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WECHSELSTROMSCHALTEIRICHTUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine .'ie¢hselstromschalteinP richtung.
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Wechselstromschalteinrichtungen werden hauptsächlich in Schaltungen
zum kontaktlosen Schalten ohmseher-induktiver Belastungen, die ein ferromagnetisches
Material enthalten, verwendet.
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Bei häufigem Schalten einer ohmschen-induktiven Belastung, die ein
ferromagnetisches Material enthält, entstehen Schaltstörungen wegen der einseitig
gerichteten Magnetisierung des ferromagnetischen Materials. Diese Erscheinung wird
beispiels oder weise beim Schalten von Schweißtransformatorenv schnellwirkenden
elektromagnetischen Ventilen beobachtet. Sie wird dadurch erklärt, daß in eingeschaltetem
Zustand über die Belastung eine ungleiche Zahl von positiven und negativen Halbwellen
der Speisewechselspannung durchgeht. Hierbei entsteht eine
Gleichstromkomponente
irgendeiner Richtung, die eine Vormagnetisierung des ferromagnetischen Materials
in dieser Richtung hervorruft. Die einseitig gerichtete Vormagnetisierung vermindert
den induktiven Widerstand der Belastung für den Strom der gleichen Richtung, in
der das Material magnetisiert ist, ase zu einer Zunahme des mittleren Stromes über
die Belastung führt. Bei mehrfachen häufigen Schaltungen der Belastung wird der
Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskurve stets in einer Richtung verschoben und
der induktive Widerstand der Wicklung nimmt dermaßen ab, daß es zu einem Kurzschluß
und einem Ausfall sowohl der Schalteinrichtung als auch der Belastung kommen kann.
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Außerdem erreicht die Zahl der Stellorgane in der technologischen
Ausrüstung einige Dutzende. Bei Anwendung einer Einiaalschalteinrichtung wird die
steuerschaltung sehr kompliziert, da in jede Binrichtung eine Schaltung zur Synchronisierung
der Arbeit der Schalteinrichtung mit der Wechselstromspeisequelle eingeführt werden
muß. Dies bedingt die Anwendung von Wechselstromschalteinrichtungen zum unabhängigen
Schalten mehrerer ohmscher-induktiver Belastungen, die ferromagnetische Materialien
enthalten.
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ss ist eine Wechselstrom-Schalteinrichtung bekannt (s. zum Beispiel,
Urhebersohein der UdSSR Nr. 413623 vom 27.4.71), die ein Schaltelement enthält,
bei welchem der eine Ausgang an die Wechselstromspeisequelle angelegt ist, während
der andere Ausgang - an die Belastung gelegt ist, die auch an die Wechselstromquelle
angeschlossen
ist. Die Steuerelektrode des Schaltelementes wird mittels eines Schalters an einen
Steuersignal former angelegt. Der Schalter ist als elektormagnetisches Relais ausgeführt.
Parallel zur Steuerelektrode des Schaltelementes ist ein Schwellenwertelement geschaltet.
Das Schwellenwertelement ist mit einem Transistor ausgeführt, dessen Emitter und
Kollektor über einen Schalter an eine Gleichstrom-Speisequelle, die zum Steuersignalformer
gehört, angelegt und parallel zum bteuerkreis des Schaltelementes geschaltet sind.
Die Basis des Transistors ist über einen Widerstandsteiler an die Diagonalen einer
zum Schaltelement gehörenden Gleichrichterbrücke angelegt.
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Beim Anlegen der Spannung von der Wechselstrosquelle ist die WechselstromGchalteinrichtung
geschlossen, da kein Steuersignal anliegt. Beim Schließen der Kontakte des Schalters,
an dessen Eingang von außen ein Steuersignal von der Wechselstrom--Schalte inrichtung
angelegt ist, erscheint am Emitter-Kollektor-Ubergang des Transistors des Schwellenwertelementes
eine Spannung. Der Transistor ist über einen größeren Teil der Halbperiode der gleichgerichteten
Speisespannung offen, da die Spannung an der Basis des Transistors zum Offenen desselben
ausreicht, wobei der transistor den Steuerkreis des Schaltelementes @huntet.
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Beim Anliegen an der Transistorbasis einer nahezu Null gleichen Spannung
wird der Transistor am Anfang und am Ende der Halbperiode der gleichgerichteten
Speisespannung gesperrt und shuntet in diesem Augenblick nicht den Steuerkreis des
Schaltelementes,
an der Steuerelektrode erscheint ein Steuersignal,
das mit dem Anfang bzw. dem Ende der Halbperiode der gleichgerichteten Speisespannung
synchronisiert ist. Das Einschalten des Schaltelementes erfolgt synchron mit dem
Nulldurchgang der Speisespannung. Das Abschalten des Schaltelementes erfolgt beim
Nulldurchgang des Belastungsatromes in der positiven bzw. negat iven Halbperiode.
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Die genannte Schalteinrichtung beseitigt nicht das Auftreten von
Schaltstörungen, die mit der Entstehung einer Gleichstromkomponente im Belastungskreis,
der ein ferromagnetisches Material enthält, bei großer Schalthäufigkeit verbunden
ist, da du:c die Zahl der die Belastung gegangenen positiven Halbwellen der Zahl
der negativen Halbwellen nicht gleich ist. Außerdem ist die Einrichtung nicht befähigt,
mehrere ohmsche-induktive Be-Belastungen zu schalten und ein Fehlansprechen zu beseitigen.
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Bekannt ist auch eine Wechselstromschalteinrichtung, die einen an
eine Wechselstroiquelle angelegten Wechselstromgleichrichter enthält, wobei dieser
an ein Schewellenwertelement angeschlossen ist, dessen Ausgang elektrisch mit einem
Former zur Erzeugung eines Signals zta Einschalten eines Schalteleientes in Verbindung
steht, während der Ausgang des Formers an den Steuereingang des Schaltelementes,
dessen anderer Eingang an die Wechselstromquelle und der Ausgang, der als Ausgang
der Wechselstromschalteinriohttmg dient, an die Belastung angeschlossen sind, angelegt
ist (s. zum Beispiel USA-Patentschrift
Als Schaltelement wird ein
symmetrischer Thyristor mit zweiseitig gerichteter Kennlinie benutzt. Der EinschaltsignalBor
mer ist in Transformatorverstärkerschaltung mit einem Transistor ausgeführt. Die
Einrichtung enthält auch einen monostabilen Multivibrator und ein Differenzierglied.
Der Former ist an den Ausgang des monostabilen Multivibrators angelegt. Der monostabile
Multivibrator ist mit zwei Transistoren ausgeführt, wobei als Ausgang ein im Smitterkreis
eines der Transistoren liegenderwiderstand dient. Die Kapazität des in einer der
Rückkopplungen des monostabilen Multivibrators liegenden Kondensators bestimmt zusammen
mit dem Widerstand die Dauer des Ausgangssignals. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators
steht mit dem Ausgang des Dirferenziergliedes, das den Multivibrator auslöst, in
Verbindung. Das Differenzierglied ist mit dem Ausgang eines Schalters verbunden,
an dessen Eingang ein Fremdsteuersignal durch die Wechselstromschalteinheit gegeben
wird.
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Der Eingang des Differenziergliedes steht mit dem Ausgang des Schwellenwertelementea,
dessen Eingang an die Gleichrichterbrücke angelegt ist, in Verbindung. Die Trans
istorbasis ist über einen Widerstand an den Ausgang der Gleichrichterbrücke und
die Gleichstromspeisequelle zur Gewinnung einer Vorspannung an der Transistorbasis
angelegt.
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Der Transistor des Schwellenwertelementes ist den größeren Teil der
Halbperiode der gleichgerichteten Spannung offen und am Ende der einen und am Anfang
der nächsten Halbperiode gesperrt.
Am Ausgang des Schwellenwerteleinentes
wird ein Rechteckimpuls formiert, dessen Dauer durch die Ansprechschwelle dieses
Blementes bestimmt und durch die Vorspanaung vorgegeben wird. Vom Ausgang des monostabilen
Multivibrators wird der Impuls auf den Eingang des Einschaltsignalformers gegeben.
Der Steuerimpuls steuert das Schaltelement in den offenen Zustand um und schaltet
die Belastung ein. Das Ansprechen des Schaltelemen tes erfolgt synchron mit dem
Nulldurchgang der Speisespannung.
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Beim Abschalten des Fremdsteuersignals durch die Wechselstromschalteinrichtung
zu einem gewissen Zeitpunkt wird das Schaltelement beim Nulldurchgang des Belastungsstromes
eingeschaltet.
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Dies kann sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle
der Speisespannung geschehen.
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Die erwähnte Wechselstromschalte inrichtung beseitigt nicht die Schaltstörungen,
die mit der Entstehung einer Gleichstroskomponente im Belastungskreis, der ein ferromagnetisches
Material enthält, verbunden sind, da die Zahl der positiven Halbwellen, die die
Belastung passiert haben, im allgemeinen Falle nicht der Zahl der negativen Halbwellen
gleich ist. Diese Einrichtung sichert auch nicht die Schaltung mehrerer Belastungen
und ist nicht vor Fehlansprechen geschützt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schalteinrichtung derart
zu ändern, daß ein Einschalten des Schaltelementes beim Spannungsnulldurchgang und
ein Abschalten desselben nach dem Durchgang einer ganzen Zahl von Wellen durch die
Belastung
sowie eine Beseitigung des Fehlansprechens des
und ein Schalten mehrerer Belastungen gesichert ist.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, dass bei der Wechselstromschalteinrichtung,
die einen an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Gleichrichter enthält, dessen
Ausgang an ein Schwellenwertelement angelegt ist, welches mit einem Former zur Erzeugung
eines Einschaltsignals für das Schaltelement elektrisch gekoppelt ist, wobei der
Ausgang des Formers mit dem Steuereingang des Schaltelementes, dessen anderer Eingang
t:n die Wechselstromquelle angelegt ist, in Verbindung steht, während sein Ausgang
an die Belastung angelegt ist, gemass der Erfindung die elektrische Kopplung des
Schwellenwe telementes mit dem Einschaltsignalformer, die das Einschalten des Schaltelementes
bein Fulldurchgang der Spannung @@@ @@@@@@ @@@@@ ganzen Zahl von Wellen durch die
Belastung sichert, mittels eines Kreises, bestehend aus einer logischen Verhinderungss-haltung,
deren erster Eingang an den Ausgang des Schwellenwe. telementes angelegt ist, zweier
logischer Koinzidenzs haltungen, wobei der erste Eingang einer dieser Koinzidenzschaltungen
an den Ausgang der logischen Verhinderungsschaltung angeschlossen ist, während der
andere Eingang als Steu-reingang der gesamten Einrichtung dient, und der erste Eingang
der anderen logischen Koinzidenzschaltung mit dem Ausgang der logischen Verhinderungsschaltung
verbunden ist, einem Inverter, dessen Eingang an den Steuereingang der Wechselstromschalt
einrichtung und der Ausgang - an den zweiten Eingang der zweiten logischen Koinzidenzscahltung
angelegt sind, einem Trigger, an dessen Einer- und Nulleingänge jeweils die Ausgang
beider logischer Koinzidenzschaltungen angelegt sind und dessen Ausgang mit dem
Former zur Erzeugung eines Einschaltsignals für das Schaltelement in Verbindung
steht, wobei an den Ausgang des Gleichrichters eine Spannungsbegrenzwigs schaltung
angelegt ist , deren Ausgang mit dem
Verhinderungsschaltung in Verbindung steht, realisiert ist.
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Es ist zweckmäßig, daß die elektrische Kopplung des Schwellenwertelementes
mit dem Einschaltsignalformer mittels eines Kreises, bestehend aus einer logischen
Verhinderungsschaltung, deren erster Eingang an den Ausgang des Schwellenwertelementes
angelegt ist, einer logischen UND-NICHT-SchPltung, deren erster Eingang mit dem
Ausgang der logischen Verhinderungsschaltung in Verbindung steht, während der zweite
Eingang als Steuereingang der Wechselstromeinrichtung dient, einer weiteren logischen
UND-NICHT-Schaltung, deren erster Eingang mit dem erwähnten Ausgang der logischen
Verhinderungsschaltung in Verbindung steht, einem Inverter, dessen Eingang an den
Steuereingang der Wechselstromschalteinrichtung und der Ausgang -an den zweiten
Eingang der zweiten logischen UND-NICHT-Schaltung angelegt sind, einem Trigger mit
zwei logischen UND-NICHT-Schaltungen, wobei der erste Eingang der ersten dieser
Schaltungen mit dem Ausgang der zweiten Schaltung, der Ausgang der ersten logischen
UND-NICHT-Schaltung mit dem zweiten Eingang der ersten logischen UND-NicHT-Schaltung,
der Ausgang der zweiten logischen WID-Schaltung mit dem zweiten Eingang der zweiten
logischen UND-§ICHT-Schaltung, der Ausgang der ersten logischen UND-NICHT-Schaltung
- mit dem ersten Eingang der zweiten logischen UND-NICHT-Schaltung und dem Einschaltsignalformer
in Verbindung stehen, während der Eingang der Spannung begrenzungsschaltung an den
Ausgang des Gleichrichters und ihr Ausgang - an den zweiten Eingang der logischen
Verhinderungsschaltung
angelegt sind, realisiert wird.
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iss ist nützlich, daß zusätzlich zumindest ein Schaltelement zum
Schalten einer weiteren Belastung vorgesehen ist, das in Reihe mit einem Former
zur Ereugung eines Einschaltsignals für das Schaltelement geschaltet ist, wobei
an den Eingang des erwähnten Formers ein elektrischer Kreis bestehend aus zwei Koinzidenzschaltungen,
bei welchen einer ihrer Eingänge mit dem Ausgang der logischen Verhinderungsschaltung
in Verbindung steht, einem Inverter, dessen Eingang als zusätzlicher Steuereingang
der Wechselstromschalteinrichtung dient, während sein Ausgang mit dem zweiten Eingang
der zweiten logischen Koinzidenzschal-Eng in Verbindung steht, einem Trigger, dessen
Einer- und Nulleingänge jeweils mit den Ausgängen der erwähnten logischen Koinzidenzschaltungen
und sein Ausgang mit dem Einschaltsignalformer in Verbindung stehen, angeschlossen
ist.
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Es ist vorteilhaft, daß die Einrichtung auch in reihe geschaltet
ein Integrierelement und ein Schwellenwertelement enthält, wobei der Eingang des
Integrierelementes an eine Gleichstromquelle und der Ausgang des Schwellenwertelementes
- an den Eingang jedes Einschaltsignalformers angelegt sind.
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Es ist zweckmäßig, daß das Integrierelement in Reihe geschaltet einen
Widerstand und einen Kondensator enthält, deren Mittelpunkt an den Widerstand des
Schwellennertelementes gelegt ist, welcher mit dem Eingang der logischen UND-NICHT-Schaltung
in Verbindung steht, wobei der Ausgang der erwähnten UND--NICH?-Schaltung mit dem
Eingang der anderen logischen UND--NICHT-Schsltung, deren Ausgang über einen mit
einer Diode in
Reihe geschalteten Widerstand an den Eingang der
ersten logischen UND-NICHT-Schaltung angelegt ist, in Verbindung steht.
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Die erfindungsgemäße Wechselstromschalteinrichtung gestattet die
unabhängige Einschaltung mehrer ohmscher-induktiver Belastungen. Die Schalteinrichtung
schließt ein Behlansprechen des Schaltelementes beim Einschalten der Gleichstromquelle
aus und verhindert Schaltstorungen während des Betriebes durch Beseitigung der einseitig
gerichteten Vormagnetisierung des ferromagnetischen Materials der Belastung.
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Im folgenden wird die Erfindung durch ein konkretes Ausführun6sbeispiel
mit Bezugsnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 -
Blockschema einer Wechselstromschalteinrichtung zum Schalten einer einzigen Belastung,
gemäß der Erfindung; Fig. 2 - Prinzipschaltbild einer Schalteinrichtung mit logischen
UND-NICHT-Elementen, gemaß der Erfindung; Fig. 3 - Blockeschema einer Einrichtung
zum Schalten mehrerer Belastungen, gemäß der Erfindung; Fig. 4 a, b, c, d, e, f,
g, h, i, k, 1 - Kurven der Spann ungen an den Ausgängen der Elemente der Schalteinrichtung,
gemäß der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Wechselst romschalte inr icht ung enthält einen
an eine Wechselstromquelle 1 angeschlossenen Gleichrichter 2. Der Ausgang 3 des
Gleichrichters 2 ist an ein Schwellenwert element 4 angeschlossen, dessen Ausgang
5 elektrisch mit einem Former 6 für ein Schaltelementeinschaltsignal verbunden ist.
Der Ausgang 7 des Formers 6 ist mit dem Steuereingang 8
eines Schaltelementes
9 verbunden, dessen anderer Eingang 10 an die Wechselstromspeisequelle 1 angeschlossen
ist. Der Ausgang 11 des Schaltelementes 9 dient als Ausgang der Wechaelstromschalteinrichtung
und ist an eine Belastung 12 angeschlossen, die auch mit der Wechselstromquelle
1 in Verbindung steht.
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Die elektrische Kopplung des Schwellenwertelementes 4 mit dem Einschaltsignalformer
6 wird mittels eines Kreises, bestehend aus einer logischen Verninderungsschaltung
13, deren erster Eingang 14 als Verbotseingang gilt und an den Ausgang 5 des Schwellenwertelementes
4 angelegt ist.
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Die Einrichtung enthält auch eine logische Koinzidenzschaltung 15,
deren erster Eingang 16 mit dem Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung
13 verbunden ist, während der zweite Eingang 18 als Steuereingang der Wechselstrorschalteinrichtung
dient.
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Die Einricntung enthält eine zweite logische Koinzidenzschaltung,
deren erster Eingang 20 mit dem erwähnten Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung
13 in Verbindung steht, und einen Inverter 21, dessen Eingang 22 an den Steuereingang
der Wechselstromschalteinrichtung angelegt ist. Der Ausgang 23 des Inverters 21
steht mit dem zweiten Eingang 24 der zweiten logischen Koinzidenzschaltung 19 in
Verbindung.
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Die Einrichtung enthält auch einen Trigger 25, dessen Einereingang
26 mit dem Ausgang der logischen Koinzidenzßchaltung 15 verbunden ist, während an
den Nulleingang 27 der Ausgang der zweiten logischen Koinzidenzschaltung 19 angelegt
ist. Hierbei ist der Ausgang des Triggers 25 an den Eingang 28
des
Einschaltsignalformers 6 angelegt. An den Ausgang 3 des Wechselstromgle ichrichters
2 ist mit ihrem Eingang 30 eine SpPnnungsbegrenzungsschaltung 29 angelegt, während
sie mit ihrem Ausgang 31 an den zweiten Eingang 32 der logischen Verhinderungsschaltung
angeschlossen ist.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wechselstromschalteinrichtung
mit logischen UND-NICHT-Schatllngen.
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Bei dieser Ausführung ist der Ausgang 23 des Inverters 21 an den zweiten
Eingang 33 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 angelegt, während der zweite Eingang
35 der logischen UND-NICHT-Schaltung 36 als Eingang der Wechselstromschalteinrichtung
dient.
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Der Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung 13 steht mit
dem Eingang 37 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 und dem Eingang 38 der logischen
UND-NICHT-Schaltung 36 in Verbindung.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Trigger 25 mit zwei logischen
UND-NICHT-Schaltungen 39,40 ausgeführt. Der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung
39 des Triggers 25 ist mit dem ersten Eingang 41 der logischen UND-NICHT-Schaltung
40 des Triggers 25, der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 mit dem zweiten
Eingang der logischen UND-NICHT-Schaltung 39, der Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung
36 - mit dem zweiten Eingang der logischen UND;NICHT-Schaltung 40, der Ausgang der
logischen UND-NICHT-Schaltung 40, der als Ausgang des Triggers 25 dient - mit dem
ersten Eingang der logischen UND--NICHT-Schaltung 39 verbunden.
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An den geerdeten Ausgang der Wechselstromquelle 1 ist die
Belastung
12, die einen gemischten ohmschen-induktiven Widerstand darstellt, angeschlossen.
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Bei der beschriebenen Ausführungsvariante ist das Schaltelement 9
mit zwei gegenparallel geschalteten Thyristoren 42 ausgeführt. Es ist auch eine
Variante möglich, bei der als Schaltelement 9 symmetrische Thyristoren bzw. Transistoren
benutzt sind. Die Anodenkreise der Thyristoren 42 sind durch die Widerstände 43
und die Kondensatoren 44, die Steuerkreise - durch die Widerstände 45 zur Erhöhung
der Funktionesicherheit bei lmpulestörungen im Stromnetz und zur Erleichterung der
Ausschaltbedingungen geshuntet.
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Die Eingänge der Steuerelektroden der Thyristoren 42 sind an den
Ausgang 7 des Einschaltsignalformers 6 angelegt.
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Der Einschaltsignalformer 6 enthält zwei Optothyristoren 46, bei
welchen als Eingänge Photodioden, die über Widerstände 47 an die Gleichspannungsquelle
(in Fig. 2 nicht gezeigt) angeschlossen sind, dienen. An die Photodioden sind jeweils
die Ausgänge zweier Inverter 48 angelegt. Die Eingänge der Inverter 48 sind miteinander
verbunden und dienen als Eingang 28 des Formers 6.
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Es ist auch eine andere Ausführungsform des Formers 6 möglich, bei
welcher in seiner Schaltung ein Verstärker mit einem Transistor und einem Trennkondensator
als Kollektorbelastung benutzt sind. In diesem Falle werden die Sekundärwicklungen
des ransformators direkt bzw. über Zwischenelemente an den Steuereingang 8 des Schaltelementes
9 angeschlossen.
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Der Inverter 21 ist als UND-NICHT-Schaltung ausgeführt, bei der nur
ein Eingang benutzt ist.
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Die logische Verhinderungsschaltung 13 ist mit einem Inverter 49,
einem Transistor 50 und Widerständen 51, 52, 53, 54 ausgeführt. Der Widerstand 51
ist an den Eingang 32 der logischen Verhinderungsschaltung 13 angelegt, Der Verbotseingang
14 der logischen Verhinderungsschaltung 13 ist über den Widerstand 52 an die Basis
des Transistors 50 angelegt. Die Anode eines Dynistors 55 ist über einen Widerstand
56 an den Eingang 30 der Spannungsbegrenzungsschalters 29, die mit einem Widerstand
57 und einer Zenerdiode 58 ausgeführt ist, angelegt.
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Der Gleichrichter 2 stellt einen Etinweggleichrichter mit einer Diode
59 dar.
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Soll der gemeinsame Mittelpunkt der Schaltung (bei der beschriebenen
Ausführungsform ist der gemeinsame Mittelpunkt geerdet) vom Wechselstromnetz entkoppelt
sein, so wird der Gleichrichter 2 mit einem Trenntransformator (in Fig. 2 nicht
gezeigt), der mit der Primärwicklung an die Wechselstromquelle 1, mit einem Ende
der Sekundärwicklung an die Diode 59 des Glei-.
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richters 2 angelegt ist, während das andere Ende der Transformatorsekundärwicklung
geerdet ist.
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Zum unabhängigen Schalten mehrerer Belastungen ist eine Wechselstromschalteinrichtung
gemäß Fig. 3 vorgeschlagen. Die Einrichtung enthält zusätzlich zwei Schaltelemente
60 und 61 zum Schalten der Belastungen 62 und 63. An die Eingänge der Schaltelemente
60 und 61 sind zusätzliche Former 64 und 65 zur
hkzeugung von Einschaltsignalen
für die Schaltelemente angeschlossen. An die Eingänge jedes Formers ist ein elektrischer
Kreis, bestehend aus Triggern 66 und 67, angeschlossen. An die Einereingänge und
Nulleingänge der Trigger 66 und 67 sind jeweils die logischen Koinzidenzscahltungen
68 und 69, 70 und 71 angeschlossen. Die zweiten Eingänge 72, 73 der logischen Koinzidenzschaltungen
69 und 71 sind zusätzliche Steuereingänge der Wechselstromschalteinrichtung und
sichern eine unabhängige Zuschaltung der Belastungen 62 und 63 an das Speisenetz.
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uie zweiten Eingänge der logischen Koinzidenzschaltungen 68 und 70
sind an die Ausgänge der entsprechenden Inverter 74 und 75, deren Eingänge mit den
entsprechenden Eingängen 72, 73 der logischen Koinzidenzschaltungen 69, 71 in Verbindung
stehen, angelegt.
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Fig. 3 zeigt auch das Blockschema einer Einheit zum Schutz der Schalteinrichtung
vor Fehlansprechen, die ein Integrierelement 76, an dessen Eingang 77 die Gleichstromspeisequelle
(in Fig. 3 nicht gezeigt) angelegt ist, und ein Schwellenuertelement 78, das mit
dem Integrierelement 76 in Verbindung steht, enthält. Der Ausgang 79 des Schwellenwertelementes
78 ist an die zweiten Eingängen 80 der Einschaltsignalforier 6, 64, 65 angelegt.
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Das Integrierelement 76 (Fig. 2) ist mit einem Widerstand 81 ausgefüürt,
der in Reihe mit einem Kondensator 82, dessen anderer Anschluß geerdet ist, geschaltet
ist.
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Der Ausgang des Integrierelementes 76 ist mit eine am
Eingang
des Scnwellenwertelementes 78 liegenden Widerstand 83 verbunden. Das Schwellenwertelement
ist mit zwei in Reihe geschalteten Invertern 84 und 85 ausgeführt. Der Ausgang des
Inverters 85 ist über einen Widerstand 86 an die Anode einer Diode 87 gelegt, deren
Katode mit dem Eingang des Inverters 84 in Verbindung steht. Der Ausgang des Schwellenwertelementes
78 ist an den zweiten Eingang 80 des EinschaltsignalBormers 6 angeschlossen.
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Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Wecheelstromschalteinrichtung
sind in Fig. 4 die Kurven der Spannungen und die Pegel der logischen Signale an
den Eingängen und Ausgängen der Blemente der Einrichtung gezeigt, wobei in der Abszissenachse
die Zeit und in der Ordinatenachse die Spannung abgetragen sind. Fig. 4 a zeigt
die Spannung am Ausgang der Wechaelstromquelle 1; Fig. 4 b - die Spannung am Ausgang
3 des Gleichrichters 2, Fig. 4 c - die Impulse am Ausgang 5 des Schwellenwertelementes
4, Fig. 4 d - die Impulse am Ausgang 31 der Begrenzungsschaltung 29; Fig. 4 e -
Impulse am Ausgang 17 der logischen Verbinderungsschaltung 13, Fig. 4 f - die Spannung
an dem Steuereingang der Schalteinrichtung, die an den Steuereingang während der
Zeit tl - t2 anliegt, Fig. 4 g - die Impulse am Ausgang der logischen UND-NIcHT-Schaltung
36, Fig. 4 h - die Spannung am Ausgang 23 des Inverters 21, Fig. 4 i - die Spannung
am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltllng 34, Fig. 4 k - die Spannung am Ausgang
des Triggers 25 ; Fig. 4 1 - die Spannung an der Belastung 12~
Die
Wechselstromschalteinrichtung funktioniert wie folgt.
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Die Spannung (Fig. 4 a ) der iechselstrosquelle 1 (Fig. 2) wird durch
den Einweggleichrichter 2 gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung (Fig.
4 b) dem Eingang 30 (Fig. 2) der Begrenzungsschaltung und dem Eingang des Schwellenwertelementes
4 zugeführt. Am Ausgang 31 der Schaltung 29 ergibt sich eine Spannung (Fig. 4d),
die bis auf die Höhe , bei der die logische Verhinderungsschaltung 13 (Fig. 2) funktioniert,
begrenzt ist.
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Vom Ausgang 31 der Begrenzungsschaltung 29 gelangt die begrenzte
Spannung (Fig. 4 d ) über die Widerstände 51 und 52 zur Basis des Transistors 50
(Fig. 2) der logischen Verhinderungsschaltung 13. Beim Ausbleiben eines Verbotssignals,
das von dem Ausgang 5 des Schwellenwertelementes 4 auf den Eingang 14 der logischen
Verhinderungeschaltung 13 gegeben wird, wird der transistor 50 am Anfang der positiven
Halbwelle der Sinusspannung geöffnet und bleibt bis zum Zeitpunkt offen, wo die
Sinusspannung gleich Null wird bzw. bis zum Erscheinen eines Verbotcsignals am Eingang
14 der Verhinderungsschaltung 13.
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Das vom Kollektor des Transistors 50 eintreffende Signal wird durch
den Inverter 49 invertiert, wonach es zum Ausgang 17 der logischen Verhinderungsschaltung
13 gelangt.
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Bei einer Spannung an der Anode des Dynistors 55, die gleich der
Ansprechschwelle ist, wird der letztere geöffnet und die Spannung an seiner Anode
fällt auf einen nahezu Null gleichen Wert ab. bas niedrige Spannungsniveau (Fig.
3 c) am Ausgang
5 (Fig. 2) aes Scnwellenwertelementes 4 gilt als
Verbotssig nal für die logische Verhinderungsschaltung 13. Beim Erscheinen dieses
Signals wird der Transistor 50 gesperrt und an seinem Ausgang tritt eine Spannung
(Fig. 4 e ) Zeit, deren Niveau einer logischen Null entspricht.
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Somit gestatten es die Spannunosbegrenzungsschaltung 29 (Fig. 2),
das Schwellenwertelement 4 und die logische Verhinderungsschaltung 13 Synchronisierimpulse
von erforderlicher Dauer, die einer logischen Eins entsprechen, zu Beginn jeder
positiven Halbwelle der Spannung der Qechselstromquelle 1 zu erhalten.
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Soll das Schaltelement 9 eingeschaltet werden, so wird auf den Eingang
der Schalteinrichtung zum Zeitpunkt tl (Fig. 4 f) ein Einschaltsignal, das einer
logischen Eins entspricht, gegeben.
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Hierbei erscheint am Eingang 35 (Fig. 2) der logischen UND-NICHT-Schaltung
36 eine logische Eins und am Eingang 33 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 eine
logische Null. Auf die zweiten Eingänge 38 und 37 der logischen Schaltungen 36 und
34 werden über die gesamte Arbeitszeit der Schalteinrichtung Synchronisierimpulse
(Fig. 4 e ) gegeben. Am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 (Fig. 2) erscheint
eine logische Eins, die auf den Eingang 26 des Triggers 25 gegeben wird. Im Laufe
der Zeit it tl - t2 liegen am Ausgang der UND-NICHT-Schaltung 36 einer logischen
Null entsprechende Impulse an, die auf den Eingang 27 (Fig. 2) des 'L'riggers 25
gegeben werden und diesen zum Zeitpunkt t4 (Fig. 4 k) in einen Zustand umsteuern,
bei
welchem an seinem Ausgang eine logische Eins anliegt. Hierhei werden die Photodioden
der Optothyristoren 46 (Fig.2) eingeschaltet, welche die Optothyristoren einschalten,
wobei die letzteren die Thyristoren 42 des Schaltelementes 9 einschalten. Die Gegenparalleischaltung
der Thyristoren 42 sichert den Durchgang des Sinusstromes (Fig. 4 1) durch das Schaltelement
9 (Fig. 2) und die Belastung 12.
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Soll das Schaltelement 9 abgeschaltet werden, so wird auf den Eingang
zum Zeitpunkt t2 (Fig. 4 f) ein Abschaltsignal, das einer logischen liull entspricht,
gegegen. Hierbei erscheint am Eingang 35 (Fig. 2) der logischen UND-NICHT-Schaltung
36 eine logische Null und am Eingang 33 der logischen UND-NICHT-Schaltung 34 eine
logische Eins. Auf die zweiten Eingänge 38 und 37 der logischen UND-NICHT-Schaltungen
werden weiterhin Synchronisierimpulse gegeben. Am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung
36 erscheint eine logische Eins, die zum Eingang 27 des Triggers 25 gelangt. Zum
Zeitpunkt t5 (Fig. 4 k) erscheint am Ausgang der logischen UND-NICHT-Schaltung 34
(Fig. 2) ein der logischen Eins entsprechender Impuls, der auf den Eingang 26 des
Triggers 25 gegeben wird und diesen in einen Zustand umgesteuert, bei welchem an
seinem Ausgang eine logische Null anliegt.
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Hierbei werden die Photodioden der Optothristoren 46 und die Optotyristoren
46 selbst abgeschaltet, was zum Abschalten der Tyristoren 42 des Schaltelementes
9 nach dom Durchgang der
negativen Halbwelle des Stromes von der
Xechselstromquelle 1 führt.
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Beim Einschalten der Gleichstromquelle (in Fig. 2 nicht gezeigt)
kann infolge der in den verschiedenen Elementen der Schaltung entstehenden Übergansvorgänge
und bei willkurlichem Anfangszustand des Triggers 25, der sich in einem solchen
Zustand befinden kann, bei welchem am Eingang 28 des Binschaltsignalformers eine
logische Eins anliegt, ein Fehlansprechen s geschehen, beispielweise ein Einschalten
des Schaltelementes 9 für die Dauer des Bargangsvorganges. Die dauer des t;bergangsvorganges
wird durch die Zeitkonstante des Filters der Gleichstromquelle beeinfluBt.
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Zum Ausschließen eines iehlansprechens wird die Spannung der Gleichstromspeisequelle
an den Eingang 77 des Integrierelementes 76 angelegt. Beim Einschalten der Gleichspannungsquelle
steigt die Spannung am Kondensator 82 und somit am Ausgang des Integrierelementes
?6 mit einer größeren Zeitkonstante als an seinem Eingang an. Demzufolge erreicht
die Spannung am Eingang des Schwellenwertelementes 78 den Schwellenwert nur nach
Ablauf des Ubergangsvorganges in der Wechselstromschalteinrichtung.
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während des Übergangsvorganges ist die Spannung am Kondensator 82
nahezu gleich Null. Hierbei entspricht am Ausgang des Inverters 84 das Spannungsniveau
einer logischen Eins und am Ausgang des Inverters 84 - einer logischen Null. Dies
führt dazu, daß der Einschaltsignalformer 6 über die gesamte Dauer
des
Übergangsvorganges unabhängig von dem Niveau des eingangssignals den Bingang 28
des Formers 6 gespeist tut.
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Sobald die Spannung am Kondensator 82 eine zum Umsteuern des Schwellenwertelementes
78 ausreichende Hohe erreicht hat, erscheint am Ausgang 79 des Schwellenwertelementes
78 eine logische Eins. Dank der Rückkopplung, die über den Widerstand 86 und die
Diode 87 realisiert wird, findet eine schnelle Umsteuerung des Schwellwertelementes
78 ohne Verzögerung des Übergansvorganges statt. Das Auftreten einer logischen Bins
am Eingang 80 des Forners 6 ermöglicht die Steuerung desselben über den Bingang
28 in Abhängigkeit von den Signal am Steuereingang der Wechselstromschalteinrichtung.
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Beim unabhängigen Schalten mehrerer Belastungen 12 (Fig. 3) 62, 63
wird der Ausgang 79 des Schwellenwertelementes 78 an die Eingänge 80 der Former
6, 64, 65 angelegt.
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Sait eroglicht die Wechselstromschalteinrichtung das an abhängige
Einschalten mehrerer ohmscher-induktiver Belastungen beim Nulldurchgang der Halbwelle
einer Richtung der Sinusspannung und das Abschalten der Belastung nach da Durchgang
der Stromhalbwelle von uggekehrter Richtung durch die Thyristoren des Schaltelerentea,
was eine einseitig gerichtete Vormagnetisierung des ferrmagnetischen Materials der
Belastung völlig ausschließt.