DE2331388A1

DE2331388A1 - Anordnung zur kontinuierlichen lastumschaltung bei stufentransformatoren

Info

Publication number: DE2331388A1
Application number: DE19732331388
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dipl Ing Gauss; Rolf Lauterwald; Heinz Dipl Ing Richter
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1973-06-20
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE2331388C3; DE2331388B2

Description

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstr. 5

Erf.Nr. TU/FN 72/006

Kollrodt/ma. 8.6.1973

Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit einem mit den Wechselspannungspolen einer Gleichrichterbrüeke aus vier Thyristoren verbundenen zweiarmigen Wähler und mit zwei im Gleichstrorazweig der Gleichrichterbrüeke in Reihe geschalteten, eine Lastleitung mit den Gleichspannungspolen verbindenden, ungesteuerten Dioden, wobei an diesen Dioden auftretende Sperrspannungen als Signalspannungen für Steuergeräte zur Zündung der Thyristoren dienen.

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Eine derartige Anordnung zur kontinuierlichen Spannungseinsteilung bei Stufentransformatoren ist durch die deutsche Patentschrift 1 247 479 bekannt geworden. Sie ermöglicht, den Laststrom nicht nur (jeweils in seinen Nulldurchgängen durch entsprechende Ziindimpulse auf die Thyristoren von der einen auf die benachbarte Anzapfung der Stufenwicklung umzuschalten, sondern auch innerhalb einer Halbwelle immer dann, wenn -in dem zu zündenden Thyristor die Stufenspannung in Durchlaßrichtung ansteht. Dadurch kann sich ein von der Wahl der Zündeinsatzpunkte abhängiger Mittelwert zwischen den Spannungen der beiden Anzapfungen einstellen. Die an den ungesteuerten Dioden in dieser Anordnung auftretenden Sperrspannungen werden durch Z-Dioden auf eine für die Bauelemente zuträgliche Höhe begrenzt und dabei in angenäherte Rechteckspannungen verwandelt. Aus diesen werden dann Impulse zum Zünden der Thyristoren abgeleitet.

Eine bekannte Einrichtung zur Einstellung der Zündeinsatzpunkte benutzt eine Transistorschaltung mit einem Integrierglied im Eingang, an dem eine linear mit der Zeit ansteigende Spannung erscheint. Von dieser wird eine sich anschliessende Kippstufe ausgelöst, die einen Impuls vorgegebener Breite erzeugt. Dieser steuert eine abschließende Leistungsstufe, die ihn ihrerseits über einen Übertrager der Zündelektrode des zu zündenden Thyristors zuführt. Die Impulse werden durch eine der ansteigenden Spannung entgegengerichtete Gleichspannung verzögert weitergegeben. Die Gleichspannung ist stetig veränderlich, wodurch der Zündeinsatzpunkt der Thyristoren willkürlich und stetig verschiebbar ist.

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Die·Signalspannungen an den beiden in der Brüekendiagonale in Reihe liegenden ungesteuerten Dioden sind jeweils auf das Kathodenpotential, also auf zwei verschiedene Potentiale in der Anordnung aufgebaut. Demzufolge sind für die insgesamt vier Impulsschaltungen zwei getrennte Versorgungsgleichspannungen sowie vier von diesen und unter sich getrennte veränderbare Gleichspannungen erforderlich. Als besonders nachteilig ergibt sich insbesondere durch die sechs erforderlichen Versorgungsspannungen, ein sehr aufwendiger Schaltungsaufbau aus einer Vielzahl von diskreten Bauelementen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur kontinuierlichen Spannungseinstellung bei Stufentransformatoren eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die aus einer nur geringen Anzahl von Bauelementen aufgebaut ist und ebenso betriebssicher wie wirtschaftlich arbeitet. .

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in jeder von vier zur Zündung der Thyristoren vorgesehenen Impulsschaltanordnungen in einer monostabilen Kippstufe Impulse erzeugt werden, die durch Änderung der Kippzeit der Kippstufen durch Verändern von Einstellwiderständen innerhalb zur Zündung freigegebener und geeigneter Zeitabschnitte zeitlich stetig verschiebbar sind und daß alle vier erforderlichen Impulsschaltanordnungen durch Einfügen eines Inverters in die Leitung einer der beiden Signalspannungen ein gemeinsames Bezugspotential haben. Dadurch können vorteilhafterweise die vier Impulsschaltanordnungen aus einer gemeinsamen Spannungsquelle versorgt //erden und der Aufwand zur Bereitstellung von vier veränderlichen Spannungen entfällt.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die Impulsschaltanordnungen im wesentlichen aus integrierten digitalen Bauelementen aufgebaut sind und jede der von diesen gebildete monostabile Kippstufe durch Parallelschaltung einer Diode zu dem kippzeitbestimmenden Einstellwiderstand eine sehr kleine Wiederbereitschaftszeit hat.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist sehr vorteilhaft, denn sie erfordert nur eine geringe Anzahl von Bauelementen, so daß sie auf einem sehr kleinen Raum untergebracht werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel tfird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 ein Schaltbild von einem mit Thyristoren arbeitenden Lastumschalter für Transformatoren,

Figur 2 eine Impulsschaltanordnung für positive SignalSpannungen,

Figur 3 eine Impulsschaltanordnung für negative Signalspannungen und

Figur 4 vier zur Steuerung der vier Thyristoren einer Schaltung gemäß Figur 1 zusammengefaßte Impulsschaltanordnungen.

Einander entsprechende Bauteile und Baugruppen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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Vier Thyristoren 11,12,13 und 14 bilden eine Gleichrichterbrücke deren Wechselspannungspole über Wählerarme 19 und 20 mit jeweils zwei benachbarten Anzapfungen einer nur teilweise dargestellten Transformatorwicklung 21 irt Verbindung stehen. Im Gleichstromzweig der Brückenschaltung sind in einer Reihenschaltung zwei ungesteuerte Dioden 15 und 16 angeordnet. Die Last des Transformators ist über eine Lastleitung 22 zwischen den beiden ungesteuerten Dioden 15 und 16 an den Gieichstromzweig der Gleichrichterbrücke angeschlossen. Zur Vermeidung von Unterbrechungen des Laststromes unmittelbar nach dessen Nulldurchgängen und bevor einer der' Thyristoren gezündet sein kann, sind die Wechselspannungspole über je eiii R-G-Glied aus je einem Widerstand 17 und einem Kondensator 18 direkt mit der Lastleitung verbunden.

Die positiven Halbwellen eines über die Gleichrichterbrücke fließenden Lastwechseistromes" werden von den Thyristoren 11, 13 und der Diode 15, die negativaiHalbwellen desselben Wechselstromes von den Thyristoren 12", 14 und der Diode 16 geführt. Dabei tritt art derjenigen der ungesteuerten Diode 15 oder 16, die gerade nicht stromführend ist, eine Sperrspannung auf _t Diese Sperrspannungen:.dienert als Signalspannungen für Impulsschaltanordnungen zur Zündung der Thyristoren 11 bis 14< Dabei wird an der ungesteuerten Dioden 15 an den Punkten A und B die Signalspannung zum .Zünden der Thyristoren 12 und 14 für die negativen Halbwellen des Laststromes und an der ungesteuerten Diode 16 an den Punkten B und C die Signalspannung zum Zünden der Thyristoren 11 und 12 für die positiven Halbwellen des Laststromes abgenommen.

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Figur 2 zeigt eine Impulsschaltanordnung für die positiven Halbwellen, In den dazu gehörigen Zeilen a bis h ist der Spannungsverlauf an den mit dem entsprechenden Buchstaben bezeichneten Punkten der Impulsschaltanordnung wiedergegeben.

NAND-Gatter 2 und 3 bilden eine monostabile Kippstufe, die das Einsetzen- eines Eingangssignals verzögert weiterleitet. Ein Einstellwiderstand R2 und ein Kondensator C2 bestimmen die Verzögerungszeit, die infolge der Veränderbarkeit des Einstellwiderstandes R2 einstellbar ist. Da die aus den NAND-Gattern 2 und 3 aufgebaute Kippstufe durch negative, also vom logischen Zustand 1 zum logischen.Zustand 0 gerichtete Impulse ausgelöst wird, istv der monostabilen Kippstufe ein.weiteres NAND-Gatter 1 als Inverter vorgeschaltet.

Im Normalfall erscheinen am Eingang der Impulsschaltanordnung Rechtecksignale, deren Höhe durch eine vorgeschaltete, nicht dargestellte Z-Diode bestimmt ist und deren Länge gleich einer vollen Halbwelle ist. (Zeile a).

Damit das Signalende nicht einen zweiten Kippvorgang auslöst, ist die Signaldauer kleiner als die Verzögerungszeit. Aus diesem Grund ist dem NAND-Gatter 1 noch ein Differenzierglied aus einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 vorgeschaltet. So wird das entsprechend einer ■ Halbwelle bei 50 Hz Netzfrequenz maximal 10 ms breite, positive Eingangssignal in riadeiförmige Impulse verwandelt. (Zeile b). Von diesen Impulsen werden durch den Inverter aus dem NAND-Gatter 1 die positiven zu Anfang des Signals in negative umgekehrt und die nicht benötigten

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negativen zu Ende des Signals unterdrückt (Zeile c ). Am Ausgang der Kippstufe (Zeile f) erscheint um die am Einstellvviderstand R2 eingestellte Zeit verzögert wieder ein positives Signal von einer Dauer bis zum nächsten Signal am Eingang der Impulsschaltanordnung.

Dieses Signal ist jedoch unnötig breit. Außerdem ist die Ausgangsspannung des NAND-Gatters 3 im logischen Zustand 0 so hoch, daß der Transistor T einer abschliessenden Leistungsstufe in den Pausen nicht gesperrt werden würde. Es ist deshalb ein weiteres Differenzierglied aus einem Widerstand R3 und einem Kondensator C3 eingefügt. Dieses Differenzierglied verwandelt das breite Signal wiederum in Nadelimpulse (Zeile g) und bewirkt durch den Kondensator C 3 eine galvanische Trennung des Ausgangs des NAND-Gatters 3 vom Eingang der Leistungsstufe.

Die vom NAND-Gatter 3 ausgehenden positiv gerichteten Nadelimpulse steuern den Transistor der Leistungsstufe auf, wodurch der vom Eingang der Impulsschaltanordnung abgeleitete Triggerimpuls mit der jeweils eingestellten Verzögerungszeit über die Letstungsstufe an den zu zündenden Thyristor kommt. Der Verlauf der Spannung am Kollektor des Transistors in der Leistungsstufe ist in Zeile h der Figur"2 wiedergegeben.

Die Schaltung ist erst dann wieder für ein neues Signal bereit, wenn der Kondensator C2 nahezu entladen ist. Dieser Zustand wäre bei einer Entladung über den Einstcllwiderstand R2 nach etwa der dreifachen Verzögerungszeit erreicht. Das ergibt sich daraus, daß der Entlade-

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strom des Kondensators C2 ebenso über den Einstellwiderstand R2 fließen müßte wie der Ladestrom. Die Entladezeitkonstante wäre also gleich der Ladezeitkonstanten. Der Lade- und der Entladestrom durchfließen den Einstellwiderstand R2 j.ßdoch in entgegengesetzten Richtungen, so daß die Entladung durch eine Diode D beschleunigt wird, wenn diese mit Durchlaßrichtung in Richtung des Entladestromes parallel zum Einstellwiderstand R2 geschaltet ist. Durch diese Maßnahme ist die Wiederbereitschaftszeit um das erforderliche Maß vermindert, so daß von der beschriebenen Impulsschaltanordnung auch Einstellungen beherrscht werden, bei denen ein neuer Impuls nach einer Zeit folgt, die wenig größer ist als die Verzögerungszeit selbst.

Figur 3 zeigt eine gleichartige Anordnung für die negativen Halbwellen, wobei in den Zeilen a bis h wieder der Spannungsverlauf an den mit den entsprechenden Buchstaben bezeichneten Punkten angegeben ist. Dieser Anordnung fehlt jedoch das als Inverter vorgeschaltete NAND-Gatter 1, weil die negative Halbzelle bereits das für die Kippstufe erforderliche negative Signal (Zeile a¹) liefert. Dieses Signal ist jedoch nicht vom logischen Zustand 1 zum logischen Zustand 0, sondern vom logischen Zustand 0 zum logischen. Zustand -1 gerichtet und muß deshalb angehoben werden (Zeile b¹).

Aus diesem Grund ist der Widerstand R1 nicht an Masse, sondern auf positives Potential gelegt. Dadurch ist auch der richtige Anfangszustand der Kippstufe aus NAND-Gattern 2' und 3' sowie dem Kondensator C2¹ und einem Einstellwiderstand R2* gewährleistet, bei dem sich Eingang und Ausgang

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der KLppsbufe im logischen Zustand 1 befinden. Die Impulsschal tanordnung nach Figur 3 hat somit das gleiche Ijlezugspotential wie die Impulsschaltanordnung für die positive Halbwelle nach Figur 2 und kann deshalb an dieselbe Versorgungsspannung --angeschlossen werden.

Je zwei Impulsschaltanordnungen zur Aufbereitung von positiven und von negativen Signalspannungen zur Steuerung der vier Thyristoren 11 und 13 sowie 12 und 14 sind in einer Schaltung nach Figur 4 zusammengefaßt. Dabei sind die Eingangsdifferenzierglieder aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 bzw. aus dem Widerstand R1' und dem Kondensator C1¹ für je zwei Impulsschaltanordnungen gemeinsam vorgesehen. Darüber hinaus ist auch die Inverterstufe aus dem NAND-Gatter 1 zur Aufbereitung der positiven Signalspannung nur einmal vorgesehen. Die- Einstellwiderstände R2 und R2¹ in Impulsschaltanordnungen, die die derselben Anzapfung des Transformators 21 zugeordnete Thyristoren steuern, sind mechanisch gekoppelt und können demzufolge nur gemeinsam verstellt werden. Dadurch ist gewährleistet, daß die Zündverzögerung der Thyristoren für die positiven und negativen Halbwellen gleich ist, so daß die Entstehung eines Gleichstromanteils im Laststrom vermieden ist.

Zur galvanischen Trennung der Impulsschaltanordnung von den Steuerstrecken der Thyristoren 11 bis 14 sind übertrager vorgesehen, deren Primärseite durch den Transistor der Leistungsstufe an Spannung gelegt wird und deren Sekundärseite in Reihe mit der Steuerstrecke des ihm "zugeordneten der Thyristoren 11 bis 14 liegt. Dadurch wird beim Aufsteuern des Transistors der Leistungsstufe von der Primärwicklung des Übertragers in dessen Sekundärseite ein Spannungsimpuls induziert, der den zugeordneten Thyristor zündet.

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Claims

TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Deckerstr. 5

Erf.Nr. TU/FN 72/006 8. 6. 1973

Kollrodt/ma.

Pat entansprüche

1IjAnordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransforraatoren mit einem mit den Wechselspannungspolen einer Gleichrichterbrilcke aus vier Thyristoren verbundenen zweiarmigen Wähler und mit zwei im Gleichstromzweig der Gleichrichterbrücke in Reihe geschalteten, eine Lastleitung mit den Gleichspannungspolen verbindenden, ungesteuerten Dioden, wobei an diesen Dioden auftretende Sperrspannungen als Signalspannungen für Steuergeräte zur Zündung der Thyristoren dienen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder von vier zur Zündung der Thyristoren vorgesehenen Impulsschaltanordnungen in einer monostabilen Kippstufe Impulse erzeugt werden,

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die durch Änderung der Kippzeit der Kippstufen durch Verändern von Einsteilwiderständen innerhalb zur Zündung freigegebener und geeigneter Zeitabschnitte zeitlich stetig verschiebbar sind und daß alle vier erforderlichen Impulsschaltanordnungen durch Einfügen eines Inverters in die Leitung einer der beiden Signalspannungen ein gemeinsames Bezugspotential haben und aus einer gemeinsamen Spannungs quelle versorgt sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsschaltanordnungen im wesentlichen aus integrierten digitalen Bauelementen aufgebaut sind und jede der von diesen gebildete nonostabile Kippstufe durch Parallelschaltung einer Diode zu dem kippzeitbestimmenden Einstellwiderstand eine sehr kleine Wiederbereitschaftszeit hat.

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