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Steuerbare Dreieckschaltung, auch für Schaltungen zur Uberführung
von
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Sternschaltungen in Dreieckschaltungen Gegenstand der Erfindung ist
eine steuerbare Dreieckschaltung, bei der zwischen je zwei Eckpunkten eine Last
und in Reihe dazu als Steller zwei antiparallele Thyristoren oder Triacs liegen
und mit einer Ansteuerung für die Steller.
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Derartige Schaltungen dienen dazu, im Dreieck geschalteten Lasten
einstellbare Leistungen zuzuführen, jedoch ist der Höchstwert der zuführbaren Leistung
bei den herkömmlichen Ausführungsformen dieser Schaltungen durch die an jede Last
anlegbare Spannung, die wiederum von der verketteten Spannung abhängig ist, begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzuheben,
mit der es möglich ist, eine höhere Spannung an die Last zu bringen.
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Dies geschieht nach der Erfindunq bei den eingangs angebenen Schaltungen
dadurch, daß jeweils ein weiterer Steller zwischen der, gegenüberliegenden Eckpunkt
einerseits und der Verbindung zwischen der Last und dr;i damit in Reihe liegenden
Steller andererseits vorhanden ist. und clal durch die Ansteuerung innerhalb eines
Winkelpereiches, cn-r einen direkten Kurzschluß zwi schen zwei Phasen siciicr vermeidet,
r-er der weiteren Stellen entweder mit Steller gemeinsam gesteuert wird, it dem
er über den tckp:inkt verbunden ist
oder mit dem Steiler, mit dem
er über die dem Eckpunkt gegenüberliegenden Verbindung verbunden ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung sei anhand der Fig. 1, 5 und 6 näher
erläutert Nach Fig. 1 sind zwischen den Eckpunkten R und S die Last 2 und der Steller
112 zwischen den Eckpunkten S und T die Last 3 und der Steller 123 und zwischen
den Eckpunkten T und R die Last 1 und der Steller 131 angeordnet.
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Gemäß der Erfindung ist je ein weiterer Steller vorgesehen zwischen
dem Eckpunkt R und der ihm gegenüberliegenden Verbindung A zwischen der Last 3 und
dem Steller 123, ebenso zwischen dem Eckpunkt S und der ihm gegenüberliegenden Verbindung
B zwischen der Last 1 und dem Steller 131 sowie zwischen dem Eckpunkt T und der
ihm gegenüberliegenden Verbindung C zwischen der Last 2 und dem Steller 11?, Je
nach der Ansteuerung der Steller ist es nun mi,31ich, eine der beiden vorstehend
angegebenen Alternativen der Lösung zu verwi rk ii chen.
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Fig. 5 zeigt die Alternative, bei der der weitere Steller gemeinsam
mit dem Steller angesteuert wird, mit dem er über den Eckpunkt verbunden ist. Bei
gleichzeitiger Ansteuerung der Steller 112 und 113 wird in herkönmlicher Weise durch
den Steller 112 die Last 2 zwischen den Phasen R und S gesteuert dies ergibt bei
Aussteuerung an der Last 2 die durch die verkettete Spannung bestimmte und begrenzte
Lastspannung. Da aber erfindungsgemäß gemeinsam, d.
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in vorgegebener zeitlicher Relation, mit dem Steller 112 der Steller
113 angesteuert wird, tritt zwischen den Phasen R und T an der Last 3 eine zusätzliche
Lastspannung auf. Danun hinsichtlich der Lasten 3 und 1 bzw. 1 und phasenverschtvUel
entsprechende Zustände ilerrschen, kann dem Lastdreieck 1, 2 3 insgesamt eine höhere
Leistung entnomrnen werden.
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Fig. 6 zeigt die Alternative, 3 die weiteren Steller gemeinsam mit
den Stellern angesteuert werden, mit denen sie jeweils über die dem Eckpunkt gegenüberliegende
Verbindung verbunden sind. Bei gleichzeitiger Ansteuerung der Steller 131 und 121
wird in herkömmlicher Weise durch den Steller 131 die Last 1 zwischen den Phasen
R und T gesteuert, wiederum bei Aussteuerung bis an die durch die verkettete Spannung
begrenzte Höchstspannung an der Last 1. Erfindungsgemäß wird aber gemeinsam mit
dem Steller 131 der Steller 121 angesteuert, und üner ihn fließt ein zusätzlicher,
durch die
Phasenverschiebung bestimmter Strom zwischen den Phasen
R und S, so daß an der Last 1 wiederum eine erhöhte Leistung zur Verfügung steht.
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Entsprechend der Ausbildung der Ansteuerung hat man die Wahl zwischen
den beiden Alternativen, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind, ohne weiteren
Eingriff in die Schaltung. Bestehen dabei die Steller aus antiparallelen Thyristorpaaren
oder Triacs, so ist die Möglichkeit gegeben, die jeweils in Betracht kommenden Stellerpaare
nach Zündzeitpunkt und Brenndauer versetzt zu steuern. Da die weiteren Steller 113,
121 und 132 wegen der zu vermeidenden Kurzschlüsse nicht voll ausgefahren werden,
können sie kleiner dimensioniert werden als die Steller 112, 123 und 131.
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Bei Betriebsbedingungen, unter denen ein Wechsel zwischen den beiden
Alternativen und eine unterschiedliche Ansteuerung einander zugeordneter Steller
nicht erforderlich ist, können in Weiterbildung der Erfindung gemeinsam gesteuerte
Steller zu einem antiparallelen Thyristorpaar mit gemeinsamen Eingang und mit zwei
parallelen gleichsinnig zu dem Thyristor liegenden Dioden am Ausgang jedes Thyristors
zusammengefaßt werden. Dies führt zu einer erheblischen Verbilligung sowohl bei
den Bauelementen für die Steiler als auch in der Ansteuerung.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen so ausgerüstete Schaltungen analog zu denen
der Fig. 5 und 6. So sind zum Beispiel die Steller 112 und 113 nach Fig. 5 in Fig.
7 zu dem antiparallelen Thyristorpaar 110 und den beiden Diodenpaaren 12 und 13
zusammengefaßt. Ein Thyristorpaar versorgt so zwei Lastkreise, und die Aufspaltung
erfolgt über die jeweils dem Thyristor nachgeschalteten Dioden. Die Schaltung nach
Fig. 7 arbeitet wie die nach Fig. 5 mit der Einschränkung, daß beide Lastwiderstände
nur mit identischen Zündbedingunger betrieben werden können. Analoges gilt für die
Thyristorpaare 120 und 130 mit den zugehörigen Diodenpaaren 23, 21 und 31, 32. Eine
entsprechende Analogie besteht zwischen den Schaltungen der Fig. 6 und 8, wobei
nach Fig. 8 der Dreieckstrom jedes Lastzweiges über nur ein antiparalleles Thyristorpaar
führt, während die Aufteilung auf die beiden in Frage kommenden Netzanschlüsse über
Dioden erfolgt.
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Von besonderer Bedeutung ist die steuerbare Dreieckschaltung nach
der Erfindung in ihrer Anwendung auf Schaltungen zum ueberführen von Sternschal-
tungen
in Dreieckschaltungen, wie sie Gegenstand der DE-OS 30 29 703 sind bei direkter
Speisung der Lastwiderstände aus der Stellerschaltung. Diese Sctialtu!0qe erlauben
einen kontinuierlichen Übergang von dem einen Schaltzustand auf den anderen. Die
vorbekannten Schaltungen entsprechen denen der Fig. 1, 5 und 6, ohne die weiteren
Steller 113, 121 und 132 jedoch mit der jeweils unterhalb der gestrichelten Linie
gezeigten Stellergruppe 21, 22 und 23 nach Fig. 2, mit deren Hilfe die Verbindungen
A, B und C zum Sternpunkt einer Sternschaltung der Lasten 1, 2 und 3 schaltbar sind.
Anstelle des Sternstellers nach Fig. 2 kann auch ein solcher nach Fig. 3 oder 4
verwendet werden. Mit Hilfe einer geeigneten Ansteuerung der Steller ist es möglich,
einen Teil einer Halbwelle in dem einen Schaltzustand und den komplementären Teil
in dem anderen Sctialtzustand zu verwenden. Hierbei können die Anteile der Schaltzustände
zeitlich zwischen den beiden Endzuständen verändert werden oder in einen bestimmten
Verhältnis gehalten werden ohne die sonst üblichen und lästigen Strom- und Spannungssprünge.
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Die vorliegende Erfindung ist dabei von Belang für die lastseitige
Stern-Dreieck-Urnsteuerung. Die Anwendung der Erfindung auf solche Schaltvorgänge
sei anhand der Fig. 5, 9, 10 und 11 erläutert.
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Es sei angenommen, der lastseitige Sternsteller 21, 22, 23 befinde
sich in Nennansteuerung, d. h. Zündzeitpunkt 300 nach dem Nulldurchgang der zugehörigen
Sternspannung. Steuert an en den aus den Stellern 112, 123 und 131 bestehenden Ureieckschalter
auf, der an die der Sternschaltung um 300 nacheilende verkettete Spannung angeschlossen
ist, so füllt der von ihm geführte Strom, wie in der Fig. 9, obere Zeile unter 1
als waagerecht gestrichelte Fläctie dargestellt, zunächst die im Sternstellerstrom
verbliebene 3O0-Lücke.
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Steuert man den Dreiecksteller weiter auf, cann übernimmt er in eineri
Kornuti vorgang den Strom vom Sternsteller, d. h. er löscht den Sternsteller. In
einem Oszillograrn kann man erkennen, wie der Strom aus dem Dreiecksteller mit geringer
werdener Zündverzögerung den Strom des Sternstellers in der zweiten Hälftc der Halbwelle
ersetzt. Wenn die Zündverzögerung des Greieckstellers kleiner wird als 1200 (Fig.
9, obere Zeile bei 3 und 4) kann man erkennen> clurch das vorsteherld erklärte
Löschen des Sternstellers in der ersten Fislfte in der Stromführung des Sternstellers
eine sich verbreiterncie Lücke entsteht, deren rechte Flanke feststeht, während
die linke nach
links wandert. Der Sternstelleranteil des Stromes
verschwindet gänzlich, wenn die Zündverzögerung des Dreieckstellers auf 600 zurückgenommen
worden ist (Fig. 9, obere Zeile bei 5). Bei weiterem Ansteuern fließt der Strom
ausschließlich über den Dreiecksteller. Die bisher beteiligten Dreiecksteller sind
in den Fig. 5 bis 8 und die von ihm geführten Ströme in der Fig. 9 mit einem # bezeichnet.
Der vorstehend beschriebene Vorgang hat zur Folge, daß im Bereich einer Zündverzögerung
des Dreieckstellers von 1200 bis 600 der Stromzuwachs über den Dreiecksteller durch
die Stromführungslücke im Sternsteller praktisch kompensiert wird. In einer Steuerkennlinie
nach Fig. 10, in der der Strom oder die Spannung in einem Lastzweig über der Zündverzögerung
des Dreieckstellers aufgetragen ist, zeigt sich dies als relativ langes, annähernd
waagerechtes Kennlinienstück. Eine solche Ausbildung der Kennlinie kann erheblich
stören, wenn die Schaltung als Stellglied in einem geschlossenen Regelkreis eingesetzt
ist.
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Es ist weitere Aufgabe der Erfindung, diesen Mangel zu beheben. Erfindungsgenäß
werden dazu an die der Sternschaltung um 300 voreilende verkettete Spannuny weitere
Dreiecksteller angeschlossen, die in den Fig. 5 bis 8 mit # bezeichnet sind. Sie
überlagern diese in der ersten Hälfte der Halbwelle im Sternstellerstrom entstehende
Lücke, wie au Fig. '9, untcre Zeile ersichtlick ist, in der der über den weiteren
Dreiecksteller führende Stromanteil senkrecht gestrichelt und ebenfalls mit # bezeichnet
ist. Die Ausgangsspannung ist zwar bei Nennansteuerung nicht sinus-fönnig, ihr Wert
ist jedoch höher als der der verketteten Eingangsspannung. Wie aus Fig. 11 ersichtlich,
ist bei der erfindungsgemäß ergänzten Schaltung die Steuerkennlinie mit fallender
Zündverzogerung des Dreieckstellers stetig ansteigend.
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Die vorstehend anhand der Fig. 5 genachten Ausfuhrungen gelten sinngemäß
aucl für die Schaltungen der Fig. 1, 6, 7 und 8.
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