DE1563280C - Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit antiparallel geschalteten Thyristoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Anordnung zur Lastumschaltung für Stufentransfor-

zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit matoren der eingangs beschriebenen Art einerseits

antiparallelgeschalteten Thyristoren in zwei gleich- die Abhängigkeit der Zündung von der Größe des

artigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von Laststroms und damit ungewollte Zündverzögerun-

zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der 5 gen zu vermeiden und andererseits die Verriegelung

gemeinsamen Ableitung liegen, und mit je einem die der Stromkreise gegeneinander zu vereinfachen und

Thyristoren steuernden Impulsverstärker, wobei zur dabei die Anzahl der verwendeten Digitalbausteine

Verriegelung der Stromkreise gegeneinander die zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird dies dadurch

Ausgangsspannungen von zwei Sperrspannungs- erreicht, daß für jeden Stromkreis die logische Ver-

geräten mit Schwellwert zur Erfassung der Spannung io knüpfung a · b (UND-Verknüpfung) gebildet ist,

an dem jeweils zugeordneten Thyristor-Paar und die wobei α die Ausgangsspannung des Sperrspannungs-

Ausgangsspannungen der beiden Ausgänge eines gerätes des zuerst stromführenden Stromkreises und

gemeinsamen bistabilen Befehlsgebers zur Einleitung b die Ausgangsspannung desjenigen Ausganges des

der Lastumschaltung über logische Bausteine mitein- Befehlsgebers.ist, welcher einen Zündbefehl für den

ander verknüpft sind. 15 stromübernehmenden Stromkreis vorgibt. Gemäß

Es sind Anordnungen zur Lastumschaltung bei einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft,

Stufentransformatoren bekanntgeworden (belgisches daß zusätzlich je Stromkreis ein Stromerfassungs-

Patent 612 572, französisches Patent 1378 810), in gerät vorgesehen ist, mit dessen Hilfe für jeden

welchen die Zündung der Thyristorzweige entweder Stromkreis die logische Verknüpfung

mit Stromwandlern, die vom Laststrom des jeweiligen 20 a- b -c
Gegenstroms durchflossen werden, geschieht oder

aber mit Transformatoren, welche aus der Sperr- (UND-Verknüpfung) gebildet ist, wobei c (inverspannung am Gegenzweig mittels Gleichrichtern die tiert c) die Ausgangsspannung des dem strom-Zündspannung für die Thyristoren bilden. Da die übernehmenden Stromkreis zugeordneten Strom-Thyristoren zur Zündung eine gewisse Energie be- 25 erfassungsgerätes ist. In zweckmäßiger Weise sind nötigen, Laststrom sowohl als auch Sperrspannung die Impulsverstärker mit einer Gleichspannung geaber Wechselgrößen sind, kann die Zündung der speist, die von der Stufenspannung des Stufen-Thyristoren einerseits ungewollt verzögert statt- transformators oder einer Fremdspannung herfinden, was zu Spannungsspitzen führt, und wird geleitet ist.

andererseits laststromabhängig sein, was mit der 30 An Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Form

Größe des Laststroms schwankende Zündverhätnisse von Schaltbildern soll der Gegenstand der Erfindung

bedeutet. näher erläutert werden. Es zeigt

Eine weitere Anordnung zur Umschaltung ist im F i g. 1 das Schaltbild einer Anordnung zur Lastbelgischen Patent 662475 bekanntgeworden; darin umschaltung, bei welchem der Impulsverstärker wird eine Kombination von Digitalbausteinen, welche 35 durch Impulse gesteuert wird, die über ein Sperrdie logische Funktion spannungserfassungsgerät und Digitalbausteine er-

a-b + b-c + d ^zm& ^werden>

F i g. 2 die Schaltung eines Sperrspannungsgerätes,

verwirklicht, dazu verwendet, die Thyristoren ab- Fig. 3 eine Funktionstabelle der verwendeten

hängig von der Höhe der Spannung am sperrenden 4° Digitalbausteine,

Zweig, ferner abhängig vom Ausgang einer bistabilen F i g. 4 ein Schaltbild der Anordnung zur Last-Verteilerstufe und einer Verzögerungsstufe, zu zün- umschaltung, bei welchem der Impulsverstärker den. Darin bedeuten α den Ausgangszustand des durch kurze Steuerimpulse gesteuert wird, die über einen Spannungserfassungsgerätes, b den Ausgangs- ein Stromerfassungsgerät und ein Sperrspannungszustand der Verzögerungsstufe, c den Ausgangs- 45 erfassungsgerät und Digitalbausteine erzeugt werden, zustand des anderen Spannungserfassungsgerätes Im Schaltbild nach F i g. 1 ist ein Teil der Wick- und d schließlich den Ausgangszustand der bistabilen lung des Stufentransformators Tr mit den Stufen-Verteilerstufe. Zwar ist hier der störende Einfluß der anzapfungen A und B dargestellt. 1 und 2 sind zwei Laststromabhängigkeit nicht vorhanden, doch ist Wählerkontakte, die an den Stufenanzapfungen A einerseits der Aufwand an Logikbausteinen relativ 50 und B liegen. Die Wählerkontakte 1 und 2 sind hoch und andererseits eine bestimmte Spannungs- jeweils über Dauerkontakte 3, 4 mit der Ableitung spitze im leitenden Thyristorzweig, die zur Aus- AbI verbunden. Jeweils einer der Dauerkontakte 3 lösung der Zündimpulse für den antiparallelen bzw. 4 führt im stationären Zustand den Laststrom. Thyristor führt, immer notwendig. Parallel zu den Dauerkontakten 3, 4 sind zwei gleich-

Schließlich ist eine Anordnung (entsprechend der 55 artige Stromkreise St₁ und Si₂ geschaltet, die über

nachveröffentlichten USA.-Patentschrift 3 340 462, Trennschalter 5 und 6 mit den Wählerkontakten 1, 2

die der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungs- verbunden sind. Die Trennschalter 5, 6 machen die

schrift 1413 478 entspricht) bereits vorgeschlagen Stromkreise St₁ und St₂ nach erfolgter Umschaltung

worden, welche wie die bisher genannten Anord- spannungsfrei. . . .T\ .

nungen im Nulldurchgang des Laststroms von einer 60 Der Stromkreis St₁ besteht aus den gegenparallel-Anzapfung des Stufentransformators auf die nächst- geschalteten Thyristoren 7 und 8, denen ein Konhöhere oder -tiefere umschaltet, die aber den genauen densator 11, ein Dämpfungswiderstand 13 und eine Nulldurchgang des Stroms direkt mit Hilfe von Luftdrossel 15 parallel geschaltet ist. Der Konden-Strom-Detektoren erfaßt. Unerwünscht ist hierbei sator 11 kann den Laststrom während der ganz . wieder eine vorhandene Abhängigkeit der Thyristor- 65 kurzen Zündverzögerung ohne wesentlichen Spanzündung von der Größe des Laststroms, die bei sehr nungsabfall weiterführen und gleichzeitig die Spangeringer Last zu Schwierigkeiten führen kann. nungsanstiege an den Thyristoren verringern. Die

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei einer Luftdrossel 15 von einigen μΗ dient dazu, den An-

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stieg des Kondensator-Entladestroms auf ein für die F i g. 4 zeigt eine Steueranordnung, bei welcher die

Thyristoren zulässiges Maß zu reduzieren. Der jeweiligen Thyristoren 7 und 8 bzw. 9 und 10 mit

Dämpfungswiderstand 13 ist niederohmig. kurzen Impulsen gezündet werden und dadurch die

Der Stromkreis St₂ ist gleichartig aufgebaut, wie Baugröße der Impulstransformatoren 17 und 18

der Stromkreis Si₁, Er besitzt die Thyristoren 9, 10, 5 wesentlich verringert und ihr Übertragungsverhalten

den Kondensator 12, den Dämpfungswiderstand 14 verbessert wird. Die Leistungsstromkreise Si₁ und Si₂

und die Luftdrossel 16. samt den Sperrspannungsgeräten 31 und 32 und dem

Der Impulsverstärker JV besteht aus den Impuls- Impulsverstärker JV sind im Aufbau gleich der

transformatoren 17, 18, deren Primärwicklungen 171 Schaltung nach F i g. 1 mit der gleichen Bezeichnung,

und 181 mit Transistorkaskaden 19 und 20 in einem io jedoch wurden in F i g. 4 der Einfachheit halber.

Stromkreis zusammengeschaltet sind, der von einer sämtliche Kontakte 1... 6, die Stromwege 11, 13, 15

Gleichspannung 21 gespeist wird. Parallel zu den bzw. 12, 14, 16 und unwesentliche Komponenten

Primärwicklungen 171, 181 sind Dioden 22 ge- des Impulsverstärkers/F weggelassen,

schaltet. Die Sekundärwicklungen 172, 182 der Zusätzlich zu den NOR-B austeinen 41 und 42

Impulstransformatoren 17 und 18 sind unterteil und 15 nach F i g. 1 werden bei dem Ausführungsbeispiel

sind jeweils zwischen die Kathode und die Steuer- nach F i g. 4 die NAND-Stufen 51 und 52 verwendet,

elektrode je eines Thyristors 7, 8 bzw. 9, 10 ge- Die Ausgänge^ der Stufen41 und 42 steuern nicht

schaltet. 23 und 24 sind Basis-Emitter-Widerstände, die Transistor-Kaskaden 19 und 20 über Inverter-

25 und 26 sind Widerstände zur Begrenzung des stufen direkt, sondern sind mit den Eingängen E₁ je

Steuerstroms der Transistor-Kaskaden 19, 20. 20 einer NAND-Stufe 51 und 52 verbunden. Außerdem

Parallel zu den Thyristoren? und 8 des Strom- sind über Stromwandler71 und 72, deren Primärkfeises St₁ bzw. zu den Thyristoren 9 und 10 des wicklungen in der Ableitung AbI der Stromkreise St₁ Stromkreises St₂ liegen je ein Sperrspannungsgerät und St₂ Hegen, Stromerfassungsgeräte 73 und 74 ge-31 bzw. 32, dessen Schaltung aus Fig. 2 zu ersehen schaltet, die den jeweiligen Laststrom in den Stromist. Das Gerät besteht zunächst aus einem Primär- 25 kreisen St₁ und St₂ erfassen und als Gleichspannung Stromkreis eines Transformators 33, in welchem über den Eingangskontakt E₂ an die NAND-Stufe 51 gegenparallelgeschaltete Dioden 34 und ein Wider- bzw. 52 weitergeben. Dieses Gleichspannungssignal stand 35 liegen. Die Dioden 34 dienen als Schwelle ist in der Nähe des Laststrom-Nulldurchganges und der Widerstand 35 zur Begrenzung des sekundär natürlich ebenfalls Null und beeinflußt die NAND-über eine Einphasen-Gleichrichterbrücke 36 und eine 30 Stufe 51 bzw. 52 so, daß Zündimpulse nur in der Zenerdiode 37 fließenden Stroms. Der Widerstand Nähe des Nulldurchganges über den Impulsverstärker 38 dient zur Einstellung des Ansprechzeitpunkts der JV an die Thyristoren 7, 8 bzw. 9, 10 des jeweils Digitalbausteine. ' stromführenden Stromkreises St₁ bzw. St₂ gegeben

Der Umschaltbefehl wird über die Eingänge E₁ werden.

bzw. E₂ eines bistabilen Befehlsgebers 40 gegeben 35 Die Funktionstabellen Fig. 3 geben die Signal- und über je eine NOR-Stufe 41 bzw. 42 weiter- Verknüpfungen an: Signal 0 = Spannung und gegeben, wobei die Eingangskontakte E₁ der NOR- Signal 1 = keine Spannung an den Eingängen E₁ Stufen 41 und 42 jeweils mit dem Sperrspannungs- und E₂ und dem Ausgang A der NAND (not and)-gerät 32 bzw. 31 in Verbindung stehen. Der Aus- Stufe und der NOR (not or)-Stufe.
gangsköntakt A der Stufen 41 bzw. 42 ist über je 40 An Hand des Ausführungsbeispiels nach Schalteine Inverterstufe 43 bzw. 44, welche das Ausgangs- bild Fig. 4 soll nun unter der Voraussetzung, daß signal der Stuf en 41 bzw. 42 umkehren, mit der die Thyristoren 7 und 8 bereits gezündet, die nur in Transistor-Kaskade 19 bzw. 20 des Impulsverstärkers F i g. 1 dargestellten Dauerkontakte 3 und 4 geöffnet JVverbunden. und die Wählerkontakte 1 und. 2.und die Trenn-

Die beiden Sperrspannungsgeräte 31 bzw. 32 ver- 45 schalter 5 und 6 geschlossen sind, eine Umschaltung

hindern beim Ankommen des Umschaltbefehls vom von der Stufenanzapfung A auf die Stufenanzap-

Stromkreis St₁ auf den Stromkreis St₂ oder umgekehrt fung B wiedergegeben werden. An den Thyristoren 9

zwar nicht die sofortige Wegnahme der Steuerimpulse und 10 liegt dann die Stufenspannung als Sperr-

von den leitenden Thyristoren? und 8 bzw. 9 und spannung an, und entsprechend gibt das Sperr-

10, sie geben aber infolge der primären Schwelle 34 50 spannungsgerät 32 positives Signal (Signal 0) auf den

nur und erst dann Gleichspannungssignal an die Eingang E₁ der NOR-Stufe 41 ab. Der zweite Ein-

NOR-Stufen 41 bzw. 42 der Gegenzweige, wenn die gang E₂ der NOR-Stufe 41 erhält direkt von dem

parallelen Thyristoren in Sperrzustand übergegangen bistabilen Befehlsgeber 40 Signal 0, d. h. Spannung,

sind. Sobald für die NOR-Stufe an beiden Ein- wenn die Thyristoren 7 und 8 gezündet werden

gangen E₁, E₂ Spannung (d. h. Signal 0) anliegt, er- 55 sollen.

scheint am Ausgang A der Inverterstufe Spannung, Entsprechend der Funktionstabelle F i g. 3 gibt die

welche die entsprechende Transistor-Kaskade 19 NOR-Stufe 41 am Ausgang A Signal 1, also keine

bzw. 20 im Impulsverstärker JV durchzündet. Die Spannung an den Eingang E₁ der NAND-Stufe 51.

Gleichspannung liegt jetzt am Impulstransformator Fließt in der Gegenparallel-Schaltung der Thyri-

17 bzw. 18, und dieser überträgt die Spannung auf 60 stören 7 und 8 gerade Strom, so gibt das Strom-

die Thyristoren 7, 8 bzw. 9, 10. Abgesehen von ganz erfassungsgerät 73 Signal 0 an den Eingang E₂ der

kurzen Pausen während der Nulldurchgänge der NAND-Stufe 51, an deren Ausgang A erscheint

Sperrspannung muß der Impulstransformator 17 Signal 1, die entsprechende Transistor-Kaskade 19

bzw. 18 während der gesamten Einschaltzeit der im Impulsverstärker JV sperrt, und die Thyristoren 7 Thyristoren 7, 8 bzw. 9, 10 Spannung übertragen. 65 und 8 erhalten keinen Steuerimpuls. Nähert sich der

Dadurch ist ein verhältnismäßig großer Impulstrans- Laststrom-Momentanwert dem Nulldurchgang, so

formator 17 bzw. 18 erforderlich. liegt an beiden Eingängen E₁ und E₂ der NAND-

Das Ausführungsbeispiel nach dem Schaltbild Stufe 51 Signal 1, es erscheint Spannung an ihrem

Ausgang A und der Impulsverstärker JV gibt mit Ausnahme einer einige Mikrosekunden währender Pause infolge des Nullwerdens der Sperrspannung des Gegenzweiges so lange einen Zündimpuls an die Thyristoren 7 und 8 ab, bis es über die Ladestrom-Erfassung wieder den Abschaltbefehl erhält.

Sollen nun die Thyristoren 7 und 8 gesperrt und 9 und 10 gezündet werden, so wird der Umschaltbefehl innerhalb einiger Mikrosekunden von E₂ der NOR-Stufe 41 auf E₂ der NOR-Stufe42 gegeben. Diese Stufe gibt den Zündbefehl aber erst weiter, wenn die Thyristoren 7 und 8 in den Sperrzustand übergehen. Somit kann keine Überlappung der Leitzustände der Thyristoren zustande kommen und die Zündung der Thyristoren 9 und 10 erfolgt, sobald am Ausgang A der NOR-Stufe 42 Signal 1 erscheint. Auch jetzt werden die Zündimpulse nach Einsetzen eines Ladestroms wieder abgeschnitten, wie oben beschrieben.

Der Trennschalter 5 wird geöffnet, danach der Dauerkontakt 4 geschlossen, die Thyristoren abgeschaltet und der Trennschalter 6 geöffnet (s. Fig. 1). Damit ist die Umschaltung von der Stufenanzapfung A nach der Stufenanzapfung B des Regeltransformators Tr abgeschlossen.

Die Umschaltung von der Stufenanzapfung B nach der Stufenanzapfung A des Regeltransformators erfolgt in gleicher Weise, jedoch in umgekehrter Schaltfolge.

Auch die Umschaltung nach der Schaltanordnung F i g. 1 erfolgt in ähnlicher Weise wie die Umschaltung nach der Schaltanordnung F i g. 4. Es ist hierbei nur zu berücksichtigen, daß das Sperrspannungsgerät 31 bzw. 32 zusammen mit dem bistabilen Befehlsgeber 40 nur eine NOR-Stufe 42 bzw. 41 ansteuert und diese Stufe direkt über Inverterstufen 43 bzw. 44 und den ImpulsverstärkerJV die Thyristoren? und 8 bzw. 9 und 10 steuert.

Die Schaltanordnung nach Fig. 1 ist zwar einfacher als die Schaltanordnung nach Fig. 4, doch müssen hierbei die Impulstransformatoren 17 und 18 des Impulsverstärkers JV stärker ausgelegt werden, weil längere Impulse auftreten, während sie bei der Schaltanordnung nach F i g. 4 durch Auftreten von nur Kurzimpulsen kleiner ausgebildet sein können.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren mit antiparallelgeschalteten Thyristoren in zwei gleichartigen Stromkreisen, die jeweils zwischen einer von zwei Anzapfstufen des Stufentransformators und der gemeinsamen Ableitung liegen, und mit je einem die Thyristoren steuernden Impulsverstärker, wobei zur Verriegelung der Stromkreise gegeneinander die Ausgangsspannungen von zwei Sperrspannungsgeräten mit Schwellwert zur Erfassung der Spannung an dem jeweils zugeordneten Thyristor-Paar und die Ausgangsspannungen der beiden Ausgänge eines gemeinsamen bistabilen Befehlsgebers zur Einleitung der Lastumschaltung über logische Bausteine miteinander verknüpft sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Stromkreis (Si₁, Sf₂) die logische Verknüpfung a · b (UND-Verknüpfung) gebildet ist, wobei α die Ausgangsspannung des Sperrspannungsgerätes (z. B. 31) des zuerst stromführenden Stromkreises (z. B. Si₁) und b die Ausgangsspannung desjenigen Ausganges (z. B. A₂) des Befehlsgebers (40) ist, welcher einen Zündbefehl für den stromübernehmenden Stromkreis (z. B^ Si₂) vorgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich je Stromkreis (Si₁, St₂) ein Stromerfassungsgerät (73, 74) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe für jeden Stromkreis die logische Verknüpfung

a· b -c

(UND-Verknüpfung) gebildet ist, wobei c (invertiert c) die Ausgangsspannung des dem stromübernehmenden Stromkreises (z. B. St₂) zugeordneten Stromerfassungsgerätes (z. B. 74) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverstärker (JV) mit einer Gleichspannung (21) gespeist sind, die von der Stufenspannung des Stufentransformators (Tr) oder einer Fremdspannung hergeleitet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen