EP0641482A1 - Anordnung zur erzeugung der zündspannung für thyristoren. - Google Patents

Anordnung zur erzeugung der zündspannung für thyristoren.

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EP0641482A1
EP0641482A1 EP93909651A EP93909651A EP0641482A1 EP 0641482 A1 EP0641482 A1 EP 0641482A1 EP 93909651 A EP93909651 A EP 93909651A EP 93909651 A EP93909651 A EP 93909651A EP 0641482 A1 EP0641482 A1 EP 0641482A1
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thyristors
rotor
pulse generator
ignition
contacts
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Ernst Sonntagbauer
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Elin Oltc Stufenschalter fur Transformatoren GmbH
Elin Oltc Stufenschalter GmbH
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Elin Oltc Stufenschalter fur Transformatoren GmbH
Elin Oltc Stufenschalter GmbH
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for generating the ignition voltage for thyristors, preferably for a load changeover switch equipped with thyristors, the thyristors being arranged antiparallel and arranged parallel to the switch contacts or the permanent contacts of the load changeover switch, and a pulse generator being arranged in the tub is, and wherein a trigger rotor designed as a magnet is rotatably arranged in the air gap of the pulse generator on an axis mounted normally to the direction of flow of the magnetic field and the coils of the pulse generator are designed as ignition coils.
  • Circuit arrangements are known, for example in the case of load changeover switches for step transformers, in which the ignition voltage, for the thyristors in parallel with the switching contacts, is taken from transformer taps.
  • Another known type of ignition voltage generation is based on the use of an external voltage source.
  • DE-AS 1 810 541 is concerned with an arrangement for load switching in step transformers by means of anti-parallel connected thyristors in two circuits, each of which lies between a tap of the step transformer and the common derivative. It is proposed to control the anti-parallel switched thyristors, for example via a pulse amplifier.
  • This consists of pulse transformers, the primary windings of which are connected together in a circuit with transistor cascades. The circuit is powered by an external voltage source.
  • the disadvantage of the ignition voltage generation described in DE-AS 1 810 541 is its dependence on the external voltage source. If the external voltage source is interrupted, the thyristors are not fired.
  • DE-AS 1 297 220 describes an arrangement of tap changers for transformers for uninterrupted switchover under load when mechanical switches and controllable electric valves are used.
  • the generation of the ignition pulses for the valves in an inductive way is proposed.
  • the diverter switch is coupled via a drive rod with a permanent magnet, which is located within a yoke. Coils are accommodated in recesses of the yoke, in which an ignition pulse is generated when the magnet passes by changing the flux.
  • An arrangement for generating ignition voltage is also known from DE-AS 1 260 612.
  • a pulse generator operating without an external power source is provided, the permanent magnetic rotor of which is mechanically coupled to a main switch and the stator windings emit ignition pulses for controllable valves via rectifiers.
  • the object of the invention is to provide an arrangement for problem-free generation of ignition voltage which, on the one hand, avoids the disadvantages of the known systems and, on the other hand, ensures great operational reliability.
  • a spring-loaded drive actuating the switching contact or permanent contact is connected to the trigger rotor via a transfer device, with rotation of the trigger rotor, preferably in the direction of the position for, before each opening movement of the switching contacts or permanent contacts maximum magnetization, begins and continues without interruption through approximately the same angle, preferably 90 "or 180", via the position of the maximum magnetization.
  • An embodiment of the invention provides that the transfer device is designed as a cam, the shaft of the spring-loaded drive being rigidly connected in the axial direction to the axis of the centrally mounted cam, that the rotation of the cam can be transmitted to an auxiliary shaft by means of a crankshaft, wherein the camshaft of a crank arm slides in a groove of the cam disc, and that a larger spur gear rigidly mounted on the auxiliary shaft meshes with a smaller spur gear, the smaller spur gear being rigidly mounted on the trigger rotor axis of the pulse generator.
  • the conversion device ensures an exact temporal interaction of the movement of the switching contacts and the permanent contacts and the rotor rotation of the pulse generator.
  • the rotary movement of the trigger rotor can be adjusted precisely to the respectively required operating conditions by appropriate selection of the spur gear sizes.
  • FIG. 1 The basic mode of operation of the invention is shown in FIG. 1 in the form of a greatly simplified basic circuit diagram.
  • FIG. 2 shows a concrete embodiment of the invention in section, while in FIG. 3 a top view of a slot washer typical of the transfer device according to the invention is shown.
  • the pulse generator 22 in FIG. 1 has a magnetic circuit made from a high-quality iron core 1 with yoke legs 18, 19.
  • the stator winding in the form of two ignition coils 2a, 2b is applied to the poles 6a, 6b arranged opposite one another in the center.
  • a rotor 4 - in the present case permanently magnetic - is rotatably mounted on a first shaft 12 in a centric manner.
  • the first shaft 12 is arranged normal to the direction of flow of the magnetic field in the air gap 13.
  • a transfer device 7 connects the rotor shaft 12 to the spring-loaded drive 5, which also operates the switch contacts or permanent contacts 8.
  • a pair of thyristors 10, 11 connected in antiparallel is connected in parallel with the switch contacts or permanent contacts 8. If the spring-loaded drive 5 begins to open the switching contacts and the permanent contacts 8, the spring-loaded drive 5 also actuates the transfer device 7.
  • the rotor shaft 12 and thus the rotor 4 of the pulse generator 22 are set in rotation via this conversion device 7, which is only symbolically indicated in FIG. 1.
  • the critical phase of a switchover is the point in time at which the load current is commutated from contact 8 to thyristors 10, 11. In this case, the thyristors 10, 11 must be activated before the contact 8 opens. This advance in time is ensured by a corresponding design of the transfer device (described in more detail in the explanation of FIG. 2).
  • the rotor 4 moving in the air gap 13 causes a change in the magnetic induction in the magnetic circuit and thereby the generation of a voltage pulse in the ignition coils 2a, 2b.
  • thyristors 10, 11 which causes them to ignite, and thus to switch from the blocked to the conductive switching state and initiate the commutation of the load current from the contact 8 to the thyristors 10, 11.
  • the magnetic field can also be built up by means of an electromagnetic rotor.
  • a permanent magnetic rotor avoids a mechanically sensitive slip ring arrangement and the need to provide an external voltage source.
  • FIG. 2 shows a complete transfer device which is inserted centrally in a tub of a diverter switch. Device 7 and the pulse generator 22 also located in the tub.
  • a connecting shaft 87 provides the connection between a - not shown in the drawing
  • the drive tube 55 is rigidly connected by means of a clutch disk 56 to a cam disk 57 which is seated centrally on a flange shaft 9.
  • the bearings for the flange shaft 9 are inserted in an upper insulating plate 32 and a lower insulating plate 31.
  • the pulse generator 22 is also arranged in the area between the upper and lower insulating plates 32, 31.
  • the magnetic circuit 36 sits between the upper insulating plate 32 and an intermediate plate 38 arranged above the lower insulating plate 31.
  • the rotor 4 which is arranged centrally within the magnetic circuit 36 or a coil 2, is designed as a permanent magnet.
  • a cam shaft 101 runs in a groove 39 running along the underside of the cam disk 57 and is connected via a clamping lever 35 to the upper end of an auxiliary shaft 44 arranged parallel to the rotor 4.
  • a larger spur gear segment 43 is placed on the auxiliary shaft 44 on the opposite side, below the lower insulating plate 31. This spur gear segment 43 is in engagement with a small spur gear 42, which is applied to the rotor axis of the pulse generator 22.
  • the cam disk 57 shown in FIG. 3 and fastened on a second shaft 9 has a circular shape.
  • a program groove 39 which corresponds to the movement sequence of the rotor or the ignition times, and a further control groove 40 for controlling the contact movement.

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Description

ANORDNUNG ZUR ERZEUGUNG DER ZÜNDSPANNUNG FÜR THYRISTOREN
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung der Zündspannung für Thyristoren, vorzugsweise für einen mit Thyristoren bestückten Lastumschalter, wobei die Thy- ristoren antiparallelgesehaltet und parallel zu den Schaltkontakten oder den Dauerkontakten des Last-um- schalters angeordnet sind, und wobei ein Impulsgenerator im Bottich angeordnet ist, und wobei ein als Magnet aus¬ gebildeter Trigger-Rotor im Luftspalt des Impulsgenerators auf einer normal zur FluSrichtung des magnetischen Feldes gelagerten Achse drehbar angeordnet ist und die Spulen des Impulsgenerators als Zündspulen ausgebildet sind.
Es sind Schaltungsanordnungen - beispielsweise bei Lastumschaltern für Stufentransformatoren - bekannt, bei denen die Zündspannung, für die zu den Schaltkontakten parallelliegenden Thyristoren, Transformatorenanzapfungen entnommen wird.
Der Nachteil solcher Anordnungen besteht, vor allem bei Anlagen mit häufig auftretenden SpannungsUnterbrechungen, im labilen Schaltzustand bei Wiederkehr der Spannung.
Eine weitere bekannte Art der Zündspannungserzeugung basiert auf der Verwendung einer fremden Spannungsquelle.
So befaßt sich die DE-AS 1 810 541 mit einer Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mittels antiparallelgeschalteter Thyristoren in zwei Stromkreisen, die jeweils zwischen einer Anzapfung des Stufen-transfor- mators und der gemeinsamen Ableitung liegen. Dabei wird vorgeschlagen, die Ansteuerung der antiparallel- geschalteten Thyristoren beispielsweise über einen Impuls¬ verstärker zu bewerkstelligen. Dieser besteht aus Impuls- transformatoren, deren Primärwicklungen mit Transistor- Kaskaden in einem Stromkreis zusammengeschaltet sind. Der Stromkreis wird von einer externen Spannungsquelle ge¬ speist.
Der Nachteil der in der DE-AS 1 810 541 beschriebenen Zündspannungserzeugung liegt in deren Abhängigkeit von der externen Spannungsquelle. Bei einer Unterbrechung der fremden Spannungsquelle werden die Thyristoren nicht ge¬ zündet.
Die DE-AS 1 297 220 beschreibt eine Anordnung an Stufenschaltern für Transformatoren zur unterbrechungs-lo¬ sen Umschaltung unter Last bei Verwendung von mechanischen Schaltern und steuerbaren elektrischen Ventilen. In einem der Ausführungsbeispiele dieser Publikation wird die Er¬ zeugung der Zündimpulse für die Ventile auf induktivem Weg vorgeschlagen. Dabei wird der Lastumschalter über eine AntriebsStange mit einem permanenten Magneten gekuppelt, welcher sich innerhalb eines Joches befindet. In Aus¬ nehmungen des Joches sind Spulen untergebracht, in denen beim Vorbeilaufen des Magneten durch Flu änderung ein Zündimpuls entsteht.
Eine Anordnung zur Zündspannungserzeugung ist auch aus der DE-AS 1 260 612 bekannt. Hier ist ein ohne äußere Stromquelle arbeitender Impulsgenerator vorgesehen, dessen permanentmagnetischer Rotor mit einem Hauptumsehalter mechanisch gekoppelt ist und dessen Statorwicklungen über Gleichrichter Zündimpulse für steuerbare Ventile abgeben.
Der gravierende Nachteil der Zündspannungserzeugungs- Anordnungen sowohl lt. DE-AS 97 220 als auch DE-AS 1 260 612 besteht darin, daß wohl ein Zündimpuls er¬ zeugt wird, dieser geht jedoch asymptotisch gegen Null, so daß das Ende der Zündung und hiemit das Abschalten des Stromes durch die Thyristoren zeitlich nicht genau fixiert ist und somit die Koordination mit den übrigen Schalt- schritten gravierend erschwert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur problemlosen Zündspannungserzeugung zu schaffen, die einerseits die Nachteile der bekannten Systeme vermeidet und anderseits eine große Betriebssicherheit gewähr- leistet.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schaltkontakt oder Dauerkontakt betätigender Federsprungantrieb über eine UmsetzVorrichtung mit dem Trigger-Rotor verbunden ist, wo¬ bei vor jeder Öffnungsbewegung der Schaltkontakte oder Dauerkontakte eine Drehung des Trigger-Rotors, vorzugs¬ weise in Richtung der Stellung für die maximale Magneti¬ sierung, beginnt und um etwa den gleichen Winkel, Vorzugs- weise 90" oder 180", über die Stellung der maximalen Magnetisierung unterbrechungslos fortgesetzt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, unabhängig von einer fremden Stromquelle eine Zündspannung mit genau definiertem Nulldurchgang zu erzeugen. Aufgrund dieser Nulldurchgangs efinition können die Umschalt-zeit- punkte der Thyristoren, von Durchlaß auf Sperre und umge¬ kehrt, genauestens eingestellt werden. Damit ist die Grundvoraussetzung für eine lichtbogenfreie Umschaltung ohne Kontaktabbrand gegeben.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die UmsetzVorrichtung als Kurvenscheibe ausgebildet ist, wo¬ bei die Welle des Federsprungantriebes in axialer Richtung mit der Achse der zentrisch gelagerten Kurvenscheibe starr verbunden ist, daß die Rotation der Kurvenscheibe mittels einer Kurbelwelle auf eine Hilfswelle übertragbar ist, wobei die Kurvenwelle eines Kurbel rmes in einer Nut der Kurvenscheibe gleitet, und daß ein auf die Hilfswelle starr aufgesetztes größeres Stirnrad mit einem kleineren Stirnrad in Eingriff steht, wobei das kleinere Stirnrad auf der Trigger-Rotorachse des Impulsgenerators starr auf¬ gesetzt ist.
Die erfindungsgemä e UmsetzVorrichtung gewährleistet ein exaktes zeitliches Zusammenwirken der Bewegung der Schaltkontakte und der Dauerskontakte und der Rotordrehung des Impulsgenerators. Durch entsprechende Wahl der Stirn¬ radgrößen kann die Drehbewegung des Trigger-Rotors genau auf die jeweils geforderten Betriebsverhältnisse ein¬ gestellt werden.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei ist in Fig. 1 die prinzi¬ pielle Wirkungsweise der Erfindung in Form eines stark vereinfachten Prinzipschaltbildes dargestellt. Fig. 2 zeigt eine konkrete Ausführung Erfindung im Schnitt, wäh¬ rend m Fig. 3 eine für die erfindungsgemäße Umsetz¬ vorrichtung typische Nutenscheibe in Draufsicht dar¬ gestellt ist.
Der Impulsgenerator 22 in Fig. 1 besitzt einen aus ei¬ nem hochwertigen Eisenkern 1 gefertigten Magnetkreis mit Rückschlußschenkeln 18, 19. Auf den mittig einander gegen¬ über angeordneten Polen 6a, 6b ist die Statorwicklung in Form zweier Zündspulen 2a, 2b aufgebracht. Im Luftspalt 13 zwischen den gewölbt ausgebildeten Schnittflächen der Pole 6a, 6b des Eisenkernes 1 ist ein - im vorliegenden Fall permanentmagnetischer - Rotor 4 auf einer ersten Welle 12 drehbar zentrisch gelagert. Die erste Welle 12 ist normal zur Flußrichtung des magnetischen Feldes im Luftspalt 13 angeordnet. Eine UmsetzVorrichtung 7 verbindet die Rotorwelle 12 mit dem auch den Schaltkontakten oder Dauerkontakten 8 be¬ tätigenden Federsprungantrieb 5. Parallel zu den Schalt¬ kontakten oder Dauerkontakten 8 ist ein aus zwei Thyristo- ren 10, 11 bestehendes antiparallelgeschaltetes Thyristorenpaar geschaltet. Beginnt der Federsprungantrieb 5 mit dem Öffnen der Schaltkontakte und der Dauer¬ kontakte 8, so wird vom Federsprungantrieb 5 auch die UmsetzVorrichtung 7 betätigt. Über diese - in Fig. 1 nur symbolisch angedeutete - UmsetzVorrichtung 7 wird die Rotorwelle 12 und somit der Rotor 4 des I pulsgenerators 22 in eine Rotation versetzt. Die kritische Phase einer Umschaltung ist der Zeitpunkt, zu welchem der Laststrom vom Kontakt 8 auf die Thyristoren 10, 11 kommutiert wird. Hierbei müssen die Thyristoren 10, 11 angesteuert werden, bevor der Kontakt 8 öffnet. Diese zeitliche Voreilung ist durch eine entsprechende Ausführung der UmsetzVorrichtung gewährleistet (näher beschrieben in der Erläuterung zu Fig. 2). Der sich im Luftspalt 13 bewegende Rotor 4 be- wirkt eine Änderung der magnetischen Induktion im Magnet¬ kreis und dadurch das Entstehen eines Spannungsimpulses in den Zündspulen 2a, 2b.
Diese Impulse werden den Thyristoren 10, 11 zugeführt, womit deren Zündung, somit der Übergang vom gesperrten in den leitenden Schaltzustand und die Einleitung der Kommu¬ tierung des Laststromes vom Kontakt 8 auf die Thyristoren 10, 11 erfolgt. Selbstverständlich kann das Magnetfeld auch mittels eines elektromagnetischen Rotors aufgebaut werden. Mit einem permanentmagnetischen Rotor vermeidet man jedoch eine mechanisch empfindliche Schleifring- anordnung sowie die Notwendigkeit, eine fremde Spannungs- quelle bereitzustellen.
Die Fig. 2 zeigt eine komplette, zentrisch in einem Bottich eines Lastumschalters eingesetzte Umsetz- Vorrichtung 7 sowie den ebenfalls im Bottich befindlichen Impulsgenerator 22.
Eine Verbindungswelle 87 stellt die Verbindung zwischen einem - in der Zeichnung nicht dargestellten
Federsprungantrieb und einem Antriebsrohr 55 her. Das Antriebsrohr 55 ist mittels einer Kupplungsscheibe 56 mit einer Kurvenscheibe 57 starr verbunden, welche auf einer Flanschwelle 9 zentrisch aufsitzt. Die Lager für die Flanschwelle 9 sind in einer oberen Isolierplatte 32 und einer unteren Isolierplatte 31 eingesetzt.
Ebenfalls im Bereich zwischen der oberen und der unte¬ ren Isolierplatte 32, 31 ist der Impulsgenerator 22 ange¬ ordnet. Dabei sitzt der Magnetkreis 36 zwischen der oberen Isolierplatte 32 und einer oberhalb der unteren Isolier¬ platte 31 angeordneten Zwischenplatte 38. Der innerhalb des Magnetkreises 36 bzw. einer Spule 2 zentrisch angeord¬ nete Rotor 4 ist als Permanentmagnet ausgebildet.
In einer entlang der Unterseite der Kurvenscheibe 57 verlaufenden Nut 39 läuft eine Kurvenwelle 101, welche über einen Klemmhebel 35 mit dem oberen Ende einer, paral¬ lel zum Rotor 4 angeordneten, Hilfswelle 44 in Verbindung steht. An der gegenüberliegenden Seite, unterhalb der un- teren Isolierplatte 31, ist der Hilfswelle 44 ein größeres Stirnradsegment 43 aufgesetzt. Dieses Stirnradsegment 43 steht mit einem kleinen Stirnrad 42, welches auf die Rotorachse des Impulsgenerators 22 aufgebracht ist, im Eingriff.
Die in Fig. 3 dargestellte, auf einer zweiten Welle 9 befestigte Kurvenscheibe 57 weist eine kreisrunde Form auf. In der Kurvenscheibe 57 ist eine, dem Bewegungsablauf des Rotors bzw. der Zündzeitpunkte entsprechende, Programmnut 39 und eine weitere Steuernut 40, zur Steue¬ rung der Kontaktbewegung, vorgesehen .

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung zur Erzeugung der Zündspannung für Thyristo¬ ren, vorzugsweise für einen mit Thyristoren (10, 11) bestückten Lastumschalter, wobei die Thyristoren (10, 11) antiparallelgeschaltet und parallel zu den Schaltkontakten (8) oder den Dauerkontakten des Last¬ umschalters angeordnet sind, und wobei ein Impuls- generator (22) im Bottich angeordnet ist, und wobei ein als Magnet ausgebildeter Trigger-Rotor (4) im Luftspalt (13) des Impulsgenerators (22) auf einer normal zur Flußrichtung des magnetischen Feldes gela¬ gerten Achse (12) drehbar angeordnet ist und die Spu¬ len des I pulsgenerators als Zündspulen (2a, 2b) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schaltkontakt oder Dauerkontakt (8) betätigender Federsprungantrieb (5) über eine Umsetzvor¬ richtung (7) mit dem Trigger-Rotor (4) verbunden ist, wobei vor jeder Öffnungsbewegung der Schaltkontakte oder Dauerkontakte (8) eine Drehung des Trigger- Rotors (4), vorzugsweise in Richtung der Stellung für die maximale Magnetisierung, beginnt und um etwa den gleichen Winkel, vorzugsweise 90* oder 180* , über die Stellung der maximalen Magnetisierung unterbrechungs- los fortgesetzt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die UmsetzVorrichtung (7) als Kurvenscheibe (57) aus¬ gebildet ist, wobei die Welle (87) des Federsprung- antriebes (5) in axialer Richtung mit der Achse der zentrisch gelagerten Kurvenscheibe starr verbunden ist, daß die Rotation der Kurvenscheibe (57) mittels einer Kurbelwelle auf eine Hilfswelle (44) über¬ tragbar ist, wobei die Kurvenwelle (101) eines Kurbelarmes (35) in einer Nut (39) der Kurven¬ scheibe (57) gleitet, und daß ein auf die Hilfs- welle (44) starr aufgesetztes größeres Stirnrad (43) mit einem kleineren Stirnrad (42) in Eingriff steht, wobei das kleinere Stirnrad (42) auf der Trigger- Rotorachse (42) des Impulsgenerators (22) starr auf¬ gesetzt ist.
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DE (1) DE59301976D1 (de)
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