DE1964376A1

DE1964376A1 - Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last

Info

Publication number: DE1964376A1
Application number: DE19691964376
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hoeber; Egon Huebel
Original assignee: Schubert und Salzer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Rieter Ingolstadt GmbH
Priority date: 1969-12-23
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1971-07-01
Also published as: US3670237A; CH512153A; FR2072018A1; FR2072018B1; GB1326276A

Description

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Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last, wobei nach dem Netztransformator mindestens ein Gleichrichter angeordnet ist und von diesem einerseits eine Synchronisationsstufe und andererseits eine Hochlaufstufe gespeist werden, welche zur Bildung einer Sehaltspannung miteinander verknüpft sind, und in welcher nach dem Verknüpfungspunkt nachein- ™ ander ein Grenzwertschalter, welchem zur Bildung eines Gleichstromes ein mit der Hochlaufstufe verknüpfter Glättungskondensator zugeordnet ist, und ein Lastschalter zur Steuerung der Spannung für die elektrische Last vorgesehen sind.

Bei Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufer entsteht, wenn dieser sofort voll eingeschaltet wird, durch das große Anzugsmoment ein kräftiger mechanischer Stoß während des Anlaufens des Motors. Dieser Stoß überträgt sich auf die anzutreibende Maschine und kann dort Schäden verursachen.

Bei Widerständen, die im kalten Zustand niederohmig sind und mit zunehmender Erwärmung sehr rasch hochohmig werden, wie dies zum Beispiel bei Glühlampen der Pail ist, entsteht beim Einschalten ein hoher Stromstoß, wodurch das Netz kurzzeitig sehr stark belastet wird.

Der Zweck der Vorrichtungen zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last ist es, den mechanischen Stoß oder auch einen Stromstoß auf ein annehmbares Maß zu verringern.

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Zur Verringerung derartiger Einschaltstoße ist es bekannt, Spezialmotore mit besonderen Läufern oder Ständerwicklungen zu verwenden. Diese können jedoch Einschaltstöße nicht ganz vermeiden und sind außerdem relativ teuer. Deshalb werden in der Praxis sogenannte Stern-Dreieck-Schaltungen oder Anlaßtransformatoren vorgezogen. Im ersten Fall werden statt eines einzigen starken Einschaltstoßes zwei kleinere Schaltstöße erzeugt und im zweiten Fall ist ein gesonderter Stellantrieb für den Transformator erforderlich, damit die Betriebsspannung allmählich vergrößert wird. Zwar ist durch einen Anlaßtransformator eine individuelle Anpassung an die jeweiligen Betriebsanforderungen möglich, doch muß er für einen neuen sanften Einschaltvorgang erst wieder mechanisch in die Ausgangsstellung zurückgebracht werden. Außerdem ist er recht aufwendig«,

Um die Nachteile der genannten Vorrichtungen zu vermeiden, sind sogenannte Kusa- (Kurzschlußläufer-Sanftanlauf-) Vorrichtungen entwickelt worden.

Das Prinzip dieser Schaltung ist, daß im Augenblick des Einschaltens mindestens in einer Phase der elektrischen Last, zum Beispiel eines Drehstrom-Asynchronmotors, ein ohmscher oder induktiver Vorwiderstand angeordnet ist, der in dieser Phase den Anlaufstrom begrenzt. Entsprechend der Strombegrenzung werden somit auch das Anzugsmoment des Motors und der mechanische Einschaltstoß verringert. Der Widerstand wird nach und nach, im einfachsten Fall in einer Stufe, überbrückt, bis das volle Anzugsmoment zur Verfügung steht.Kusa-Vorrichtungen dieser Art lassen sich jedoch nur für elektrische Lasten, deren mechanisches oder elektrisches Gegenmoment stets konstant ist, anwenden, da nur eine einmalige Anpassung des Vorwiderstandes und der Zeit bis zur Überbrückung des Vorwiderstandes möglich ist_o

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Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß bei den wenigsten Maschinen das Anlaufmoment stets gleich bleibt. Das Gegenmoment ändert sich nämlich durch verschiedene äußere Einflüsse, wie zum Beispiel TemperaturSchwankungen, zu bearbeitendes Material, Schmierzustand der Maschine etc. ·

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist die Anwendung eines elektronischen Steuergerätes bekannt (BBC, Applikationen für vergossene Halbleiter-Kleingeräte C01, T01, ?01, Abschnitte 5o2.1, 5.2.5 und 6.8.3). Durch eine Diodenbrückenschaltung mit nachgeschalteter Zenerdiode wird eine trapezförmige Synchronisationsspannung erzeugt, welche an Λ der Basis eines Unijunction- (Doppelbasis-) Transistors liegt. Durch diese Trapezspannung wird gleichzeitig in Abhängigkeit von der an einem von Hand zu betätigenden Potentiometer eingestellten Ladezeitkonstanten ein Impulskondensator aufgeladen, welcher bei Erreichen der Durchbruchspannung den Unijunction-Transistor in den leitenden Zustand kippt. Der Kondensator wird nun schlagartig entladen, so daß der Unijunction-Transistor einen Wadelimpuls erzeugt, welcher über einen Zündübertrager an einen VorThyristor geleitet wird. Dieser wird hierdurch leitend und bleibt in diesem Zustand, bis der Strom des Vor-Thyristors durch Null geht. Da durch das Petentiometer der Widerstand laufend verringert und dadurch die Ladezeit des f Impulskondensators entsprechend verkürzt wird, erfolgt in Bezug auf die am Vor-Thyristor liegenden Synchronisationsspannungshalbwellen eine zeitliche Vorverlegung, so daß die hier erzeugten Impulse immer größer werden und schließlich eine konstante Maximallänge erreichen«. Da zur Steuerung der elektrischen Last zwei antiparallel geschaltete Thyristoren vorgesehen sind, ist es erforderlich, wechselweise für den einen oder anderen Thyristor einen Schaltimpuls zu erzeugen. Dies erfolgt durch einen phasenabhängigen Schalter.

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Es ist somit zwar eine Anpassung an die gewünschten Betriebsbedingungen möglich, doch ist die Steuerung des Anzugsmomentes und der Hochlaufzeit nicht automatisch, sondern diese müssen von Hand durch Verstellung des Potentiometers eingestellt werden. Außerdem ist es für ein neues sanftes Einschalten erforderlich, das Potentiometer von Hand in seine Ausgangsstellung zurückzubringen.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Hochlaufspannung durch ein voreingestelltes Potentiometer und einen Kondensator zu steuern, der erst bei Abstellen der Vorrichtung mittels eines Relaiskontaktes entladen wird. Die Hochlaufspannung und die parallel gebildete Synchronisationsspannung werden verknüpft und verstärkt und öffnen bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes einen Vor-Thyristor bzw. eine Thyristor-Tetrode, welche die Lastschalter für die elektrische Last steuert. Da vom Verknüpfungspunkt der Hochlauf- und der Synchronisationsspannung ein zweiter Kondensator aufgeladen wird, bestimmt dieser Kondensator den Augenblick, in welchem der Vor-Thyristor leitend wird oder sperrt. Im Kreis zur Bildung der Synchronisationsspannung ist ein Transistor vorgesehen, der beim Nulldurchgang der Synchronisationsspannung leitend wird und den zweiten Kondensator entlädto

Es ist zwar auch hier eine Anpassung an die gewünschten Betriebsbedingungen möglich, da die Hochlaufzeit durch Veränderung der Grundeinstellung des Potentiometers beeinflußt werden kann, doch ist eine Einstellung des gewünschten Anzugsmomentes im Augenblick des Einschaltens nicht vorgesehen. Außerdem wird eine Vielzahl von Schaltelementen benötigt, so daß diese Vorrichtung recht aufwendig ist.

Es wurde ferner vorgeschlagen, zur Erzeugung der Hochlauf-

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spannung einen Kondensator in Abhängigkeit von zwei einstellbaren Potentiometern aufzuladen. Die in dieser Hochlaufstufe erzeugte Spannung wird in einer Brückenschaltung mit der Spannung der Synchronisationsstufe verknüpft. Nach diesem Verknüpfungspunkt befindet sich ein Transistor, der in der Grundstellung leitend ist und bei Erreichen der Kippschwelle sperrt. Dadurch wird ein Kondensator aufgeladen, und ein weiterer Transistor versorgt einen Transformator für den Lastschalter mit Spannung. Ist der Kondensator aufgeladen, so wird dieser weitere Transistor nichtleitend, und die Stromzufuhr zum Transformator ist unter- Λ brochen, während sich der lastschalter bis zum Nulldurchgang des Arbeitsstromes selber im leitenden Zustand hält. Durch Sperrung des weiteren Transistors wird über eine Rückkopplung die an der Basis des ersten Transistors liegende Sperrspannung verringert, so daß der Transistor wieder leitend wird und sich der Kondensator entlädt. Überschreitet die Spannung an der Basis dieses Transistors erneut die Kippschwelle, so v/ird er wieder gesperrt. Auf diese »/eise werden stetig in Abhängigkeit von der Hochlaufspannung und der Synchronisationsspannung Schaltimpulse für den Lastschalter erzeugt.

Bei dieser Vorrichtung kann zwar sowohl das maximale An- " zugsmoment im Augenblick des Einschaltens als auch die Hochlaufzeit voreingestellt werden. Doch ist auch diese Vorrichtung recht aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last zu schaffen, bei welcher das Anzugsmoment im Augenblick des Einschaltens und die Hochlaufzeit nach Belieben vorgewählt werden können und die im Aufbau wesentlich einfacher und weniger aufwendig ist als die vorbekannten Vorrichtungen dieser Art»

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl für die Synchronisationsstufe, in welcher die Synchronisationsspannung erzeugt wird, als auch in der Hochlaufstufe, in welcher die Hochlaufspannung erzeugt wird, ein Gleichrichter, dessen Eingang von. einer eigenen Transformatorwicklung gespeist wird und von dem Eingang des Gleichrichters der anderen Stufe galvanisch vollkommen getrennt ist, ein Kondensator und ein Einstellglied vorgesehen sind und die Kondensatoren der beiden Stufen in Serie geschaltet sind. Durch diese Art der Verknüpfung werden die Spannungen der Synchronisations- und der Hochlaufstufe addiert, so daß der Zeitpunkt des Erreichens einer vorbestimmten Kippschwelle auf besonders einfache Weise gesteuert werden kann₀

Durch die auf diese Weise erzeugten Impulse wird ein Lastschalter für die elektrische Last gesteuert, der beim Nulldurchgang des Arbeitsstromes wieder in den Sperrzustand kippt. Die Synchronisationsspannung und die Lastspannung müssen synchronisiert, das heißt seitlich aufeinander abgestimmt sein, damit der Lastschalter durch den folgenden Synchronisationsspannungsanstieg nicht zu früh wieder in den leitenden Zustand gebracht wird. Diese Synchronisation ergibt sich zwangsläufig in einem Wechselstromnetz oder wenn die erfiridungsgemäße Vorrichtung zwischen einer Phase und dem Mittelpunktleiter eines Drehstromnetzes angeschlossen wird. Oftmals steht jedoch kein Mittelpunktleiter zur Verfügung. In diesem Fall wird eine weitgehende Anpassung dadurch erzielt, daß der Lastschalter und der eine Anschluß des Netztransformators in einer beliebigen Phase und der zweite Anschluß des Netztransformators in der voreilenden Phase liegt. Bei Motoren, die reversierbar sind, liegt der Lastschalter vorteilhafterweise in der nicht vertauschten Phase, so daß auch der zweite Anschluß des Netztransfor-

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mators bei einer Laufrichtungsumkehr des Motors nicht vertauscht zu werden braucht,

Y/ird eine Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last nur in einer Phase vorgesehen, so können sich unter Umständen in den anderen beiden Phasen relativ hohe Ströme ergeben, die insbesondere bei Lasten hoher Leistungsaufnahme zu einer außerordentlich hohen Netzbelastung und Erwärmung der Last und der Leitungen führen_c Erfindungsgemäß ist daher für diese Fälle für jede Phase ein durch eine Synchronisations- und eine Hochlaufspannung gesteuerter Lastschalter vorgesehen, so daß eine Strombegrenzung in jeder Phase erfolgt.

Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dann, wenn die elektrische Last ausgeschaltet ist, ebenfalls nicht unter Spannung steht, befinden sich vorteilhafterweise sämtliche Anschlüsse auf der Lastseite des Hauptschützes das heißt zwischen dem Hauptschütz und der Last. Für Reversierbetrieb ist zu diesem Zweck für jeden Lastschalter ein weiterer, in Abhängigkeit von den beiden V/ende schützen betätigter Hilfskontakt vorgesehen, welcher verhindert, daß die Phase für den zweiten Anschluß des Netatransforraators vertauscht wird. Damit die Steuerspannung und Lastspannung zeitlich richtig aufeinander abgestimmt sind, wird je

der
nach Art elektrischen Last ein Phasenschieber vorgesehen. Zur Erhöhung der Schaltsicherheit kann zwischen dem negativen Anschlußpunkt des Gleichrichters und der Synchronisationsstufe eine Zener-Diode angeordnet sein«,

Die Entladung der beiden in Serie geschalteten Kondensatoren kann durch beliebige Schaltelemente erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn parallel zum Einstellglied zwischen dem Kondensator und dem Stromversorgungsgerät eine Entladungsdiode und parallel zu dem

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Gleichrichter ein niederohmiger Entladewiderstand vorgesehen sind.

Soll die erfindungsgeinäße Vorrichtung nicht nur zum sanften Ein-, sondern auch zum allmählichen Ausschalten Anwendung finden können, wie es beispielsweise für Effektbeleuchtungen gewünscht wird, so wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Hochlaufstufe ein Sntladewiderstand vorgesehen, der gegebenenfalls gleichzeitig der Entladediode, falls diese vorgesehen ist, zugeordnet sein kann, und zwischen dem Glättungskondensator einerseits und dem Einstellglied und dem Entladewiderstand andererseits ein Schalter angeordnet. Um die Bedienungselemente des Sanfteinschaltgerätes galvanisch von der Netzspannung zu trennen, wird gemäß der Erfindung zwischen der Grenzwertschalterstufe und dem Lastschalter eine Anpassungsstufe vorgesehen mit einem Transformator, welcher die zeitabhängige Stufe vom Lastschalter galvanisch trennt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist als Lastschalter ein Triac vorgesehen, wodurch sich eine besonders einfache Schaltung für den Lastschalter ergibt. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Sanfteinschalten für eine Gleichstrommaschine, zum Beispiel einen Gleichstrommotor, Anwendung finden, so steht die elektrische Last gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung über mindestens einen Transformator und eine Gleichrichterstufe mit dem Lastschalter in Verbindung»

Durch die vorliegende Erfindung läßt sich eine individuelle Einstellung für jeden Ein- (und gegebenenfalls Ausschalt-) Vorgang und somit eine genaue Anpassung an die jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen erzielen, da sowohl das Anzugsmoment, dem bei Glühlarapen die Grundhelligkeit entspricht, als auch die Hochlaufzeit (=Einschaltzeit) genau

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und individuell eingestellt werden kann. Es werden ferner sehr wenige Schaltelemente benötigt, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach wird und sehr wirtschaftlich ist«. Außerdem läßt sich die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit Gleichstrommaschinen anwenden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last in schematischer Darstellung,

Figo 2 die Spannungsverhältnisse an den beiden Kondensatoren und im Verknüpfungspunkt der Synchronisationsund der Hochlaufstufe sowie die hiervon abhängigen Spannungs- und Stromverhältnisse am Lastschalter in schematischer Darstellung,

Fig. 5 die Abhängigkeit des Anzugsmomentes vom Stromflußwinkel in einem Diagramm,

Fig. 4 den Anschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Wechselstromnetz,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für den Anschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung an verkettete Phasen de3 Drehstromnetzes,

Figo 6 den Anschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen im Reversierbetrieb arbeitenden Motor,

Fig. 7 den Anschluß je einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Phase de3 Drehstromnetze3,

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Figo 8 den Anschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung an verketteten Phasen für einen im Reversierbetrieb arbeitenden Motor,

Fig. 9 den Anschluß je einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Phase des Drehstromnetzes für einen im Reversierbetrieb arbeitenden Motor,

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 11 und 12 verschiedene Ausführung des Stromversorgungsgerätes der erfindungsgexOäßen Vorrichtung,

Fig. 13 eine andere Ausführung der Synchronisationsstufe der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 14 eine für sanftes Ein- und Ausschalten geeignete Hochlaufstufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 15 eine Anpassungsstufe, mit deren Hilfe eine vollkommene galvanische Trennung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vom Netz ermöglicht wird,

Fig. 16 eine andere Ausführung des Lastschalters der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 17 einen Verstärker,

Fig. 18 die bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 19 den Anschluß der elektrischen Last über einen Transformator und eine Gleichrichterstlife an die erfindungsgemäße Vorrichtung und

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Fig. 20 einen anderen Anschluß der elektrischen Last an die erfindungsgemäße Vorrichtung

zeigen.

In Fig. 1 wird ein Übersichtsplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last gezeigt. Durch das Stromversorgungsgerät 1 wird eine Synchronisationsstufe 2 gespeist, welche mit Hilfe eines Einstellgliedes 20 für das Grund-Anzugsmoment und eines Kondensators 21 eine Synchronisations-Sägezalinspannung bildet. Gleichzeitig wird vom Stromversorgungsgerät 1 eine Hochlaufstufe 3 gespeist, welche mit Hilfe eines Einstellgliedes 30 für die Hochlaufzeit und eines Kondensators 31 eine Hochlaufspannung bildet. Die Synchronisationsund die Hochlaufspannung werden gemäß der Erfindung im Verknüpfungspunkt 27 durch Addition verknüpft und einer Grenzwertschalterstufe 4 zugeführt. Bei Erreichen einer Spannung bestimmter Größe wird die Grenzwertschalterstufe 4 leitend, so daß der elektronische Lastschalter 6 in der Regel über eine Anpassungsstufe 5 Zündstrom erhalte Er wird somit leitend und bleibt in diesem Zustand bis zum Laststrom Nulldurchgang.

Die Anpassungsstufe 5 ist nicht unbedingt erforderlich, i wie später noch beschrieben wird.

Die für das Verständnis der vorliegenden Erf ind\ing wichtigen Spannung3- und Stromverhältnisse werden in Fig. 2 gezeigt, in welcher die Hochlaufzeit auf der x-Achse und die verschiedenen Spannungen und Ströme in verschiedenen Diagrammen auf der y-Achse abgetragen sind. In der Synchroni aationustufe 2 wird eine Sägezahnspannung U₁ erzeugt, wobei die Spitzen je nach Art der Last oberhalb oder unterhalb der Schaltgrenze der Grenzwertachaltcrstufe 4 liegen

können. Die Zeit, während welcher die Grenzwertspannung U, durch die Sägezahnspannung U₁ überschritten wird, bestimmt die Zündzeit t, t. ... t -j, t_n, t , während welcher ein Zündstrom I₁ zur Betätigung des Lastschalters 6 fließt. Diese Zeit ist somit abhängig von der Steilheit der opannungsanstiegsflanke IL· ', welche durch die Größe des durch das Einstellglied 20 eingestellten "widerstandwertes bestimmt wird, da der Kondensator 21 in seiner Kapazität unveränderlich ist. Ist dieser w'iderstandswert klein, so ist die Spannungsanstiegsflanke U₁ ¹ steil. Bei größerem Widerstandswert ist somit die Spannungsanstiegsflanke U₁ ' entsprechend flacher und umgekehrt, ".«eiin der Lastschalter 6 einen Zündstrom I₁ erhält, wird er leitend und läßt für die Dauer des Stromflußwinkels den Laststrom Ip fließen. Der Lastschaler 6, der durch den Zündstrom I₁ leitend geworden ist, so daß die Lastspannung U₅ zusammenbrach, bleibt geöffnet, bis der Laststrcm I₀ durch l.'ull geht.

Während die Synchronisationsstufe 2 eine Sägezahnspannung U^ mit doppelter Hetzfrequenz bildet, steigt die Hochlaufspannung U_? in Abhängigkeit von dem mit Hilfe des Einstellgliedes 30 eingestellten ϊ/ideistandsv/ertes allmählich m, Beide Spannungen, die Sägezahnspannung U₁ und die Hoch— laufspannung Up, werden im Verknüpfungspunkt 27 su einer Steuerspannung U₄ addiert. Die Grenzspannung U_v wird somit in jeder Netzhalbwelle etwas früher überschritten, was von den Spannungsanstiegsflanken U-' dvr Svnchronisationoypannung U₁ und U₀' der hoolilauf spannung U_Q abhängt. Die Zündzeit 1 wird somit immer größer. Y.enii nach erfolgtem Einstellvorgang die Hochlaufspannung U.," _t-,röi.^:or als die

C-

Grenzspannunr U, ist, genügt diese aiii ein, um die Grenswertöclialterstufe 4 konstant dureh;:unchalten. Die Zündze.it wird aomj 1 unendHich groß (t ) und der liundstrom I₁ („eht in eiiien Giluichütrom über, hntsj-rechonä bricht beim Ein£-:o]iali-vcrj_'i.--iii: i-uch die ;.>j annun_t;, U₁. iiamex .früher ::n:iBii.mon_t bin ine ; ai:s vx-r^chwinde t., uüd iii-τ ctromf IuJivn JiLeJ df.'ii Iifi..itüti'oiiji?s I_n vur^rö.· crt sich immer mehr,

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bis er 180 erreicht und der Laststrom Ip in eine Sinuskurve übergeht. Die Zeitdauer vom Beginn bis zur Beendigung des Einschaltvorganges wird somit im wesentlichen durch die Spannungsanstiegsflanke Up' der Hochlaufspannung bestimmt.

Die Verwendung von Gleichstron zur Steuerung des Lastschalters 6 hat den großen Vorteil, daß dieser mit Sicherheit sofort nach dem Nulldurchgang des Laststromes I₂ erneut zündet. AUi'3erdem kann das erfindungsgemäße Sanfteinschaltgerät in diesem Fall sehr einfach gehalten werden.

Will man jedoch das Sanfteinschaltgerät galvanisch vollkommen vom Neta trennen, so wird ein Zündübertrager in Form eines Transformators benötigt. Dieser kann jedoch nur Impulse, aber keinen Gleichstrom übertragen. Zu diesem Zweck wird der Zündstrom zerhackt.

Ein elektrischer Motor beginnt erst zu drehen, wenn ein bestimmtes Anzugsmoment erreicht wird. Wenn prinzipiell auch die Zündzeit t beliebig kurz gewählt werden kann, so hat es andererseits doch keinen Sinn, eine so kurze Zeit zu 7/ählen, daß der Stromflußwinkel für den Laststrom Ip zu klein ist und der Motor noch nicht anlaufen kann-r ä

Die Abhängigkeit des Anzugsmomentes vom Stromflußwinkel zeigt Pig. 5 an Hand eines Beispiels. Die Werte ändern sich natürlich von Pail zu Pail in Abhängigkeit vom Motortyp und von der Art aer durch diesen Motor anzutreibenden Laste

Damit der Lastschalter 6 in Bezug auf die Synchronisationsspannung IL· im richtigen Augenblick abschaltet und nicht zu früh wieder in den leitenden Zustand gebracht wird, müsaen die Synchronisationsspannung U., und die Lastspannung Uc aufeinander abgestimmt sein, Diese gegenseitige Abstimmung ergibt sich zwangsläufig, wenn das Sanfteinaehalfc-

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gerät 7 zwischen einer der Phasen RS oder T und den Mi tfcelpunkbsleifcer IJp angeschlossen ist (Pig,4). der in
Fig. I gezeigte Lastsohalterbist dabei mit seinen beiden Last&nschlußklenimen A und B an die Phase R, S bzw, T angeschlossen, wobei von der Lastanschlußklenme A auch das Strcmversorgungsgerät 1 versorgt wird. Der zweite Anschluß des Stronrvsrsorgungsgerätes 1 erfolgt über die Anschlußklemme C, welche mit dem i.Iittelpunktleiter ilo verbunden
Is fco

Wenn jetzt die elektrische Last 8, zum Beispiel ein Motor oder eine Vielsahl elektrischer Glühlampen oder dergleichen, sanft eingeschaltet werden soll, wird der Schalter 9 geschlossen. Das voreingestellte Einstellglied 20 bestimmt den üfcrcmflußwinkel zu Beginn des Einschaltvorganges,
und in Abhängigkeit vom Einstellglied 30 wird die Last 8 innerhalb einer bestimmten 2eit voll eingeschaltet,

In gleicher Weise arbeitet das 3anfteinuchaltgerät 7>

wenn die Last 8 zwischen zwei phasen angeschlossen ist,

so daß das Sanfteinschaltgerät 7 parallel zur Last 8 liegt.

Bei gemischt ohmsch-induktiver Last ergibt sich hierbei
jedoch eine bestimmte Phasenverschiebung, so daß bereits zu Beginn des Einschaltvorganges ein gewisser Stromflußwinkel , zum Beispiel = 60°, vorhanden ist.

Bei einer mit drei Phasen verknüpften Last 8 liegen, wie die Figo 5 zeigt, die Lastanschlui3klemmen A und B des
Sanfteinschaltgerätes 7 in einer beliebigen Phase, während zur richtigen gegenseitigen Abstimmung der Synchronisationsspannung U₁ und der Lastspannung UV die Anschlußklemme C in der voreilenden Phase liegto

Handelt es sich bei der Last um einen reversierbaren Motor

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80, so wird das Sanfteinschaltgerät 7 gemäß Pig. 6 angeschlossen. Durch die üblichen Schütze 90 und 91 werden zum Reversieren die Phasen vertauschte Ba die mittlere Phase S unvertauscht bleibt, wird in dieser Phase das Sanfteintchaltgerät 7 angeschlossen. Sind die Kontakte des Schützes 90 geschlossen, so ist die links abgebildete Phase weiterhin die voreilende Phase R. Sind jedoch die Kontakte des Schützes 91 geschlossen, so handelt es sich bei der links vom Sanfteinschaltgerät 7 dargestellten Phase um die nacheilende Phase T. Aus diesem Grunde wird die Anschlußklemme G vor den Kontakten der Schütze 90 und 91 mit der Phase R verbunden»

Prinzipiell ist es zwar möglich, die Anschlüsse A und B in jede beliebige Phase zu legen. Da jedoch durch das Vertauschen der Phasen R und T einmal die Phase S und das andere IUaI die Phase T die gegenüber der Phase R voreilende Phase ist, sind in diesem Fall zwei kontaktgesteuerte Anschlüsse erforderlich. Soll das Sanfteingchaltgerät 7 im nichtarbeitenden Zustand vollkommen vom Hetz getrennt sein, sind derartige Kontakte für reversierbare Liotoren 80 jedoch ohnehin erforderlich, so daß der Anschluß nach Fig.8 erfolgen kann.

Bei Anschluß des Lastschalters 6 des Sanfteinschaltgerätes 7 in der mittleren Phase S wird die Anschlußklemme C über je einen Kontakt des Schützes 90 und dss Schützes 91 rait der Phase H verbunden.

Wird ein oanfteinachaltgerät 7 sum Einschalten einer elektrischer; L;j.st β nur in einer einsigen Phase vorgesehen, so können sich, je nach Art der Last, in den beiden anderen Phasen reDativ hohe Einschaltströme ergeben. Diese führen iri^besoiifl·--j e i.ei Lasten hoher Leistungsaufnahme su einer au2ercröohi.j ■] eh hohen Netsbelaatung und Erwärmung der i.v.at

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und der Leitungen. Es ist deshalb zweckmäßig, den Einschaltstrom in jeder Phase zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird gemäß Pig.7 in jeder Phase R, S und T je ein Sanfteinschaltgerät 7, 7' und 7" vorgesehen, deren Anschlußklemmen G, C¹ und 0" jeweils in der Phase liegt, welche gegenüber der Phase mit den zugehörigen Lastanschlußklemmen A und B, A¹ und B'· bzw. A" und B" voreilt. Die Last wird auf diese Weise noch sanfter, als es bei nur einem Sanfteinschaltgerät 7 möglich ist, eingeschaltet. Außer für große Motoren ist dieses auch beispielsweise bei großen Hallen mit Glühlampenbeleuchtung, die gegenüber der normalen Stromaufnahme während des Einschaltens ca. das 10fache aufnehmen, sehr vorteilhaft.

Auch bei reversierbaren Motoren 80 ist es möglich, in jeder Phase R, S und.T je ein Sanfteinschaltgerät 7, 7' und 7" vorzusehen. Zu diesem Zweck ist gemäß Pig. 9 für jedes Sanfteinschaltgerät 7, 7' und 7" je ein weiterer, in Abhängigkeit vom Schütz 90 bzw. 91 betätigter Hilfskontakt vorgesehen, welcher verhindert, daß die Phasenlage an der Anschlußklemme C, C bzw. C" sich gegenüber den Lastanschlußklemmen A und B, A^f und B¹ bzw. A" und B" ändert.

Wie bereits erwähnt, muß die Anschlußklemme C in der voreilenden Phase liegen. Der richtige Anschluß kann durch Versuch leicht ermittelt werden, da bei falschem Phasenanschluß das Sanfteinschaltgerät 7 wegen der dann auftretenden Phasenverschiebung unwirksam ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sanfteinschaltgerätes 7 zeigt Fig. 10. Das otromversorgegerät 1 besteht aus einem Transformator 10 mit einer Primärwicklung 11 und zwei Sekundärwicklungen 12 und 13. Die Primärwicklung 11 weist eine Anschlußklemme D auf, welche mit der Lastanschlußklemme A des Sanfteinschaltgerätes ver-

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bunden ist. Die andere Anschlußklemme C ist mit der gegenüber der mit der Lastanschlußklemme A verbundenen Phase voreilenden Phase verbunden. Damit das Sanfteinschaltgerät an verschiedene Netzspannungen angeschlossen werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die Primärwicklung 11 außer der Anschlußklemme C weitere Anschlußklemmen G, und C. aufweist«. Beispielsweise ist die Anschlußklemme C zum Anschluß an 380 V, die Anschlußklemme C, zum Anschluß an 500 V und die Anschlußklemme C, zum Anschluß an 220 V vorgesehene

Für die Synchronisationsstufe 2 und für die Hochlaufstufe (| 3 ist jeweils ein Gleichrichter 14 bzw. 15 vorgesehen, deren Eingangsseite vom Gleichrichter der anderen Stufe galvanisch vollkommen getrennt ist. Auf diese Weise kann jede der beiden Stufen 2 und 3 unabhängig von der anderen Stufe arbeiten. Für die Synchronisationsspannung sind Halbwellen doppelter Netzfrequenz erforderlich, damit für jede Lasthalbwelle von der Synchronisationsstufe 2 ein neuer Impuls zur Steuerung des Lastschalters 6 abgegeben wird. Somit ist für die Synchronisationsstufe 2 eine Gleichrichterbrücke 14 erforderlich, welche über die Sekundärwicklung 12 des Netztransformators 10 gespeist wird. Dagegen spielt es für die Hochlaufstufe 3 keine wesentliche λ Rolle, ob sie mit Halbwellen einfacher oder doppelter Frequenz gespeist wird, da diese Unterschiede durch entsprechende Dimensionierung des Glättungskondensators 32 und eines Widerstandes 151 ausgeglichen werden können» Gemäß Fig. 10 besteht dieser Gleichrichter 15 daher aus einer einfachen Diode, welcher der erwähnte Widerstand 151 zugeordnet ist. Doch kann statt ihrer auch eine Gleichrichterbrücke 151 Anwendung finden (Fig. 11), so daß sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen der Netzspannung ausgenutzt werden können. Der Widerstand 151 ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich. Gespeist wird der Gleichrichter 15 bzw. die Gleichrichterbrücke 150 von

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der Sekundärwicklung 13 des Netztransformators 10 aus.

Das Stromversorgungsgerät 1 ist auf der negativen Anschlußseite der Gleichrichterbrücke 14 über einen Anschlußpunkt 17 mit dem Anschlußpunkt 26 der Synchronisationsstufe 2 auf der positiven Anschlußseite der Gleichrichterbrücke über einen Anschlußpunkt 170 mit dem Anschlußpunkt 260 der Synchronisationsstufe 2, auf der negativen Anschlußseite des Gleichrichters 15 bzw. der Gleichrichterbrücke 150 über einen Anschlußpunkt 18 mit dem Anschlußpunkt 38 der Hochlaufstufe 3 und auf der positiven Anschlußseite des Gleichrichters 15 bzw. der Gleichrichterbrücke 150 über einen Anschlußpunkt 180 mit dem Ai-BChlußpunkt 380 der Eochlaufstufe 3 verbundene

Die Synchronisationsstufe 2 weist ein als Potentiometer ausgebildetes Einstellglied 20 auf, mit dessen Hilfe der Voider standwert, welcher die Aufladezeit des Kondensators 21 bestimmt, wunschgemäß verstellt werden kann. Durch eine Vergrößerung des Widerstandwertes des Einstellgliedes 20 wird die Aufladezeit des Kondensators 21 vergrößert, so daß die Spannungsanstiegsflanke U₁ (Fig. 2) flacher wird, und umgekehrt. Damit der Kondensator 21 jeweils am Ende einer Halbwelle entladen wird, ist parallel zu diesem eine Vierschichtdiode 22 oder ein sogenannter "unilateral switch" vorgesehen.

Die Hochlaufstufe 3 weist außer dem bereits erwähnten Glättungskondensator 32 einen weiteren Kondensator 31 auf, welcher den durch den Gleichrichter 15 bzw. die Gleichrichterbrücke 150 erzeugten pulsierenden Gleichstrom glättet. Außerdem ist für den Kondensator 31 ein als Potentiometer ausgebildetes Einstellglied 30 vorgesehen, welches die Ladezeit des Kondensators 31 und damit die Hochlaufseit bestimmt. Parallel zum Kondensator 31 ist ein Kontakt 33 vorgesehen, der durch einen parallel zum Ladekondensator

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angeordnetes Relais 330 für die Dauer, während welcher das Sanfteinschaltgerät 7 und somit die Last 8 oder 80 eingeschaltet ist, geöffnet ist. Um ein Verschweißen des Kontaktes 33 beim SchließVorgang zu verhindern, wird der Strom vorteilhafterweise, wie üblich durch einen nicht gezeigten Strombegrenzungswiderstand begrenzt. Der Kontakt 33 kann jedoch auch vom Schalter 9 bzw. Schützen 90 gesteuert werden, wobei für Reversierbetrieb ein weiterer vom Schützen 91 gesteuerter, nicht gezeigter Kontakt in Serie zum Kontakt 33 vorgesehen wird.

Die beiden Kondensatoren 31 und 21 sind über die Anschluß- ä punkte 230 und 361 in Serie geschaltet, so daß die durch sie aufgeladenen Spannungen im Verknüpfungspunkt 27 der Synchronisationsstufe 2 mit der nachlaufstufe 3 addiert werden,.

Die Grenzwertschalterstufe 4, welcher durch den Anschlußpunkt 40 mit dem Anschlußpunkt 23 der Synchronisationsstufe 2 und den Anschlußpunkt 400 mit dem Anschlußpunkt 360 der Hochlaufstufe 3 verbunden ist, besteht aus einem Transistor 41, dessen Basis über einen Entkopplungswiderstand 42 mit Spannung versorgt wird. Die Festlegung der Kippschwelle des Transistors 41 und somit der gesamten Grenzwertsehalterstufe 4 erfolgt durch eine Zener-Diode 43. In üblicher Weise sind dem Transistor 41 zur Begrenzung des durch ihn fließenden Stromes Arbeitswiderstände 44 und 440 zugeordnet.

Als Lastschalter 6 finden zwei antiparallel-geschaltete Thyristoren 60 und 61 Anwendung, in deren Torleitungen jeweils eine Diode 62 bzw. 63 angeordnet ist.

Zwischen der Grenzwertschalterstufe 4 und dem Lastschalter 6 ist eine Anpassungsstufe 5 vorgesehen, welche wechselweise, je nach Phasenlage den Zündstrom I₁ an den

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Thyristor 60 bzw. den Thyristor 61 liefert. Die Anpassungsstufe 5 besteht aus einem Vor-Thyristor 54, dem zur Begrenzung des Arbeitsstromes ein Arteitswiderstand 540 zugeordnet ist, und einer in seinem Arbeitsstromkreis angeordneten Gleichrichterbrücke 541 mit den vier Dioden 542, 543, 544 und 545β Zur Versorgung der Thyristoren 60 bzw. 61 sind zwei Dioden 546 und 547 vorgesehen, welche je nach Phasenlage das Tor des Thyristors 60 bzw. 61 mit dem Netz verbindet.

Die Anpassungsstufe 5 ist mit der Grenzwertschalterstufe 4 über die Anschlußpunkte 58 und 45 und mit der Hochlaufstufe 3 über die Anschlußpunkte 580, 450, 401 und 36 verbunden. Die Verbindung zum Lastschalter erfolgt über die Anschlußpunkte 59 und 66, 590 und 660, 591 und 661 sowie 592 und 662.

Die vorstehend im Aufbau beschriebene Sanfteinschaltvorr-ichtung 7 arbeitet wie folgt:

Beim Einschalten der elektrischen Last 8 bzw, 80 wird das bzw. werden die Sanfteinschaltgeräte 7, das bzw. die gemäß Pig. 4 bzw. 9 angeschlossen sein können, gleichzeitig mit Hilfe des Schalters 9 bzw. des Schützes 90 oder 91, je nach Drehrichtung, eingeschaltet. Der Lastschalter 6 liegt somit an der Lastspannung Ur, ist jedoch im nichtleitenden Zustand, da an der Basis des VorThyristors noch keine Steuerspannung U₄ liegt. Gleichzeitig wird auch der Transformator 10 mit der Lastspannung Uc versorgt; die Spannung U,- wird auf eine geeignete Spannung umgeformt und für die Synchronisationsstufe 2 und die Hochlaufstufe 3 galvanisch getrennt mit Hilfe der Gleichrichterbrücke 14 und des Gleichrichters 13 gleichgerichtet.

Da die Ladezeit aus dem Produkt der Kapazität eines Kondensators und des ihm zugeordneten Widerstandes abhängt und

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die Kapazität der Kondensatoren 21 und 31 konstant bleibt, kann diese Ladezeit durch Änderung des Widerstandwertes der Einstellglieder 20 bzw. 30 geändert werden.

Da der Kondensator 21 innerhalb einer Halbwelle aufgeladen werden muß, besitzt er eine kleine Kapazität im Vergleich zum Kondensator 31. Ebenso ist auch der Y/iderstandwert des Einstellgliedes 20 klein im Vergleich zum Einstellglied 30.

Der Kondensator 21 wird, wenn die aufgeladene Spannung die Kippschwelle der Vierschichtdiode bzw. des unilaterial

switch 22 erreicht, schlagartig entladen. ™

Durch das allmähliche Auf- und rasche Entladen des Kondensators 21 entsteht in der Synchronisationsstufe 2 eine Synchronisationsspannung IL· , welche über den Entkopplungswiderstand 42 zu dem Transistor 41,- der bei Erreichen der durch die Zener-Diode 43 festgelegten Grenzwertspannung U, leitend wird, gelangt. Dadurch fließt ein Zündstrom I. zur Basis des Vor-Thyristors 54, der nun ebenfalls leitend wird. Dadurch fließt auch in der Anpassungsstufe 5 und im Lastschalter 6 in der einen Spannungshalbwelle ein im wesentlichen sinusförmiger Zündstrom von der Lastanschlußklemme B über die Diode 546, die Diode 544 der Gleichrichterbrücke 541, den Arbeit3widerstand 540, welcher den Zündstrom begrenzt, den Vor-Thyristor 54, die Diode 545 der Gleichrichterbrücke 541 und den Thyristor 61 zur Lastanschlußklemme A. Durch den gezündeten Thyristor 61 fließt jetzt der Laststrom Ip von der Lastanschlußklemme B zur Laatanschlußklemme A und damit zur Last 8 bzw. 80. In der folgenden Halbwelle fließt der Zündstrom von der Lastanachlußklemme A über die Diode 547, die Diode 542 der Gleichrichterbrücke 541, den Arbeitswiderstand 540, den VorThyristor 54» die Diode 543 der Gleichrichterbrücke 541 und den Thyristor 60 zur Lastanachlußklemme B. Der Thyristor 60 wird dadurch gezündet, so daß der Laststrom I₂ über die Laatanschlußklemme A, den Thyristor 60, die Lastanschluß-

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klemme B zur Last 8 bzw. 80 fließt,

Allmählich steigt auch die Hochlaufspannung Up durch die zunehmende Aufladung des Kondensators 31 an, so daß im Verknüpfungspunkt 27 zwischen der Synchronisationsstufe und der Hochlaufstufe 3 die Synchronisationsspannung U₁ und die Hochlaufspannung U₂ addiert werden. Die durch diese Addition gebildete Steuerspannung U. erreicht die Grenzspannung U,, welche durch die Begrenzungsdiode 43 bestimmt wird, den Transistor 41 immer früher, so daß auch der Lastschalter 6 immer früher leitend wird. Der Stromflußwinkel (Fig. 2) wird somit immer größer, bis er schließlich 180° erreicht. Damit ist der Einschaltvorgang beendet.

Durch die Vergrößerung des Stromflußwinkels erhält die Last 8 bzw. 80 (Fig. 4 bis 9) entsprechend von Halbwelle zu Halbwelle immer länger Strom, so daß sich entsprechend auch die Leistungsabgabe der Last immer mehr vergrößert, bis die volle Leistung erreicht wird. Entsprechend dieser Vergrößerung der Leistungsabgabe vergrößert sich bei einem Motor 80 auch das Anzugsmoment, so daß der Motor sich mit einer immer größer werdenden Drehzahl dreht, bis er seine volle Geschwindigkeit erreicht hat₀

Die einzelnen Bausteine, wie Stromversorgungsgerät 1, Synchronisationsstufe 2, Hochlaufstufe 3» Grenzwertschalterstufe 4, Anpassungsstufe 5 und Lastschalter 6, aus denen sich das erfindungsgemäße Sanfteinschaltgerät 7 zusammensetzt, können verschiedenartig ausgebildet sein, wobei die verschiedenen Ausführungen eines solchen Bausteines untereinander austauschbar sind.

Nachstehend werden verschiedene weitere Ausführungen beschrieben.

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Sind Sanfteinschaltgerät 7 und Last 8 bzw. 80 parallel geschaltet oder kann in einem Drehstromnetz das Sanfteinschaltgerät zwischen einer Phase und dem'Mittelpunktleiter Mp angeschlossen werden, so sind Steuer spannung TS. und Laststrom I₂ zwangsläufig synchronisiert. Soll das Sanfteinschal tgerät 7 in einem Drehstromnetz jedoch zwischen verketteten Phasen angeschlossen werden, so ergibt sich am Lastschalter 6 zwischen dem Laststrom I₂ und der Steuerspannung U. eine Phasenverschiebung um 60°, um welche der Laststrom I₂ der Steuerspannung XL· voreilt, so daß ein sanftes Einschalten der elektrischen Last 8 nicht möglich ist. Da jedoch ein Motor 80 eine gemischt ohmsch-induktive Last darstellt, bewirkt seine Induktivität ein Nacheilen des Lastströmes I₂ um ca. 60 , so daß die Phasenverschiebung zwischen Laststrom I₂ und Steuerspannung U. ausgeglichen wir de

Bei einer ohmschen Last muß diese Phasenverschiebung jedoch durch einen Phasenschieber ausgeglichen werden. Gemäß Pig. 11 besteht dieser Phasenschieber aus einem Kondensator 16, welcher parallel zur Primärwicklung 11 des [Transformators 10 angeordnet ist,und einem sowohl mit dem Kondensator 16 und der Primärwicklung 11 des Transformators in Serie angeordneten Widerstand 160.

Sind mehrere Anschlußklemmen C, C, und C. zum Anschluß an bestimmte Spannungen vorgesehen (gemäß Fig. 10), so kann in ähnlicher Weise ein solcher Phasenschieber jeweils zwischen den Anschlußklemmen G und D, C, und D sowie G. und D vorgesehen sein.

Es ist jedoch auch möglich, den Widerstand 160 und den Kondensator 16 des Phasenschiebers untereinander parallel und gemeinsam in Serie zur Primärwicklung 11 des Transformators 10 anzuordnen (Fig. 12).

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Unabhängig davon, ob ein Phasenschieber erforderlich ist oder nicht, kann eine Vergrößerung der Schaltgenauigkeit des Lastschalters 6 dadurch erreicht werden, daß die von der Gleichrichterbrücke 14 erzeugten Halbwellen doppelter Frequenz voneinander getrennt werden. Zu diesem Zweck ist zwischen der negativen Anschlußseite der Gleichrichterbrücke 14 und der Synchronisationsstufe 2 eine Zener-Diode 19 vorgesehen, welche, wenn die Spannung einen gewissen Wert noch nicht erreicht oder diesen bereits wieder unterschritten hat, sperrt und nur bei Vorhandensein einer über diesen Wert hinausgehenden Spannung in leitendem Zustand ist. Da auf diese V/eise Pausen zwischen den Halbwellen der Synchronisationsspannung IL· entstehen, wird bei eventuell noch bestehender Phasenverschiebung, die auch während des Einschaltvorganges im Netz hervorgerufen werden können, erreicht, daß dennoch die Nulldurchgänge der Synchronisationsspannung XL· und der Lastspannung IJ,- zusammenfallen und der Lastschalter 6 bei jedem Ilulldurchgang der Lastspannung U₁- auch tatsächlich in den Sperr zustand zurückgebracht wird*

Die Synchronisationsstufe 2 kann ebenfalls verschieden*- artig ausgebildet sein.

Gemäß Fig. 13 ist zur Stabilisierung der Ladespannung für den Kondensator 21 zwischen dem Anschlußpunkt 26 und dein Anschlußpunkt 260 eine Zener-Diode 24 vorgesehen, welcher ein mit ihr und dem Einstellglied 20 in Serie geschalteter Widerstand 240 zugeordnet ist. Diese Zener-Diode 24» welche bei Erreichen einer bestimmten Spannung leitend wird, begrenzt daher die Ladespannung für den Kondensator 21 und stabilisiert diese daher» Diese Stabilisierung der Ladespannung für den Kondensator 21 durch eine Zener-Diode 24 und einen Widerstand 240 ist auch bei der Ausführung gemäß Fig. 10 möglich.

Das Einstellglied 20 besteht gemäß Fig. 10 aus einem löten-

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tiometer. Pur den Pall, daß das Sanfteinschaltgerät 7 jedoch für verschiedene Frequenzen, zum Beispiel 50 Hz und 60 Hz, vorgesehen sein soll, besteht das Einstellglied 20 zweckmäßigerweise jedoch aus zwei einstellbaren Widerständen. Zur jeweiligen Anpassung an das gewünschte Anzugsmoment im Augenblick des Einschaltens der elektrischen Last dient das bereits erwähnte Potentiometer 200, während für die Anpassung an die gewünschte Metzfrequenz der Widerstand 201 eingestellt wird. Da vom Einstellglied

20 die Aufladezeit des Kondensators 21 abhängt und dieser bei 60 Hz rascher als bei 50 Hz aufgeladen sein muß, ist bei 60 Hz der Widerstand 201 auf Mull oder zumindest auf einen kleineren Wert als bei 50 Hz eingestellt. Selbstverständlich kann auch diese getrennte Anpassung an die Netzfr equenz ur;d Einstellung des gewünschten Anfangs-Anzugsmomentes in der Ausführung gemäß Pig. 10 vorgesehen werden.

In Pig. 13 wird ferner eine einfache schaltung zur Entladung des Kondensators 21 bei jedem Nulldurchgang der Versorgungsspannung gezeigt. Anstelle der Vierschichtdiode oder des "unilateral switch" 22 wird parallel zu dem Einstellglied 20 und, falls vorgesehen, zu dem Widerstand 240 eine Entladungsdiode 25 angeordnet, die in Richtung von der Gleichrichterbrücke 14 zum Kondensator 21 leitend ist. Außerdem befindet sich zwischen den Anschlußpunkten 26 und 260 ein niederohmiger Entladewiderstand für den Kondensator 21. Während des Aufladens des Kondensators 21 fließt von der Gleichrichterbrücke 14 über die Verbindungspunkte 170 und 260 ütrom zum Kondensator 21, der dadurch aufgeladen wird. Die Stromrückführung erfolgt über das Einstellglied 20. Die Entladung des Kondensators

21 erfolgt über den Widerstand 250 und die Diode 25, wenn die Spannung am Anschlußpunkt 26 abnimmt, 30 daß zwischen dem aufgeladenen Kondensator 21 und dem Anachlußpunkt 26 ein genügendes Spannungsgefälle besteht.

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•A

Diese Schaltung zur Entladung des Kondensators 21 der Synchronisationsstufe 2 kann auch zur Entladung des Kondensators 31 der Hochlaufstufe 3 Anwendung finden (Fig. 14). Da die Spannung durch den Kondensator 32 geglättet und somit während der ganzen Einschaltdauer der elektrischen Last am Kondensator 31 anliegt, kann die Entladung der Kondensatoren 31 und 32 über den Entladewiderstand 340 und die Entladediode 34 erst erfolgen, wenn die elektrische Last 8 bzw. 80 und damit auch mindestens eine Anschlußphase des Sanfteinschaltgerätes 7 vom Netz getrennt wirdo

Das erfindungsgemäße Sanfteinschaltgerät 7 kann außer zum sanften Einschalten auch zum allmählichen Ausschalten verwendet werden, wie dies beispielsweise für Effektbeleuchtungen erwünscht ist. Zu diesem Zweck ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen dem Glättungskondensator 32 der Hochlaufstufe 3 einerseits und dem Einstellglied 30 und dem Entladewiderstand 340 andererseits ein Schalter 35 vorgesehen.

Wird die Last 8, beispielsweise eine Vielzahl von Glühlampen, bei geöffnetem Schalter 35 eingeschaltet, so kann keine Hochlaufspannung U_? erzeugt werden, und die Steuerspannung U. für den Grenzwertschalter 5 wird allein durch die Synchronisationsspannung IL· gebildet. Die als Beispiel gewählten Glühlampen leuchten somit nicht in voller Helligkeit, sondern weisen nur eine durch das Einstellglied 20 der Synchronisationsstufe 2 festgelegte Grundhelligkeit auf. In diesem Fall wird also durch das Einstellglied kein Grund-Anzugsmoment, sondern eine Grundhelligkeit eingestellt. Liegen die Spitzen der Synchronisationsspannung U^ durch entsprechende Einstellung des Einstellgliedes 20 unterhalb der Grenzspannung U^,, so weisen die Glühlampen im Augenblick des Einschalten noch keine Grundhelligkeit auf.

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Wird der Schalter 35 geschlossen, so nimmt die Helligkeit immer mehr zu, da die Hochlaufspannung Uo ebenfalls immer größer wird und sich eine durch die Addition von Synchroni aationsspannung U₁ und Hochlaufspannung U₂ ansteigende Steuerspannung U. bildet.

Wird der Schalter 35 wieder geöffnet, so entlädt sich der Kondensator 31 langsam, da der Entladestrom nur über das Einstellglied 30 und den Widerstand 340 fließen kann. Da weiterhin eine Synchronisationsspannung U₁ gebildet wird, werden die Glühlampen nur bis zu der durch das Einstellglied 20 festgelegten Grundhelligkeit verdunkelte

— — _———' o^c

"iTerden die Glühlampen jedoch bei schlossenem Schalter 35 mit Hilfe des Schalters 9 (Fig. 4) ausgeschaltet, so kann sich nicht nur der Kondensator 21, sondern auch der Konden sator 31 schlagartig entladen, wenn der Schalter 35 geschlossen ist, so daß auch die Glühlampen sofort ausgeschaltet werden.

Ein allmähliches Ausschalten einer elektrischen last 8 ist auch bei der Ausführung gemäß Fig. 10 möglich. Zu diesen Zveck ist es lediglich erforderlich, in der Leitung mit dem Kontakt 33 einen entsprechenden Widerstand und zwischen dem Anschlußpunkt 38 und dem Einstellglied 30 einen Schalter 35 vorzusehen«

Beim Hochlaufen entstehen immer größere Stromflußwinkel und entsprechend immer längere Zündstromimpulse, wobei die Pausen zwischen den Impulsen genau auf den Nulldurchgang der Lastspannung Uf- abgestimmt sein müssen, um Fehlschaltungen zu vermeiden. Geht der Zündstrom I₁ bei erfolg tem Hochlauf jedoch in einen Gleichstrom über (Fig. 2), wie das bei Anwendung einer Anpa^sungsstufe 5 gemäß Fig. 10 der Fall ist, so ist eine derartig feine gegenseitige Abstimmung nicht erforderlich.

Da in diesem Pall der Zündstrom I. ein Gleichstrom ist und ein solcher Strom durch einen Transformator nicht übertragen werden kann, ist es jedoch nicht möglich, den Bedienungsteil des Sanfteinschaltgerätes 7, das heißt die Einstellglieder 20 und 30, von der Lastspannung LV zu trennen,, Es sind somit entsprechend Isoliermittel vorzusehen«

Um diese zu vermeiden, wobei nun allerdings eine genaue Synchronisierung zwischen Steuerspannung U, und Lastspannung U₅ erforderlich ist, verhindert gemäß Fig. 15 die Anpassungsstufe 5', in welcher für den Lastschalter 6 Zündimpulse erzeugt werden, die Bildung eines Gleichstromes. Zu diesem Zweck ist für den Kondensator 31 der Hochlaufstufe 3 eine Begrenzungsdiode 55 vorgesehen, welche verhindert, daß die Steuerspannung U, die Grenzspannung υ, erreicht. Diese Begrenzungsdiode 55 ist über den Anschlußpunkt 581 mit dem Anschlußpunkt 451 der Grenzwertschalterstufe 4 und über den Anschlußpunkt 402 mit dem Anschlußpunkt 362 mit der einen Seite des Kondensators 31 der Hochlaufstufe 3 und über die Anschlußpunkte 582, 482, 400 und 360 mit der anderen Seite des Kondensators 31 der Hochlaufstufe 3 verbunden. Somit kann die Grenzwertspannung U, nur durch die Synchronisationsspannung U.J oder die Steuer spannung U. als die Summe von Synchroiiisationsspannung U₁ und Hochlaufspannung U₂ überschritten werden.

Die Transistoren 500 und 503 dienen der Verstärkung des Zündstromes I₁ für den Lastschalter 6, wobei die Widerstände 501, 502 und 504 lediglich die Aufgabe haben,zu verhindern, daß in den Transistoren 500 und 503 ein zu hoher Strom fließt_o

Der verstärkte Zündstrom I₁ gelangt sur lrimärwicklung 560 eines Transformators 56. Durch diese durch die

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Synchronisationsstufe 2 erzeugten Zündimpulse werden in den beiden Sekundärwicklungen 561 und 562 Ströme induziert, welche je nach Phasenlage den Thyristor 60 bzw. 61 des Lastschalters 6 zünden_o

Um für die Dauer, während welcher die Grenzwertschalterstufe 4 im leitenden Zustand ist, eine dichte Folge von Impulsen zu erhalten, ist an der Basisleitung des Transistors 500 der Kollektor eines weiteren Transistors 57 angeschlossen. Die Basis dieses Transistors 57 erhält, ebenso wie der Transistor 500 Spannung, wenn die Grenzwertschalterstufe 4 leitend ist. Die Basis des Transistors 57 ist, über einen Widerstand 570, über die Anschlußpunkte 583 und 453 mit dem Kollektor des Transistors 41 der Grenzwertschalterstufe 4 verbunden, während der Emitter des Transistors 57 über die Anschlußpunkte 580 und 451 mit der Grenzwertschalterstufe 4 verbunden ist. Zwischen den mit den Anschlußpunkten 580 und 583 verbundenen leitungen sind parallel zueinander und durch den Widerstand voneinander getrennt ein weiterer Widerstand 571 und ein Kondensator 572 angeordnet. Parallel zum Widerstand 570 befindet sich eine Entladediode 573 für den Kondensator 572.

Die Anpassungsstufe 5' gemäß Pig, 15 arbeitet wie folgt: Λ

Durch die Begrenzungsdiode 55 wird die Ladung des Kondensators 31 der Hochlaufstufe 3 auf eine festgelegte Spannung etwas unterhalb der Grenzspannung U., begrenzt, so daß die Steuerspannung IL· immer nur mit Hilfe der Synchronisationsspannung Up die Grenzspannung U, überschreiten kann. Wenn die Grenzwertschalterstufe 4 leitend ist, so ist auch der Transistor 500 leitend, so daß in den Sekundärwicklungen 561 und 562 des Transformators 56 Strom induziert wird. Gleichzeitig wird der Kondensator 572 aufgeladen. Hat der Kondensator 572 eine bestimmte Spannung erreicht,

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so wird der Transistor 57 leitend und der Kondensator 572 entlädt sich innerhalb der Schaltgrenzen des Transistors 57. Dadurch gelangt an die Basis des Transistors 500 keine Spannung mehr, so daß die Transistoren 500 und 503 in den Sperrzustand kippen. Ist die untere Kippschwelle des Transistors 57 erreicht, so sperrt dieser erneut, und der Transistor 500 wird wiederum leitend» Dieses Spiel wiederholt sich laufend.

Die Entladung des Kondensators 572 zu dem Zeitpunkt, an welchem an der Basis der Transistoren 500 und 503 keine Spannung anliegt, erfolgt mit Hilfe der Entladediode 573 und des Widerstandes 571. Dadurch wird gewährleistet, daß, nachdem die Grenzwertschaltstufe 4 wieder leitend geworden ist, auch tatsächlich ein Impuls über den Transformator zum Lastschalter 6 gelangt und dieser nicht durch eine erst jetzt einsetzende Entladung des Kondensators 572 verhindert wird. Somit ist diese Entladediode 573 insbesondere zu Beginn des Einschaltvorganges wichtig, da zu diesem Zeitpunkt die an der Grenzwertschalterstufe 4 erzeugten Zündimpulse I.. recht kurz sind.

Der Lastschalter 6 gemäß Fig. 10 besteht aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 60 und 61. Er kann jedoch wesentlich vereinfacht werden, indem statt der beiden Thyristoren 60 und 61 ein einziger Triac 64 (Fig. 16) Anwendung findet. Dies ist möglich, da ein Triac gegenüber Thyristoren den Vorteil bietet, daß er unabhängig von der Flußrichtung des Laststromes I₂ bei Zündung, das heißt wenn ein Zündstrom I₁ am Tor anliegt, leitend ist.

Soll der in Fig. 16 gezeigte Lastschalter 6 vom teil des Sanfteinschaltgerätes 7 galvanisch getrennt werden, so wird sein Anschlußpunkt 65 mit dem AnschluUpunkt 59 bzw. 591 und sein Anschlußpunkt 650 mit dem Anschlußpunkt 590 bzw. 592 der in Fig. 15 dargestellten und als

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Kippstufe ausgebildeten Anpassungsstufe 5' verbunden.

Soll der Zündstrom I₁ jedoch bei erfolgtem Hochlauf als Gleichstrom dem Tor des Triacs 64 zugeführt werden, so entfällt die Anpassungsstufe 5 gänzlich. Der Triac 64 wird in diesem Pail über den Anschlußpunkt 65 mit dem Anschlußpunkt 450 und über den Anschlußpunkt 650 mit dem Anschlußpunkt 45 verbunden.

Meistens ist der Zündstrom I₁ für den Lastschalter 6 zu schwach und muß deshalb verstärkt werden. In diesem Fall

wird ein Verstärker 50 zwischen der Grenzwertschalter- d

stufe 4 und der Anpassungsstufe 5» oder in dieser, je nach Ausführung angeordnet.

Der Verstärker 50 v/eist sechs Anschlußpunkte 510 bis 515 auf. Er besteht im wesentlichen aus einem Transistor 51» dessen Basis mit dem Anschlußpunkt 512, dessen Kollektor über zwei 'widerstände 52 und 520 mit den Anschlußpunkten

513 und 515 und dessen Emitter mit den Anschlußpunkten 510 und 511 verbunden ist. Mit der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 52 und 520 ist der Anschlußpunkt

514 verbunden.

V/ird der Verstärker 50 in der Vorrichtung gemäß Pig. 10 f angeschlossen, so sind folgende Anschlußpunkte miteinander verbunden: 510 mit 450, 511 mit 45, 512 mit 454, 513 mit 452, 514 mit 580 und 515 mit 58.

¹St die Grenzwertschalterstufe 4 leitend, so erhält die Basis des Transistors 51 Spannung und wird ebenfalls leitend, so dau* ein durch den »iderstand 52 verstärkter Zündstroin I.. erzeugt wird.

Pi L· 18 üeigt die bevorzugte Ausführung des Sanfteinschalt- ij 7. l»ai? otromversorgerät 1 weist mehrere Anschluß-

klemmen CU (für 500 V), C (für 380 V) und C₄ (für 220 V) sowie zwei Gleichrichterbrücken 14 und 150 auf, wobei für die Gleichrichterbrücke 14 eine Zener-Diode 19 vorgesehen ist, um die unterste Durchiaßspannung zu begrenzen. Auf diese Weise entstehen zwischen den gleichgerichteten Halbwellen doppelter Frequenz längere Zeitabschnitte, während welcher keine Spannung an die Synchroniationsstufe 2 gelangt. Zur Stabilisierung der Versorgung^ spannung für den Kondensator 21 ist eine Zener-Diode 24 vorgesehen. Ferner ist das Einstellglied 20 durch Zuordnung eines zweiten veränderlichen Widerstandes 201 erweitert, wodurch eine Anpassung an verschiedene Netzfrequenzen, 2. B, 50 oder 60 Hz, möglich ist. Der Entladung des Kondensators 21 in den Pausen zwischen den Halbwellen dient eine Entladungsdiode 25 und ein Widerstand 250. In der Synchronisationsstufe 2 wird, eine Sägezahnspannung erzeugt, in der Hochlaufstufe 3 ist zur Erzeugung eines Gleichstromes ein Kondensator 32 vorgesehen. Durch diesen Gleichstrom wird über einen Be&renzungswiderstand 37 und das als Potentiometer ausgebildete Einstellglied 30 der Kondensator 31 aufgeladen, welcher sich bei Ausschalten des Sanfteinschaltgerätes 7 über die Entladediode 34 und den Entladewiderstand 340 entlädt. Durch die Serienschaltung der Kondensatoren 21 und 31 werden die Synehronisationsspannung U₁ und die Hochlaufspannung U₀ zur Steuerspannung U₄ addiert und über den Entkoplungswiderstand 42 dem Transistor 41 zugeführt, welcher bei Erreichen der durch die Zener-Diode 43 festgelegten Grenzspannung U^ leitend wird. Der Transistor 51 wird dadurch ebenfalls leitend und führt dem Triac 64 einen verstärkten Zündstrom I₁ zu. Zum Schutz des Triac« 64 sind parallel zu diesen ein .Viderstand 64 0 und ein Kondensator 641 angeordnet, wodurch der dem Triac 64 zugeführte strom be^rem-t wird«

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Das Sanfteinsehaltgerät 7 gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders einfach im Aufbau und sehr leicht anzuschlieSen. Es ist daher möglich, dies Gerät nachträglich ohne jegliche Änderung der vorhandenen Steuerelemente der elektrischen Last 8 bzw. 80 vorzuschalten. Dadurch ist es möglich, das Gerät auch direkt im oder am Motorgehäuse anzubringen,. Dabei kann die Motorkühlluft zur Kühlung der Leistungshalbleiter, wie Thyristoren 60 und 61 oder Triac 64, im Lastschalter 6 herangezogen werden.

Da ferner im Sanfteinsehaltgerät 7 keine mechanischen, sondern ausschließlich elektronische Schaltelemente An- " wendung finden, ist es praktisch auch keinem Verschleiß unterworfen.

Es ist möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit gleichem Vorteil zum Sanfteinschalten einer Gleichstromlast 81, beispielsweise einem Gleichstrommotor, anzuwenden. Zu diesem Zweck befindet sich die Last nicht direkt zwischen den Anschlußklemmen B und E (Fig. 4), sondern ist über einen Transformator 82 und eine Gleichrichterstufe 85 angeschlossen (Figo 19). Dabei ist die Primärwicklung 820 des Transformators 82 über die Anschlußklemme F mit der Anschlußklemme B und über die Anschlußklemme G mit der i

Anschlußklemme E verbunden. Der entsprechend dem Laststrom Ip in der Sekundärwicklung 821 des Transformators 82 induzierte Strom wird über die Gleichrichter 830, 831, 832 und 833 der Gleichrichter3tufe 83 gleichgerichtet, so daß die Last 81 mit einem dem Lastetrom Ip entsprechend pulsierenden Gleichstrom versorgt wird.

Soll die Gleichstromlaat 81 an ein Drehstromnetz angeschlossen werden, wobei daa erfindungsgemäße Sanfteinschaltgerät 7 bzw. die Sanfteinschaltgeräte 7, 7¹ und 7" gemäß den Fig. 5 bis 9 angeschlossen ist, so ist die Priinär-

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seite 840 eines Drehstromtransformators 84 über die Anschlußklemme RI, Ii und P mit den Anschlußklemmen H, K und L des Drehstromnetzes verbunden. Der in der Sekundärseite 841 des Drehstromtransformators 84 induzierte Strom wird wiederum in einer Gleichrichterstufe 85 gleichgerichtet, welche in diesem Fall aus den Gleichrichtern 850 bis 855 besteht.

Die Gleichstromlast 81 ist somit bei beiden beschriebenen Ausführungen in üblicher Weise an das Wechsel- bzw. Drehstromnetz angeschlossen mit dem einzigen Unterschied, daß auf der Wechsel- bzw. Drehstromseite zusätzlich in einer oder mehreren Phasen das erfindungsgemäße Sanfteinsohaltgerät 7, 7' bzw. 7" vorgesehen wird.

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Claims

P + Gm 69/402

Patentansprüche

Vorrichtung zum Sanfteinschalten einer elektrischen Last, wobei nach dem Netztransformator ein Gleichrichter angeordnet ist und von diesem einerseits eine Synchronisationsstufe und andererseits eine Hochlaufstufe gespeist werden, v/elche zur Bildung einer 3chalt~ spannung miteinander verknüpft sind und in welcher nach ™ dem Verknüpfungspunkt nacheinander eine Grenzwertschalterstufe, welcher zur Bildung eines Gleichstromes ein mit der Hochlauf stufe verknüpfter Gflättungskondensator zugeordnet ist, und ein Lastschalter zur Steuerung der Spannung für die elektrische Last vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Stufe (2, 3) ein durch eine eigene Transformatorwicklung (12, 13) gespeister Gleichrichter (14, 15» 150), dessen Eingang vom Eingang des Gleichrichters der anderen Stufe galvanisch getrennt ist, sowie ein Kondensator (21, 31) und mindestens ein Einstellglied (20, 30) vorgesehen und die beiden Kondensatoren (21, 31) in Serie geschal- ä tet sind«

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastschalter (6) ui:u der eine Anschluß (D) des !.'etztrMiisformators (1C) in einer beliebigen Phase und d22 i;v.-i1.e Anschluß (C, C, C", C₅, C₄, ) des lletzra (10) in der voreileiiden Phase liegt·

Von. .· t *u,· nach An-vri'-.oi- ^, doduich _L;ekeni; zeichnet, dijJ; 1"'.' -jr ■ .ι ;■:! or-Ίΐ tr j <--b n:r L- 3t.· ei::-; lter (G) in der

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Phase (R, S, T) ein durch eine Synchronisations- (U₁) und eine Hochlaufspannung (U₂) gesteuerter Lastschalter (6) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich sämtliche Anschlüsse (A, A¹, A", C, C, C", C,, C.) zwischen einem Hauptschützen (90, 91) und der Last (8, 80, 81) befinden.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Reversierbetrieb für jeden Lastschalter (6) ein weiterer, in Abhängigkeit von den V/endeschützen (90, 91) betätigte Hilfskontakt zur Verhinderung des Phasenvertausches für den zweiten Anschluß (C, C, C", C,, C.) des Ketztransformators (10) auf v/eist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 gekennzeichnet durch einen für den Uetztransformator (10) vorgesehenen Phasenschieber (16, 160).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7 gekennzeichnet durch eine zwischen dem negativen Ansclilußpunkt des Gleichrichters (14) und der iSynchroiiisationsstuf e (2) angeordnete Zener-Diode (19).

9ο Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Einstellglied (20, 30) zwischen dem Kondensator (21, 31) und deia Stromversorgungsgerät (1) eine Sntladediode (25, 34) und parallel zu dem Gleichrichter (14, 15, 150) ein niederohmiger Entladewiderstand (250, 340) vorgesehen ist_o

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BAD ORIGINAL

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9» gekennzeichnet durch einen in der Hochlaufstufe (3) vorgesehenen Entladewiderstand (340) für den Kondensator (31) und einen zwischen Glättungskondensator (32) einerseits und Einstellglied. (30) und Entladewiderstand (340) andererseits angeordneten Schalter (35)·

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen G-renzwer t schalter stufe (4) und Lastschalter (6) eine Anpassungsstufe (5') vorgesehen ist mit einem Transformator (56) welcher die ■ Treiberstufe (5^f) vom Lastschalter (6) galvanisch ™ trennt.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastschalter (6) ein Triac (64) ist.

13«. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Last (81) über mindestens einen Transformator (82, 84) und eine Gleichrichterstufe (83» 85) mit dem Lastschalter (6) in Verbindung steht.

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