DE1563356C - Arrangement for load switching with step transformers - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren im natürlichen Nulldurchgang des Laststromes innerhalb weniger Mikrosekunden mittels je eines gesteuerten Halbleitergleichrichtergerätes in beiden Wählerarmeri ohne Überschaltwiderstände und/oder Drosseln, wobei parallel zu jedem der zwei Halbleitergleichrichtergeräte der Eingang eines Steuergerätes mit hoher Eingangskapazität liegt, dessen Ausgang an den Steuereingang des Halbleitergleichrichtergerätes im anderen Wählerarrn angeschlossen ist und innerhalb ! des Steuergerätes parallel zu seinem Eingang die mit einem Kondensator in Reihe geschaltete Primärwicklung eines ersten Überträgers und die mit einem Widerstand in Reihe geschaltete Primärwicklung eines zweiten Übertragers liegen und die Sekundärwicklungen der beiden Übertrager an je einen Gleichrichter angeschlossen sind, deren Gleichstromseiten additiv zusammengeschaltet den Ausgang des Steuergerätes bilden. ' ■■·■■.'■' ■ ■. The main patent relates to an arrangement for load switching in step transformers in the natural zero crossing of the load current within a few microseconds by means of a controlled semiconductor rectifier device in each of the two selector arms without transition resistors and / or chokes, whereby the input of a control device with high input capacitance is parallel to each of the two semiconductor rectifier devices, its output is connected to the control input of the semiconductor rectifier device in the other voter array and within! of the control unit parallel to its input the primary winding of a first transformer connected in series with a capacitor and the primary winding of a second transformer connected in series with a resistor and the secondary windings of the two transformers are each connected to a rectifier, whose DC sides are additively connected to the output of the Form control device. '■■ · ■■.' ■ '■ ■.

Ih Fig. Γ ist in stark schematisierter Weise eine Anordnung nach dem Hauptpatent dargestellt. Die teilweise gezeigte Regelwicklung 1 des Stufentransformators hat zwei benachbarte Anzapfungen 2 und 3, die mit beweglichen Stüfenkontakten 11 und 12 des Wählers zusammenwirken, indem diese an den Anzapfungen in bekannter Weise entlangführbar sind. In den Zuleitungen zu den Stufenkontakten 11 undIh Fig. Γ is a highly schematic way Arrangement according to the main patent shown. The partially shown control winding 1 of the step transformer has two adjacent taps 2 and 3 with movable stud contacts 11 and 12 of the Voter cooperate in that they can be guided along the taps in a known manner. In the leads to the step contacts 11 and

12 liegen die beiden steuerbaren Halbleitergleichrichtergeräte 4 und 5, die mit der abgehenden Lastleitung12 are the two controllable semiconductor rectifier devices 4 and 5, the one with the outgoing load line

13 verbunden sind. Die Steuergeräte 4 und 5 enthalten steuerbare Halbleitergleichrichter, vorzugsweise in Antiparallelschaltung, die je nach ihrem Erregungszustand einen Wechselstrom sperren oder durchlassen. Parallel zum steuerbaren Halbleitergleichrichtergerät 4 ist über die Zuleitungen 61 und 62 und den Schalter: 63 der Eingang eines Steuergerätes 6 geschaltet, dessen Ausgang 64 auf den Steuerkreis des Halbleitergleichrichters des steuerbaren Halbleitergleichrichtergerätes 5 geführt ist. In ähnlicher Weise liegt der Eingang des Steuergerätes 7 über die Zuleitungen 71 und 72 und den Schalter 73 parallel zum steuerbaren Halbleitergleichrichtergerät 5; der Ausgang 74 des Steuergerätes 7 ist mit dem Steuerkreis des steuerbaren Halbleitergleichrichtergerätes 4 verbunden. _: :....-.-13 are connected. The control devices 4 and 5 contain controllable semiconductor rectifiers, preferably in anti-parallel connection, which block or allow an alternating current to pass depending on their state of excitation. In parallel with the controllable semiconductor rectifier device 4, the input of a control device 6 is connected via the leads 61 and 62 and the switch: 63, the output 64 of which is routed to the control circuit of the semiconductor rectifier of the controllable semiconductor rectifier device 5. In a similar way, the input of the control device 7 is connected via the leads 71 and 72 and the switch 73 in parallel to the controllable semiconductor rectifier device 5; the output 74 of the control device 7 is connected to the control circuit of the controllable semiconductor rectifier device 4. _:: ....-.-

Ein Ümsteuervorgang, beispielsweise von der Anzapfung 2 auf die Anzapfung 3, verläuft in der nachstehend erläuterten Weise: Der Laststrorn fließt von der Regel wicklung 1 über die Anzapfung 2, den Stufenkontakt 11, das stromführende steuerbare Halbleitergleichrichterelement 4 zur Lastleitung 13 und von dort über die dargestellte Last zum Anfang der Regel wicklung 1 zurück.-Dabei'ist der Schalter 63 geöffnet und der Schalter 73 geschlossen. Die im gesperrten Halbleitergleichrichtergerät 5 auftretende Stufenspannung erregt über den geschlossenen Schal ter 73 das Steuergerät 7, an dessen Ausgang dabei ein Steuerstrom auftritt, der' das stromführende HaIb-An over-control process, for example from the tap 2 to the tap 3, proceeds in the manner explained below: The load current flows from the rule winding 1 via the tap 2, the tap contact 11, the current-carrying controllable semiconductor rectifier element 4 to the load line 13 and from there via the Load shown to the beginning of the rule winding 1 back.-Here, the switch 63 is open and the switch 73 is closed. The step voltage occurring in the blocked semiconductor rectifier device 5 excites the control device 7 via the closed switch 73, at the output of which a control current occurs which ' the current-carrying half-

" leitergleichrichtergerät 4 im; stromdurchlässigen Zu-"conductor rectifier device 4 in; current-permeable supply

■ stand hält. ν■ withstands. ν

Zur Vorbereitung der Umschaltung der Lastleitung 13 von der Anzapfung 2 auf die Anzapfung 3 wird der Schalter 63 geschlossen; der ebenfalls noch geschlossene Schalter 73 läßt das Steuergerät 7 weiterhjn an der im gesperrten Halbleitergleichrichtergerät herrschenden Stufenspannung, SO; daß der am Aus- -ßang- 74> auftretende Steuerstrom das Halbleitergleichrichtergerät 4 nach wie vor im stromführenden Zustand hält. Der kleine Spannungsabfall an dem stromführenden Halbleitergleichrichtergerät 4 kann im parallelliegenden Steuergerät tftrotz des geschlossenen Schalters 63 keinen Steuerstrom im- Ausgangskreis 64 hervorrufen, so daß das Halbleitergleichrichtergerät 5 weiterhin stromsperrend bleibt. Erst durch öffnen des Schalters 73 wird das Steuergerät 7 abgeschaltet und der Steuerstrom am Ausgang 74 in Fortfall gebracht, so daß nunmehr das Halbleitergleich-. richtergerät 4 nach dem natürlichen Nulldurchgang seines Laststromes sperrt. Der Laststrom fließt danach kurzzeitig über das Steuergerät 6 weiter. In den wenigen Mikro-Sekunden seines Fließens bis zur Erzeugung einer zum Zünden des Halbleitergleichrichtergerätes 5 ausreichenden Spannung am Steuergerät 6 erlangt das Halbleitergleichrichtergerät 5 seine volle Sperrfähigkeit. Die das Zünden des Halbleitergleichrichtergerätes 5 bewirkende Spannung am Steuergerät 6, die am Ausgang 64 entsprechende Steuerströme hervorruft, soll im Vergleich zur Stufenspannung möglichst klein sein, was durch entsprechend bemessene.Kapazitäten des Steuergerätes erreicht werden kann. Diese kleine Spannung bewirkt über einen Übertrager die Zündung des angeschlossenen steuerbaren Halbleitergleichrichtergerätes. Die wesentlich höhere Stufenspannung erzeugt über das die Kapazitäten enthaltende Übertragungsglied und ein dazu paralleles widerstandsbehaftetes Übertragungsglied lediglich Steuerströme verhältnismäßig kleiner Größe, die auf den Sekundärseiten der Übertrager wegen ihrer Phasenverschiebung einen erforderlichen lückenlosen Gleichstrom ergeben. Die hierbei verwendeten Steuergeräte, die ihre Steuerspannung von der jeweils vorhandenen Stufenspannung des Transformators beziehen, sind für unterschiedliche Stufenspannung, beispielsweise bis zu einem Verhältnis von 1:4 brauchbar. Nun kommt es aber in der Praxis beispielsweise bei Lpkomotivtransformatoren vor, daß die „ Stufenspannungen In preparation for switching over the load line 13 from the tap 2 to the tap 3, the switch 63 is closed; the switch 73, which is also still closed, allows the control device 7 to continue to operate on the step voltage, SO, which prevails in the blocked semiconductor rectifier device; that the 74> occurring in the control current -ßang- off the semiconductor rectifier device 4 still holds the current-carrying state. The small voltage drop across the current-carrying semiconductor rectifier device 4 cannot cause any control current in the output circuit 64 in the parallel control device tftin spite of the closed switch 63, so that the semiconductor rectifier device 5 continues to block the current. Only by opening the switch 73, the control unit 7 is switched off and the control current at the output 74 is discontinued, so that now the semiconductor DC. judge device 4 blocks after the natural zero crossing of its load current. The load current then briefly continues to flow via control unit 6. In the few microseconds of its flow until a voltage sufficient to ignite the semiconductor rectifier device 5 is generated at the control device 6, the semiconductor rectifier device 5 achieves its full blocking capability. The voltage at the control unit 6 which causes the ignition of the semiconductor rectifier device 5 and which generates corresponding control currents at the output 64 should be as small as possible in comparison to the step voltage, which can be achieved by appropriately dimensioned capacities of the control unit. This small voltage causes the connected controllable semiconductor rectifier device to be ignited via a transformer. The much higher step voltage only generates relatively small control currents via the transfer element containing the capacitances and a parallel resistive transfer element, which result in a required uninterrupted direct current on the secondary sides of the transformers due to their phase shift. The control devices used here, which obtain their control voltage from the respective step voltage of the transformer, can be used for different step voltages, for example up to a ratio of 1: 4. In practice it happens, for example, with Lpkomotivtransformatoren that the "step voltages

. demgegenüber noch stärker schwanken, z. B. im Verhältnis 1:7. Wird in solchen Fällen der Steuerkreis für die kleinste vorkommende Stufenspannung ausgelegt, dann tritt bei den sehr stark schwankenden. in contrast, fluctuate even more, z. B. in proportion 1: 7. If, in such cases, the control circuit is designed for the smallest possible step voltage, then occurs with the very fluctuating

Stufenspannungen, also beispielsweise bis zur 7fachen Eingangsspannung, eine zu hohe Belastung auf.Step voltages, for example up to 7 times Input voltage, too high a load.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Anordnung für zwei unterschiedliche Spanhungsbereiche, z. B; 1:4 und 1:7, zu ertüchtigen und eine selbsttätige Umschaltung von dem einen Spannungsbereich zum anderen herbeizu-The invention is based on the object of providing the aforementioned arrangement for two different voltage ranges, e.g. B; 1: 4 and 1: 7, and an automatic switchover from one voltage range to the other.

Die Lösung der Aufgabe/gelingt dadurch, daß jedem Steuergerät die Parallelschaltung eines Vor-The solution to the problem / succeeds in that each control unit is connected in parallel with a pre-

Widerstandes mit demSchaitkontakt eines von der Stufenspannung gespeisten Relais vorgeschaltet ist und daß die Parallelschaltung den Diagonalzweig einer Gleichrichterbriicke bildet,,; in deren Gleichstromkreis ein Kondensator mit Parallelwiderstand geschaltet ist. Mit einer solchen Anordnung nach der Erfindung'hat die aus der deutschen Patentschrift 754 892 bekanntgewordene Brückenschaltung keinerlei Berührung; Dort ist im Stromkreis' eines beweglichen Stufenschalters eine Drosselspule im Diagonal- zweig einer Gleichrichterbrücke vorgesehen und diese Schaltung im Lastkreis eingefügt, um beim Abschalten nur. einen exponentiellen Anstieg des Stufenkurzschlußstromes zu erhalten. Resistor is connected upstream with the switching contact of a relay fed by the step voltage and that the parallel connection forms the diagonal branch of a rectifier bridge ,,; a capacitor with a parallel resistor is connected in the direct current circuit. The bridge circuit known from German patent specification 754 892 has no contact whatsoever with such an arrangement according to the invention; There, in the circuit of a movable tap changer, a choke coil is provided in the diagonal branch of a rectifier bridge and this circuit is inserted in the load circuit so that when it is switched off, only. to obtain an exponential increase in the step short-circuit current.

In F i g. 2 ist eine Anordnung nach der Erfindung gezeigt, die an Stelle des Steuergerätes 6 bzw. des Steuergerätes 7 gemäß Fig. 1 an die Punkte 102 und 104 in Form einer Reihenschaltung des Vorwiderstandes 124 mit dem Steuergerät 6 angeschlossen ist, wobei parallel zum Vorwiderstand 124 der Schaltkontakt 122 eines Relais liegt, das in Fig. 3 mit 127 bezeichnet ist und mit den Schaltkontakten 11 und 12 über eine Leitung 128 verbunden ist. Diese Parallelschaltung von Vorwiderstand und Schaltkontakt liegt im Diagonalzweig einer Gleichrichterbrücke 123, in deren Gleichstromkreis ein Kondensator 125 sowie ein Parallelwiderstand 126 eingefügt ist.-In Fig. 2 is shown an arrangement according to the invention, in place of the control unit 6 and the controller 7 of FIG. 1 at the points 102 and 104 in the form of a series connection of the series resistor is connected to the control unit 6 124, parallel to the resistor 124 of the Switching contact 122 of a relay is located, which is designated by 127 in FIG. 3 and is connected to the switching contacts 11 and 12 via a line 128 . This parallel connection of series resistor and switching contact is in the diagonal branch of a rectifier bridge 123, in whose DC circuit a capacitor 125 and a parallel resistor 126 are inserted.

Bei kleinen Stufenspannungen ist der Schaltkontakt 122 geschlossen, da das Relais 127 unerregt ist. In diesem Fälle liegt die gesamte Spannung am Steuergeräto an. Mit dem Ansteigen der Stufenspannung auf eine bestimmte Größe wird das Relais 127 erregt und öffnet dabei seinen Schaltkontakt 122, so daß der Vorwiderstand 124 zur Wirkung kommt und die am Steuergerät 6 anstehende Spannung in . erwünschter Weise mindert. Da' aber gleichzeitig der wirksam werdende Vorwiderstand 124 die Ansprechzeit des Steuergerätes in unerwünschter Weise vergrößern würde, wenn eine Spannung an den Klemmen 102 und 104 auftritt, muß dafür gesorgt werden, daß dieser nachteilige Effekt nicht auftreten kann. Dies gelingt durch die Überbrückung des Vorwiderstandes 124 durch den Kondensator 125, dem außerdem ein verhältnismäßig hochohmiger Parallelwiderstand 126 zugeordnet ist. Eine direkte Zuordnung des Kondensators und seines Parallelwiderstandes zum Vorwiderstand ist wegen der dabei auftretenden Gefahr einer Verschweißung des Schaltkontaktes 124 beim Schließen nicht möglich. Viel- mehr ist, um eine solche Gefahr zu vermeiden, die Gleichrichterbrücke 123 in der genannten Weise vorgesehen. Somit kann der Kondensator 125 kurzzeitig als Überbrückung des Vorwiderstandes 124 dienen, ohne daß er sich über den Schaltkontakt 124 in gefährlicher Weise entladen kann.At low step voltages, the switching contact 122 is closed because the relay 127 is de-energized. In this case, the entire voltage is applied to the control unit. When the step voltage rises to a certain size, the relay 127 is energized and opens its switching contact 122, so that the series resistor 124 comes into effect and the voltage applied to the control unit 6 in. desirably diminishes. However, since at the same time the effective series resistor 124 would increase the response time of the control unit in an undesirable manner if a voltage occurs at the terminals 102 and 104 , it must be ensured that this disadvantageous effect cannot occur. This is achieved by bridging the series resistor 124 with the capacitor 125, which is also assigned a relatively high-resistance parallel resistor 126 . A direct assignment of the capacitor and its parallel resistor to the series resistor is not possible because of the risk of welding of the switching contact 124 when it closes. Rather, in order to avoid such a risk, the rectifier bridge 123 is provided in the manner mentioned. Thus, the capacitor 125 can briefly serve as a bypass for the series resistor 124 without it being able to discharge in a dangerous manner via the switching contact 124.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufentransformatoren im natürlichen Nulldurchgang des Laststromes innerhalb weniger Mikrosekunden mittels je eines gesteuerten Halbleitergleichrichtergerätes in beiden Wählerarmen ohne Überschal twiderstände und/oder Drosseln, wobei parallel zu jedem der zwei Halbleitergleichrichtergeräte der Eingang eines Steuergerätes mit hoher Eingangskapazität liegt, dessen Ausgang an den Steuereingäng des Halbleitergleichrichtergerätes im anderen Wählerann angeschlossen ist und innerhalb des Steuergerätes parallel zu seinem Eingang die mit einem Kondensator in Reihe geschaltete Primärwicklung eines ersten Übertragers und die mit einem Widerstand in Reihe geschaltete Primärwicklung eines zweiten Übertragers liegen und die Sekundärwicklungen der beiden Übertrager an je einen Gleichrichter' angeschlossen sind, deren Gleichstromseiten additiv .zusammengeschaltet den Ausgang des Steuergerätes bilden, nach Patent 1 258 970, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steuergerät (6, 7) die Parallelschaltung eines Vorwiderstandes (124) mit dem Schaltkontakt (122) eines von der Stufenspannung gespeisten Relais (127) vorgeschaltet ist und daß die Parallelschaltung den Diagonalzweig einer Gleichrichterbrücke (123) bildet, in deren Gleichstromkreis ein Kondensator (125) mit Parallelwiderstand (126) geschaltet ist. ·.'-..'Arrangement for load switching in step transformers in the natural zero crossing of the load current within a few microseconds by means of a controlled semiconductor rectifier device in each of the two selector arms without overshoot resistors and / or chokes, with the input of a control device with high input capacitance, the output of which is connected to the control input, parallel to each of the two semiconductor rectifier devices of the semiconductor rectifier device is connected in the other selector and within the control device, parallel to its input, the primary winding of a first transformer connected in series with a capacitor and the primary winding of a second transformer connected in series with a resistor and the secondary windings of the two transformers are each connected to a rectifier ' are connected, the DC sides of which are additively. connected together form the output of the control device, according to Patent 1 258 970, characterized in that each control device (6, 7) the parallel connection of a series resistor (124) with the switching contact (122) of a relay (127) fed by the step voltage is connected upstream and that the parallel connection forms the diagonal branch of a rectifier bridge (123) , in whose DC circuit a capacitor (125) is connected with parallel resistor (126). · .'- .. ' Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings