DE2519361A1

DE2519361A1 - Verfahren und vorrichtung zum unterspannungsetzen eines mit wechselstrom gespeisten transformators

Info

Publication number: DE2519361A1
Application number: DE19752519361
Authority: DE
Inventors: Guy Dumas
Original assignee: Silec Semi Conducteurs SA
Current assignee: Silec Semi Conducteurs SA
Priority date: 1974-10-16
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1976-04-22
Also published as: FR2288381A1; IT1037644B; BE826704A; FR2288381B3

Description

330C München 80 Mühldorfstraße 25

Telefon (089) 496872 Telegramme patemus münchen Postscheck München 39418-802

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang ^aL₁Si c_o ⁿμ™«*™2603007

SILEC-SEMI-CONDUCTEURS
P 047 13

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM UNTERSPANNUNGSETZEN EINES MIT WECHSELSTROM GESPEISTEN TRANSFORMATORS.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterspannungsetzen eines mit Wechselstrom gespeisten Transformators .

Allgemein arbeiten Transformatoren, deren Sekundärwicklungen einen erhöhten Strom liefern sollen, wie Schweiß-Transformatoren, im Normalbetrieb mit einem magnetischen Material nahe am Sättigungspunkt. Solche Materialien haben eine Hysteresis-Schleife, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf diese Figur, welche eine klassische Hysteresis-Schleife zeigt, seien einige Aspekte der Funktion eines gebräuchlichen Transformators zum besseren Verständnis der Erfindung erläutert. Wenn das Magnetfeld H entsprechend dem Strom in der Primärwicklung des Transformators von einem Wert 0 zu einem Maximalwert H ansteigt, ändert sich die Induktion im Magnetkern entweder vom Wert -B_R

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auf den Wert B oder vom Wert +B_R auf den Wert B je nach der vorherigen Stromflußrichtung im Transformator, wobei B„ die Größe der remanenten Induktion ist. Wenn die Polarität des den Transformator durchfließenden Stromes sich also bezüglich der vorherigen Polarität umkehrt/ ändert sich die Induktion von -B_n auf +B , was einem normalen

X\ ItI α. Χ

Arbeiten des Transformators entspricht und einen sehr starken Strom in der Sekundärwicklung des Transformators fließen läßt. Wenn dagegen der in die Primärwicklung eingespeiste Strom in der gleichen Richtung fließt wie der

vorher eingespeiste Strom, ändert sich die Induktion nur von

dem Wert +Β_π auf +B . In diesem zweiten Fall verändert sich R max

die Induktion also nur sehr wenig, so daß einerseits nur ein schwacher Strom in der Sekundärwicklung des Transformators fließt und andererseits eine Überintensitätⁿder Primärwicklung des Transformators aufgrund der Sättigung des Magnetkerns erzeugt wird. Somit erhält man einerseits in der Sekundärwicklung des Transformators nicht den gewünschten Strom, und andererseits kann bei einem Leistungstransformator vorkommen, daß ein Bauelement der Versorgungsschaltung zerstört oder mindestens die Unterbrechung dieser Schaltung hervorgerufen wird.

Es ist daher besonders wichtig, daß bei Leistungstransformatoren mit sehr kurzen und häufigen Start-Stop-Zyklen, insbesondere bei Schweißtransformatoren, Mittel vorgesehen werden, die sicherstellen, daß die in den Transformator eingeleitete Halbwelle nach einem Stop entgegengesetztes Vorzeichen zu der Halbwelle hat, die vor diesem Stop durch den Transformator hindurchgeschickt worden ist. Eine bekannte Lösung dieses Problemes besteht darin, den Transformator während einer gegebenen Anzahl von Halbwellenpaaren mittels einer Anfangshalbwelle gegebener Polarität leitend zu machen. So folgt auf eine Halbwelle einer ersten Polarität notwendig eine Halbwelle mit entgegengesetzter Polarität. In praktischen Fällen hat sich jedoch erwiesen, daß eine sehr genaue· Zeitverzögerung bzw. -steuerung der Zeitdauer des Leitens eines Schweißtransformators erforderlich sein kann und daß die Steuerung durch Halbwellenpaare der Regelung dieser

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Zeitdauer eine untere Grenze auferlegt. Die Genauigkeit kann dann mit einem Faktor 2 multipliziert werden, wenn mit Halbwellen und nicht mehr mit Halbwellenpaaren gearbeitet wird. In diesem Fall ist es besonders wichtig, die Polarität der letzten Halbwelle zu bestimmen, mit welcher der Versorgungsstrom die Primärentwicklung des Transformators durchflossen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs benannten Art zu schaffen, welches das Einschalten einer Transformatorschaltung für eine gegebene gerade oder ungerade Anzahl von Halbwellen ermöglicht.

Ferner soll mit der Erfindung eine Speicherung der Stromflußrichtung des die Primärwicklung des Transformators durchflossenhabenden Stromes ermöglicht werden, mit dem Ziel, bei einem späteren Unterspannungsetzen eines Transformator die Primärwicklung nur einzuschalten, wenn die Polarität des Stromes umgekehrt zu der Polarität des vorher den Transformator durchquerthabenden Stromes ist. Hierzu weist ein Verfahren gemäß der Erfindung die folgenden Schritte auf:

Speichern der Stromflußrichtung vor dem Unterspannungsetzen des Transformators', Verwenden dieser gespeicherten Information zum Einwirken auf eine Einschaltvorrichtung, um den . Stromdurchgang im Transformator in entgegengesetzter Flußrichtung zu derjenigen des vorher den Transformator durchflossenen Stromes festzulegen.

Bei einer bevorzugten Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Versorgungsschaltung der Primärwicklung des Transformators zwei

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einsinnig leitende Bauelemente, insbesondere Thyristoren in Antiparallelschaltung eingeschaltet und mittels einer Speichervorrichtung gesteuert werden, welche dasjenige Bauelement einschaltet, dessen Leitungsrichtung entgegengesetzt zur Leitungsrichtung des die Primärwicklung des Transformators zuletzt durchflossenhabenden Stromes ist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - eine Hysteresis-Schleife eines ferromagnetisehen Materials j

Figur 2 - ein Schaltungsbeispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung?

Figur 3 - in Blockdarstellung eine logische Schaltung, welche den Betrieb der Vorrichtung nach Figur 2 ermöglicht und

Figur 4 - eine abgewandelte Vorrichtung gemäß der Erfindung in Form eines weiteren Schaltbildes.

In Figur 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 Halbleiterbauelemente in Form von Thyristoren, die jedoch auch andere einsinnig leitende Vorrichtungen oder Triacs sein können, deren Leitungssinn durch die Polaritäten der angelegten Spannungen bestimmt sind. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Leistungstransformator mit einer Primärwicklung 4, einer Sekundärwicklung 5 und einem Magnetkern 6. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen torusförmigen Magnetkern mit einer Primärwicklung 8 und einer Sekundärwicklung 9. Mit 10 und 11 sind die Versorgungsanschlüsseibezeichnet, mit 12 und 13 die Anschlüsse der Steuerelektroden der Thyristoren 1 und 2, mit 14 und 15 die Anschlüs-

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se der Primärwicklung 8 des Magnetkerns 7 und mit 16 und 17 die Anschlüsse der Sekundärwicklung 9 des Magnetkerns 7. Schließlich ist mit dem Bezugszeichen 18 ein Punkt zwischen dem Anschluß 11 und den antiparallelgeschaltenen Thyristoren 1 und 2 bezeichnet.

Der torusförmiae-Kern 7 ist ein Magnetkern, der so ausgewählt ist, daß seine Hysteresis-Schleife praktisch rechteckig verläuft. Wenn ein Spannungsimpuls über die Primäranschlüsse 14 und 15 eingegeben wird, wird dieser je nach dem Zustand der Magnetisierung des Kerns 7 zu den Anschlüssen 16 und 17 der Sekundärwicklung 9 übertragen oder nicht, d.h. je nach der Richtung des Stromes, der vorher die Primärwicklung 4 des Transformators durchflossen hat. Anschließend wird die Information über die Richtung des Stromes in der Primärwicklung dazu verwendet, um zu bestimmen, welche der beiden Thyristoren 1 oder 2 als erster getriacrert'.werden soll.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben, in der Blöcke dargestellt sind, welche verschiedene logische Funktionen darstellen. Der Block bezeichnet eine Schaltung, welche ein synchrones Leitendmachen des einen oder des anderen Thyristors 1 oder 2 abwechselnd ermöglicht, d.h. nach einem /aurchgang der Speisespannung. Eine solche bekannte Schaltung ist hier nicht im einzelnen beschrieben. Der Block 20 erhält als erstes Eingangssignal ein Signal 21, das der am Anschluß 10 abgegriffenen Speisespannung entspricht, die mittels einer Bereitstellungsschaltung 22 bereitgestellt wird. Die Schaltung 20 empfängt in gleicher Weise ein Durchlaß- bzw. Sperrsignal 23 aus der logischen Schaltung 24.

Diese logische Schaltung 24 empfängt ein Zählsignal 25 aus einer

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am Punkt 18 angeschlossenen Schaltung 26, die ihrerseits nach Bereitstellung bzw. Einschaltung die Anzahl der Halbwellen zählt, welche die Primärwicklung 4 des Transformators 3 passieren. Die logische Schaltung 24 empfängt ferner ein Signal 27 aus einer Vorwähl- und Startvorrichtung 28, die dem Benutzer die Anzahl der gewünschten Halbwellen einzustellen und die Schwei3vorrichtung zu starten ermöglicht. Die logische Schaltung 24 umfaßt Mittel zum Abgeben von Impulsen zu den Anschlüssen 14 und 15 der Primärwicklung 8 des torusförmigen Kerns 7 und Mittel zum Empfangen eines von den Anschlüssen 16 und 17 der Sekundärwicklung 9 des Kerns 7 ausgehenden Signals, welches den Polarisationszustand des Kernes anzeigt. Die Anschlüsse 16 und 17 sind mit einer logischen Schaltung verbunden, welche das Gültigkeitssignal 23 bestimmt, aufgrund dessen die eine oder die andere Steuerelektrode 12 oder 13 derart gesperrt wird, daß die erste Halbwelle, welche die Primärwicklung des Transformators 3 passiert, entgegengesetztes Vorzeichen zu derjenigen Halbwelle hat, die den Transformator vor dessen Abschalten durchflossen hat. Das Zählsignal 25 und das Einstellsignal 27 werden verglichenem die logische Schaltung 24 zur Abgabe eines Sperrsignales für die Steuerelektroden der beiden Thyristoren zu veranlassen, wenn die gezählte Anzahl gleich .der eingestellten Anzahl ist. Somit durchfließt eine vorbestimmte Anzahl von Halbwellen die Primärwicklung 4 des Transformators 3. ■

Bei der oben beschriebenen Ausführung muß die logische Schaltung ausgehend von den Anschlüssen 16 und 17 einen Zustand "0" von einem Zustand "1" unterscheiden. In der Praxis ist die an der Sekundärwicklung entstehende Spannung niemals genau 0, wenn der in die Primärwicklung des torusförmigen Kerns 7 eingespeiste Strom im Sinne der Sättigung des Kernes fließt, und es kann schwierig für die logische Schaltung sein, die beiden Zustände zu unterscheiden. Daher ist gemäß einer Variante vorgesehen, zwei torusförmige Kerne zu verwenden, deren Primär-

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wicklungen in Reihe, jedoch invers gewickelt sind derart, daß der in die Primärwicklung dieser Kerne eingespeiste Impuls immer nur von der einen oder der anderen der Sekundärwicklungen übertragen wird und nicht von beiden. Auf diese Weise kann die Diskriminierung der Richtung des Hauptstromes, welcher vorher die beiden Kerne durchflossen hat, vereinfacht werden.

Figur 4 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei welcher der Schweißtransformator nicht mehr für das übertragen eines Wechselstroms von seiner Primärwicklung zu seiner Sekundärwicklung verwendet wird, sondern zum übertragen eines mittels eines Energiespeichers, wie eines Kondensators 30, erzeugt Impulses von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung. Der Transformator ist in einer Brückenschaltung angeordnet, deren Zweige einsinnige Schalter mit Thyristoren enthalten, wobei die Steuerelektroden der in gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordneten Thyristoren 1 bzw. 2 miteinander verbunden sind. Der Transformator 3 wie auch der torusförmige Detektor-Kern 7 zum Feststellen der Stromflußrichtung sind in der Diagonale der Brücke angeordnet, deren andere Diagonale mit dem Kondensator 30 verbunden ist. Solange die Thyristoren 1 oder die Thyristoren 2 durch die mit dem Kern 7 verbundene logische Schaltung leitendgemacht sind, fließt ein Strom durch den Transformator 3 in einer oder in der anderen Richtung, und diese Richtung ändert sich mit jedem folgenden Impuls.

Es ist klar, daß die in Blockdarstellung gezeigten Schaltungen bzw. Bauelemente gemäß der Beschreibung in jeder den Fachmann zur Verfügung stehenden Bauart ausgeführt sein können.

Ansprüche: /8

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Claims

8000 München 30 Mühldorfstraße 25

O Telefon (089)496872

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Ansprüche

/ 1. J Verfahren zum Unterspannungsetzen eines mit Wechselstrom

\ / gespeisten Transformators gekennzeichnet

durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Speichern der Stromflußrichtung vor dem Unterspannungsetzen des Transformators',

- Verwenden dieser gespeicherten Information zum Einwirken auf eine Einschaltvorrichtung, um den Stromdurchgang im Transformator in entgegengesetzter Flußrichtung zu derjenigen des vorher den Transformator durchflossenen Stromes festzulegen.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein torusförmiger Magnetkern (7) als Speichervorrichtung mit einer im wesentlichen rechteckigen Hysteresis-Schleife vorgesehen ist.

/9 £09817/071/,
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwei torusförmige Magnetkerne vorgesehen sind, deren Primärwicklungen in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einschaltvorrichtung von einer Antiparallelschaltung aus zwei Thyristoren (1, 2) gebildet ist, die in Reihe mit der Primärwicklung (4) des Transformators (3) geschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß der Transformator (3) in einer Brückenschaltung aus Thyristoren (1, 2) angeordnet ist und die Speichervorrichtung (7) in Reihe mit dem Transformator in der Diagonalen der Brücke angeordnet ist, wobei die Steuerelektroden (21, 22) der Thyristoren in gegenüberliegenden Zweigen der Brücke verbunden sind und jedes Steuerelektrodenpaar mittels der Speichervorrichtung alternativ betätigt wird.

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