wechselspannung u ansteigt und den Kondensator 9 auf eine Spannung auflädt, die z.B.
- bei einem Wechselstromwiderstandsverhältnis von 1 zu 2 des Widerstandes 12' zum Kondensator 9 nur etwa 10 % unter der Netzwechselspannung liegt. Nach einem eingestellten Phasenwinkel 21, der bei Widerstandsschweißanlagen üblicherweise zwischen 70 bis 80 Grad liegt, werden die beiden Schalter 5' und 6' gezündet.
- Hierdurch wird nun sowohl der Verbraucher 2 als auch der Kondensator niederohmig mit dem Netz verbunden. Bei richtiger Dimensionierung des Widerstandes 12' ergibt sich hierbei ein Stromstoß 27> der nicht wesentlich über dem maximalen Netzstrom liegt an notfalls durch zusätzliche kleinere Drosseln leicht gedämpft werden kann. Der nur verhältnismäßig kleine Ladestromstoß durch den Kondensator 9, der durch die Aufschaltung des Netzes bewirkt wird, resultiert einerseits daraus, daß die Spannung des Kondensators 9 durch die Voraufladung weitgehend der Netzspannung entspricht und der Stromanstieg teilweise durch eine Stromverringerung ausgeglichen wird, die sich ergibt, da bei 0 einem Phasenwinkel in der Nähe von 9o sich die Netzspannungsänderung stark verringert (der Ladestrom geht wie die Netz-0 spannungsänderung bei go0 gegen o). Wie später noch erläutert, kann durch eine Voraufladung des Kondensators 9 über eine oder mehrere davorliegende positive Halbwellen eine Ladestromspitze völlig vermieden werden. Gleichzeitig mit der Umschaltung setzt durch die Verbraucherinduktivität etwas verzögert der Strom iv durch den Verbraucher ein. Der erwünschten steilen Stromanstiegsflanke 22 durch den Verbraucher wirkt der ab einem Phasenwinkel 23 von 900 negativ gerichtete Entladestrom des Kondensators 9 entgegen, sodaß sich nur ein geringer Anstieg des Netzstromes in einstellt. Im weiteren Verlauf ergibt sich durch die Addition des Blind stromes ic durch den Kondensator mit dem Strom iv durch den Verbraucher ein Netzstrom in, der als Wirkstrom in Phase mit der Netzspannung liegt und nur etwa 70 % des Verbraucher-Spitzenstromes erreicht. Der Verbraucherstrom iv setzt sich hierbei aus einem induktiven Blind strom iL und dem vom Netz zu erbringenden Wirkstrom in zusammen, wobei das Netz durch die Kompensation des gesamten Blind stromes iL nur noch eine Wirkleistung zu erbringen hat, während die annähernd gleichgroße Blindleistung vom Kondensator aufgebracht wird.
- Ist nun z.B. nach digitalem Zählen der Halbwellen die gewünschte Einschaltdauer verstrichen, öffnet zuerst der Schalter 5' bei einem Nulldurchgang 24 der Netzspannung und trennt den zu diesem Zeitpunkt noch mit dem Verbraucher 2 verbundenen Kondensator 9 vom Netz ab. Da zu diesem Zeitpunkt auch der Netzstrom durch Null geht, entsteht hierbei keine störende Spannungs- oder Stromspitze. Die in diesem Augenblick in der Verbraucherinduktivität gespeicherte Energie bewirkt hiernach einen rasch abfalllenden Strom, durch welchen der Kondensator 9 aufgeladen wird. Sobald dieser Strom zu Null wird (te) öffnet auch der Schalter 6'.
- Hierbei können sich gleichfalls keine Strom oder Spannungsspitzen ausbilden und es können auch keine Ausschwingvorgänge entstehen, da nun auch der Kondensator 9 vom Verbraucher 2 getrennt ist. Erfolgt das Abschalten bei einem gleichartigen Nulldurchgang wie das Einschalten, enthält der Kondensator 9 nach dem Abschalten eine Ladung, die annähernd der Voraufladung beim Einschalten des Verbrauchers entspricht, sodaß bei einem nachfolgenden Einschalten eine Voraufladung des Kondensators durch den Thyristor 18 entfallen kann. Da der Kondensator 9 hierbei Jedoch bis zum nächsten Einschalten eine Gleichspannung an die dann gesperrten Thyristoren des Schalters 5' legt, die sich der Netzspannung verlagert, müssen.die Thyristoren entsprechend der sich hierbei einstellenden überhöhten maximalen Sperrspannung gewählt werden.
- Will man dies vermeiden, kann man gleichzeitig oder kurz nach dem Öffnen des Schalters 6' den zusätzlichen Thyristor 19 zünden, der dann dafür sorgt, daß sich der Kondensator weitgehend über den Widerstand 16' entladen hat bevor die nächste negative Halbwelle ihren Spitzenwert erreicht, wobei sich ein Entladestrom 26 ergibt.
- Bei einer Verwendung von selbstlöschenden Thyristorschaltern wird nur eine verhältnismäßig einfache Schaltsteuerungseinrichtung erforderlich, da dann den Steuerelektroden der Schalter 5' und 6' lediglich ein gemeinsames Zündsignal vom Beginn der Einschaltperiode bis zur letzten Halbwelle der Netzspannung - z.B. bis zu deren Maximum - zugeführt werden kann. Das unterschiedliche Öffnen der Schalter 5' und 6' erfolgt dann selbsttätig bei einem Stromnulldurchgang durch den entsprechenden Schalter. In gleicher Weise kann die Vorzündung des Thyristors 18 mit einem durchgehenden Zündsignal-wShrend der voreingestellten Halbwellen oder Halbwelle z.B. dadurch erfolgen, daß das Zündsignal bei einem Maximum einer vorangehenden Halbwelle, in welcher der Thyristor 18 nicht zünden kann, einsetzt und bei einem Maximum der Halbwelle endet, in der die Schalter 5' und 6' schließen. So bleibt immer einer der Thyristoren des Schalters 5' in der Zeit T5 bis zum letzten Netzspannungsnulldurchgang gezündet, während ein Thyristor des Schalters 6' zusätzlich noch bis zum Ende e der Arbeitszeit T6 des Verbrauchers gezündet bleibt. Falls erforderlich erfolgt danach das einmalige Zünden des Thyristors 19> der mit Sicherheit bis zum nächsten Start selbsttätig löscht.
- In Fig. 4 ist der Schaltungsaufbau einer Widerstands-Punktschweißmaschine im Prinzip dargestellt. Der Wechselstromverbraucher ist hier ein Schweißtransformator 42, an dessen Sekundärseite die Schweißelektroden 43 angeschlossen sind, zwischen denen die zu verschweißenden Werkstücke 44 einlegbar sind. Die Grundschaltung mit den gleichgekennzelchneten*Bauelementen entspricht der Schaltung gemäß Fig.2. Die Betätigung der Schalter 5' und 6' erfolgt über einen Zündimpulserzeuger in einer Schaltsteuerungseinrichtung 45 mit einem Impulsgenerator, welcher Impulsfolgen mit einer Frequenz von z.B. 5 kHz erzeugt.
- Bei einem Inbetriebsetzen der Anlage bzw. Anschließen an das Netz sorgt ein Schutzschalter 46 dafür, daß durch eine Einschaltspitze kein selbsttätiges Durchschalten des Thyristorschalters 5' erfolgt. Dieser Schutzschalter unterbricht die Hauptzuleitung 1 vor dem Schalter 5', wobei die Unterbrechungsstelle durch einen insbesondere mit einer Induktivität behafteten Widerstand 47 überbrückt ist, der bei einem nachfolgenden Einschalten des Schutzschalters 46 mit Sicherheit ein selbsttätiges Zünden der Thyristoren vermeidet. Der Schutzschalter kann über die Schaltsteuerungseinrichtung 45 betätigt werden, welche die Netzspannung von Anschlußpunkten 48 vor dem Schutzschalter 46 erhält. Bekommt nun die Schaltsteuerungseinrichtung 45 über einen Eingang 49 einen Startbefehl von einem Steuerkontakt der Schweißanlage, oder selbsttätig nach Erreichen eines ausreichenden Kontaktdruckes der Schweißelektroden 45, so beginnt ein Arbeitsspiel mit dem Zünden des Thyristors 18. Dieser verhältnismäßig leistungsschwache Thyristor lädt nun über den Widerstand 12' den Kondensator 9 während einer voreingestellten Perioden zahl bis auf eine Spannung auf, welche der Netzspannung (u - Fig. 3) entspricht, die später beim Einschaltphasenwinkel 21 zu erwarten ist. Nach Ablauf dieser Aufladeperioden schaltet die Steuereinrichtung 45 eine Spánnungsvergleichseinrichtung 50 ein oder gibt den Ausgang 51 dieses Vergleichers 50 an eine Startstufe frei, die den Beginn der Zündimpulse für die beiden Thyrisotorschalter 5' -und 6' bestimmt. Die Vergleichseingänge des Vergleichers 50 liegen vor und hinter dem Schalter 5', und der Vergleicher gibt dann ein Ausgangssignal ab, wenn die Spannungen an den Vergleichseingängen annähernd gleichgroß sind. Dies erfolgt in dem Moment, sobald die Netzspannung u die Voraufladespannung des Kondensators 9 erreicht.
- Durch das hierbei entstehende Ausgangssignal werden die beiden Thyristorschalter 5' und 6' gezündet bzw. der Zündimpulsgenerator freigegeben, der dann ständig eine Zündimpulsreihe an alle Steuerelektroden dieser Schalter 5' und 6' über eine Einschaltleitung 52 abgibt.
- Eine derartige Spannungsvergleichseinrichtung wird erforderlich, wenn sehr große Kondensatoren (9) zur Kompensation benötigt werden. Bei einer Widerstandsschweißanlage mit looo kVA und einem cos S von g,5 wird z.B. ein Kondensator von ca.
- 2o,ooolUF benötigt, der schon bei kleinen Abweichungen von einigen Volt zwischen Ladespannung des Kondensators 9 und der Netzspannung beim Zünden eines Thyristors des Schalters 5' eine untragbare Störstromspitze erzeugen kann. Durch rasche Netzspannungsschwankungen kann Jedoch selbst bei sehr genauer Einstellung des Voraufladekreises (12'; 18; 9) und der Vorladezeit nicht vermieden werden daß die Netzspannung bei der ge- -wünschten Einschaltphasenlage 21 einen anderen Spannungswert aufweist. Andererseits kann durch eine völlige Kompensation einer solchen Anlage die durch die Arbeitsspiele impulsartige Scheinleistung von loo % auf etwa 50 % Wirkleistung verringert werden, wobei dann etwa 87 % Blindleistung durch den Kondensator aufzubringen sind.
- Die Vergleichseinrichtung kann entfallen, wenn durch ein getrenntes Zünden Jeweils des gleichgepolten Thyristors der Schalter 5' und 6' sichergestellt wird, daß während der ersten Halbwelle lediglich der in gleicher Richtung wie der Ladethyristor 18 gepolte Thyristor des Schalters Zündimpulse mit ausreichend hoher Frequenz oder eine Zündgleichspannung erhält, sodaß ein Zünden erst erfolgt wenn die Netzspannung die Vorladespannung des Kondensators 9 erreicht. Über eine Folgeschaltung können dann, ausgehend von der Zündung dieses Thyristors, die anderen Thyristoren geschaltet werden.
- Die Schaltsteuerungseinrichtung enthält weiterhin eine Einstelleinrichtung 53, mit der die Periodenzahl eines Arbeitsspieles voreinstellbar und/oder über einen besonderen Regelkreis veränderbar ist. Kurz vor Ablauf dieser Periodenzahl stellt der Zündimpulserzeuger seine Arbeit ein, oder es erfolgt eine Sperrung der Zündimpulse zur Einschaltleitung 52. Hierdurch öffnet der Schalter 5' beim nächsten Stromnulldurchgang des Netzstromes in und kurz danach der Schalter 6' bei Nulldurchgang des Verbraucherstromes iv, wie bereits zu Fig. 3 erläutert.
- Nach dem Öffnen des Schalters 6' - z.B. mit dem nächsten Netzspannungsmaximum - wird der Entladethyristor 19 gezündet, der für eine rasche Entladung des Kondensators 9 über den Widerstand 16' sorgt. Bei großen Kondensatoren 9 empfiehlt es sich, um Entladestromspitzen zu vermeiden und leistungsschwächere Thyristoren verwenden zu können, ein nachfolgendes Arbeitsspiel über mehrere Perioden zu sperren, bis der Kondensator auf eine unwesentliche Restspannung entladen ist und der Thyristor 19 löscht. Die Entladung des Kondensators 9 dient hierbei nicht nur der Sicherheit, sondern auch den gleichen Ausgangsbedingungen für ein nächstes Arbeitsspiel mit einer Kondensatorladung Null.
- Will man die Kondensatorladung.am Schluß eines Arbeitsspieles ausnutzen, sollte eine andere Schaltungsanordnung für den Ladethyristor 18 gewählt werden, bei welcher - z.B. über einen zusätzlichen Transformator mit einer einste-llbaren .geringeren Ausgangsspannung - sofort nach Betätigung eines Betriebsbereitschaftsschalters der Kondensator 9 auf eine Spannung aufgeladen wird, die der Netzspannung zum Zeitpunkt des gewünschten Einschaltphasenwinkels entspricht. Nach jedem Arbeitsspiel kann dann, falls erforderlich> eine Entladung über den Thyristor 19 bis auf diese Einschaltspannung erfolgen bzw. durch eine danach einsetzende erneute Aufladung der Kondensator 9 auf die gewünschte Gleichspannung gebraeht werden.
- Werden Anlagen mit mehreren gleichartlgen-Wechselstromverbrauchern mit annähernd gleicher Blindleistung verwendet, die sich abwechselnd einschalten lassen, kann der Kondensator 9 mit einem wesentlichen Teil schon vorhandener Schaltelemente auch zur Kompensation dieser Wechselstromverbraucher herangezogen werden. Werden z.B. bei einer Schweißanlage mehrere Schweißstellen verwendet, können - wie dies in Fig. 4 gestrichelt dargestelit ist - parallel zum Kondensator 9 weitere Schweißtransformatoren 54'über zusätzliche Lastschalter 55 mit z.B. gleichfalls antiparallel geschalteten Thyristoren angeschlossen werden. Die Schaltsteuerungseinrichtung 45 erhält hierzu weitere Startbefehlseingänge 56. Jeder zuerst ein treffende Startbefehl löst dann ein Arbeitsspiel aus, bei welchem der entsprechende zugehörige Schalter (6' oder 55) betätigt wird. Die Schalter (6' und 55) erhalten hierzu getrennte Steuerleitungen 57 und es wird immer nur eine Steuerleitung 57 mit Zündimpulsreihen beaufschlagt. Bei Automatik-Anlagen kann dafür Sorge getragen sein, daß die Startbefehle immer erst dann eintreffen, wenn mit Sioherheit das vorangehende Arbeitsspiel abgelaufen ist. Die Schaltsteuereinrichtung kann aber auch derart aufgebaut sein, daß nur der zuerst eintreffende Startbefehl ausgeführt wird und ein zweiter oder weitere Startbefehle solange gespeichert bleiben, bis das Arbeitsspiel für den ersten Startbefehl ausgeführt ist. Durch eine Art Vorrangschaltung kann ausgeschlossen sein, daß selbst beim gleichzeitigen Eintreffen mehrerer Startbefehle zwei Befehle gleichzeitig ausgeführt werden.
- Dies bedeutet nicht nur eine wesentliche Einsparung an Schaltungselementen, sondern verhindert auch, daß durch eine sich überschneidende Einschaltzeit mehrerer Verbraucher störende Netzlastspitzen entstehen.
Claims (1)
- PatentansprücheSchaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers mit großen, induktiven Blindlastanteilen, welche mlttels eines parallel zum Verbraucher geschalteten Kondensators kompensiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Hauptzuleitung (1) zum Schalten des Wechselstronverbrauchers zwei Schalteinrichtungen in Reihe liegen, an der Verbindungsstelle zwischen der ersten und der zweiten Schalteinrichtung der eine Anschluß des Kondensators (9) liegt, der mit seinem zweiten Anschluß an der Hauptrückleitung (8) des Verbrauchers (2; 42 angeschlossen ist, und daß eine über die Netzwechselspanmlng synchronisierte Schaltsteuerungseinrichtung (13, 45) vorgesehen ist, welche die beiden Schalteinrichtungen (5; 6) in einer eingestellten Phasenlage (21) zur Netzwechselspannung (u) schließt und zum Abschalten des Verbrauchers (2; 42) für die erste Schalter einrichtung (5) annähernd bei einem Nulldurchgang (24) des Netzstromes (in) ein öffnen bewirkt, während sie für die zweite unmittelbar am Verbraucher angeschlossene Schalteinrichtung (6) annähernd zum nachfolgenden nächsten Nulldurchgang (te) des Stromes (iv) durch den Verbraucher (2; 42) ein öffnen bewirkt.2: Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (5; 6) Halbleiterschalter (5'; 6') wie Triacs oder antiparallelgeschaltete Thyristoren enthalten.3. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur ersten Schalteinrichtung (5) ein Widerstand (12) liegt, über den bei geöffneten Schalteinrichtungen (5; 6) der Kondensator (9) mit dem Netz verbunden ist.4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur ersten Schalteinrichtung (5) die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (12') mit einer zusätzlichen weiteren Schalteinrichtung (18) liegt, die gleichfalls durch die Schaltsteuerungseinrichtung (13; 45) steuerbar ist.5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schalteinrichtung einen Thyristor (18) aufweist, der über die Schaltsteuereinrichtung (13; 45) annähernd bei einem dem Schließen der beiden in der Hauptzuleitung (1) liegenden Schalteinrichtungen (5; 6) vorangehenden Nulldurchgang (20) der Netzwechselspannung (u) gezündet wird.6. Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers über einstellbare oder steuerbare Perioden einer Wechselspannung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in der Hauptzuleitung (1) liegenden Schaltungseinrichtungen (5; 6) annähernd bei Stromnulldurchgang selbstlöschende Halbleiterschalen enthalten, welche über eine Schaltsteuerungseinrichtung (13; 45) gleichzeitig nach einem Nulldurchgang der Wechselspannung (u) durchgeschaltet werden und nach einer von der Schaltsteuereinrichtung (13; 45) bestimmten Anzahl Stromperioden (T5) keine Zündimpulse mehr erhalten.7. Schaltungsanordnung zum Schalten einer Widerstandsschweißanlage mit einem Schweißtransformator (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand des Kondensators (9) dem Blindwiderstand des Schweißtransformators (42) gemäß der Formel: entspricht, wobei C die Kapazität des Kondensators (9) ist und L der Induktivität sowie R dem Wirkwiderstand des Verbrauchers entspricht, und daß das öffnen der ersten Schalteinrichtung (5') bei Spannungsnulldurchgang (24) erfolgt, während die zweite Schalteinrichtung (6') geschlossen bleibt, bis der Strom ( durch den Schweißtransformator (42) unter Aufladung des Kondensators (9) annähernd zu Null wird.8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltsteuereinrichtung (13; 45) vorgesehen ist, die - nach-Einbringen eines Startbefehls - bei einer Phasenlage (Null) mit Nulldurchgang (20) der Netzwechselspannung (u) zumindest einen Steuerimpuls an die Steuerelektrode eines zusätzlichen Halbleiterschalters (18) gibt, der diesen zündet und über einen Widerstand (12') den zu dieser Zeit freigeschalteten, zwischen den beiden Schalteinrichtungen (5'; 6') in der Hauptzuleitung (1S liegenden Anschluß des Kondensators (9) zumindest bis zum Schließen dieser beiden Schalteinrichtungen (5'; 6') während einer oder mehrerer gleichpoliger Halbwellen mit dem Netz verbindet.9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinrichtung (13; 45) nach einem Phasenwinkel (21) der Netzwechselspannung (u) von 50 bis 9o Grad - insbesondere 70 bis 80° - Zündimpulse an die beiden Schalteinrichtungen (5; 6) in der Hauptzuleitung abgibt, die den Wechselstromverbraucher (2; 42) und den Kondensator (9) mit dem Netz verbinden.lo. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinrichtung (13; 45) in an sich bekannter Weise den beiden Schalteinrichtungen (5'; 6') über eine einstellbare und/oder gesteuerte Anzahl von Wechselspannungsperioden Zündimpulssignale mit einer weitaus höheren Frequenz als die Netzwechselspannung zuführen, welche nach einem einstellbaren Phasenwinkel (21) der Netzwechselspannung (u) beginnen und während der letzten Halbwelle der eingestellten Wechselßpannungsperioden enden.11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 und lo, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Halbleiterschalter (18) ein Thyristor ist, dessen Steuerelektrode von der Schaltsteuereinrichtung (13; 45) vor dem Schließen der beiden Schalteinrichtungen über eine einstellbare Anzahl von Wechselspannungsperioden gleichartige Zündimpulssignale bis zum Schließen der beiden Schalteinrichtungen (5';6') zugeführt sind.12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (9) eine Reihenschaltung eines Widerstandes (16') mit einer weiteren Schalteinrichtung (19) liegt, welche von einer Steuereinrichtung (13; 45) geschlossen wird nachdem die beiden Schalteinrichtungen (5'; 6') in der Hauptzuleitung (1) geöffnet haben.13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Thyristor (19) enthält, der über die Schaltsteuereinrichtung (13; 45) Jedesmal dann ein Zündimpulssignal erhält, wenn die beiden Schalteinrichtungen (5'; 6r) in der Hauptzuleitung (1) mit Sicherheit geöffnet haben und der Widerstand (16') derart dimensioniert ist, daß eine ausreichende Entladung des Kondensators (9) bis zur nächstmöglichen Einschaltphase des Verbrauchers (2; 45) erfolgt.14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (9) die weitere Reihenschaltung eines gleichartigen weiteren Verbrauchers (54) mit einem Lastschalter (55) liegt und eine Schaltsteuereinrichtung (45) vorgesehen ist, die bei Jedem Arbeitsspiel immer nur Jeweils einen der Schalter (6' oder 55) betätigt der mit einem der Verbraucher (42 oder 54) verbunden ist.15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Schalter (5') der beiden Schalteinrichtungen, welcher zwischen einem Netzanschluß und einem Anschluß des Kondensators (9) liegt, die Eingänge einer Spannungsvergleichseinrichtung (50) angeschlossen sind, welche ein Ausgangssignal liefern sobald die Spannungen an ihren Eingängen gleiches Potential aufweisen.16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs signal der Spannungsvergleichseinrichtung (50) das Einsetzen eines Einschaltsignales für den ersten Schalter (5'-) steuert.17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal als Einschaltsignal für den ersten Schalter (5') dient.18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalteinrichtungen (5' und 6') in der Hauptzuleitung (1) Je zwei antiparallel geschaltete Thyristoren aufweisen, die Steuerelektrode des einen Thyristors der ersten, zwischen Netz und dem Kondensator (9) liegenden Schalteinrichtung (5') zu Beginn der Einschaltphase ein Zündsignal erhält, während die Steuerelektrode des zweiten Thyristors dieser Schalteinrichtung (5') ein Sperrsignal bzw. kein Zündsignal erhält.19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor der ersten Schalteinrichtung (5'), welcher zu Beginn der Einschaltphase ein Zündsignal erhält, eine Polung aufweist die der Polung eines weiteren Thyristors (18) entspricht, der in Reihe mit einem Ladewiderstand (12') parallel zu diesem Thyristor der Schalteinrichtung (5') liegt.20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folgeschaltung vorgesehen ist, über welche durch ein Zünden des Thyristors der ersten Schalteinrichtung (5') ein Zünden des gleichgepolten Thyristors der zweiten Schalteinrichtung (6') erfolgt.21. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptzuleitung (1) vor den beiden Schalteinrichtungen (5'; 6') ein Schutzschalter (46) liegt, der die Hauptzuleitung (1) beim Inbetriebsetzen der Anlage vom Netz trennt und durch einen Widerstand (47) überbrückt wird, der Schaltspannungsspitzen bei seinem Schließen dämpft.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722263303 DE2263303C3 (de) | 1972-12-23 | 1972-12-23 | Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers |
BR997973A BR7309979D0 (pt) | 1972-12-23 | 1973-12-19 | Circuito aperfeicoado para comutacao em sincronismo de fase, de um aparelho consumidor de corrente alternada |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722263303 DE2263303C3 (de) | 1972-12-23 | 1972-12-23 | Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2263303A1 true DE2263303A1 (de) | 1974-06-27 |
DE2263303B2 DE2263303B2 (de) | 1980-12-11 |
DE2263303C3 DE2263303C3 (de) | 1981-09-10 |
Family
ID=5865393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722263303 Expired DE2263303C3 (de) | 1972-12-23 | 1972-12-23 | Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR7309979D0 (de) |
DE (1) | DE2263303C3 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3614057A1 (de) * | 1986-04-25 | 1987-10-29 | Heidelberger Druckmasch Ag | Verfahren und schaltungsanordnung zum anschalten einer mit einer remanenz behafteten induktivitaet |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1638425A1 (de) * | 1967-11-10 | 1971-07-22 | Licentia Gmbh | Anordnung zum Zuschalten von Kondensatoren an eine Wechselspannung |
DE1638426A1 (de) * | 1967-11-24 | 1971-09-16 | Licentia Gmbh | Anordnung zum Einschalten von Kondensatoren bei Wechselspannung |
-
1972
- 1972-12-23 DE DE19722263303 patent/DE2263303C3/de not_active Expired
-
1973
- 1973-12-19 BR BR997973A patent/BR7309979D0/pt unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1638425A1 (de) * | 1967-11-10 | 1971-07-22 | Licentia Gmbh | Anordnung zum Zuschalten von Kondensatoren an eine Wechselspannung |
DE1638426A1 (de) * | 1967-11-24 | 1971-09-16 | Licentia Gmbh | Anordnung zum Einschalten von Kondensatoren bei Wechselspannung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2263303B2 (de) | 1980-12-11 |
DE2263303C3 (de) | 1981-09-10 |
BR7309979D0 (pt) | 1974-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2234046B2 (de) | System zur steuerung der einem elektrischen entstauber zugefuehrten leistung | |
DE3734989A1 (de) | Gleichstromleitungsunterbrecher und verfahren zu dessen kommutierung | |
DE2652627C2 (de) | Netzschalteinrichtung | |
DE2936279C3 (de) | Leistungsschaltervorrichtung | |
DE2036752C3 (de) | Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer Batterie | |
DE2001580B2 (de) | Kurzschlußbeseitigungseinrichtung für Stromversorgungsschaltungen | |
DE69423749T2 (de) | Ofenausrüstung | |
DE3151241A1 (de) | Leistungsgesteuerter stromgenerator | |
EP0037087B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum überschwingungsfreien Ein- und Abschalten eines Kondensators zwischen zwei Leitern eines Wechselspannungsnetzes | |
DE3938676C1 (de) | ||
DE69008836T2 (de) | Schaltungsanordnung, geeignet zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe. | |
EP0466738B1 (de) | Vorrichtung zur wechselstrom-einschaltbegrenzung | |
DE1613979B2 (de) | Gleichspannungswandler | |
DE2056847A1 (de) | Inverterschaltung | |
DE3234702C2 (de) | ||
DE2263303C3 (de) | Schaltungsanordnung zum phasensynchronen Schalten eines Wechselstromverbrauchers | |
DE1565204B2 (de) | Einrichtung zum beruehrungsfreien zuenden des lichtbogens einer elektrischen schweissmaschine | |
DE2832512C2 (de) | ||
DE2541687C3 (de) | Umrichter und Verfahren zu seinem Betrieb | |
DE3116447A1 (de) | "impulsgenerator" | |
EP0116874B1 (de) | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Zünden von Gaslasern und Gaslaserverstärkern | |
DE2746970C3 (de) | Schaltungsanordnung zum Start eines statischen Wechselrichters mit Zwangskommutierung | |
DE9111890U1 (de) | Schaltungsanordnung zur regelbaren Speisung einer Gasentladungslampe hoher Strahlungsleistung | |
DE903249C (de) | Einrichtung zur Zwangskommutierung von Stromrichtern | |
CH615552A5 (en) | Flash device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |