DE2659219A1 - Contactless control and current limiting device - is connected in energy supply systems with switch and consists of four arm bridge circuits - Google Patents

Contactless control and current limiting device - is connected in energy supply systems with switch and consists of four arm bridge circuits

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Abstract

Bridge circuits contain controlled and non-controlled rectifiers. They are connected to all the tappings to be regulated. Each of the controlled tappings (17-20) is connected to the load through the bridge, whose two arms (3,12) consists of the controlled rectifiers, and the other two arms (13,14) of non-controlled rectifiers, common for all tappings. A reactance coil (15) is provided in the bridge diagonal. The controlled rectifiers are connected in five parallel pairs.

Description

EINRICHTUNG ZUR KONTAKTLOSEN REGELUNG UND STROMBE-DEVICE FOR CONTACTLESS CONTROL AND POWER

GRENZUNG IN ENERGIEVERSORGUNGSSYSTEMEN Die Erfindung betrifft das Gebiet der Transformatorschaltwerke, insbesondere die Einrichtungen zur kontaktlosen Regelung und Strombegrenzung in Energieversorgungssystemen. LIMITATION IN POWER SUPPLY SYSTEMS The invention relates to this The field of transformer switchgear, in particular the facilities for contactless Regulation and current limitation in energy supply systems.

Die Erfindung kann in Spannungsregelsystemen von Allgemeinversorgungs- und technologischen Transformatoren, beispielsweise zur Leistungsregelung von Lichtbogen- und ErzverhUttungsöfen, sowie in Energieversorgungssystemen als Regel- und Strombegrenzungseinrichtung benutzt werden. The invention can be used in voltage regulation systems of general utility and technological transformers, for example for power control of arc and ore smelting furnaces, as well as in energy supply systems as regulating and current limiting devices to be used.

Das Problem der Entwicklung von kontaktlosen Regel- und Strombegrenzungseinrichtungen ist für elektrische Energiesysteme sehr akut. Bei der Entwicklung derartiger Einrichtungen entstehen technische Komplikationen, die dadurch bedingt sind, daß einerseits Einrichtungen mit einfachem Schaltvorgang geschaffen werden müssen und andererseits die Dimensionierung der Ventil-Gleichrichter-Elemente nur für den Nennbetriebszustand erwünscht ist, wobei auch ein zuverlässiger Schutz der Ventilelemente bei Betriebsstörungen gewährleistet werden muß. The problem of the development of contactless control and current limiting devices is very acute for electrical power systems. In developing such facilities arise technical complications that are caused by the fact that on the one hand facilities must be created with a simple switching process and, on the other hand, the dimensioning of the valve rectifier elements only for the nominal operating state he wishes is, whereby also a reliable protection of the valve elements in case of malfunctions must be guaranteed.

Die bekannten Einrichtungen zur kontaktlosen Regelung enthalten Ventilgruppen mit Thyristoren, die an Transformatoranzapfungen angeschlossen sind. Diese Gruppen werden entweder unmittelbar an die Anzapfungen angeschlossen (vgl. DL-PS 68 034), oder sie werden mit den Anzapfungen über vierarmige Briickenschaltungen verbunden (vgl. SU-PS 312 362). The known devices for contactless control contain valve groups with thyristors connected to transformer taps. These groups are either connected directly to the taps (see DL-PS 68 034), or they are connected to the taps via four-armed bridge circuits (see SU-PS 312 362).

Für die Umschaltung wird nach der DL-PS 68 034 eine Wirkwiderstandsgruppe benutzt, die beim Kurzschluß eines Wicklungsteils den Strom begrenzt. In der Einrichtung nach der SU-PS 312 365 erfolgt die Umschaltung im Zeitpunkt des Nulldurchganges des Stromes der außer Betrieb gesetzten Thyristorgruppe. For the switchover, an active resistor group is required according to DL-PS 68 034 used, which limits the current in the event of a short circuit in a winding part. In the facility According to SU-PS 312 365, the switchover takes place at the time of the zero crossing the current of the deactivated thyristor group.

Die bekannten-Einrichtungen weisen eine Reihe Nachteile auf, und zwar: 1. Abhängigkeit des Schaltvorganges von der Belastungsart (in der Einrichtung nach der SU-PS 312 365). The known devices have a number of disadvantages, and although: 1. Dependency of the switching process on the type of load (in the facility according to SU-PS 312 365).

Dieser Mangel führt zum steilen Rückgang der Zuverlässigkeit von Schaltwerken, eventuell auch zum Kurzschluß oder zur Unterbrechung des Laststromkreises bei Störungen im Steuersystem. This deficiency leads to a steep decline in the reliability of Switching mechanisms, possibly also for short-circuiting or interrupting the load circuit in the event of malfunctions in the control system.

2. Benutzung einer größeren Anzahl von Strombegrenzungswiderständen (nach DL-PS 68 034), besonders bei Einrichtungen mit vielen Schaltstellungen. 2. Use of a larger number of current limiting resistors (according to DL-PS 68 034), especially for devices with many switching positions.

3. Erzwungene Wahl von Ventilelementen, bei denen der Durchgang des ersten Kurzschluß-Stromstoßes in Energieversorgungssystemen berücksichtigt werden muß. Dieser Mangel ist den beiden erwähnten Prototypen eigen und hat eine Vergrößerung der Abmessungen, des Gewichts und eine Erhöhung der Kosten von Einrichtungen zur Folge. 3. Forced selection of valve elements in which the passage of the first short-circuit current surge in energy supply systems got to. This defect is inherent in the two prototypes mentioned and has an enlargement the dimensions, the weight and an increase in the cost of facilities for Episode.

4. Nichtmögliche Vereinigung der Regelungsfunktion und der Stoßstrombegrenzungsfunktion bei Störungen im Energieversorgungssystem. 4. Impossible combination of the control function and the impulse current limiting function in the event of malfunctions in the energy supply system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige, vollständig statisch wirkende Regelungs- und Strombegrenzungseinrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe Kommutierung, Regelung und Strombegrenzung bei allen Betriebszuständen von Energieversorgungssystemen möglich sind. The invention is based on the object of a reliable, complete to develop statically acting control and current limiting device, with their help commutation, regulation and current limitation in all operating states of energy supply systems are possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der zur kontaktlosen Regelung und Strombegrenzung in Energieversorgungssystemen vorgeschlagenen Einrichtung mit einem Umschalter, der aus vierarmigen mit steuerbaren und nichtsteuerbaren Ventilen bestückten Brückenschaltungen besteht, deren Ventile an die zur Regelung vorgesehenen Anzapfungen angeschlossen sind, - Jede von diesen Regelungsanzapfungen erfindungsgemäß an die Belastung über die erwähnte vierarmige Umschalterbrücke angeschlossen ist, bei der zwei Arme durch gesteuerte Ventile und zwei andere Arme durch nichtgesteuerte, ftlr alle Anzapfungen gemeinsame Ventile gebildet werden, wobei in der Brückendiagonale eine Reaktanzspule liegt. This object is achieved in that in the contactless control and current limitation in power supply systems with proposed device a changeover switch consisting of four-armed with controllable and non-controllable valves equipped bridge circuits, the valves of which are connected to the ones intended for regulation Taps are connected, - Each of these control taps according to the invention is connected to the load via the four-armed switch bridge mentioned, with two arms by controlled valves and two other arms by non-controlled, Common valves are formed for all taps, whereby in the bridge diagonal is a reactance coil.

Zweckmäßigerweise kann in der Brückendiagonale auch eine Gleichstromquelle in Reihe mit der Reaktanzspule geschaltet werden. Appropriately, a direct current source can also be used in the bridge diagonal be connected in series with the reactance coil.

Dieser Aufbau der Einrichtung gibt die Möglichkeit, eine schnellwirkende, von der Belastungsart unabhängige Umschaltung der Anzapfungen eines Leistungstransformators zu verwirklichen, die Ventile vor Kurzschluß-Havarieströmen zu schützen und die Strombegrenzung in Energieversorgungssystemen zu gewährleisten. This structure of the facility gives the possibility of a fast-acting, Switching of the taps of a power transformer independent of the type of load to realize, to protect the valves from short-circuit breakdown currents and the To ensure current limitation in energy supply systems.

Dadurch ergibt sich ein bedeutender Nutzeffekt, der durch folgende Vorteile bedingt ist: a) Möglichkeit einer Wahl von Umschalter-Ventilelementen nur mit Berücksichtigung des Nennstromes, da bei gestörtem Betrieb die erste Stromhalbwelle begrenzt wird; b) Schaffung eines schnellwirkenden Umschalters mit gemeinsamer Strombegrenzung für alle Schaltstufen; c) Möglichkeit der Realisierung einer Regelungseinrichtung, die.gleichzeitig auch eine Kommutierung großer Leistungen, darunter auch für gewöhnliche elektromechanische Einrichtungen zu großer Leistungen, durch Begrenzung der Stromstoßwelle bei Kurzschlüssen gewährleisten kann. This results in a significant benefit that is achieved by the following Advantages are conditional: a) Possibility of a choice of switch valve elements only taking into account the nominal current, since the first current half-wave in the event of a faulty operation is limited; b) Creation of a fast acting changeover switch with common current limitation for all switching levels; c) Possibility of implementing a control device, die.simultaneously commutation of large powers, including common ones electromechanical devices too high performance by limiting the current surge wave can guarantee in the event of short circuits.

Dies ermöglicht seinerseits den Aufbau von Energieversorgungssystemen mit großer Kurzschlußleistung und trägt zur Steigerung ihrer Durchlaßfähigkeit sowie zur Erhöhung der Energieversorgungsqualität in Verteilungsnetzen bei. This in turn enables the construction of energy supply systems with great short-circuit power and helps increase their transmission capacity as well to increase the quality of the energy supply in distribution networks.

Das Wesen der Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Einrichtung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. The essence of the invention will be in the following description of Embodiments of the device with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Hierbei zeigen Fig. 1 ein elektrisches Piinzipschaltbild der winvichtung zur kontaktlosen Regelung und Strombegrenzung in Energievorsorgungssystement gemäß der Erfindung; Sig. 2 beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung aufgenommene Strom- und Spannungs-Momentanwertkurven.Here, Fig. 1 shows an electrical principle circuit diagram of the winvichtung for contactless regulation and current limitation in energy supply system according to the invention; Sig. 2 recorded during operation of the device according to the invention Current and voltage instantaneous value curves.

Die Einrichtung kann für eine beliebige Anzahl von xnzapfungen ausgeführt werden. In Fig. 1 ist als Beispiel ein Schaltbild der Einrichtung fur einen Transformator dargestellt, dessen Regelungszone fünf inzapfungen aufweist. The device can be designed for any number of taps will. In Fig. 1 is a circuit diagram of the device for a transformer as an example shown, the control zone of which has five taps.

Fig. 1 zeigt die anschlüsse der @egelungszone 1, 2, die Thyristoren 3...12, die nichtgesteuerten Ventile 13, 14, die Reaktanzspule 15, die Gleichstromquelle 16 und die Wicklungsteile 17...20.Fig. 1 shows the connections of the regulation zone 1, 2, the thyristors 3 ... 12, the non-controlled valves 13, 14, the reactance coil 15, the direct current source 16 and the winding parts 17 ... 20.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bilden die im Umschalter der Einrichtung vorgesehenen Ventilelemente einphasige Bruk kenschaltungen, in deren zwei Armen die Thyristoren 3, 4; 5, 6; 7, 8; 9, 10 bzw. 11, 12 liegen. Die nichtgesteuerten Ventile 13, 14 bilden zwei andere Brückenerme, die für die Regelungszone gemeinsam sind. In den Diagonale der erwähnten Brückengleichrichter liegen eine Reaktanzspule 15 und eine Gleichstromquelle 16. Die letztere ist kein prinzipielles Bauelement der Einrichtung. As can be seen from Fig. 1, the form in the switch of the device provided valve elements single-phase bridge circuits, in the two arms the thyristors 3, 4; 5, 6; 7, 8; 9, 10 and 11, 12 respectively. The uncontrolled ones Valves 13, 14 form two other bridges that are common to the control zone are. In the diagonal of the mentioned Bridge rectifiers lie a reactance coil 15 and a direct current source 16. The latter is not a principle one Component of the facility.

Wenn die Reaktanzspule 15 mit hoher Wirkungsgüte ausgeführt wird, kann die Stromquelle 16 in der Schaltung nicht benutzt werden.If the reactance coil 15 is designed with high efficiency, the current source 16 cannot be used in the circuit.

Die Einrichtung funktipniert folgenderweise Die Netzsinschaltung erfolgt nach Anlegung von Steuerimpulsen an ein beliebiges Thyristorpaar 3, 4; 5, 6 usw. The device works as follows: The mains connection takes place after application of control pulses to any thyristor pair 3, 4; 5, 6 etc.

Beim Erscheinen der positiven Spannung an diesen Thyristoren ist der Ecgolungswinkel gleich Null. dn der Brückendiagonale entsteht dabei die gleichgerichtete Spannung, bei deren Einwirkung der Strom in der Reaktanzspule 15 bis zum Amplitudenwert des Laststromes (Fig. 2) ansteigt. Durch die Resktanzspule fließt ein gleichgerichteter Strom, der sich aus den Strömen i1s i2, i3, i4 der Brückenarme zusammensetzt Bei einer hohen Güte der Reaktanzspule 15 sind alle vier Brückenventile 3, 4, 11, 12 leitend - der Kommutierungswinkel des Gleichrichters beträgt 1800, und die Ventilströme weisen eine Gleichkomponente auf, die gleich der Hälfte des Laststrom-maximalwertes im ist, sowie eine sinusförmige 2 Komponente mit der Amplitude im/2 Die in der Durchlaßrichtung vom Anschluß 1 fließende Halbwelle des Laststromes passiert weiter z.B die Wicklungsteile 17, 18, 19, den Thyristor 9, die Reaktanzspule 15, die eventuell vorhandene Gleichstronquelle 16, die Diode 14 und gelangt zum Anschluß 2. Die andere Halbwelle des Betriebsstromes fließt vom anschlug durch die Diode 13, die Reaktanzspule 15, die Stromquelle 1o, den Thyristor 10, die Wicklungsteile 19, 18, 17 zum Anschluß 1. Bei Einstellung 1 des Umschalters auf andere Anzapfungen fließt der Laststrom ähnlicherweise e Da die Thyristoren 3...12, die nichtgesteuerten Ventile 13, 14 und die Reaktanzspulß 15 in der wirklichen Schaltung einen endlichen Widerstand haben, wird der Strom im in der Reaktanzspule innerhalb des Kommutierungswinkels g gedämpft (Fig. 2), wobei im Betrieb des Umschalters Interkommutierungsintervalle entstehen, in denen in den Kreis zwischen den Ventilen die Reaktanzspule 15 eingeschaltet wird.When the positive voltage appears on these thyristors, the is Ecgolung angle equal to zero. The rectified one arises on the bridge diagonal Voltage, when applied, the current in the reactance coil 15 up to the amplitude value of the load current (Fig. 2) increases. A rectified one flows through the Resktanzspule Current composed of the currents i1s i2, i3, i4 of the bridge arms Bei A high quality of the reactance coil 15 are all four bridge valves 3, 4, 11, 12 conductive - the commutation angle of the rectifier is 1800, and the valve currents have a DC component that is equal to half of the maximum load current value im is, as well as a sinusoidal 2 component with the amplitude im / 2 Die in the forward direction Half-wave of the load current flowing from connection 1 continues to e.g. the winding parts 17, 18, 19, the thyristor 9, the reactance coil 15, any DC source that may be present 16, the diode 14 and comes to terminal 2. The other half-wave of the Operating current flows from the stop through the diode 13, the reactance coil 15, the current source 1o, the thyristor 10, the winding parts 19, 18, 17 for connection 1. When setting 1 of the changeover switch to other taps, the load current flows similarly to e Da the thyristors 3 ... 12, the non-controlled valves 13, 14 and the reactance pulse 15 have a finite resistance in the real circuit, the current will im damped in the reactance coil within the commutation angle g (Fig. 2), whereby, during operation of the switch, inter-commutation intervals arise in which The reactance coil 15 is switched on in the circuit between the valves.

Ein derartiges Intervall im Brückenbetrieb kann mehrere elektrische Grad betragen, wobei an der Reaktanzspule 15 unipolare Spannungsstöße U'd entstehen. Sie beeinflußen die Betriebszustände nur wenig, da ihr Mittelwert klein ist. Such an interval in bridge operation can have several electrical Degrees, with 15 unipolar voltage surges U'd occurring at the reactance coil. They only have a small influence on the operating states, since their mean value is small.

Der mittlere Spannungsabfall UoC am Umschalt'er ist durch die Summe der Spannungsdifferenzen am Wirkwiderstand der Reaktanzspule und der Ventile gegeben.The mean voltage drop UoC at the switch is given by the sum the voltage differences at the effective resistance of the reactance coil and the valves.

Der erwähnte Spannungsabfall kann in der Einrichtung, wenn erforderlich, vollkommen beseitigt werden. Zu diesem Zweck liegt in der Schaltung in Reihe mit der Reaktanzspule 15 die Gleichstromquelle 1o, die vom gemeinsamen Netz gespeist werden kann. The mentioned voltage drop can, if necessary, in the device be completely eliminated. For this purpose, the circuit is in series with of the reactance coil 15, the direct current source 1o, which is fed from the common network can be.

Die Umschaltung von einer Anzapfung auf eine andere kann zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen. Dazu werden die Steuerimpulse von der im Betrieb befindlichen Thyristorgruppe weggenommen und auf eine beliebige benachbarte Gruppe gegeben. Bei den durchgeschalteten Thyristoren 11, 12, wenn die ganze Regelungszone der leistungstransformatorwicklung vom Betriebsstrom durchflossen wird, werden die Steuerimpulse zwecks Umschaltung auf die benachbarte Anzapfung in einem willkürlich gewählten Zeitpunkt "O" (Fig. 2) von den Thyristoren 11, 12 auf die Thyristoren 9, 10 verlegt. Im Zeitpunkt dieser Umschaltung werden die Thyristoren 11, 12 und die nichtgesteuerten Ventile 13, 14, wie erwähnt, vom Betriebsstrom durchflossen, Beim Binschalten der Thyristoren 9, 10 entsteht für den Wicklungsteil 20 der Kurzschlußkreis über den Thyristor 11, das nichtgesteuerte Ventil 13, die Reaktanzspule 15 und den Thyristor 10. Der Kurzschlußstrom steigt im Zeitintervall 1 bis zum Amplitudenwert des Stromes in der Reaktanzspule an, worauf einer der Thyristoren 11 12,gegebenenfalls der Thyristor 12 abgeschaltet wird, und in den Kurzschlußkreis die Reaktanzspule 15 eingeführt wird, die den Strom bis auf die gewünschte Größe begrenzt. Switching from one tap to another can result in a take place at any time. For this purpose, the control impulses from the in operation located thyristor group taken away and on any given neighboring group. When the thyristors 11, 12 when the Operating current flows through the entire control zone of the power transformer winding the control pulses are used to switch to the adjacent tap at an arbitrarily selected point in time "O" (FIG. 2) from the thyristors 11, 12 Relocated to the thyristors 9, 10. At the time of this switchover, the thyristors 11, 12 and the non-controlled valves 13, 14, as mentioned, flowed through by the operating current, When the thyristors 9, 10 are switched on, the short-circuit circuit arises for the winding part 20 via the thyristor 11, the non-controlled valve 13, the reactance coil 15 and the Thyristor 10. The short-circuit current increases in the time interval 1 up to the amplitude value of the current in the reactance coil, whereupon one of the thyristors 11 12, if necessary the thyristor 12 is switched off, and the reactance coil in the short circuit 15 is introduced, which limits the current to the desired size.

Der Schaltvorgang endet nach Ablauf der Zeit im Zeitpunkt der natürlichen Dutchschaltung des Thyristors 11.The switching process ends after the time has elapsed at the time of the natural Dutch connection of the thyristor 11.

Ähnlich erfolgt die Umschaltung auf beliebige andere Anzapfungen. Die Schaltung ermöglicht die Kommutierung von zwei beliebigen Anzapfungen. Die Gleichstromquelle wird in der Schaltung, wie erwähnt, bei ungenugend hoher Gute der Reaktanzspule 15 benötigt. Bei der Benutzung dieser Gleichstromquelle 15 wird der Einfluß der Schaltung auf die Betriebszustände des Energieversorgungssystems vollkommen eliminiert. Switching to any other taps takes place in a similar manner. The circuit enables any two taps to be commutated. The DC power source is in the circuit, as mentioned, in the case of an insufficiently high quality of the reactance coil 15 required. When using this direct current source 15, the influence of the Switching to the operating states of the energy supply system completely eliminated.

Die Strombegrenzungsfunktion der Einrichtung wird bei einem Kurzsohluß im Außenstromkreis ähnlich dem yklus der Umschaltung von Anzapfungen erfüllt. Fig. 2 zeigt den Strombgrenzungszyklus beim Kurzschlußwinkel # und bei dem zu erwartenden Kurzschlußstrom i. The current limiting function of the device is in the event of a short solenoid in the external circuit similar to the cycle of switching over taps. Fig. Figure 2 shows the current limiting cycle at the short-circuit angle # and the one to be expected Short circuit current i.

Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, wird während der ersten Halbperiode des Havriestromes in die Schaltung die Reaktanzspule 15 parametrisch engeführt, welche die Stromhalbwelle im Zeitabschnitt "00" begrenzt, der kleiner als die Netzfrequenzperiode ist, wobei sich an der Reaktanzspule 15 der Spannungsabfall U ergibt. Der strombegrenzungsgrad hängt von den gewählten Parametern der Reaktanzspule 15 ab. As can be seen from Fig. 2, during the first half period of the Havriestromes in the circuit, the reactance coil 15 is parametrically guided, which limits the current half-wave in the time segment "00", which is smaller than the mains frequency period is, the voltage drop U at the reactance coil 15 being obtained. The degree of current limitation depends on the parameters selected for the reactance coil 15.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (2)

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Einrichtung zur kontaktlosen Regelung und Strombegrenzung in Ensergieversorgungssystemen mit einem Umschalter, der aus vierarmigen mit steuerbaren und nichtsteuerbaren Ventilen bestückten Brückenschaltungen besteht, deren Vertile an die zur Regelung vorgesehenen Anzpfungen angeschlossen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t ,daß jede von diesen Regelungsanzapfungen (1?, 18, 19, 20) an die Belastung über die erwähnte vierarmige Umschalierbrucke angeschlossen ist, bei der zwei Arme die erwähnten gesteuerten Ventile (3, 4; 5, 6; durch 7, 81 9, 10; 11, 12) und zwei andere Arme durch nichtgesteuerte Ventile (13, 14) gebildet werden, die für alle Anzapfungen gemeinsam sind, wobei in der Brückendiagonale eins Reaktanzspule (15) liegt.P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Device for contactless control and current limitation in power supply systems with a changeover switch that turns off four-armed bridge circuits equipped with controllable and non-controllable valves exists whose Vertile is connected to the taps provided for regulation are, that is to say, that each of these control taps (1 ?, 18, 19, 20) to the load on the four-armed Umschalierbrucke is connected, in which two arms the mentioned controlled valves (3, 4; 5, 6; through 7, 81 9, 10; 11, 12) and two other arms through uncontrolled valves (13, 14) are formed, which are common for all taps, wherein in the Bridge diagonal one reactance coil (15) lies. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d' a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß in di6 erwähnte Brückendiagonale in Reihe mit der Reaktanzspule (15) eine Gleichstromquelle (16) eingeschaltet ist. 2. Device according to claim 1, d 'a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in di6 mentioned bridge diagonal in series with the reactance coil (15) a direct current source (16) is switched on.
DE19762659219 1975-12-30 1976-12-28 Circuit arrangement for contactless load switching Expired DE2659219C2 (en)

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