DE1192315B - Steuerschaltung mit Wechselstromschalter zum UEberbruecken von Einschaltstrom-Daempfungswiderstaenden - Google Patents

Description

• Steuerschaltung mit Wechselstromschalter zum Überbrücken von Einschaltstrom-Dämpfungswiderständen Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung mit Wechselstromschalter zum Überbrücken von Einschaltstrom-Dämpfungswiderständen nach dem Anschalten einer Wechselspannung an Transformatoren.
• Beim Einschalten von Transformatoren treten Einschaltstromspitzen auf, deren Größe von den Transformatorkenngrößen, von der Induktion der Transformatoren vor dem Einschalten und von dem Augenblickswert der Spannung beim Einschalten abhängen.
• Wird eine Wechselspannung im Nulldurchgang an einen Transformator mit hoher Betriebsinduktion und geringem Widerstand der Primärwicklung gelegt, dann tritt je nach der Größe der verbliebenen Induktion eine mehr oder weniger hohe Einschaltstromspitze auf, da die Induktion schnell den Sättigungswert erreicht. Derartige Stromspitzen können vorgeschaltete Sicherungen auslösen. Deshalb schaltet man den Transformatoren zur Begrenzung Dämpfungswiderstände vor. Am Transformator liegt während der Begrenzungszeit nur noch wenig Spannung. Die Magnetisierungsstromspitzen erscheinen jeweils in den ungeradzahligen Halbwellen wieder, aber ihre Größe nimmt entsprechend der Dämpfungskonstante, die durch das Verhältnis des ohmschen Widerstandes zur Induktivität des Schaltkreises gegeben ist, ab. Durch den Spannungsabfall des Laststroms des Transformators am Dämpfungswiderstand liegt nur eine verminderte Spannung am Transformator. Wird nun aber der Transformator in der auf die erste Einschaltstromspitze folgenden Halbwelle durch das überbrücken des Dämpfungswiderstandes an die volle Spannung gelegt, dann erfolgt die Magnetisierung in der anderen Richtung bereits entsprechend der vollen Spannung nahe am Dauerwert. Die Magnetisierungsstromspitzen in der dritten und in den weiteren Halbwellen sind bereits genügend klein.
• Die Dämpfungswiderstände würden jedoch im Dauerbetrieb zu viel Leistung aufnehmen. Es ist deshalb erforderlich, sie nach dem Einschalten zu überbrücken. Wenn ein Dämpfungswiderstand in der gemeinsamen Zuleitung zugleich mehreren, verschiedenartigen Transformatoren vorgeschaltet wird, inuß sein Wert so hoch gewählt werden, daß der Dauerstrom einen Spannungsabfall von etwa 30 bis 55o/ohervorrufenwürde, wenn er eingeschaltet bliebe.
• Es ist bekannt, den Dämpfungswiderstand durch .den Kontakt eines Ruheluftschützes zu überbrücken, der bei einem Ausfall der Spannung öffnet und nach dem Einschalten und Abklingen der Einschaltströme wieder schließt. Nachteilig ist dabei, daß die Betätigungszeiten des Schützes sehr lang sind und daß der Steueraufwand groß ist. Überlegungen haben gezeigt, daß es vorteilhaft ist, derartige Luftschütze durch Stromtore zu ersetzen. Stromtore sperren nämlich im gelöschten Zustand den Stromfluß sowohl in der Durchlaß- wie in der Sperrrichtung, wenn die an sie angelegte Spannung den zulässigen Sperrwert nicht überschreitet. Durch einen kleinen Zündstrom kann der Strom in Durchlaßrichtung in wenigen Mikrosekunden freigegeben werden. Das Stromtor sperrt erst wieder, wenn der Strom durch die Bedingungen des äußeren Stromkreises sehr klein wird oder seine Polarität ändert. In vielen Fällen ist es auch erforderlich, die Ein- bzw. Abschaltzeiten für den zur Vermeidung von Schaltstromspitzen von Transformatoren verwendeten Dämpfungswiderstand zeitlich genau zu bemessen.
• Die Steuerschaltung wird gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß dem jeweiligen Einschaltstrom-Dämpfungswiderstand zwei antiparallelgeschaltete Stromtore parallel liegen, die ihren Einschaltimpuls nach einer festlegbaren Mindestzeitverzögerung nach Anschaltung der Wechselspannung dadurch eine von der Wechselspannung abgeleitete, gerichtete Impulsspannung erhalten, daß die von der Wechselspannung abgeleitete Gleichspannung derart von einer Gleichrichteranordnung erzeugt ist, daß nach dem Einschalten der Primärwicklung eines Steuerübertragers die Wechselspannung zugeführt ist, daß für jedes Stromtor eine Gleichrichteranordnung vorhanden ist, die jeweils so aufgebaut ist, daß parallel zur jeweiligen Sekundärwicklung des Steuerübertragers eine Reihenschaltung, bestehend aus einer ersten Halbleiterdiode und einer zweiten Halbleiterdiode, die entgegengesetzt der ersten Halbleiterdiode geschaltet ist, liegt und daß der zweiten Halbleiterdiode die Reihenschaltung einer Drossel und der Steuerstrecke des jeweiligen Stromtores parallel geschaltet ist.
• Durch diese Maßnahmen erreicht man definierte Ein- bzw. Abschaltzeiten für den zur Vermeidung von Einschaltstromspitzen von Transformatoren verwendeten Dämpfungswiderstand. Die zusätzliche Verwendung von Transistoren ermöglicht es ferner, die Ein- bzw. Abschaltzeit weiter zu vergrößern. Durch die Verwendung von Stromtoren wird der Strom, bezogen auf 50-Hz-Wechselstrom, auch ohne Verzögerung eingeschaltet im Gegensatz zu einem mechanisch bewegten Kontakt, bei dem für Ströme von etwa 20 bis 30 A stets eine Schaltzeit von zwei oder mehr 50-Hz-Halbwellen benötigt wird.
• Die Abschaltzeit des Stromtores im Wechselstromkreis liegt mit höchstens einer halben Periode auch noch unter den Schützkontaktzeiten. Wechselspannungsunterbrechungen von 10 Millisekunden genügen, um die Dämpfungswiderstände wieder einzuschalten und die nachfolgenden Einschaltstromspitzen zu begrenzen. Die bei 50 Hz vernachlässigbare Einschaltzeit der Stromtore erlaubt, den Begrenzungswiderstand nach der Mindestzeit zu überbrücken. Diese liegt je nach dem Phasenwinkel der Spannung im Einschaltmoment zwischen etwa einer Viertel- und Dreiviertelperiode, also zwischen 5 und 15 Millisekunden. Der Begrenzungswiderstand kann bei der Steuerschaltung nach der Erfindung höher gewählt werden, als es bei der Verwendung von Schützkontakten möglich ist. Der Einschaltstrom besitzt dann nur eine einzige stark begrenzte Spitze, die darauffolgende Spannungshalbwelle anderer Polarität wird in voller Größe an die Transformatoren gelegt, d. h., der Dämpfungswiderstand ist dann bereits überbrückt.
• An Hand des Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
• Dem Einschaltstrom-Dämpfungswiderstand 1 sind über eine Sicherung 23 zwei antiparallelgeschaltete Stromtore 2, 3 parallel gelegt. Der Einschaltimpuls für diese Stromtore wird über eine Regelschaltung gewonnen. Die Regelschaltung besteht aus dem Transformator 4, dessen Primärwicklung 5 parallel zur einzuschaltenden Netzspannung liegt. Der Transformator 4 weist zwei Sekundärwicklungen 6, 7 auf. Jede dieser Sekundärwicklungen ist eine Gleichrichteranordnung, bestehend aus den Halbleiterdioden 9 bzw. 10, den ohmschen Widerständen 17 bzw. 18 und den Kapazitäten 11 bzw. 12, nachgeschaltet. Parallel zu den Kapazitäten 11 bzw. 12 liegt jeweils die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 21 bzw. 22. In den Basiskreis dieser beiden Transistoren ist jeweils ein ohmscher Widerstand 24 bzw. 25 eingeschaltet. Zwischen Kollektor eines jeden Transistors und der gleichspannungsseitigen Elektrode der Halbleiterdioden 9 bzw. 10 liegen die Dioden 19 bzw. 20, die so geschaltet sind, daß sie bei geöffneten Halbleiterdioden 9 bzw.10 gesperrt sind. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Halbleiterdioden und der Steuerelektrode des jeweiligen Stromtores liegen die Drosseln 15 bzw.16. Die ohmschen Widerstände 27 und 28 sind zwischen Steuerelektrode des jeweiligen Stromtores und Kathode der Dioden 19 bzw. 20 geschaltet. Die Kathoden dieser beiden letztgenannten Halbleiterdioden sind außerdem mit den jeweiligen Anoden der zugehörigen Stromtore verbunden. Die Halbleiterdioden 9,10,1g und 20 und die Drosseln 15 und 16 sorgen dafür, daß die Halbwellen der Steuerspannung am Steuertransformator 4 die Zündströme erst für die nachfolgenden Halbwellen liefern. Eine Mindestzeitverzögerung von etwa 5 Millisekunden liefern die beiden Transistoren 21 bzw. 22, da sie wie Schalter mit geringer Zeitverzögerung wirken. Bei Anschaltung der Netzspannung an den Transformator 8 tritt erst nach Rufladung der Kapazitäten über die jeweilige Halbleiterdiode ein Steuerimpuls am zugehörigen Stromtor auf. Je nach Polarität der anzuschaltenden Netzspannung im Augenblick des Einschattens ist die eine Halbleiterdiode geöffnet und die andere gesperrt, und umgekehrt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Steuerschaltung mit Wechselstromschalter zum Überbrücken von Einschaltstrom-Dämpfungswiderständen nach dem Anschalten einer Wechselspannung an Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweiligen Einschaltstrom-Dämpfungswiderstand (1) zwei antiparallelgeschaltete Stromtore (2, 3) parallel liegen, die ihren Einschaltimpuls nach einer festlegbaren Mindestzeitverzögerung nach Anschaltung der Wechselspannung dadurch eine von der Wechselspannung abgeleitete, gerichtete Impulsspannung erhalten, daß die von der Wechselspannung abgeleitete Gleichspannung derart von einer Gleichrichteranordnung erzeugt ist, daß nach dem Einschalten der Primärwicklung (5) eines Steuerübertragers (4) die Wechselspannung zugeführt ist, daß für jedes Stromtor eine Gleichrichteranordnung (13 bzw. 14) vorhanden ist, die jeweils so aufgebaut ist, daß parallel zur jeweiligen Sekundärwicklung (6 bzw. 7) des Steuerübertragers (4) eine Reihenschaltung, bestehend aus einer ersten Halbleiterdiode (9 bzw. 10) und einer zweiten Halbleiterdiode (19 bzw. 20), die entgegengesetzt der ersten Halbleiterdiode geschaltet ist, liegt und daß der zweiten Halbleiterdiode die Reihenschaltung einer Drossel (15 bzw. 16) und der Steuerstrecke des jeweiligen Stromtores parallel geschaltet ist.
2. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur jeweiligen Sekundärwicklung (6 bzw. 7) des Steuerübertragers (4) eine Reihenschaltung, bestehend aus einer ersten Halbleiterdiode (9 bzw. 10), einem ohmschen Widerstand (17 bzw. 18) und einer Kapazität (11 bzw. 12), geschaltet ist und daß der Kapazität und dem ohmschen Widerstand eine zweite Halbleiterdiode (19 bzw. 20), die entgegengesetzt der ersten Halbleiterdiode geschaltet ist, parallel liegt und daß die an der Kapazität (11 bzw.12) anstehende Gleichspannung zur Steuerung des Emitter-Basis-Kreises eines Transistors (21 bzw. 22) dient, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in einer der beiden von der jeweiligen Gleichrichteranordnung (13 bzw. 14) zur zweiten Halbleiterdiode (19 bzw. 20) führenden Zuleitung liegt.