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Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristor-Zweipunktsteller für das Unterbrechen des Stromes einer
Niederspannungs-Gleichstromquelle, insbesondere für elektrische Kleinkraftwagen, mit einer aus einem den
Belastungsstrom führenden Haupthyristor, einem Löschkondensator einer Löschstufe, einem Umschwingthyristor und einer Induktivität bestehenden ersten Serienschaltung, wobei zu dem Hauptthyristor und dem
Löschkondensator ein Löschthyristor parallelgeschaltet ist und eine aus einer zweiten Induktivität und einer ersten Diode bestehende zweite Serienschaltung parallel zum Hauptthyristor geschaltet ist und wobei ein
Gleichstromverbraucher zu dem Löschkondensator, dem Umschwingthyristor und der Induktivität der ersten
Serienschaltung parallel liegt.
Bekannt sind thyristorisierte Gleichstromunterbrecher (beispielsweise aus der franz. Patentschrift Nr. 2. 098. 400 und brit. Patentschrift Nr. 1, 237, 677), die zwischen die Klemmen der Akkumulatorenbatterie und des Gleichstrommotors, insbesondere von elektrischen Kleinkraftwagen, Elektrokarren und andern
Kraftfahrzeugen, geschaltet und für die verlustlose Drehzahlsteuerung des Gleichstrommotors geeignet sind. Eine gemeinsame Eigenschaft dieser Unterbrecher besteht darin, dass sie einen den Belastungsstrom führenden
Hauptthyristor, den Strom des Hauptthyristors abschaltende Dioden enthaltende Überschwingungskreise,
Kommutierungskondensatoren und einen aus einem Hilfsthyristor bestehenden Löschkreis besitzen.
Bei diesen Unterbrechern wird der Kommutierungskondensator über den Motorstromkreis auf den Wert der
Speisespannung aufgeladen. Das Ausmass der Aufladung sinkt mit dem Anwachsen der Belastungsströme, weshalb insbesondere bei aus Niederspannungs-Akkumulatorenbatterien betriebenen Kleinkraftwagen eine Kondensatoren- batterie grosser Kapazität und auch grosser Abmessungen angewendet werden müsste. Dies ist wegen der beschränkten Einbaumasse und Gewichte nachteilig.
Ein weiterer Nachteil ist, dass wegen der grossen Kapazität des Kondensators der Unterbrecher nur mit einer niedrigen Frequenz betrieben werden kann, wodurch die
Welligkeit des Stromes im Motor zunimmt und der Wirkungsgrad des Motors gesenkt wird ; um dies zu vermeiden, könnten in den Motorstromkreis zusätzliche Induktivitäten eingeschaltet werden, welche Massnahme ebenfalls ein Mehrgewicht und eine Erhöhung der Abmessungen zur Folge hat. Unvorteilhaft ist auch, dass der
Unterbrecher nicht unabhängig vom Motorstromkreis arbeitet, wodurch in dem von der Akkumulatorbatterie abgetrennten Stromkreis-der Fall der generatorischen Bremsung-derselbe nicht angewendet werden kann.
Diese Nachteile sind insbesondere auch bei den Unterbrechern der eingangs zitierten Druckschriften festzustellen : So wird bei der Schaltung gemäss der franz. Patentschrift Nr. 2. 098. 400 der Kommutierungs- kondensator ebenfalls nur auf den Wert der Speisespannung aufgeladen, wodurch eine Kondensatorbatterie grosser Kapazität erforderlich wird. Weiters erfolgt die Ansteuerung der Thyristoren zu drei verschiedenen Zeitpunkten, wodurch die Kommutierungszeiten des Unterbrechers zunehmen sowie kompliziertere Steuerschaltungen notwendig sind als bei einer Zweitaktsteuerung. Ausserdem ist eine Diode auch im Motorbetrieb mit dem Belastungskreis in Reihe geschaltet, wodurch die Verluste der Schaltung zunehmen.
Schliesslich muss beim allfälligen Übergang vom Motorbetrieb in den generatorischen Bremsbetrieb der Hauptkreis an mindestens zwei Stellen unterbrochen werden. Auch bei der Schaltung gemäss der brit. Patentschrift Nr. 1, 237, 677 erfolgt unter anderem die Ansteuerung der Thyristoren in drei Takten, wodurch die diesbezüglichen oben angeführten Nachteile auftreten.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer solchen Unterbrecher-Schaltungsanordnung, die von dem Motorstromkreis unabhängig arbeitet und den Kommutierungskondensator auf ein Vielfaches des Wertes der Speisespannung auflädt, wodurch die Anwendung einer Kondensatorenbatterie kleinerer Abmessungen und kleineren Wertes ermöglicht sowie der Betrieb des Motors mit einem günstigen Wirkungsgrad auch ohne der Einschaltung von zusätzlichen Induktivitäten in den Motorstromkreis gesichert wird und somit Ersparnisse an Platz, Gewicht und Kosten erzielbar sind.
Dies wird bei dem eingangs näher bezeichneten Thyristor-Zweipunktsteller für das Unterbrechen des Stromes einer Niederspannungs-Gleichstromquelle erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Hauptthyristor unmittelbar an die eine der beiden Speiseklemmen der Gleichstromquelle angeschlossen ist und dass in dem Hauptstrompfad zwischen dem verbraucherseitigen Anschluss des Hauptthyristors und dem Gleichstromverbraucher eine weitere Diode geschaltet ist, an deren verbraucherseitige Elektrode die zweite Serienschaltung angeschlossen ist, während die dem Hauptthyristor zugewandte Elektrode dieser Diode mit dem Löschkondensator verbunden ist. Im Falle der verlustbehafteten generatorischen Bremsung wird gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung parallel zu der weiteren Diode ein Widerstand zugeschaltet.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Thyristor-Zweipunktstellers sind in den Fig. l und 2 der Zeichnungen veranschaulicht, wobei die gleichen Bezugszeichen ähnliche Einzelheiten in Aufbau und Wirkungsweise bezeichnen.
Die Belastung wird an die mit + und - Klemmen bezeichnete Akkumulatorenbatterie mit der Spannung UK durch den Hauptthyristor --Ti1 -- angeschaltet, das Löschen des Hauptthyristors--Til--wird durch den Kommutierungskondensator--CK--durchgeführt. Die Aufladung des Kondensators--CK--wird durch die erste Überschwingungsinduktivität Li und den Thyristor--Ti3--besorgt. Das Löschen des Hauptthyristors wird durch den Hilfsthyristor--Ti--gesteuert. Die Überschussenergie des Kondensators--CK--wird durch die zweite Überschwingungsinduktivität L , die Diode-D2--, die Diode-D3-sowie durch die
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Freilaufdiode --D1 -- in die Akkumulatorenbatterie zurückgeführt.
Die Belastung des Unterbrechers wird durch den Motor-M-und durch die Motoreninduktivität LM gebildet. Der Motorstrom ist mitJM, die Motorspannung mit UM bezeichnet. Mittels der Kontaktpaare-MK-1 und MK-2-des Magnetschalters - kann der Motor-M-vom Motorbetrieb in den verlustfreien generatorischen Bremsbetrieb mit dem Strom JG umgeschaltet werden. Mit-Lg-ist die Erregerwicklung bezeichnet, an der die Spannung Ug liegt.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. l ist wie folgt :
Im Motorbetrieb werden an die Zündelektroden des Hauptthyristors --Ti1-- und des Thyristors --Tig- gleichzeitig Steuersignale angelegt. Damit wird die Belastung an die Akkumulatorenbatterie geschaltet sowie die Aufladung des in dem aus der Akkumulatorenbatterie, Hauptthyristors --Ti1--, Kondensator --CK--, Thyristor--Tig-- und aus der Induktivität Li bestehenden Schwingkreis befindlichen Kondensator - begonnen. Die Spannung des Kondensators--CK--steigt während einer Halbperiode auf das Doppelte der Spannung UK an den Akkumulatorenklemmen + und -, mit der Polarität an den Belägen des Kondensators--CK--nach der Bezeichnung ohne Klammern.
Wird der Hilfsthyristor --Ti2-- angesteuert, dann schaltet sich der Kondensator--CK--parallel zu dem Hauptthyristor --Ti1 -- und treibt über diesen einen Strom in der Sperr-Richtung durch. Der Strom im Hauptthyristor wird herabgesetzt. Dann übernimmt
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Spannung des Kondensators-CK--wechselt während des Überschwingens ihre Polarität und wächst mit der in Klammern eingezeichneten Polarität so lange, als ein grösserer Wert als die Klemmenspannung UK erhöht und die Durchlassspannung der Diode--Di--nicht erreicht wird.
In diesem Fall wird einerseits die in der Induktivität L2 aufgespeicherte Energie über die Dioden
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der Klemmenspannung UK des Akkumulators, wodurch die Spannung des Kondensators--CK--mit dem dreifachen Wert der Klemmenspannung UK auf die Beläge des Kondensators-CK--mit der ohne Klammern bezeichneten Polarität überschwingt. In den folgenden Perioden kann sich die Spannung des Kondensators nicht mehr auf einen höheren als den dreifachen Wert der Klemmenspannung UK erhöhen, da die überschussenergie des Kondensators über die Induktivität L2 in jedem Fall in die Akkumulatorenbatterie zurückgespeist wird, selbst dann, wenn der Motorstrom JM Null wäre.
Das Anlassen der Steuerung des Unterbrecherstromkreises kann auch mit der Zündung des Hilfsthyristors - begonnen werden. In diesem Fall wird der Kondensator-CK--zuerst in der Richtung der eingeklammerten Polarität aufgeladen, wodurch der Hauptthyristor --Ti1-- zum zweiten Mal gezündet, bereits in der ersten Periode des Arbeitens des Unterbrechers die Kondensatorspannung entsprechend dem dreifachen Wert der Klemmenspannung erreicht wird.
In der Basisstellung des Magnetschalters --MK-- arbeitet der Motor-M-im Motorbetrieb und der
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werden.
Durch Betätigung des Magnetschalters--MK--wird die Anordnung auf generatorischen Bremsbetrieb
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also die Bestimmung des Weges des Stromes Jss.
Der Motor erzeugt ein Bremsmoment, das durch Änderung der Impulslänge (Füllfaktor) geregelt werden kann. Ein Teil der elektromagnetischen Energie, die während der Einschaltzeit des Hauptthyristors --Ti1-- in den Induktivitäten L2, LM gespeichert wurde, wird während der Ausschaltzeit des Hauptthyristors--Til--in die Batterie zurückgespeist.
Sehr vorteilhaft ist, dass in dem Motorstromkreis bloss eine Umschaltung vorgenommen werden musste.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. l dadurch, dass parallel zu der
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Bremsbetriebsart übergegangen werden.
In der Basisstellung des Magnetschalters-MK-arbeitet die Schaltungsanordnung wie bei Fig. 1. Bei
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Durch Steuerung des Unterbrechers kann der Bremswiderstand---T--nahezu auf einen Wert R 0 abgeregelt werden.
Die Funktion der Diode --D3-- ist wieder die Bestimmung des Weges des Stromes JQ.
Der Vorteil der Schaltungsanordnungen nach Fig. l und 2 ist-gegenüber den herkömmlichen Rückarbeitsund Widerstands-Bremsen-dass ein einziger Magnetschalter für Umschalten vom Motorbetrieb auf Bremsbetrieb genügend ist, wodurch die Schaltungsanordnung billiger und zuverlässiger wird.
Der aus dem Kondensator-C-, dem Umschwingthyristor-Tig-und der Induktivität L1 bestehende Schaltungskomplex könnte offensichtlich auch an eine Teilspannung der Gleichspannungsquelle UK angeschlossen werden, wodurch die Schaltung vom Spannungswert der Gleichspannungsquelle UK unabhängig wird.
Wie ersichtlich, arbeitet der erfmdungsgemässe Unterbrecher unabhängig von dem Motorstromkreis auch bei dem Motorstrom gleich Null, er ist somit auch für das Unterbrechen der von der Akkumulatorenbatterie abgetrennten Stromkreise vorteilhaft (Fig. l und 2).
Der Kommutierungskondensator ist im Augenblick des Löschens auf den dreifachen Wert der Klemmenspannung aufgeladen, wodurch für das Löschen desselben Stromes eine Kondensatorenbatterie mit einem Drittel der Kapazität, als diese in den herkömmlichen Unterbrecherstromkreisen erforderlich ist, ausreicht.
Vorteilhaft ist, dass die Steuerung des Unterbrechers genau so einfach in zwei Takten erfolgt wie bei den herkömmlichen Unterbrechern, jedoch muss eine weitere Sekundärspule für den Umschwingthyristor--Tig-- auf dem in den Zeichnungen nicht dargestellten Steuertransformator angebracht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Unterbrecher mit jedem beliebigen Takt der zweitaktigen Steuerung angelassen werden kann. Die Aufladung des Kondensators--CK--auf die dreifache Klemmenspannung sichert auch im Falle einer während des Betriebes kleiner werdenden Akkumulatorenspannung das fehlerfreie Arbeiten des Unterbrechers. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist unempfindlich gegen Belastungsschwankungen, wodurch der elektrische Kleinkraftwagen besonders betriebssicher wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thyristor-Zweipunktsteller für das Unterbrechen des Stromes einer Niederspannungs-Gleichstromquelle, insbesondere für elektrische Kleinkraftwagen, mit einer aus einem den Belastungsstrom führenden Hauptthyristor, einem Löschkondensator einer Löschstufe, einem Umschwingthyristor und einer Induktivität bestehenden ersten Serienschaltung, wobei zu dem Hauotthyristor und dem Löschkondensator ein Löschthyristor parallelgeschaltet ist und eine aus einer zweiten Induktivität und einer ersten Diode bestehende zweite Serienschaltung parallel zum Hauptthyristor geschaltet ist und wobei ein Gleichstromverbraucher zu dem Löschkondensator, dem Umschwingthyristor und der Induktivität der ersten Serienschaltung parallel liegt, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass der Hauptthyristor (Til)
unmittelbar an die eine der beiden Speiseklemmen der Gleichstromquelle angeschlossen ist und dass in dem Hauptstrompfad zwischen dem verbraucherseitigen Anschluss des Hauptthyristors (Til) und dem Gleichstromverbraucher (M) eine weitere Diode (D3) geschaltet ist, an deren verbraucherseitigen Elektrode die zweite Serienschaltung (D. L ) angeschlossen ist, während die dem Hauptthyristor (Til) zugewandte Elektrode dieser Diode (D3) mit dem Löschkondensator (CK) verbunden ist (Fig. l).
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