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KOMMUTIERUNGSEINRICHTUNG FÜR GLEICHSTROMKREISE
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausrüstung für autonome elektrische
Systeme und bezieht sich insbesondere auf eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise.
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Die Kommutierunseinrichtung für Gleichstromkreise wird im weeentlichen
zur Kommutierung in den Stromkreisen autonomer elektrischer Systeme bei der Elektroenergieübertragung
an verschiedenen Verbraucher bei Flugzeugen, Hubschraubern, Traktoren, Kraftfahrzeugen
und anderen Objekten der Technik verwendet.
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Zur Zeit werden in den elektrischen Systemen verschiedenart ige,
gegen Schaltspannungsabweichungen im im speisenetz empfindliche Elektroenergieverbraucher
angewendet. Ein großer Wert
der Schaltspannungsabweichungen führt
zum Ausfall der genannten Verbraucher oder zur Störung ihres Normalbetriebes. Infolgedessen
sinkt auch die Einsatzzuverlässigkeit der Elektroenergieverbraucher und nimmt ihre
Lebensdauer ab.
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Die bestehenden Kommutierungseinrichtungen weisen eine geringe Schaltzeit
auf. Darüber hinaus fehlt bei diesen Einrichtungen eine automatische Synchronisierung
in der Arbeit eines Halbleiterschalters und eines diesen überbrückenden Leistungskontaktes
eines elektromechanischen Umschalters. Die geringe Schaltzeit und das Fehlen der
Synchonisierung in der Arbeit der Einrichtung führen zur Entstehung großer Schaltspannungsabweichungen
und zum Vorgang einer Bogenbildung bei einer Kommutierung in den Gleichstromkreisen.
Hierbei fällt auch die eLektrische Verschleißfestigkeit ab, werden die Zuverlässigkeit
verringert und die Lebensdauer der Kommutierungseinrichtung verkürzt. Für ein sicheres
und normales Arbeiten der Blektroenergieverbraucher wrd des Systems im ganzen ist
es notwendig, den Wert der Schaltspannungsabweichungen zu verringern und den Vorgang
der Bogenbildung in der Kommutierungseinrichtung zu beseitigen.
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Es ist eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise (s. beispielsweise
W. Spiridonow, J. Ttatschento, M.
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Tschal @@ "Abschaltung eines Nebenschlußventils im System einer Stromkreisunterbrechung
ohne Bogenbildung", Sammelband 'tElektrotechnische Industrie", Ausgabe 305, Moskau,
1963, S. 12 bis 13) bekannt, die einen Leistungskontakt einer elektromechanischen
Umschalteinrichtung enthält. Im Nebenschluß mit dem Le istungskontakt der elektromechanischen
Umschalteinrichtung liegt ein
Hauptthyristor. Die Abschaltung des
Hauptthyristors erfolgt durch einen Abschaltkreis unter Benutzung eines Kondensators.
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Die Kommutierung des Hauptthyristors wird zu entsprechenden Zeitpunkten
durch einen Umschalter über einen Anpassungskreis übernommen. Der Hauptthyristor
kann nicht in dieser Einrichtung im Schaltbetrieb mit einer regelbaren Schaltzeit
arbeiten, weil diese Zeit ein Parameter eines konkreten Thyristorexemplars ist und
nicht gewandert werden darf. Darüber hinaus fehlt eine Synchronisation in der Arbeit
der Leistungskontakte des elektromechanischen Schalt apparates und des Hauptthyr
ist ors wegen keineswegs idealer Eigenschaften des Hauptthyristors. In der bekannten
Einrichtung gelingt es daher nicht, den hohen Pegel der Schaltspannungsabweichungen
herabzudrücken, den Vorgang der Bogenbildung zu heheben und deren Zuverlässigkeit
zu erhöhen.
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Es ist auch eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise bekannt,
die einen Transistorschalter enthält, mit dessen an einen Gleichstromkreis geschalteten
Leistungselektroden ein Leistungskontakt eines elektromechanischen Umschalters mit
einer Steuerwicklung im Nebenschluß liegt und dessen Steuerelektrode an eine einen
Umsohalter mit einem Schaltkontakt aufweisende Steuereinheit des Transistorschalters
angeschlossen ist (s. beispielsweise W.A. Maraktanow. A.D. Piwnenko "Über die Möglichkeit
der Schaffung eines nach einem vorgegebenen Kommutierungsgesetz arbeitenden Schalters",
Sammelband 1Elektrotechnische Industrie", Folge Niederspannungsapparate", Ausgabe
7, 1971, S. 7 bis 8).
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Darüber hinaus enthält die Steuereinheit Widerstände und
einen
Kondensator, die im Stromkreis der Steuerelektrode des Transistorschalters liegen,
wobei der Kondensator durch einen Umschalter überbrückt ist. Die gegebene Einrichtung
besitzt eine geringe Schaltzeit des Transistorschalters. Außerdem fehlt eine automatische
Synchronisierung in der Arbeit des Transistorschalters und des elektromechanisohen
Umschalters. Die genannten Gründe verursachen die Entstehung großer Schaltspanntingsabwe
ichungen und den Vorgang e iner Boganbildung an den Leistungskontakten des elektromechanischen
Umschalters.
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Hierbei weist die Einrichtung eine geringe elektrische Verschleißfestigkeit
und eine niedrige Zuverlässigkeit auf.
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Der rrindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kommutierungseinrichtung
für Gleichstromkreise zu schaffen, deren schaltungstechnische Lösung es gestattet,
den Vorgang einer Bogenbildung bei einer Kommutierung zu beseitigen, die Schaltspannungsabweichungen
im Speisenetz zu erniedrigen und die Zuverlässigkeit sowie die elektrische Versohleißfestigkeit
zu erhöhen.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Kommutierungseinrichtung
für Gleichstromkreise, die einen fransistorschalter enthält, mit dessen an einen
Gleichstromkreis geschalteten Leistungselektroden ein Leistungskontakt eines elektromechanischen
Umschalters mit einer Steuerwicklung im Nebenschluß liegt und dessen Steuerelektrode
an eine einen Umschalter mit einem Schaltkontakt aufweisende Steuereinheit des Transistorschalters
angeschlossen ist, gemäß der Erfindung sie einen zweiten Umschalter enthält, dessen
Schaltkontakt mit dem Schaltkontakt des Umschalters der Steuereinheit starr verbunden
und
an eine der Leistungselektroden des Transistorschalters ansowie
geschlossen ist,çein Schwellwertglied enthält, dessen Ausgang an die Steuerwicklung
des elektromechanischen Umschalters und dessen Eingang an einen festen Kontakt des
zweiten Umschalters angeschlossen ist.
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Das Vorhandensein eines Schwellwertgliedes in der vorliegenden Erfindung,
dessen Eingang über einen Umschalter die Spannung von den Leistungselektroden des
Transistorschalters zugeführt wird, erlaubt es, die Arbeit des Transistorschalters
und des elektromechanischen Umachalters zu synchronisieren.
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Diese Synchronisation gestattet es, den Vorgang einer Bogenbildung
zu beseitigen, die Schaltspannungsabweichungen zu verringern, die Zuverlässigkeit
zu erhöhen und die elektrische Verschleißfestigkeit des elektromechanischen Umschalters
zu vergrößernF Die Erfindung soll nachfolgend an Hand einer beispielhaften Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden, die eine
elektrische Schaltung der vorliegenden Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise
zeigt.
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Die Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise enthält einen
Transistorsohalter I, an dessen Leistungselektroden 2,3 ein Leistungskontakt 4 eines
eine Steuerwicklung 5 aufweisenden elektromechanischen Umschalters angeschlossen
ist.
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Die Steuerelektrode 6 des Transistorschalters I ist an eine Steuereinheit
7 mit einem Umschalter 8 gekoppelt.
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Die Einrichtung enthalt einen zweiten Umschalter 9, dessen
Schaltkontakt
10 mit einem Schaltkontakt 11 des Umschalters 8 starr verbunden und an die Leistungselektrode
2 des Transistorschalters I angeschlossen ist. Bs gibt auch ein Schwellwertglied
12, dessen Ausgang an die Steuerwicklung 5 aes elektromechanischen Umschalters angeschlossen
ist. Der Eingang 13 des Schwellwertgliedes 12 ist an einen resten Kontakt 14 des
Umschalters 9 gekoppelt.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform gelangt als Transistorschalter
I ein Bipolartransistor zum Einsatz. Es kommt auch ein Unipolartransistor in Frage.
Die Steuereinheit 7 formiert ein lineares oder exponentiales Einschalt- und Ausschaltsignal
des Transistorschalters. Als Schwellwertglied ist in der beschriebenen Ausführungsform
ein Schmitt-Trigger eingeset£.
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Der Gleichstromkreis enthält eine an die Leistungselektrode 2 des
Transistorschalters angeschlossene Belastung 15. Die Belastung 15 liegt im Stromkreis
einer Speieequelle 16, deren Ersatzschaltung eine Quelle 17 einer elektromotorischen
Kraft und einen Innenwiderstand 18 enthalt.
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Die Kommutierungseinrichtung fur einen Gleichstromkreis arbeitet
folgenderweise.
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Im Ausgangszustand " aus" befinden sich die Umsohalter 8 und 9 im
offenen Zustand. Hierbei erzeugt die Steuereinheit 7 eine den Transistorschalter
I sperrende Spannung. Die Spannung am Ausgang des Schwellwertgliedes 12 ist gleich
Null, die Steuerwicklung 5 des elektromechanischen Umschalters ist stromlos, und
sein Leistungskontakt 4 ist geöffnet.
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Bei der Umlegung der Umschalter 8 und 9 in die Stellung "ein" formiert
die bteuereinheit 7 ein linear oder exponential
ansteigendes Signal,
das den Transistorsohalter I öffnet. Der über den Elektroenergieverbraucher 15 fließende
Strom ändert sich nach einem linearen bzw. exponentialen Gesetz. Die Spannung an
den Leistungselektroden 2,3 des Transistorschalters I wird über die geschlossenen
Kontakte des Umschalters 9 dem Eingang 13 des Schwellwertgliedes 12 zugeführt.
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Bei einer Abnahme dieser Spannung auf einen Wert UI, wo U1 die Schaltspannung
des Schwellertgliedes 12 ist, schaltet das Schwellwertglied 12 um und auf die Wicklung
5 des elektromechanischen Umschalters wird eine Einschaltspannung eingespeist. Dies
führt zur Umschaltung des elektromechanischen Umschalters und zum Schließen seines
Leistungskontaktes 4.
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Die Schaltspannung UI des Schwellwertgliedes 12 wird unter der Annahme
UI > U2 eingestellt, worin U2 die Sättigungsspannung des Transistorschalters
I bedeutet.
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Da in der Einrichtung eine automatische Synchronisierung der Arbeit
des Transistorschalters I und des elektromechanischen Umschalters stattfindet, und
die Einschaltung des elektromechanischen Umschalters bei einer geringen Spannung
am Leistungskontakt 4 erfolgt, sind die f3chaltspannungsabwe ichungen sehr gering.
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Bei der Umlegung der Umschalter 8 und 9 in die Stellung "aus" schaltet
das Schwellwertglied 12 um, was eine Ausschaltung des elektromechanischen Umschalters
und eine Orfnung seines Leistungskontaktes 4 zur Folge hat. In dem Augenblick der
Öffnung des Leistungskontaktes 4 des elektromechanischen Umschalters befindet sich
der Transistorschalter I im Sättigungszustand, da die Steuereinheit 7 dazu nicht
kommt, diesen in den linearen Bereich auszusteuern. Aus diesem Grunde ist
die
Spannung an den Leistungselektroden 2 und 3 des Transistorschalters I bei der Offnung
des Leistungskontaktes 4 gering und gleich der Spannung U2, was zu einer Verminderung
der Schaltspannungsabweichungen der Elektroenergiequelle 16 beiträgt.
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Die Steuereinheit 7 formiert eine sich linear oder exponential ändernde
Sperrspannung, die zu einer linearen oder exponentialen Abnahme eines über die Leistungselektroden
2 und 3 des Transistorschalters I und des Elektroenergieverbrauchers 15 fließenden
Stroms führt. Bei Erreichen durch die Spannung an der Steuerelektrode 6 des Transistorschalters
I eines zum Sperren des Transistorschalters 1 erforderlichen Wertes kommt die Einrichtung
in den Ausgangszustand.
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KOMMUTIERUNGSEINRICHTUNBG FÜR GLEICHSTROMKREISE Zusammenfassung Die
vorliegende Erfindung betrifft die Ausrüstung autonomer elektrischer Systeme.
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Die Kommutierungseinrichtung enthält einen Transistorschalter ( I
), mit dessen Leistungselektroden (2,3) ein Leistungskontakt ( 4 ) eines elektromechanischen
Umschalters ( 4 ) im Nebenschluß liegt. Die Steuerwicklung ( 5 ) des letzteren ist
an den Ausgang eines Schwellwertgliedes ( 12 ) angeschlosaen. Die Steuerelektrode
( 6 ) des Transistorschalters ( I ) ist an eine einen Umsohalter ( 8 ) aufweisende
Steuereinheit ( 7 ) geschaltet. Es gibt einen zweiten Umschalter ( 9 ), dessen Schaltkontakt
( IO ) mit dem Schaltkontakt ( II ) der Steuereinheit ( 7 ) starr verbunden und
an die Leisbungselektrode ( 2 ) des Transistorschalters ( I ) angeschlossen ist.
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Die Erfindung wird hauptsächlich zur Kommutierung in den Stromkreisen
autonomer elektrischer Systeme bei der Blektroenergieübertragung an Verbraucher
in Flugzeugen, Kraftfahrzeugen benutzt.