DE2252379B2 - Transduktorschaltungsanordnung - Google Patents
TransduktorschaltungsanordnungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Transduktorschaltungsanordnung
mit einer ein- oder mehrphasigen Selbstinduktivität mit Eisenkern, die an ein Ein- oder
Mehrphasennetz angeschlossen ist, und mit einer Steuerwicklung, deren Klemmen an eine Gleichstromquelle
angeschlossen sind, die durch eine Gleichrichterschaltung gebildet ist, wobei mit der Gleichstromquelle
ein Regler zur Steuerung des abgegebenen Gleichstromes verbunden ist und mit Überspannungsschutzmitteln
an der Steuerwicklung.
Eine Transduktorschaltungsanordnung dieser Art, die zum Anlassen eines Synchronmotors bestimmt ist, ist
aus der »ACEC-Zeitschrift« Nr. 1-2/1968, Seiten 25 bis 32 (insbesondere Abb. 20 auf Seite 31) bekannt. Bei
solchen Transduktorschaltungsanordnungen muß die die Gleichstromquelle bildende Gleichrichterschaltung
gegen Überströme geschützt werden, die insbesondere durch die beim Einschalten auftretenden Einschwingströme
großer Stromstärken auftreten. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Gleichrichterschallung
eine Thyristorschaltung ist, da die Thyristoren durch Einschwingströme großer Stromstärke zerstört
werden.
Zur Vermeidung dieser schädlichen Wirkung wird normalerweise ein Widerstand parallel zu der Steuerwicklung
angeschlossen. Dieser Widerstand verhindert die Zerstörung der Thyristoren oder anderer Halbleitergleichrichter,
ergibt aber den Nachteil, daß er eine beträchtliche und nutzlose Last für die Gleichrichterschaltung
bildet, die Zeitkonstante des Transduktors vergrößert und dadurch dessen Ansprechzeit verlängert,
wodurch die Wirksamkeit des Transduktors stark verringert wird.
Aus der DT-AS 12 83 358 ist andererseits eine Stromrichteranordnung mit Thyristoren bekannt, bei
der besondere Maßnahmen zum Schutz der Thyristoren gegen Überspannungen getroffen sind, die bei Ab- oder
Umschaltvorgängen auftreten. Da die in Verbindung mit diesen Überspannungen vorkommenden Ströme
verhältnismäßig klein sind und von den Thyristoren ohne weiteres bewältigt werden können, besteht die
Schutzmaßnahme darin, die Thyristoren vor der Durchgabe eines Ausschaltbefehls für den Leistungsschalter
außerhalb des normalen Betriebstaktes leitend zu machen, damit der beim öffnen des Schalters infolge
der Induktivität des Verbraucherkreises weiterfließende
Strom über die geöffneten Thyristoren fließen kann. Diese Maßnahme kann jedoch nicht zum Schutz der
Thyristoren gegen Überströme angewendet werden wie sie bei Transduktorschaltungsanordnungen beim Einschalten
auftreten, da sie gerade zur Folge hätte, daß diese Überströme über die Thyristoren fließen und diese
zerstören würden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Transduktorschaltungsanordnung der eingangs angegebenen
Art, bei der die Gleichrichterschaltung wirksam gegen eine Zerstörung durch die beim Einschalten
auftretenden Einschwingströme geschützt ist, jedoch durch die zum Schutz angewendeten Mittel nicht
zusätzlich belastet ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Überspannungsschutzmitlel eine Freilaufdiode
derart an die Klemmen der Steuerwicklung angeschlossen ist, daß sie diese für den in der
Sleuerwicklung induzierten Strom kurzschließt, und daß in Serie mit der Freilaufdiode eine Schaltvorrichtung
liegt, die geschlossen ist, wenn keine Spannung am Eingang des Transduktors anliegt, und die nach dem
Abklingen eines beim Anlegen einer Spannung an die Selbstinduktivität des Transduktors induzierten Einschwingstromes
zum öffnen des Stromkreises der Freilaufdiode betätigt wird.
Die Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß im Falle einer Transduktorschal-
„anordnung die Einschwingströme in der Steuerung
nur beim Anlegen der Wechselspannung an .. Selbstinduktivität induziert werden und immer die
deiche Richtung haben, die auch der Richtung des normalen Steuerstroms entspricht. Durch die nach der
Erfindung vorgesehene Freilaufdiode werden diese pjnschwingstiome kurzgeschlossen und somit von den
Gleichrichtergliedern ferngehalten. Nach dem Abklingen des Einschwingstroms ist die Frcilaufdiode von der
Gleichrichterschaltung und vom Transduktor abgetrennt. Die Gleichrichterschaltu-ng wird durch die
Freilaufdiode während des Betriebs in keiner Weise belastet.
DJeTransduktorschaltungsanordnung nach der Erfindung
eignet sich bevorzugt für die Verwend-ing in einem statischen Blindleistungskompensator mit einem Stromschienensatz,
der an ein Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, einer Blincileistungsmeßvorrichtung,
deren Eingang mit dem .Stromschienensatz verbunden ist und deren Ausgang einen Regler für die Gleichstromquelle
der Transduktorschaltung bildet, die parallel zu dem elektrischen Energieverbraucher und zu mehreren
Reaktanzen an dem Stromschienensatz angeschlossen ist, wobei jede Reaktanz in Serie mit einem Kondensator
liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anband der Zeichnung erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt
das Schaltbild eines statischen Blindleistungskompensators für ein elektrisches Netz mit einer Transduktoranordnung
nach der Erfindung.
In F i g. 1 ist ein statischer Blindleistungskompensator
durch die im Inneren eines in unterbrochenen Linien gezeichneten Rahmens 1 befindlichen Bestandteile
dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem Stromschienensatz R, S, T, der über einen Hauptschalter
3 mit einem Dreiphasennet/ 2 verbunden ist, aus einer
BlindleistungsmcBanordnung 4, mehreren Kondensator- und Reaktanzgruppen 5, die zur Kompensation der
Blindleistung und zur Obcrwellenfilterung bestimmt sind, aus einem Transduktor 6, der die Änderung der
Blindleistungskompensation ermöglicht, und aus einer GlcichstromqueMc 7, die von der Meßanordnung 4
beeinflußt wird und die von dem Transduktor 6 aufgenommene Blindleistungsmenge steuert. Der
Stronischienensatz R, S, T ist über geeignete Schalter, beispielsweise Leistungsschalter 8 mit verschiedenen
nicht dargestellten Verbrauchergeräten für elektrische Energie verbunden, die von dem Netz 2 gespeist
werden. Weitere Schalter, beispielsweise Leistungsschalter 9 und Trennschalter 10 sind vorgesehen, um den
Stronischienensatz von den Kondensator- und Reaktanzgruppen 5, dem Transduktor 6 und der Gleichstromquelle
7 abzutrennen.
Die Kondensator- und Reaktanzgruppe 5 besteht aus
mehreren Oberwellenfilter!!. Der parallel zu der Kondensator- und Reaktanzgruppe 5 angeordnete
Transduktor 6 besteht aus einer Dreiphascn-Induktivität
19, deren Eisenkern mit Hilfe einer Steuerwicklung 20 sättigbar ist. Die Steuerwicklung 20 wird durch einen
von der Gleichstromquelle 7 gelieferten Gleichstrom erregt. Die Gleichstromquelle 7 enthält einen Gleichrichter,
der aus Thyristoren 2Ϊ gebildet ist. die über
einen Transformator 22 mit dem Stronischienensatz verbunden sind. Der Transformator 22 ist bei diesem
Ausführungsbeispiel notwendig, weil die Spannung des Stromschienensatzes sehr hoch ist, beispielsweise
6000 V. Die Thyristoren 2i, von denen sechs vorhanden
sind, werden in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor
des Netzes durch die Steuerspannungen gesteuert, die auf den Leitern 14 erscheinen, die mit ihren Steuerelektroden
verbunden sind.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf r>
Elemente die den allgemein bekannten statischen Kondensatoren und dem in der Zeichnung dargestellten
besonderen Kompensator gemeinsam sind. Diese Kompensatoren arbeiten in folgender W-. '~e:
Die von den Oberwellenfiltern 15, 16, 17 gebildete ίο Kondensator- und Reaktanzgruppe tauscht Oberwellenströme
mit den VeiSrauchergeräten aus, die über die Schalter 8 angeschlossen sind. Die Oberwellenströme
dürften dann nicht vom Netz 2 geliefert werden. Der Transduktor 6 bildet für das Netz eine veränderliche
r> induktive Last. Er wird so gesteuert, daß die induktive Gesamtlast des Netzes in verhältnismäßig engen
vorbestimmten Grenzen bleibt. Damit die induktive Last des Transduktor im umgekehrten Verhältnis zu
der induktiven Last der Verbrauchergeräte geändert wird, werden die Thyristoren 21 von dem elektronischen
Regler 13 gesteuert. Dieser bildet Ausgangssignale, welche die Messung des Wertes der Blindleistung Ul sin
berücksichtigen. Entsprechend der Messung des Wertes der Blindleistung steuert der Regler 13 eine schnelle
Vergrößerung oder Verringerung des von den Thyristoren 21 gelieferten Gleichstroms. Wenn die kapazitive
Komponente des Stroms im Netz einen Wert erreicht, der einen kapazitiven Leistungsfaktor ergibt, der unter
der vorbestimmten Grenze liegt, bewirken die auf den Leitern 14 erscheinenden Ausgangssignale des Reglers
13 eine Vergrößerung des von den Thyristoren 21 gelieferten Gleichstroms, bis die dadurch vom Transduktor
bestimmte zusätzliche induktive Last den Leistungsfaktor auf den festgelegten Wert bringt. Wenn
."j die induktive Last auf Grund der Verbrauchergeräte
zunimmt und der kapazitive Leistungsfaktor den festgelegten Wert überschreitet oder die Last sogar
induktiv wird, nimmt der vom Gleichrichter gelieferte
Strom ab, und infolgedessen wird auch der durch die in Dreiphasen-lnduktivität 19 des Transduktor fließende
induktive Wechselstrom kleiner.
Wenn beim Einschalten des Leistungsschalters 3 auch die Leistungsscnalter 9 und Trennschalter 10 eingeschaltet
sind, wie dies allgemein der Fall ist, bildet sich ein verhältnismäßig großer Einschwingstrom in dem
Stromkreis der Steuerwicklung 20 und den Thyristoren 21 aus. Die Stromstärke dieses Einschwingstroms kann
Werte erreichen, die die Thyristoren 21 zerstören könnten, wenn man zuließe, daß der Strom durch die
v) Thyristoren geht. Bereits bei den bekannten Transduktoren
wird dieser Gefahr dadurch begegnet, daß ein Widerstand parallel zu der Steuerwicklung 20 geschaltet
ist. Dieser Widerstand weis! jedoch den Nachteil auf. daß er eine beträchtliche zusätzliche Belastung für den
v, Gleichrichter darstellt, und die Ansprechzeit des Transduktor verlängert.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine sogenannte Frcilaufdiode 23 an die
Klemmen der Steuerwicklung 20 in solcher Richtung w) angeschlossen, daß sic die Steuerwicklung für den in ihr
induzierten Strom kurzschließt. Es wurde festgestellt, daß im Augenblick des Schließen* des Leistungsschalter
3 ein Einschwingstrom von gefährlicher Größe immer in der normalen Richtung des Steuerstroms
... fließt. Die Diode 23 ermöglicht also ein Kurzschließen der gefährlichen Einschwingströme und somit einen
Schutz, der Thyristoren 21, ohne daß jedoch der Erregungsstrom verringert wird, der durch die Steuer-
wicklung 20 fließen muß. Sobald der Einschwingvorgang abgeklungen ist, erfüllt die Diode 23 keinen
nutzbaren Zweck mehr, und sie kann außer Betrieb gesetzt werden. Zu diesem Zweck ist eine geeignete
Schaltvorrichtung in Serie mit der Diode 23 zwischen den Klemmen der Steuerwicklung 20 angeschlossen.
Diese Schaltvorrichtung muß nach dem Verschwinden des Einschwingstroms betätigt werden. Eine besonders
einfache Maßnahme zur Erfüllung dieser Forderungen besteht darin, daß der Eingang der Arbeitswicklung 19
des Transduktors, evtl. über einen Transformator 24 mit einem Zeitschaltwerk 25 sowie mit einem Relais
verbunden wird, das eine Wicklung 26, einen Ruhekontakt 27 und einen Arbeitskontakt 28 aufweist. Der
Ruhekontakt 27 liegt im Stromkreis der Diode 23. Der Arbeitskontakt 28 ist ein Selbsthaltekontakt für die
Relaiswicklung 26. Im Augenblick des Erscheinens der Spannung am Eingang der Selbstinduktivität 19 beginnt
das Zeitschaltwerk die Zählung einer bestimmten Anzahl von Halbwellen, und es legt dann die
Relaiswicklung 26 an Spannung. Das Relais bleibt infolge des Selbsthaltekontakts 28 erregt, bis die
Spannung am Eingang der Selbstinduktivität 19 des Transduktors verschwindet. Auf diese Weise öffnet sich
der Kontakt 27 nach einer vorbestimmten Zeit, die vom Anlegen der Spannung an die Selbstinduktivität 19 des
Transduktors an gezählt wird. Diese Zeit kann beispielsweise mehrere Sekunden erreichen. Im Fall von
anderen Geräten mit induktivem Kreis kann diese Zeit nur eine oder zwei Halbwellen betragen.
ιυ Zum Schutz der Diode 23 gegen Stromspitzen ist eine
kleine Selbstinduktivität 29 in Serie mit der Diode 23 geschaltet. In dem die Thyristoren 21 des Gleichrichters
und die Steuerwicklung 20 enthaltenen Stromkreis ist eine Selbstinduktivität 30 mit einer Größenordnung
zwischen 1 mH und 0,05 mH zum Schutz der Thyristoren
wünschenswert. Diese Selbstinduktivität 30 ist jedoch nicht notwendig, wenn Vorkehrungen dafür
getroffen sind, daß der Leistungsschalter 3 nicht geschlossen werden kann, wenn die Thyristoren
angeschaltet sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Transduktorschaltungsanordnung mit einer ein-
oder mehrphasigen Selbstinduktivität mit Eisenkern, die an ein Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen
ist, und mit einer Steuerwicklung, deren Klemmen an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, die
durch eine Gleichrichterschaltung gebildet ist, wobei mit der Gleichstromquelle ein Regler zur Steuerung
des abgegebenen Gleichstromes verbunden ist und mit Überspannungsschutzmitteln an der Steuerwicklung,
dadurch gekennzeichnet, tiaß als Überspannungsschutzmittel eine Freilaufdiode (23)
derart an die Klemmen der Steuerwicklung (20) angeschlossen ist, daß sie diese für den in der
Steuerwicklung induzierten Strom kurzschließt, und daß in Serie mit der Freilaufdiode (23) eine
Schaltvorrichtung (26, 27, 28) liegt, die geschlossen ist, wenn keine Spannung am Eingang des
Transduktors (6) anliegt, und die nach dem Abklingen eines beim Anlegen einer Spannung an
die Selbstinduktivität des Transduktors (6) induzierten Einschwingstromes zum öffnen des Stromkreises
der Freilaufdiode (23) betätigt wird.
2. Transduktorschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selbstinduktivität
(29) in Serie mit der Freilaufdiode geschaltet ist.
3. Transduktorschaltungsanordnung nach An- jo spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltvorrichtung (26,27,28) ein Zeitschaltwerk (25)
aufweist, das an den Eingang Her Selbstinduktivität des Transduktors (6) angeschlossen ist, sowie ein
Relais mit einer Wicklung (26), einem in Serie mit der Freilaufdiode geschalteten Ruhekontakt (27) und
einem als Selbsthaltekontakt geschalteten Arbeitskontakt (28), und daß die Wicklung des Relais mit
dem Zeitschaltwerk (25) verbunden ist.
4. Transduktorschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Selbstinduktivität (30) in Serie mit der Gleichrichterschaltung und mit der Parallelschaltung
aus der Steuerwicklung (20) und dem die Freilaufdiode (23) und die Schaltvorrichtung (26, 27, r>
28) enthaltenden Zweig geschaltet ist.
5. Transduktorschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre
Verwendung in einem statischen Blindleistungskompensator mit einem Stromschienensatz, der an ein
Ein- oder Mehrphasennetz angeschlossen ist, einer Blindleistungsmeßvorrichtung, deren Eingang mit
dem Stromschienensatz verbunden ist und deren Ausgang einen Regler für die Gleichstromquelle der
Transduktorschaltiing bildet, die parallel zu dem v,
elektrischen Energieverbraucher und zu mehreren Reaktanzen an dem Stromschienensatz angeschlossen
ist, wobei jede Reaktanz in Serie mit einem Kondensator liegt.
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