CH403968A - Anordnung zur Lastumschaltung bei einem Stufentransformator mit Hilfe von steuerbaren Halbleitergleichrichtergeräten - Google Patents

Description

  Anordnung zur Lastumschaltung bei     einem        Stufentransformator    mit     Hilfe     von steuerbaren     Halbleitergleichrichtergeräten       Steuerbare Halbleitergleichrichter können heute  für Ströme und Spannungen hergestellt werden, die  eine Verwendung zur     lichtbogenfreien    Lastumschal  tung bei     Stufentransformatoren    ermöglichen.     Behält     man dabei die üblichen Verfahren mit     überschalt-          widerständen    bei, so müssen die Geräte, die die Un  terbrechungsstellen des Lastschalters ersetzen, ein  Vielfaches der Stufenleistung schalten können.

   Es  wurde auch bereits vorgeschlagen, auf die über  schaltwiderstände zu verzichten. Bei der wohl ein  fachsten Anordnung liegt dann in jeder der beiden  Zuleitungen zu den     Wählerarmen    je ein Gerät mit  steuerbaren Halbleitergleichrichtern, das den Last  strom entweder sperren oder durchlassen kann. Die  theoretisch niedrigste Schaltleistung, die jedes der  beiden Geräte     bewältigen    muss, ist gleich der Stufen  leistung.  



  In der vorliegenden     Erfindung    wird eine Steue  rung der so geschalteten     Gleichrichtergeräte    angege  ben, die es ermöglicht, diese niedrigste     Schaltleistung     annähernd zu erreichen. Von besonderem Vorteil  dabei ist, dass die     dazu    verwendeten Schaltelemente  bei geeigneter Auslegung eine praktisch unbegrenzte  Lebensdauer haben und dass die Schaltung als Funk  tionseinheit von einer eventuell vorhandenen Alterung  ihrer Einzelelemente nur geringfügig berührt wird.  



  Erfindungsgemäss wird das angestrebte Ziel da  durch erreicht, dass der Laststrom nach dem Sperren  des jeweils stromführenden steuerbaren Halbleiter  gleichrichtergerätes im Zeitpunkt des     natürlichen     Nulldurchganges über ein Steuergerät     weiterfliessen     kann, wobei an diesem Gerät nur eine im Vergleich  zur Stufenspannung unwesentliche Spannung auftritt,  und dass der weiterfliessende Laststrom, wenn er eine  bestimmte Grösse erreicht hat, die Zündung des im    anderen     Wählerarm    liegenden steuerbaren Halbleiter  gleichrichtergerätes bewirkt, wonach ein neuer statio  närer Zustand eintritt,

   in dem die nun am Steuergerät  liegende     Stufenspannung    die Erregung des gezündeten       Halbleitergleichrichtergerätes    aufrecht erhält.  



  Anhand der     Fig.    1 und 2 wird das Umsteuer  prinzip näher erläutert und für die Ausführung eines  Steuerkreises gemäss dem Erfindungsgedanken ein  Beispiel gegeben.  



  Die     Fig.    1 zeigt ein     Prinzipschaltbild    der Gesamt  anordnung. 1 bezeichnet einen Teil der Regelwicklung  mit den beiden benachbart liegenden     Anzapfungen    2  und 3. 11 und 12 sind die beiden beweglichen  Stufenkontakte des     Wählers,    die an den     Anzapfungen     der Regelwicklung 1 in üblicher Weise     entlangschalt-          bar    sind. In den Zuleitungen zu den Stufenkontakten  11 und 12     liegen    die beiden steuerbaren Halbleiter  gleichrichtergeräte 4 und 5, deren andere Seite ver  bunden wird und in die abgehende Lastleitung 13  übergeht.

   Die Geräte 4 und 5 enthalten zwei oder  mehr steuerbare Halbleitergleichrichter, die vorzugs  weise eine     Antiparallelschaltung    bilden und je nach  ihrem Erregungszustand eine Wechselspannung sper  ren oder einen Wechselstrom durchlassen können.       Parallel    zum Gerät 4 liegt über die     Zulieitungen    61  62 und den Schalter 63 der Eingang des Steuergerätes  6, dessen Ausgang 64 auf die Steuergitter der Halb  leitergleichrichter von 5 geht. Der Eingang des  Steuergerätes 7 liegt über die Zuleitungen 71 und 72  sowie über den Schalter 73 parallel zum Gerät 5,  während der Ausgang von 7 auf die Steuergitter von  4 einwirkt.  



       Ein        Umsteuervorgang    sei an folgendem Beispiel  erläutert: An 5 liegt die Stufenspannung,     während     der Laststrom über die     Anzapfung    2, den Stufen-           kontakt    11, das Gerät 4 und die abgehende Last  leitung 13 fliesst. Der Schalter 73 ist geschlossen und  im stationären Zustand erregt die     Stufenspannung     das Steuergerät 7 so, dass über den Ausgang 74 das  Gerät 4     offen    gehalten wird. Der     Umsteuervorgang     wird durch das Schliessen des Schalters 63 vorberei  tet.

   Dieses Schliessen ruft noch keine Wirkung     hervor,     da die Spannung an 4 und     damit    am Eingang von 6  so klein ist, dass sie noch kein Ausgangssignal an 64  bewirkt. Nun wird durch das     Öffnen    des Schalters 73  die Erregung von 4 unterbrochen. Danach kann der  Laststrom noch bis zum natürlichen Nulldurchgang       weiterfliessen    und das Gerät 4 sperrt. Bis zum Zünden  des Gerätes 5 ist eine Pause von mindestens mehre  ren Mikrosekunden erforderlich, damit das Gerät 4  seine volle Sperrfähigkeit wiedererlangen kann.

   Der  Laststrom, der in dieser Zeit von Null ausgehend nur  relativ kleine Werte erreicht, wird nicht unterbrochen,  sondern fliesst über das eingeschaltete Steuergerät 6  weiter und zündet, wenn er eine bestimmte Grösse  erreicht hat, das Gerät 5, welches dann den Last  strom übernimmt. 6 ist dabei so ausgelegt, dass wäh  rend der kurzzeitigen Übernahme des Laststroms  am Eingang nur eine relativ kleine Spannung     auf-          tritt,    die dann an 4     liegt    und in bezug .auf die Bean  spruchung von 5 zur Stufenspannung     addiert    oder       subtrahiert    werden muss.

   Je kleiner diese Spannung  ist, um so     näher    kommt man dem     Idealfall,    dass die  umgeschaltete Leistung die Grösse der Stufenleistung  hat. Nachdem 5 gezündet wurde, geht die Stufenspan  nung auf 4 über und sorgt am Eingang von 6 für die  stationäre Erregung des Gerätes 5. Die     Fig.    2 zeigt  als Beispiel die Schaltung eines Steuerkreises, der  die gestellten Forderungen erfüllt. An den Zuleitun  gen 61 und 62 liegt das Steuergerät entsprechend       Fig.    1 parallel zu 4 oder 5.

   Der Schalter 63 befindet  sich nicht, wie in     Fig.    1 vereinfacht dargestellt, .direkt  in der Zuleitung, sondern in einer     Gleichrichteran-          ordnung    65, deren Wirkungsweise später erläutert  wird. Der eine Ausgang der Anordnung führt über  die Kapazität 661 mit parallelem     Ableiterwiderstand     662 zu einem     Übertrager    69, der andere über den  Widerstand 67 zu einem zweiten     Übertrager    68.  Beide     Übertrager    sind einseitig verbunden und an  die Zuleitung 61 angeschlossen.

   Die Sekundärwick  lungen der     Übertrager    speisen über die Gleichrichter  641 und 642 die Erregerleitung 64, die an einen mit  51 bezeichneten steuerbaren Halbleitergleichrichter  angeschlossen ist. Wie gezeichnet arbeitet immer eine  Sekundärwicklung eines Übertragers mit einer des  anderen Übertragers zusammen, so dass auf der  Gleichstromseite beide Ströme     überlagert    werden.  Sekundär können durch mehrere Wicklungen (ge  strichelt angedeutet), so viele Steuerkreise geschaffen  werden, wie für die galvanisch getrennte Speisung der       gesteuerten    Halbleitergleichrichter notwendig sind.  



  Im stationären Zustand liegt     zwischen    den Zu  leitungen 61 und 62 die Stufenspannung. Bei ge  schlossenem Schalter 63 fliessen durch die Übertrager  Ströme, die im wesentlichen durch die Kapazität 661    und den Widerstand 67 bestimmt sind. Die Phasen  verschiebung und die Addition der Ströme auf der  Sekundärseite ergibt einen     lückenlosen    Gleichstrom,  so dass eine einwandfreie Öffnung der Geräte 4 oder 5  unabhängig von der Phasenlage des Laststromes er  reicht wird.

   In der oben erwähnten Umschaltpause,  in der die Geräte 4 und 5 geschlossen sind, kann  der Laststrom, mit dem Wert Null beginnend, über  den Kondensator 661 und den Übertrager 69     fliessen,     ohne dass zwischen 62 und 61 eine wesentliche Span  nung auftritt, da der Kondensator 661 sich nur lang  sam auflädt und 69 relativ     niederohmig    ist. Dabei       fliesst    auch in den     Sekundärkreisen    ein Strom, der die  Zündung auslöst, wenn er eine bestimmte Höhe er  reicht hat.     Damit    ist eine Wirkungsweise gemäss dem  Erfindungsgedanken bereits erreicht.

   Es muss noch  darauf geachtet werden, dass der sekundärseitige  Steuerstrom nach dem Öffnen des Schalters 63 inner  halb weniger Mikrosekunden gegen Null geht, da  andernfalls, wenn 63     zufällig    unmittelbar vor dem  Nulldurchgang des Laststromes geöffnet wird, im  kritischen Zeitpunkt ein Steuerstrom     undefinierter     Höhe fliesst, der unter ungünstigen Umständen zur  Zündung beider Seiten und damit zum Stufenkurz  schluss führen kann. Der Widerstand 645 sowie das  R     -C-Glied    644. und 643 bewirken nach dem     Öffnen     von 63 ein schnelles Absinken des Steuerstromes.

    Die     Gleichrichteranordnung    65     verhindert,    dass sich  der Kondensator 661 nach dem Abschalten über den  Widerstand 67 und die Übertrager 68 und 69 entlädt.  



  Die relativ kleinen Kapazitäten 681 und 691 par  allel zu den Übertragern leiten hochfrequente Im  pulse, die sich über die     Sperrkapazitäten    der Gleich  richter 65 auf die Steuerkreise auswirken, ab.  



  Eine unter Umständen erwünschte     Verzögerung     des Zündzeitpunktes ist dadurch zu erreichen, dass  man nicht den gesamten Laststrom durch den über  trager 69 fliessen lässt, sondern einen Teil in das       R        -C-Glied    612 und 611 (gestrichelt angedeutet) ab  leitet.  



  Natürlich sind auch Abwandlungen des angege  benen Steuerkreises denkbar, die die grundsätzliche  Wirkungsweise nicht beeinträchtigen. So können z. B.  der Kondensator 661 oder der Widerstand 67 auf die       Sekundärseite    der Übertrager gelegt werden. Der  Schalter 63 muss nicht unbedingt in der angegebenen  Weise ausgeführt werden. An seiner Stelle können  beispielsweise elektronische Schaltelemente, vorzüg  lich Transistoren, auf der Primär- oder Sekundärseite  der     Übertrager    die     Abschaltung    synchron zum Last  strom vornehmen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur Lastumschaltung bei einem Stu fentransformator mit Hilfe von steuerbaren Halblei- tergleichrichtergeräten in jedem der beiden Wähler arme eines Stufenwählers, dadurch gekennzeichnet, dass der Laststrom nach dem Sperren des jeweils stromführenden steuerbaren Halbleitergleichrichter- gerätes im Zeitpunkt des natürlichen Nulldurchgangs über ein Steuergerät weiterfliessen kann, wobei an diesem Gerät nur eine im Vergleich zur Stufen spannung unwesentliche Spannung auftritt, und dass der weiterfliessende Laststrom, wenn er eine be stimmte Grösse erreicht hat,

   die Zündung des im an deren Wählerarm liegenden steuerbaren Halbleiter gleichrichtergerätes bewirkt, wonach ein neuer statio närer Zustand eintritt, in dem die nun am Steuergerät liegende Stufenspannung die Erregung des gezündeten Halbleitergleichrichtergexätes aufrechterhält. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Anordnung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass jedes der beiden Steuergeräte mit seinem Eingang parallel zu einem der beiden steuer baren Halbleitergleichrichtergeräte liegt (Fig. 1), wäh rend seine Ausgänge mit den Gitter-Kathodenstrek- ken des anderen Halbleitergleichrichtergerätes ver bunden sind. 2.

   Anordnung nach Patentanspruch und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zeit, in der beide steuerbare Halbleitergleichrichter ge schlossen sind, der Laststrom über einen Kondensator einen Übertrager durchfliesst und auf der Sekundär seite des Übertragers die Zündung des einen Gleich richtergerätes bewirkt. 3. Anordnung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im stationären Zustand die am Eingang liegende Stu fenspannung zwei gegeneinander phasenverschobene Ströme erzeugt, die über zwei übertrager gleichge- richtet und addiert werden, so dass ein lückenloser Steuerstrom fliesst. 4.

   Anordnung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Primärströme durch einen einzigen Schalter ge schaltet werden können, wobei eine Gl'eichrichteran- ordnung Ausgleichvorgänge nach dem öffnen des Schalters verhindert (Fig. 2). 5.

   Anordnung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Widerstände parallel zu den übertragerwicklungen und R-C-Glieder im Zuge der Steuerleitungen ein schnelles Absinken des Steuerstromes gegen Null beim Abschalten des Steuerkreises bewirken. 6. Anordnung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kapazitäten parallel zu den Übertragern und den Gitter-Kathodenstrecken der Halbleitergleichrichter eine ungewollte Zündung durch hochfrequente Stör impulse verhindern. 7.

   Anordnung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator parallel zum Eingang und ein Wider stand in Reihenschaltung den Zündzeitpunkt verzö gern und auftretende schnelle Spannungsänderungen verlangsamen. B. Anordnung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten des Steuerstromes elektronische Schaltgeräte benutzt werden, die vorzugsweise syn chron zum Laststrom geschaltet werden.