DE3423228C2

DE3423228C2 - Schaltungsanordnung zur Speisung einer Vielzahl von Lasten veränderlichen Widerstands mit gleichen Strömen

Info

Publication number: DE3423228C2
Application number: DE19843423228
Authority: DE
Inventors: Reinhold Ing.(grad.) 4791 Büren Müller; Horst Dipl.-Ing. 4788 Warstein Scholz; Wilfried Ing.(grad.) 4770 Soest Vollmar
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1986-11-20
Also published as: DE3423228A1

Abstract

Für eine Schaltungsanordnung zur Speisung einer Vielzahl von Lasten (R1 bis R4) mit gleichen Strömen (i1 bis i4) aus einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle (1) über ein erstes Halbleiterstellglied (St1) und primärseitig in Reihe geschaltete Transformatoren (Tr1 bis Tr4), deren Sekundärwicklungen (12, 22, 32, 42) jeweils parallel an eine Last (R1 bis R4) angeschlossen sind, soll bei geringem Aufwand ein Einsatz gewährleistet sein, wenn sich die Lasten (R1 bis R4) in ihrem Widerstandsverhalten sehr stark ändern. Zu diesem Zweck sind die Parallelschaltungen der Sekundärwicklungen (12, 22, 32, 42) der Transformatoren (Tr1 bis Tr4) und der Lasten (R1, R2, R3, R4) miteinander in Serie geschaltet und über ein zweites Halbleiterstellglied (St2) gemeinsam an die Wechselspannungsquelle (1) legbar. Bei hochohmigen Lasten (R1 bis R4) erfolgt eine Speisung über den ersten Wechselstromsteller (St1) und die Transformatoren (Tr1 bis Tr4) mit gleicher Stromaufteilung in Parallelschaltung, während bei niederohmigen Lasten (R1 bis R4) das zweite Halbleiterstellglied (St2) die Versorgung der Lasten (T1 bis R4) in Reihe übernimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 30 19 133 bekannt

Die bekannte Schaltung dient zu Beheizen eines geschmolzenen Mediums, zum Beispiel einer Glasschmelze. Dabei sind die Sekundärwicklungen der primärseitig in Reihe geschalteten Transformatoren voneinander galvanisch getrennt mit in die Schmelze eingetauchten Elektroden und Gegenelektroden verbunden.

Zum Schutz gegen Überspannungen bei der Unterbrechung des Stromes über eine der Sekundärwicklungen ist jeder Sekundärwicklung ein bipolarer Überspannungsbegrenzer parallelgeschaltet.

Für den Fall, daß die an den Sekundärwicklungen anliegenden Lasten einen stark veränderlichen Widerstand darstellen, der sich zum Beispiel in einem Widerstandsbereich von 1 : 10⁴ bewegt, kann die bekannte Schaltungsanordnung nicht mehr vorteilhaft eingesetzt ίο werden. Denkbar ist es hierbei, den unterschiedlichen Anforderungen infolge der sich ändernden Widerstände dadurch gerecht zu werden, daß bei hochohmigen Lastwiderständen die einzelnen Lasten parallel versorgt werden, während bei niederohmigen Lastwiderständen is alle Lasten in Reihe geschaltet sind. Dieses erfordert jedoch, insbesondere bei der Speisung sehr vieler einzelner Lasten, einen hohen Aufwand an Scha'.tem und Stromaufteilungsdrosseln, die notwendig sind, um die Ströme für die einzelnen Lasten in jedem Fall gleich zu halten, sowie geeignete Maßnahmen, um Überspannungen beim Ausfall einer Last abzufangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art derart auszugestalten, daß sie bei geringem Aufwand zur Speisung von Lasten einsetzbar ist, die sich in ihrem WiderstandsverhalttA sehr stark ändern, die jedoch auf jeden Fall mit gleichem Strom gespeist sein müssen, wobei zusätzlich sichergestellt sein muß, daß bei Ausfall einer oder mehrerer Lasten die auftretenden Überspannungen mit einfachen Mitteln sicher beherrscht werden können

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafterweise wird allein durch das Hintereinanderschalten der einzelnen Parallelschaltungen von Sekundärwicklungen und Lasten erreicht, daß allein über das eingefügte zweite Halblf.iterstellglied statt des Parallelbetriebs der einzelnen Verbraucher deren Versorgung als Reihenschaltung möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Prinzipschaltplan für eine Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine zusätzliche Ausgestaltung der Schaltung nach Fig. 1 und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Spannung und Zündimpulsen für die Schaltungsausbildung gemäß der Fig. 2.

Entsprechend der Fig. 1 speist eine Wechselspannungsquelle (1) über einen ersten Halbleitersteller StI vier Transformatoren TrI, 7/2, 7>3 und TrA. Die Primärwicklungen 11, 21. 31, 41 dieser Transformatoren sind dabei in Reihe geschaltet. Der gleiche Wicklungssinn der vier Primärwicklungen ist durch entsprechende Punkte neben den Wicklungen gekennzeichnet.
Die Sekundärwicklungen 12, 22, 32, 42 der Transformatoren TrI, TfI, 7>3, TrA sind jeweis parallel an eine Last Rl, R2, Λ3, RA angeschlossen. Diese Lasten weisen einen stark veränderlichen Widerstand auf.

Die Parallelschaltungen der Sekundärwicklungen 12, 22, 32, 42 und der Lasten Al, Rl, R3, RA sind miteinander in Serie geschaltet und können über ein zweites Halblciterstellglied S/2 gemeinsam an die Wechselspannungsquelle 1 gelegt werden.

Sind die Widerstände der Lasten Al, RZ, Ri, R4 hochohmig, werden sie über das Halbleiterstellglied S/l und die Transformatoren TVl bis 7V4 gespeist. Die Lastwiderstände liegen parallel und werden mit gleichen Strömen I₁ bis Z₄ versorgt. Sind die Widerstände Rl, Rl, Ri, R4 dagegen niederohmig, übernimmt das zweite Halbleiterstellglied S/2 die Versorgung, so das alle Lastwiderstände in Reihe liegen.

Durch die sokundärseitige Zusammenschaltung der einzelnen Parallelschaltungen lassen sich die variablen Lastwiderstände in Parallelschaltung mit gleicher Stromaufteilung und in Reihenschaltung, gespeist von einer einzigen Stromquelle, betreiben.

Damit beim Betrieb mit dem ersten Halbleiterstellglied SfI am zweiten Halbleiterstellglied Su. keine unzulässige Sperrspannung auftritt, sind die Sekundärwicklungen 12, 22, 32, 42 der Transformatoren TrI bis 7V4 jeweils im Wechsel um 180° elektrisch phasenverschoben geschaltet. Dieses ist durch entsprechende, den Wicklungssinn der Wicklung anzeigende Punkte gekennzeichnet.

Fällt beim Betrieb mit dem ersten Halbleiterstellglied SfI eine der Lasten Rl bis R4 aus, so liegt die gesamte Spannung an diesem Lastwiderstand, bis der zugeordnete Transformator infolge seiner Sättigung keine Spannung mehr überträgt. Je nach Anzahl der primärseitig in Reihe geschalteten Transformatoren können sehr hohe Spannungen auftreten, die anlagebedingt auf bestimmte Werte begrenzt werden müssen. Eine Anwendung von spannungsabhängigen Widerständen ist dabei aber wegen der nötigen Größe und der großen Verlustleistung nicht möglich.

Statt dessen sind zwei antiparallel geschaltete Thyristoren 71, 72 vorgesehen, die einerseits am Punkt A hinter dem ersten Halbleiterstellglied S/l an Jie Zuleitung von der Wechselspaiuiuiigsquelle 1 zu den Primärwicklungen 11 bis 41 der Transformatoren TrI bis Tr4 und andererseits jeweils über "Dioden Dl bis D8 an zusätzliche sekundäre Hilfswicklungen 13,23,33,43 der Transformatoren TrI bis 7>4 angeschlossen sind. Die Dioden Dl bis D8 sind dabei in positiver Richtung mit dem Thyristoren 71 und 72 gepolt. Die Hilfswicklungen 13 bis 43 sind parallel zueinander geschaltet und weisen einen gemeinsamen Wicklungssinn auf, der wiederum durch Punkte nebor, den Wicklungen gekennzeichnet ist.

Die an die Hilfswicklungen 13 bis 43 angeschlossene Schaltung mit den Dioden Dl bis DS und den Thyristoren 71 und 72 bewirkt ome Begrenzung der Lastspannung, wobei die Energie bei Überspannungen ins Netz zurückgeliefert wird. Die Höhe der Lastüberspannung wird durch das Windungsverhältnis der Wicklungen 13 bis 42 und 12 bis 42 vorgegeben.

Erfolgt ein Anschluß der beiden Thyristoren 71, TZ am Punkt A, dann ist die Begrenzungsspannung die über das erste Halbleiterstellglied SfI gestellte Spannung. Das hat den Vorteil, daß die Spannung an den Lasten Rl bis R4 etwa in Höhe der vorher vorhandenen Lastspannung bleibt, während die Summenspannung über der Reihenschaltung der Last nahezu Null ist.

Die beiden Thyristoren 71, 72 können jedoch auch statt an den Punkt A, wie gestrichelt dargestellt, an den Punkt B vor dem ersten Halbleiterstellglied SfI angeschlossen werden. Die Begrenzungsspannung ist dann gleich der Speisespannung des ersten Halbleiterstellglieds StI oder höher. Nachteilig ist hieran nur, daß die Summenspannung über der Reihenschaltung der Last zu hohe Werte annehmen kann, so daß das zweite Halbleiterstellglied S(Z ebenfalls vor Überspannungen geschützt werden muß.

Die zuvor angegebene Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Überspannungen arbeitet wie folgt:

Solange am ersten Halbleiterstellglied S/l die positive Halbperiode der Spannungsquelle 1 anliegt, ist der Thyristor 72 dauernd angesteuert. Wird während dieser Zeit die Spannung an den Hilfswicklungen 13 bis 43 der Transformatoren TrI bis 7V4 durch Ausfall einer Last Rl bis R4 höher als die Speisespannung, so wird der Thyristor 72 leitend und die der ausgefallenen Last zugeordnete Hilfswicklung wird auf die von der Wechselspannungsquelle 1 gelieferte Wechselspannung geklemmt.

Während der negativen Halbperiode der von der Wechselspannungsquelle 1 gelieferten Spannung wird der Thyristor 71 angesteuert, so d&ß er beim Ausfall einer Last die Spannungsbegrenzung übernimmt.

Statt der Dioden Dl bis DS können auch Thyristoren eingesetzt werden. In diesem Fall k? ~-> auf die Thyristoren 71 und TZ verzichtet werden.

Sollten die Thyristoren 71 und 72 nicht durch Unterschreiten des Haltestromes löschen, muß die zuvor beschriebene und in Fig. 1 gezeigte Schaltung zur Spannungsb^grenzung durch eine Löschschaltung erweitert werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Es sind zwei antiparallele Lösch thyristoren 73 und 74 vorgesehen, die mit den Thyristoren 71, 72 eine Brückenschaltung bilden, in deren einer Diagonalen die Dioden Dl bis DS angeordnet sind.

Die Löschthyristoren 73 und Γ4 werden nur, wie in Fig. 3 für ihren Zündstrom ΐ_ΏΑ gezeigt ist, in unmittelbarer Nähe des Spannungsdurchgangs der von der Wechselspannungsquelle 1 gelieferten Spannung u gezündet, so daß dadurch hohe Kurzschlußströme vermeidbar sind. Zusätzlich lassen sich die Kurzschlußströme auch durch die Berücksichtigung der Streuung bei der Auslegung der Transformatoren 71 bis T4 beeinflussen.

In Fig. 3 ist zusätzlich zu dem zeitlichen Verlauf des Züadstromes für die Löschthyristoren 3, 4 auch der je Halbperiode auftretende zeitliche Verlauf des Zündstromes Z_21-2 der Thyristoren 71 und 72 gezeigt.
Damit nicht zum Ende jeder Halbperiode der Spannung μ die Transformatoren TrI bis 7V4 durch Zünden der Löschthyristoren 7>3 bzw. 7V4 kurzgeschlossen werden, ist entsprechend Fig 2 eine Schaltdrossel 2 zwischen die Hilfswicklungen 13, 23, 33, 43 und die Verbindungsstelle der Löschthyristoren T3, 74 gelegt.

Tritt kein Ausfall der Lasten Rl bis R4 auf, das heißt fließt in den Thyristoren 71 und 72 kein Laststrom, so ist zum Zeitpunkt der Zündung der Löschthyristoren 73 rnd ^4 die Schaltdrossel 2 nicht gesättigt. Sie kann dann die Spannungszeitfläche aufnehmen und verhindert einen Kurzschluß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Schaltungsanordnung zur Speisung einer Vielzahl von Lasten veränderlichen Widerstands mit gleichen Strömen aus einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle über ein erstes Halbleiterstellglied und primärseitig in Reihe geschaltete Transformatoren, deren Sekundärwicklungen jeweils parallel an eine Last angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,

daß jeweils die Parallelschaltungen der Sekundärwicklungen (12, 22, 32, 42) mit den Lasten (Rl, R2, R3. RA) hintereinander geschaltet und über ein zweites Halbleiterstellglied (StZ) gemeinsam an die Wechselspannungsquelle (1) legbar sind und
daß die Sekundärwicklungen (12, 22, 32, 42), deren Anzahl geradzahlig ist, innerhalb der Hintereinanderschaltung in ihrem Wicklungssinn im Wechsel jeweils gegeasinnig angeordnet sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch zwei antiparallel geschaltete Thyristoren (71, 72), die einerseits unmittelbar vor (S) oder hinter (^l) dem ersten HaJbleiterstellglied (Al) an die Zuleitung von der Wechselspannungsquelle (1) zu den Primärwicklungen (11, 'Λ, 31, 41) der Transformatoren (TrI, 7V2, 7V3, 7V4) und andererseits jeweils über in Durchlaßrichtung mit den Thyristoren (TrI, TrI) gepolte Dioden (Dl bis D8) an zusätzliche sekundäre., parallel zueinander geschaltete und einen gemeinsamen Wicklungssinn aufweisende Hilfswicklungen (13, 25, 33, O) der Transformatoren (TrI, 7>2, TrZ, TrA) angeschlossen sind
3. Schaltungsanordnung naci Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Thyristoren (71, 72) jeweils über eine volle Halbperiode der von der Wechselspannungsquelle (1) gelieferten Wechselspannung (u) angesteuert sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei antiparallele Löschthyristoren (73, TA) vorgesehen sind, die mit den Thyristoren (71, 72) eine Brückenschaltung bilden, in deren einer Diagonalen die Dioden (Dl bis DS) angeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschthyristoren (73, TA) unmittelbar vor dem Spannungsnulldurchgang der von der Wechselspannungsquelle (1) gelieferten Wechselspannung (u) zündbar sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hilfswicklungen (13, 23,33,43) und die Verbindungsstelle der Löschthyristoren (73, 74) eine Schaltdrossel (2) geschaltet ist