DE3205949C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare Dreieck­ schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art.

Eine solche steuerbare Dreieckschaltung ist aus der DE-OS 30 29 703 bekannt. Diese Dreieckschaltung kann aus einer Sternschaltung gebildet werden, wozu Verbindungspunkte zwischen der jeweiligen Last und dem mit ihr in Reihe geschalteten Steller mit einem Sternsteller zu verbinden sind, der seinerseits wiederum aus drei Thyristorpaaren in Antiparallelschaltung gebildet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine steuerbare Dreieck­ schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art so weiterzubilden, daß das zeitliche Integral der Spannung an der Last erhöht wird.

Bei einer steuerbaren Dreieckschaltung der genannten Art ist die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe dieser weiteren Steller kann der Effektivwert der an der Last liegenden Spannung erhöht werden, da der einer Last jeweils zugeordnete weitere Steller immer dann durchgeschaltet wird, wenn das an ihm anliegende Poten­ tial höher ist als das am dieser Last zugeordneten ersten Steller.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Dreieckschaltung,

Fig. 2 bis 4 für sich bekannte weitere Stellerschal­ tungen, die mit der in Fig. 1 gezeigten Dreieck­ schaltung zu verbinden sind, mit denen eine lastseitige Stern-Dreieck-Umschaltung ausführbar ist,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dreieckschaltung, bei der der jeweilige weitere Steller gemeinsam mit dem Steller angesteuert wird, mit dem er über einen Eckpunkt verbunden ist,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dreieckschaltung, bei dem der jeweilige weitere Steller gemeinsam mit dem Steller angesteuert wird, mit dem er über die dem jeweiligen Eckpunkt gegenüberliegende Verbindung verbunden ist,

Fig. 7 und 8 den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und 6 jeweils entsprechende Schaltungen, bei denen die jeweils gemeinsam angesteuerten Steller zu einem antiparallelen Thyristorpaar und zwei Dioden­ paaren zusammengefaßt sind,

Fig. 9, 10 und 11 graphische Darstellungen zur Erläute­ rung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Drei­ eckschaltung.

Nach Fig. 1 sind zwischen den Eckpunkten R und S die Last 2 und der Steller 112, zwischen den Eckpunkten S und T die Last 3 und der Steller 123, und zwischen den Eckpunkten T und R die Last 1 und der Steller 131 angeordnet. Gemäß der Erfindung ist je ein weiterer Steller vorgesehen zwischen dem Eckpunkt R und der ihm gegenüberliegenden Verbindung A zwischen der Last 3 und dem Steller 123, ebenso zwischen dem Eckpunkt S und der ihm gegenüber­ liegenden Verbindung B zwischen der Last 1 und dem Steller 131 sowie zwischen dem Eckpunkt T und der ihm gegenüberliegenden Verbindung C zwischen der Last 2 und dem Steller 112. Je nach der Ansteuerung der Steller ist es nun möglich, eine der beiden vorstehend angegebenen Alternativen der Lösung zu verwirklichen.

Fig. 5 zeigt die Alternative, bei der der weitere Steller gemeinsam mit dem Steller angesteuert wird, mit dem er über den Eckpunkt verbunden ist. Bei gleichzeitiger Ansteuerung der Steller 112 und 113 wird in herkömmlicher Weise durch den Steller 112 die Last 2 zwischen den Phasen R und S gesteuert, dies ergibt bei Aussteuerung an der Last 2 die durch die verkettete Spannung bestimmte und begrenzte Lastspannung. Da aber erfindungsgemäß gemeinsam, d. h. in vorgegebener zeitlicher Relation, mit dem Steller 112 der Steller 113 angesteuert wird, tritt zwischen den Phasen R und T an der Last 3 eine zu­ sätzliche Lastspannung auf. Da nun hinsichtlich der Lasten 3 und 1 bzw. 1 und 2 phasenverschobene entsprechende Zustände herrschen, kann dem Lastdreieck 1, 2, 3 insgesamt eine höhere Leistung entnommen werden.

Fig. 6 zeigt die Alternative, daß die weiteren Steller gemeinsam mit den Stellern angesteuert werden, mit denen sie jeweils über die dem Eckpunkt gegenüberliegende Verbindung verbunden sind. Bei gleichzeitiger Ansteue­ rung der Steller 131 und 121 wird in herkömmlicher Weise durch den Steller 131 die Last 1 zwischen den Phasen R und T gesteuert, wiederum bei Aussteue­ rung bis an die durch die verkettete Spannung begrenzte Höchstspannung an der Last 1. Erfindungsgemäß wird aber gemeinsam mit dem Steller 131 der Steller 121 angesteuert, und über ihn fließt ein zusätzlicher, durch die Phasenverschiebung bestimmter Strom zwischen den Phasen R und S, so daß an der Last 1 wiederum eine erhöhte Leistung zur Verfügung steht.

Entsprechend der Ausbildung der Ansteuerung hat man die Wahl zwischen den beiden Alternativen, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind, ohne weiteren Eingriff in die Schaltung. Bestehen dabei die Steller aus anti­ parallelen Thyristorpaaren oder Triacs, so ist die Möglichkeit gegeben, die jeweils in Betracht kommenden Stellerpaare nach Zündzeitpunkt und Brenndauer versetzt zu steuern. Da die weiteren Steller 113, 121 und 132 wegen der zu vermeidenden Kurzschlüsse nicht voll ausgefahren werden, kön­ nen sie kleiner dimensioniert werden als die Steller 112, 123 und 131.

Bei Betriebsbedingungen, unter denen ein Wechsel zwischen den beiden Al­ ternativen und eine unterschiedliche Ansteuerung einander zugeordneter Steller nicht erforderlich ist, können in Weiterbildung der Erfindung ge­ meinsam gesteuerter Steller zu einem antiparallelen Thyristorpaar mit ge­ meinsamen Eingang und mit zwei parallelen gleichsinnig zu dem Thyristor liegenden Dioden am Ausgang jedes Thyristors zusammengefaßt werden. Dies führt zu einer erheblichen Verbilligung sowohl bei den Bauelementen für die Steller als auch in der Ansteuerung.

Die Fig. 7 und 8 zeigen so ausgerüstete Schaltungen analog zu den der Fig. 5 und 6. So sind zum Beispiel die Steller 112 und 113 nach Fig. 5 in Fig. 7 zu dem antiparallelen Thyristor 110 und den beiden Diodenpaaren 12 und 13 zusammengefaßt. Ein Thyristorpaar versorgt so zwei Lastkreise, und die Aufspaltung erfolgt über die jeweils dem Thyristor nachgeschalteten Dioden. Die Schaltung nach Fig. 7 arbeitet wie die nach Fig. 5 mit der Einschränkung, daß beide Lastwiderstände nur mit identischen Zündbedingungen betrieben werden können. Analoges gilt für die Thyristorpaare 120 und 130 mit den zugehörigen Diodenpaaren 23, 21 und 31, 32. Eine entsprechende Ana­ logie besteht zwischen den Schaltungen der Fig. 6 und 8, wobei nach Fig. 8 der Dreieckstrom jedes Lastzweiges über ein antiparalleles Thyristor­ paar führt, während die Aufteilung auf die beiden in Frage kommenden Netz­ anschlüsse über Dioden erfolgt.

Von besonderer Bedeutung ist die steuerbare Dreieckschaltung nach der Er­ findung in ihrer Anwendung auf Schaltungen zum Überführen von Sternschal­ tungen in Dreieckschaltungen, wie sie Gegenstand der DE-OS 30 29 703 sind bei direkter Speisung der Lastwiderstände aus der Stellerschaltung. Diese Schaltungen erlauben eine kontinuierlichen Übergang von dem einen Schalt­ zustand auf den anderen. Die vorbekannten Schaltungen entsprechen denen der Fig. 1, 5 und 6, ohne die weiteren Steller 113, 121 und 132 jedoch mit der jeweils unterhalb der gestrichelten Linie gezeigten Stellergruppe 221, 222 und 223 nach Fig. 2, mit deren Hilfe die Verbindungen A, B und C zum Stern­ punkt einer Sternschaltung der Lasten 1, 2 und 3 schaltbar sind. Anstelle des Sternstellers nach Fig. 2 kann auch ein solcher nach Fig. 3 oder 4 ver­ wendet werden. Mit Hilfe einer geeigneten Ansteuerung der Steller ist es möglich, einen Teil einer Halbwelle in dem einen Schaltzustand und den komple­ mentären Teil in dem anderen Schaltzustand zu verwenden. Hierbei können die Anteile der Schaltzustände zeitlich zwischen den beiden Endzuständen ver­ ändert werden oder in einem bestimmten Verhältnis gehalten werden ohne die sonst üblichen und lästigen Strom- und Spannungssprünge.

Die vorliegende Erfindung ist dabei von Belang für die lastseitige Stern- Dreieck-Umsteuerung. Die Anwendung der Erfindung auf solche Schaltvorgänge sei anhand der Fig. 5, 9, 10 und 11 erläutert.

Es sei angenommen, der lastseitige Sternsteller 221, 222, 223 befindet sich in Nennansteuerung, d. h. Zündzeitpunkt 30° nach dem Nulldurchgang der zugehöri­ gen Sternspannung. Steuert man nun den aus den Stellern 112, 123 und 131 bestehenden Dreieckschalter auf, der an die der Sternschaltung um 30° nach­ eilende verkette Spannung angeschlossen ist, so füllt der von ihm geführte Strom, wie in der Fig. 9, obere Zeile unter 1 als waagerecht gestrichelte Fläche dargestellt, zunächst die im Sternstellerstrom verbliebene 30°-Lücke. Steuert man den Dreiecksteller weiter auf, dann übernimmt er in einem Kommutierungs­ vorgang den Strom vom Sternsteller, d. h. er löscht den Sternsteller. In einem Oszillogramm kann man erkennen, wie der Strom aus dem Dreiecksteller mit geringer werdener Zündverzögerung den Strom des Sternstellers in der zweiten Hälfte der Halbwelle ersetzt. Wenn die Zündverzögerung des Dreieck­ stellers kleiner wird als 120° (Fig. 9, obere Zeile bei 3 und 4) kann man erkennen, wie durch das vorstehend erklärte Löschen des Sternstellers in der ersten Hälfte in der Stromführung des Sternstellers eine sich verbrei­ ternde Lücke entsteht, deren rechte Flanke feststeht, während die linke nach links wandert. Der Sternstelleranteil des Stromes verschwindet gänzlich, wenn die Zündverzögerung des Dreieckstellers auf 60° zurückgenommen wor­ den ist (Fig. 9, obere Zeile bei 5). Bei weiterem Ansteuern fließt der Strom ausschließlich über den Dreiecksteller. Die bisher beteiligten Drei­ ecksteller sind in den Fig. 5 bis 8 und die von ihm geführten Ströme in der Fig. 9 mit einem Δ bezeichnet. Der vorstehend beschriebene Vorgang hat zur Folge, daß im Bereich einer Zündverzögerung des Dreieckstellers von 120° bis 60° der Stromzuwachs über den Dreiecksteller durch die Strom­ führungslücke im Sternsteller praktisch kompensiert wird. In einer Steuer­ kennlinie nach Fig. 10, in der der Strom oder die Spannung in einem Last­ zweig über der Zündverzögerung des Dreieckstellers aufgetragen ist, zeigt sich dies als relativ langes, annähernd waagerechtes Kennlinienstück. Eine solche Ausbildung der Kennlinie kann erheblich stören, wenn die Schaltung als Stellglied in einem geschlossenen Regelkreis eingesetzt ist.

Erfindungsgemäß wird dieser Mangel behoben. Dazu werden an die der Sternschaltung um 30° voreilende verkettete Spannung weitere Dreiecksteller angeschlossen, die in den Fig. 5 bis 8 mit δ bezeichnet sind. Sie überlagern diese in der ersten Hälfte der Halbwelle im Sternstellerstrom entstehende Lücke, wie aus Fig. 9, untere Zeile ersichtlich ist, in der der über den weiteren Dreiecksteller führende Stromanteil senk­ recht gestrichelt und ebenfalls mit δ bezeichnet ist. Die Ausgangsspannung ist zwar bei Nennansteuerung nicht sinus-förmig, ihr Wert ist jedoch höher als der der verketteten Eingangsspannung. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, ist bei der erfindungsgemäß ergänzten Schaltung die Steuerkennlinie mit fallen­ der Zündverzögerung des Dreieckstellers stetig ansteigend.

Die vorstehend anhand der Fig. 5 gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für die Schaltungen der Fig. 1, 6, 7 und 8.

Claims (3)

1. Steuerbare Dreieckschaltung, bei der zwischen je zwei Eckpunkten eines Dreiphasensystems (R-S, S-T, T-R) eine Last (2, 3, 1) und in Reihe dazu als Steller (112, 123, 131) zwei antiparallele Thyristoren oder Triacs liegen, und mit einer Ansteuerung für die Steller, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeweils ein weiterer solcher Steller (113, 121, 132) zwischen einem Eckpunkt (E, S, T) einer­ seits und der diesem Eckpunkt gegenüberliegenden Verbin­ dung (A, B, C) zwischen der Last (3, 1, 2) und dem damit in Reihe liegenden Steller (123, 131, 112) andererseits vorhanden ist, und daß durch die Ansteuerung innerhalb eines Winkelbereiches, er einen direkten Kurzschluß zwischen zwei Phasen sicher vermeidet, jeder der weiteren Steller (113, 121, 132) entweder mit dem Steller (112, 123, 131) gemeinsam gesteuert wird, mit dem er über den Eckpunkt (R, S, T) verbunden ist, oder mit dem Stel­ ler (123, 131, 112), mit dem er über die dem Eckpunkt ge­ genüberliegende Verbindung (A, B, C) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei gemeinsam gesteuerte Steller (entweder 112 + 113, 123 + 121, 131 + 132 oder 123 + 113, 131 + 121, 112 + 132) zu einem antiparallelen Thyristorpaar (110, 120, 130) mit gemeinsamen an einem Eckpunkt (R, S, T) oder an der ge­ genüberliegenden Verbindung (A, B, C) liegenden Eingang und mit je zwei parallelen gleichsinnig zu jedem Thyri­ stor in Reihe liegenden Dioden (12 + 13, 21 + 23, 31 + 32) am Ausgang jedes Thyristors zusammengefaßt sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Zwecke einer lastseitigen Stern-/Dreieck-Umschaltung in an sich bekannter Weise die Verbindungen (A, B, C) mit zusätzlichen Stellern (221, 222, 223) zum Sternpunkt einer Sternschaltung der Lasten (1, 2, 3) schaltbar sind.