DE2331388C3 - Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit einem mit den Wechselspannungspolen einer Gleichrichterbrücke 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.

Eine derartige Anordnung zur kontinuierlichen Spannungseinstellung bei Stufentransformatoren ist durch die deutsche Patentschrift 12 47 479 bekanntgeworden. Sie ermöglicht, den Laststrom nicht nur jeweils in seinen Nulldurchgängen durch entsprechende Zündimpulse 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 bereits vorgeschlagene Einrichtung zur Einstellung der Zündeinsatzpunkte benutzt eine Transistorschaltung mit einem Integrierglied im Eingang, an dem eine linear mit der Zeit ansteigende Spannung erscheint S 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

ίο 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.

is Die Signalspannungen an den beiden in der Brückendiagonale 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 Impufsschaltungen zwei getrennte VersorgungsgJeichspannungen 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 Stufentransformatoi en eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine Verminderung der Anzahl der erforderlichen Versorgungsspannungsquellen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in jeder von vier zur Zündung der Thyristoren vorgesehenen Impulsschaltanordnungen in einer monostabilen Kippstufe Impulse erzeugbar sind, die durch Änderung der Kippzeit der Kippstufen durch Verändern von Einftellwiderständen 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 Spannungsquelle versorgt sind. Der Aufwand zur Bereitstellung von weiteren Spannungsquellen entfällt dadurch.

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 wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild von einem mit Thyristoren arbeitenden Lastumschalter für Transformatoren,

Fig. 2 eine Impulsschaltanordnung für positive Signalspannungen,
F i g. 3 eine Impulsschaltanordnung für negative

6; Signalspannungen und

F i g. 4 vier zur Steuerung der vier Thyristoren einer Schaltung gemäß Fig. 1 zusammengefaßte Impulsschaltanordnuneen.

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

Vier Thyristoren 11, 12, 13 und 14 wilden eine Gleichrichterbrücke, deren Wechselspannungspole über Wählerarme 19 und 20 mit jeweils zwei benachbarten Anzapfungen einer nur teilweise dargestellten Transformatorwicklung 21 in 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 Gleichstromzweig der Gleichrichterbrücke angeschlossen. Zur Vermeidung von Unterbrechungen des Laststromes unmittelbar nach dessen Nulldurchgängen und bevor einer der Thyristoren gezündet sein kann, sind die Wechselspannur.gspole über je ein ÄC-Glied aus je einem Widerstand 17 und einem Kondensator 18 di. ekt mit der Lastleitung verbunden.

Die positiven Halbwellen eines über die Gleichrichterbrücke fließenden Lasiwechselstromes werden von den Thyristoren 11, 13 und der Diode 15, die negativen Halbwellen desselben Wechselstromes von den Thyristoren 12,14 und der Diode 16 geführt. Dabei tritt an derjenigen der ungesteuerten Diode 15 oder 16, die gerade nicht stromführend ist, eine Sperrspa nnung auf. Diese Sperrspannungen dienen als Signalspannungen für Impulsschaltanordnungen zur Zündung der Thyristoren 11 bis 14. Dabei wird an der ungesteuerten Diode 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 Bund Cdie Signalspannung zum Zünden der Thyristoren 11 und 12 für die positiven Halbwellen des Laststromes abgenommen.

F i g. 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 R 2 und ein Kondensator Cl bestimmen die Verzögerungszeit, die infolge der Veränderbarkeit des Einstellwiderstandes R 2 einstellbar ist. Da die aus den NAND-Gattem 2 und 3 aufgebaute Kippstufe durch negative, also vom logischen Zustand 1 zum logischen Zustand 0 gerichtete Impulse ausgelöst wird, ist 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-Dinde bestimm», 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 Widersland Ri und einem Kondensator Cl vorgeschaltet. So wird das entsprechend einer Halbwelle bei 50 Hz Netzfrequenz maximal 10 ms breite, positive Eingangssignal in nadeiförmige Impulse verwandelt (Zeile fcjt 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 negativen zu Ende des Signals unterdrückt (Zeile cj. Am Ausgang der Kippstufe (Zeile f) erscheint um die am Einstellwiderstand 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 Teiner aDschließenden Leistungsstufe in den Pausen nicht

ίο gesperrt werden würde. Es ist deshalb ein weiteres Differenzierglied aus einem Widerstand R 3 und einem Kondensator Ci 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 mil der jeweils eingestellten Verzögerungszeit über die Leistungsstufe an den zu zündenden Thyristor kommt. Der Verlauf der Spannung am Kollektor des Transistors in der Leistungsstufe ist in Zeile h der F i g. 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 Einstell widerstand R 2 nach etwa der dreifachen Verzögerungszeit erreicht. Das ergibt sich daraus, daß der Entladestrom des Kondensators C 2 ebenso über den Einstellwiderstand R 2 fließen müßte wie der Ladestrom. Die Entladezeitkonstante wäre also gleich der Ladezeitkonstanten. Der Lade- und der Entladestrom durchfließen den Einstellwiderstand R 2 jedoch in entgegengesetzten Richtungen, so daß die Entladung durch eine Diode D beschleunigt wird, wenn diese mit Durchlaßrichtung in Richtung des Entladestromes parallel zum Einstellwiderstand R 2 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

F i g. 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 Halbwelle bereits das für die Kippstufe erforderliche negative Signal (Zeile abliefert Dieses Sigral 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 b').

Aus diesem Grund ist der Widerstand R 1 nicht an Masse, sondern auf positives Potential gelegt. Dadurch ist auch der richtige Anfangszustand der Kippstufe aus NAND-Gattem 2' und 3' sowie dem Kondensator CT und einem Einstellwiderstand R2' gewährleistet, bei dem sich Eingang und Ausgang der Kippstufe im logischen Zustand 1 befinden. Die Impulsschaltanordnung nach F i g. 3 hat somit das gleiche Bezugspotential wie die Impulsschaltanordnung für die positive Halbwelle nach Fig. 2 und kann deshalb an dieselbe VersorgungssDannunE 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 F i g. 4 zusammengefaßt. Dabei sind die Eingangsdifferenzierglieder aus dem Widerstand R 1 und dem Kondensator C1 bzw. aus dem Widerstand R Γ und dem Kondensator Ci' 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 R 2 und R 2' 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 dis Zündverzögerung der Thyristoren für die positiven unc negativen Halbwellen gleich ist, so daß die Entstehung eines Gleichstromanteils im Laststrom vermieden ist.

Zur galvanischen Trennung der Impulsschaltanord nung von den Steuerstrecken der Thyristoren 11 bis \' sind Übertrager vorgesehen, deren Primärseite durcl den Transistor der Leistungsstufe an Spannung geleg wird und deren Sekundärseite in Reihe mit dei Steuerstrecke des ihm zugeordneten der Thyristoren 11 bis 14 liegt. Dadurch wird beim Aufsteuern de: Transistors der Leistungsstufe von der Primärwicklunj des Übertragers in dessen Sekundärseite ein Span nungsimpuls induziert, der den zugeordneten Thyristo zündet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur kontinuierlichen Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit einem mit den Wechselspannungspolen einer Gleichrichterbrücke 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 ab Signalspannungen für Steuergeräte zur Zündung der Thyristoren dienen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder von vier zur Zündung der Thyristoren vorgesehenen Impulsschaltanordnungen (F i g. 4) in einer monostabilen Kippstufe (2,3; 2', 3') Impulse eraeugbar sind, die durch Änderung der Kippzeit der Kippstufen durch Verändern von Einstellwiderständen (R2; R2) innerhalb zur Zündung freigegebener und geeigneter Zeitabschnitte zeitlich stetig verschiebbar sind, und daß alle vier erforderlichen Impulsschaltanordnungen (Fig.4) durch Einfügen eines Inverters (NAND-Gatter 1) in die Leitung einer der beiden Signalspannungen ein gemeinsames Bezugspotential haben und aus einer gemeinsamen Spannungsquelle 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 monostabile Kippstufe (2, 3; 2', 3') durch Parallelschaltung einer Diode (D; D') zu dem kippzeitbestimmenden Einstellwiderstand (R₂; RJ) eine sehr kleine Wiederbereitschaftszeit hat.