Hybrides Synchroneinschaltgerät für Hochstromanwendungen

Diplomarbeit aus dem Jahr 2000 im Fachbereich Elektrotechnik, Fachhochschule Technikum Wien (unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Mechanische Hochstromschaltgeräte verursachen beim Schalten hoher Ströme einen Lichtbogen, welcher zu Erosion an den Schaltkontakten und damit zu einer Verkürzung deren Lebensdauer führt. Dies ist nicht nur beim Ausschalten von Stromkreisen, sondern auch beim Einschalten zu beobachten, wenn auch nicht so ausgeprägt. Vorzündungen und das eventuelle mechanische Prellen der Kontakte sind daran schuld.
Außerdem weist ein mechanischer Schalter eine merkbare Streuung bei den Einschaltzeiten auf, was ein genaues Anschneiden der Spannungshalbwelle unmöglich macht. Der Vorteil eines mechanischen Schalters ist seine hohe Belastbarkeit wegen des kleinen spezifischen Widerstandes des Leiters.
Elektrische Halbleiter verursachen beim Schalten keinen Lichtbogen und sind um Größenordnungen schneller und genauer als mechanische Schalter. In der Energietechnik werden ausschließlich Thyristoren verwendet, weil nur bei diesem Element die Hauptstromkontakte großflächig ausgeführt werden können. Die Nachteile sind in der vergleichsweise geringen Strombelastbarkeit, welche mit den Durchlassverlusten zusammenhängt, und in der Polarität zu sehen. Wegen der Polarität ist es unmöglich, mit einem Bauteil beide Stromhalbwellen zu führen. Die geringe thermische Kapazität einer Halbleiter-Tablette bei hoher Empfindlichkeit gegen Übertemperatur erlaubt nur begrenztes kurzzeitiges Überlasten.
Es liegt also nahe, die Vorteile eines mechanischen Schaltgerätes mit denen eines Halbleiters zu verbinden. Ein solcherart entstandenes System nennt man ein hybrides Schaltsystem. Dabei dient im Falle eines Einschaltgerätes der Thyristor zum präzisen und schnellen Einschalten eines hohen Stromes und der mechanische Schalter zum Übernehmen desselben, bevor es zur Zerstörung des Halbleiters kommt. Im Falle eines Ausschaltgerätes übernimmt der Thyristor den Strom bei der Entstehung eines Lichtbogens infolge der Kontakttrennung und lässt ihn ausklingen.
Im Zuge dieser Arbeit wird untersucht, ob sich ein hybrides System als Einschaltgerät für das Hochstrom-Labor im Arsenal verwenden lässt, wie man es dimensionieren muss und welcher maximalen Belastung es standhält. Dazu wird auch ein Experiment vorgestellt, welches zur Verifikation der Berechnungen durchgeführt wurde.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.EINLEITUNG1
1.1Motivation zum Bau eines Hybridschaltsystems
1.2Machbarkeitsstudie - Daten und Anforderungen
1.2.1Leerlaufspannung des Mittelspannungstransformators M 850
1.2.2Leerlaufspannung des Hochstromtransformators NH 150
1.2.3Übersetzungen und Impedanztransformationen NH 150
1.2.4Leistungsfaktor
1.2.5Impedanzen
2.THEORETISCHE GRUNDLAGEN10
2.1Stromkreise in der Energietechnik und deren Eigenschaften
2.1.1Berechnung des Einschaltstromverlaufes
2.1.2Anforderungen für ein Leistungsversuchsfeld
2.2Allgemeine Eigenschaften von mechanischen Schaltern
2.2.1Eigenschaften eines Vakuumschalters
2.3Allgemeine Eigenschaften von Netzthyristoren
2.3.1Blockierzustand
3.2Einschalten eines Thyristors
2.3.3Eingeschalteter Zustand
2.3.4Ausschalten eines Thyristors
3.WAHL DER TOPOLOGIE FÜR DAS HYBRIDE SCHALTGERÄT20
3.1Schaltungsmöglichkeiten
3.2Darstellung der möglichen Topologie
4.MECHANISCHE SCHALTER24
4.1Daten heute erhältlicher mechanischer Schalter
4.2Auswahl eines geeigneten Schalters
5.NETZTHYRISTOREN26
5.1Heute erhältliche Netzthyristoren
5.2Auswahl eines geeigneten Netzthyristors
6.MODELLIERUNG DER THYRISTORKENNLINIEN30
6.1Erstellen der Modelle
6.2Überprüfen der Kennlinien
7.BERECHNUNG DER ZU ERWARTENDEN INDUKTIVITÄTEN3...