DE1918606A1

DE1918606A1 - Stufenschalter fuer Regeltransformatoren mit steuerbaren Halbleiterventilen

Info

Publication number: DE1918606A1
Application number: DE19691918606
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Matzl
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 1969-04-12
Filing date: 1969-04-12
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR2039107A5; DE1918606B2; GB1270211A; US3579092A; BE748798A; SE352770B; AT297862B; CH506173A

Description

Maschinenfabrik Reinhausen Rogensburg, den 9.April 1969 Gebrüder Scheubeck KG.

Stufenschalter für Regeltransformatoren mit steuerbaren Halbleiterventilen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stufenschalter für Regeltransformatoren mit im Lastumschalter in zwei parallelliegenden Stromkreisen angeordneten, auch im stationären Zustand ohne Dauerhauptkontakte den Laststrom führenden, steuerbaren Halbleiterventilen, deren Zündimpulse über einen Steuerstromkreis von der Stufenspannung abgeleitet werden, und mit einem Stufenwähler, dessen feststehende Kontakte mit den jeweiligen Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators verbunden sind. Durch diesen Stufenschalter wird ein lichtbogenfreies Umschalten des Laststromes erreicht.

Es sind Anordnungen zur Lastumschaltung der Stufenwicklung von Regeltransformatoren mit steuerbaren Halbleiterventilen, wie Thyristoren oder Triacs, bekannt, bei denen aber nur selten auf die Bereitstellung der Speisespannung für die Steuerung der Halbleiterventile eingegangen wird. Da der Stufenschalter meistens auf einem Potential gegenüber Erde liegt, wird eine Steuerspannungsversörgung über einen Isoliertransformator erforderlich. Die hierbei entstehenden Verschiebungsströme über die Kapazitäten des Transformators, welche die Steuerung ungünstig beeinflussen können, sowie die Beanspruchung eines entsprechenden Raumes bei größeren Potentialünterschieden zwischen Schalter und Erde lassen es jedoch ratsam erscheinen, die Spannungsversorgung der Steuerung direkt oder indirekt von der jeweiligen Stufenspannung abzuleiten. Hierfür ist es bekannt (belgisches Patent Nr. 612 572), die Stufenspannung über den freien Wählerkontakt vor einer Umschaltung an des Lastumschalter su legen. Nach erfolgter Umeeh'aitung wird.dabei der nicht stromführende Wählerkontakt jedoch geöffnett BO daß di® Tarss^guag d@$ Steuerstromkreises nur während der Umschaltung gewährleistet ist»

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Die Erfindung stellt sich die.Aufgabe, bei einen Stufenschalter der oben beschriebenen Art Vorkehrungen zu treffen, die eine-?· dauernde Spannungsversorgung der Steuerung für die Halbleiterventile ermöglichen, auch dann, wenn der nicht stromführende Wählerkontakt öffnet, um eine andere Anzapfung·der Stufenwicklung 25U wählen. - ■ · ■■■-

Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, da3 der Stufenwähler des Stufenschalters für jede Anzapfung der Stufenwicklung aus zwei, miteinander leitend verbundenen, in zwei Schaltebenen liegenden, feststehenden Kontakten besteht und nit zwei, jeweils aus zwei mechanisch gekuppelten Kontakten bestehenden, in den gleichen beiden Schaltebenen liegenden, beweglichen Kontaktgliedern versehen ist, wobei jedes Kontaktglied in seiner Schaltebene auf die feststehenden Kontakte zv/eier benachbarter Anzapfungen der Stufenwicklung in der gleichen Schaltebene aufschaltet und dabei gleichzeitig mit der Stufenzahl die jeweils zwischen den zwei mechanisch gekuppelten Kontakten einer Schaltebene liegende Stufenspannung an einen Steuertransforniator zur Speisung des Steuerstromkreises anlegt.

Der Steuerstromkreis besteht dabei in vorteilhafter :;eiso aus bekannten elektrischen Baugruppen und einem elektrischen oder mechanischen Befehlsgeber. Der Befehlsgeber ist dabei beispielsweise ein Hagnetband oder eine photoelektrisch arbeitende Lochscheibe. In einer zweckmäßigen Ausführung i;;t der Befehlsgeber eine mechanische Steuerwalae, die mit einem Antrieb der beweglichen Kontaktglieder des Stufenwählers gekuppelt ist»

Die Ausführung des Stufenschalters nach der Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn beide parallelliegenden Stromkreise 'im stationären.Zustand des Stufenschalters gleichzeitig stromführend sind. Dadurch wird der Laststrom im stationären Zustand des Stufenschalters in jedem Stromkreis halbiert, und nur in der gana kurzen Zeit der Umschaltung sind die Halbleiterventile eines Stromkreises voll belastet, so da«3 entsprechend kleinere steuerbare Halbleiterventile verv/endet werden können.

Eine weitere zweckmäßige Ausführung eines Stufenschalter besteht darin, daß parallel au den steuerbaren Halbleiterventilen in den

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beiden Stromkreisen des Lastumschalters je ein Spannungserfassungsgerät liegt, welche über Brückengleichrichter Je ein UND-Gatter des Steuerstromkreises speisen.

Durch die Ausbildung des Stufenschalters nach der Erfindung wird erreicht, daß die von der Stufenspannung abgeleitete Stromversorgung des Steuerstromkreises niemals unterbrochen wird, auch wenn beide parallelliegende Stromkreise des Lastumschalters gleichzeitig stromführend sind, so daß jederzeit eine störungsfreie Umschaltung des Lastunschalters vorgenommen werden kann. Dies ist die Voraussetzung für eine Schaltweise, bei welcher auf die bisher verwendeten mechanischen Dauerhauptkontakte verzichtet wird, wodurch nicht nur diese Kontakte, sondern auch die hierfür erforderlichen Antriebsmittel eingespart werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild des Stufenschalters mit der Steuerschaltung und einer schematischen Darstellung des Stufenwählers,

Fig. 2 bis 6 die verschiedenen Schaltstellungen des Stufenwählers beim Umschaltvorgang des Stufenschalters und

Fig. 7 die mechanische Steuerwalze mit den den Schaltschritten des Stufenwählers entsprechenden Schaltschritten.

Der Stufenschalter besteht pus dem Lastumschalter L und dem Stufenwähler W, der an den Anzapfungen A, B, C, D der. Stufenwicklung des Transformators Tr angeschlossen ist. Die Anzapfungen A, B, C, D sind mit den feststehenden Kontakten A.., B₁, Cj, D₁ einer Schaltebene des Stufenwählers und gleichzeitig mit den feststehenden Kontakten A₂, B₂, C₂, D₂ einer zweiten Schaltebene des Stufenwählers ¥ verbunden. Die feststehenden Kontakte A₁, B₁, C₁, D₁ der einen Ebene sind über je eine Leitung TO mit den feststehenden Kontakten A₂, B₂, C₂, D₂ der anderen Ebene leitend verbunden. Der Stufenwähler W ist weiterhin mit zwei beweglichen Kontaktgliedern 11, 12 versehen, die jeweils aus zwei mechanisch gekuppelten Kontexten 13, 14 und 15, 16 bestehen und in den gleichen beiden £^haltebenen der feststehenden Kontakte A₁,.B₁, C₁, D₁ bzw. A₂, B-,, C₂, D₂ liegen. Die beweglichen Kontakte 13,14 bzw. 15, 16 sind in einem solchen Ab land voneinander starr

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gekuppelt, daß sie gleichzeitig auf zwei benachbarten feststehenden Kontakten je einer Schaltebene, z.B. B., C.., bzw. A₂,B₂, aufliegen können.

Der Lastumschalter L besteht aus zwei parallelliegenden Strom-, kreisen St₁ und St₂, die wiederum aus je zwei gegenparallel geschalteten Thyristoren 17, 18 und 19, 20 bestehen. Die beiden Stromkreise St₁ und St₂ sind über Leitungen 21, 22 jeweils mit einem Kontakt 13 bzw. 15 der beweglichen Kontaktglieder 11 bzw., 12 verbunden.Die anderen Kontakte 14 und 16 der beweglichen Kontaktglieder 11 bzw. 12 sind über Leitungen 23 bzw. 24 mit der Primärwicklung je eines Steuertransformators 25 bzw. 26 -verbundene Da die Primärwicklungen dieser Steuertransformatoren 25 und 26 über die Leitungen 21 und 22 auch mit den Kontakten 13 und 15 der beweglichen Kontaktglieder 11 und 12 verbunden sind, liegt an den Steuertransformatoren 25 und 26 im stationären Zustand des Stufenwählers W jeweils die Stufenspannung des Transformators Tr an.

Der Steuerstromkreis wird von den Steuertransformatoren 25» 26 über die Widerstände 27, 28, die Brückengleichrichter 29, 30 und die Zenerdiode 31 gespeist.Der Steuerstromkreis besteht im . wesentlichen aus der Kippstufe 32, den UND-Gattern 33 und 34 und den Impulsgeneratoren 35, 36.

Die parallel zu den Thyristoren 17, 18 bzw. 19, 20 in den Stromkreisen St₁ bzw. St₂ liegenden Transformatoren 41, 42 dienen * als Spannungserfassungsgeräte. Sie speisen über die Brückengleichrichter 43 und 44 die UND-Gatter 33 bzw. 34 und zeigen dabei an, ob der Stromkreis St₁ oder St₂ gerade sperrt. Die Steuerwalze 50 besitzt einen Schleifkontakt 51, der wechäel«* weise auf den Kontaktbahnen 52, 53, 54 und 55 schleift„Dieser Schleifkontakt 51 ist mit demAntrieb der beweglichen Kontaktglieder 11 und 12 des Stufenwählers ¥ gekuppelt „Die Steuerwaise 5Ö gibt erstens Steuersignale an die UND-Gatter 33 bzw. 34 und swüt Steuersignale an die Eingänge E₁ bzw. E₂ der Kippstufe 32, wobei deren¹ Ausgangsklemmen A₁ und A₂ mit den 'Eingangsklenmen Eg dei⁵ UND-Gatter 33 bzw. 34 verbunden sind. DieWiderstände 56» 57,58ρ59

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dienen zur Vorbelastung der Steuerwalze 50. Die Dioden 60, 61, 62, 63 vor dem UND-Gatter 33 und die Dioden 64, 65, 66, 67 vor dem UND-Gatter 34 dienen zur Entkoppelung der verschiedenen Steuerbefehle.Die Ausgangsklemmen A₁ der UND-Gatter 33, 34 speisen je nach Freigabe über Impulsgeneratoren 35, 36 jeweils die Thyristoren 17, 18 bzw. 19, 20 des Stromkreises St₁ bzw. Stg.

An Hand einer Umschaltung soll die Anordnung des Stufenschalters nach der Erfindung näher erläutert werden:

Ausgangspunkt für die Umschaltung ist die Stellung des Stufenwählers W nach Fig. 2, die auch der Stellung des Stufenwählers W nach Fig. 1 entspricht. Die beweglichen Wählerkontakte 13 und geben mit den feststehenden Kontakten B₁ und Bg Kontakt. Der bewegliche Wählerkontakt 14 steht mit dem feststehenden Kontakt C₁ in Verbindung. Der Steuertransformator 25 erhält deshalb über die Leitungen 21, 23 die Stufenspannung, die zwischen den Anzapfungen B und C der Regelwicklung des Transformators Tr ansteht. Der bewegliche Kontakt 16 des Stufenwählers steht mit dem feststehenden Kontakt Ag in Verbindung. Der Steuertransformator 26 erhält deshalb über die Leitungen 22, 24 eine Stufenspannung, die zwischen den Anzapfungen A und B der Stufenwicklung des Transformators Tr ansteht. Beide Steuertransformatoren 25, 26 speisen aber parallel in den Steuerstromkreis.

Der Schleifkontakt 51 der Steuerwalze 50 gibt zu diesem Zeitpunkt t Kontaktverbindung zwischen den Kontaktbahnen 52 und Die Widerstände 58, 59 erhalten dadurch Spannung und ebenso die Eingänge E₁ und Eg beider UND-Gatter 33 und 34. Sobald beide Eingänge der UND-Gatter Spannung erhalten, führen auch deren Ausgänge A₁ Spannung, die Impulsgeneratoren 35 und 36 werden freigegeben und zünden beide Stromkreise St₁ und Stg des Lastumschalters L, die somit in Parallelschaltung den Laststrom von der Anzapfung B der Stufenwicklung des Transformators Tr über die Ableitung Y an die Last führen.

Kommt nun ein Befehl zur Umschaltung des Stufenschalters beir- epielsweise von der Anzapfung B nach der Anzapfung C, so beginnt · sich das bewegliche Kontaktglied 12 mit seinen Kontakten 15 und

16 in Richtung auf den festen Kontakt C₀ bzw. B₀ zu bewegen (Fig.3). « . cc

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Dabei wird die Versorgung des Steuerstromkreises über den Steuertransformator 25 aufrecht erhalten. Mit der Bewegung des Stufenwählers W beginnt sich auch der Schleifkontakt 51 der Steuerwalze 50 entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen. Dabei verläßt der Schleifkontakt 51 die Kontaktbahn 53 (Stellung t ). Dadurch wird der Impulsgenerator 35 über das UND-Gatter 33 nicht mehr freigegeben, also gesperrt. In der Stellung t₂ des Schleifkontaktes 51 der Steuerwalze 50 ist der bewegliche Kontakt 15 und auch der bewegliche Kontakt 16 des Stufenwählers weiterhin offen. Der Schleifkontakt 51 gibt jetzt aber sowohl mit der Kontakt bahn 52 als auch mit der Kontaktbahn 55 Kontakt, wodurch der Widerstand 56 und der Eingang E₂ der Kippstufe 32 Spannung erhält und dadurch die Kippstufe in jene Schaltstellung gebracht wird, in welcher ihre Ausgangsklemme A^ Spannung führt und somit auch der Eingang E„ des UND-Gatters 34.

In Fig. 4 ist der Stufenwähler ¥ in eine Schaltstellung gekommen, bei welcher der bewegliche Kontakt 15 auf dem feststehenden Kontakt Cp und der bewegliche Kontakt 16 auf dem feststehenden Kontakt Bp aufsitzt. Der Stromkreis St.. des Lastumschalters führt weiterhin Laststrom, während am Stromkreis St« die Stüfenspannung zwischen den Anzapfungen B, C der Stufenwicklung des Transformators Tr anliegt und der Transformator 42 dadurch über den Brückengleichrichter 44 ein Gleichspannungssignal an den Eingang E₁ des UND-Gatters 34 gibt. Somit liegt an beiden Eingängen E und Ep des UND-Gatters 34,auch ohne der Steuerspannung über die Steuerwalze 50, Spannung an und der Schleifkontakt 51 der Steuerwalze 50 kann bei seiner weiteren Drehung die Kontaktbahn 52 verlassen (Stellung t~). Von diesem Zeitpunkt an bis zum Auflaufen des Schleifkontaktes 51 auf die Kontaktbahn 53 (Stellung t^) verläuft die Umschaltung so, daß im ersten folgenden Nulldurchgang des Laststromes nach dem Auflaufen des Schleifkontaktes 51 auf die Kontaktbahn 54 die Umschaltung des Laststromes von dem Stromkreis St₁ auf den Stromkreis St₂ des Lastumschalters und damit von der Anzapfung B auf die. Anzapfung C der Stufenwicl'lung des Transformators Tr erfolgt. Die Kippstufe 32 gibt jetnt über ihren Ausgang A₂ Spannung an den Eingang E₀ des UND-Gatters 35. Gleichfalls erhält der Eingang E₁ des UND-Gatters

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über den Transformator 41 und den Brückengleichrichter 43 Spannung, da jetzt die Stufenspannung am Stromkreis St₁ anliegt.

Bei der weiteren Drehung des Schleifkontaktes 51 der Steuerwalze 50 läuft im Zeitpunkt t^ der Schleifkontakt 51 auf die .Kontaktbahn 53 auf, wodurch das UND-Gatter 35 an seinen Eingängen E₁ und E₂ zusätzlich Spannung erhält. Da der Schleifkontakt 51 bis zur Rückkehr in seine Ausgangslage t_Q die Kontaktbahn 53 dauernd berührt, bleibt auch der Stromkreis St« unabhängig vom weiteren Schaltablauf stromführend.

Während sich der Schleifkontakt 51 weiter von Stellung t^ nach t,-bewegt, öffnet das Kontaktglied 11 mit den beweglichen Kontakten 13 und 14 seine Kontaktstellung und bewegt sieh in Richtung der feststehenden Kontakte C₁ und D₁ des Stufenwählers (Fig.5). Die Versorgung des Steuerstromkreises geschieht jetzt über den Steuertransformator 26. Im Zeitpunkt te der Steuerwalze 50 läuft der Schleifkontakt 51 wieder auf die Kontaktbahn 52 auf. Dadurch gibt das UND-Gatter 34 den Impulsgenerator 36 frei, so daß dieser Zündimpuls=an den Stromkreis St₁ liefert. Sobald das Kontaktglied 11 mit den beweglichen Kontakten 13, 14 auf die festen Kontakte C₁ und D₁ aufläuft (Fig.6), wird der Stromkreis St₁ stromführend und die Stromkreise St₁ und St₂ des Lastumschalters teilen sich den Laststrom, der von der Anzapfung C der Stufenwicklung über die Ableitung Y fließt. Der Schleifkontakt 51 verharrt in seiner ursprünglichen Ausgangslage t_Q und ist für eine weitere Umschaltung bereit. Geschieht diese Umschaltung in Richtung der Anzapfung D der Stufenwicklung, so wiederholt sich der eben beschriebene "Verlauf. Soll die Umschaltung jedoch zurück in Richtung der Anzapfung B erfolgen, so dreht sich der Schleifkontakt im entgegengesetzten Drehsinn und die beweglichen Kontaktglieder 11 und 12 bewegen sich so, daß zuerst das Kontaktglied 11 und dann das Kontaktglied 12 in Richtung der Anzapfung B der Stufenwicklung Behaltet.

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Claims

Patentansprüche

π ΛStufenschalter für Regeltransformatoren mit im Lastumschalter in zwei parallelliegenden Stromkreisen angeordneten, auch im stationären Zustand ohne Dauerhauptkontakt den Laststrom führenden, steuerbaren Halbleiterventilen, deren Zündinpulse über einen Steuerstromkreis von der

If Stufenspannung abgeleitet v/erden, und mit einem Stufenwähler, dessen feststehende Eontakte mit den jeweiligen Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators verbunden sind, . dadurch'gekennzeichnet, daß der Stufenwähler (V.) für jede Anzapfung (Λ, B, C) der Stufenwicklung:= aus zwei, miteinander leitend verbundenen, in zwei Schaltebenen liegenden, feststehenden Kontakten (A₁ A₂, B₁ B₂, C₁ C₂) besteht und mit zwei, jeweils aus zwei mechanisch gekuppelten Kontakten (13, 14 und 15, 16) bestehenden, in den gleichen beiden Schaltebenen liegenden, beweglichen Kontaktgliedern (11, 12) versehen ist, wobei jedes Kontaktglied (11_B 12) in seiner Schaltebene auf die feststehenden Kontakte (A₁, B.,C. bzw. A₂, B₂, C₂) zweier benachbarter Anzapfungen ( A, B bzw.

" B C) der Regelwicklung in der gleichen Schaltebene aufschaltet und dabei gleichzeitig mit der Stufenwahl die jeweils zwischen den zwei mechanisch gekuppelten Kontakten (13, 14 bzw. 15, 16) einer Schaltebene liegende Stufenspannung an einen Steuertransformator (25 bzw. 26) zur Speisung des Steuerstromkreises anlegt.

Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet₅ der Steuerstromkreis aus bekannten elektrischen Baugruppen und einem elektrischen oder mechanischen Befehlsgeber (50) besteht.

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Stufenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlsgeber eine mechanische Steuerwalze (50) ist, die mit einem Antrieb der beweglichen Kontaktglieder (11, 12) des Stufenwählers (w) gekuppelt ist.

Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide parallelliegenden Stromkreise (St₁ und St₂) im stationären Zustand des Stufenschalters gleichzeitig stromführend sind.

Stufenschalter nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den steuerbaren Falbleiterventilen (17, 18 und 19,20) in den beiden Stromkreisen (St₁ und St₂) des Lastumschalters je ein Spannungserfassungsgerät (25 bzw. 26) liegt, welche über Brückengleichrichter (29 bzw. 30) je einUND-Gatter (33 bzw, 34) des Steuerstromkreises speisen.

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