DE1293323B

DE1293323B - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung eines ueber einen Thyristor an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Verbrauchers

Info

Publication number: DE1293323B
Application number: DEW32592A
Authority: DE
Inventors: Lond Brian Edward
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1961-07-19
Filing date: 1962-07-12
Publication date: 1969-04-24
Also published as: BE649083A; US3242352A; GB968512A; BE620396A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung eines über einen Thyristor an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Verbrauchers, bei der dem Thyristor eine Reihenschaltung aus einem Löschkondensator und einem Löschthyristor parallel geschaltet ist, bei der außerdem die Aufladung des Löschkondensators über einen parallel zum Löschthyristor liegenden und in einer Richtung leitenden Stromkreis erfolgt, der eine mit dem Löschkondensator einen Reihenschwingkreis bildende Induktivität aufweist und bei der ferner zur zusätzlichen laststromabhängigen Aufladung des Löschkondensators eine weitere Induktivität im Hauptstromkreis vorhanden ist.
Bei solchen bekannten Schaltungen arbeitet der vom Löschkondensator mit einer Induktivität gebildete Reihenschwingkreis derart, daß der Löschkondensator zugleich mit dem Durchschalten des im Hauptstromkreis liegenden Thyristors aufgeladen wird, und zwar mit einer aus dem Hauptstromkreis entnommenen Energie. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die sich am Kondensator dabei aufbauende Spannung während der Zeit, in der dieser Thyristor noch leitend ist, auch wieder geringer werden kann, insbesondere dann, wenn ein relativ großer Ladestrom fließt. Zwischen dem Zeitpunkt der Parallelschaltung des Löschthyristors zu dem im Hauptkreis liegenden Thyristor und dem Zeitpunkt der Sperrung des Löschthyristors infolge der inzwischen eintretenden Resonanz zieht der Laststrom auch aus dem Löschkondensator Strom ab. Bei Sperrung des Löschthyristors steht dann am Löschkondensator eine Umkehrspitzenspannung an, die aber deshalb nicht in voller Höhe zur Lösung des im Hauptstromkreis liegenden Thyristors dienen kann, weil die Spannung am Löschkondensator sich zu diesem Zeitpunkt über die im Hauptstromkreis liegende Induktivität wieder verringern kann. Auch eine in dem parallel zum Löschthyristor geschalteten Stromkreis mit dem Löschkondensator in Reihe liegende Diode allein kann zu diesem Zeitpunkt eine solche Spannungsverminderung nicht verhindern. Wird jedoch die Spannung am Löschkondensator auf diese Art reduziert, so ist keine einwandfreie Kommutierung ge-_ währleistet: - , -Die Erfindung hat erstmalig die Ursache für solche Kommutierungsmängel bei der eingangs beschriebenen Art von Schaltungen erkannt und sich deshalb .die Aufgabe gestellt, Mittel zu finden, mit. denen eine solche Verminderung der vom Löschkondensator zur Verfügung gestellten Kommutierungsspannung verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß da-. durch gelöst, daß ein Halbleitergleichrichter vorgesehen ist, der ein Rückschwingen der in der Induktivität des Hauptstromkreises gespeicherten und auf den Löschkondensator übertragenen magnetischen Energie verhindert.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß auch größere Lastströme keine Verminderung der Spannung am Löschkondensator verursachen können. Diese Spannung wird hiermit unabhängig von der Größe des Laststromes, wenn sie sich erst einmal aufgebaut hat. Es wird also mit Hilfe der Erfindung stets eine einwandfreie Kommutierung des im Hauptstromkreis liegenden Thyristors gewährleistet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Halbleitergleichrichter eine Diode vorgesehen, die im Hauptstromkreis in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet ist. Will man jedoch eine solche Diode im Hauptstromkreis vermeiden, so ist es gemäß einer anderen Weiterbildung denkbar, daß als Halbleitergleichrichter ein Thyristor vorgesehen ist, der in dem zum Löschthyristor parallelen Stromkreis eingeschaltet ist und gleichzeitig mit dem im Hauptstromkreis liegenden Thyristor steuerbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist die positive Klemme A einer Gleichstromquelle mit einem Thyristor 2 verbunden, der durch Anlegen eines Steuerimpulses an seiner Elektrode 2 a in seinen leitenden Zustand gebracht werden kann. Der Ausgang des Thyristors 2 ist über eine entsprechend gepolte Diode 6 und eine Induktivität 7 an einen Verbraucher 9 angeschlossen, der mit der negativen Klemme B der Gleichstromquelle verbunden ist. Dem Thyristor 2 ist ein einen in. einer Richtung schwingenden Strom übertragender Stromkreis parallel geschaltet, der einen Löschkondensator 1, eine Diode 4 und eine Induktivität 5 enthält. Dem Löschkondensator 1 ist ein Löschthyristor 3 zugeordnet, der den Löschkondensator 1 parallel zu dem Thyristor 2 schalten kann. Ein Wechselstromweg von geringer Impedanz, dessen Zweck weiter unten näher erläutert wird, ist dem Verbraucher 9 parallel geschaltet und enthält einen Kondensator B.
Beim Arbeiten des Stromkreises gemäß F i g. 1 ist angenommen, daß eine- Impulsquelle zur Verfügung steht, die an die Steuereleketroden 2 a und 3 a der beiden Thyristoren 2 und 3 Steuerimpulse anlegen kann, die den Mittelwert des dem Verbraucher 9 zugeführten zerhackten Ausgangsstromes bestimmen. Der Löschkondensator 1 ist anfänglich auf das Potential der Gleichstromquelle aufgeladen, wobei die mit dem Löschthyristor 3 und der Diode 4 verbundene Seite .des Löschkondensators 1 in bezug auf seine andere Seite negativ ist. Das anfängliche Aufladen des Löschkondensators 1 wird dadurch gewährleistet, daß dafür gesorgt ist, daß der L'öschthyristor 3 immer vor dem Thyristor 2 ausgesteuert wird.
Wenn der Thyristor 2 einen Steuerimpuls empfängt, wird der über diesen Thyristor, die Diode 6, die Induktivität 7, den Verbraucher 9 und die Gleichstromquelle :::. verlaufende - Stromkreis geschlossen. Außerdem fließt ein schwingender Strom von dem Löschkondensator 1 über den Thyristor 2, die Induktivität 5 und die Diode 4. Jedoch bewirkt die Diode 4, daß dieser Strom nur in einer Richtung fließen kann, was zur. Folge hai°daß die.Ladung des Löschkondensators 1 umgekehrt, wird. Daher wird die mit dem Löschthyristor 3 verbundene Seite des Löschkondensators 1 in bezug auf die Klemme A der Gleichstromquelle positiv. Wenn der Löschthyristor 3 einen Steuerimpuls empfängt, wird die Ladung des Löschkondensators 1 als Umkehrspannung an den Thyristor 2 gelegt, der dadurch nichtleitend wird. Jedoch fließt auf Grund der Anwesenheit der Induktivität 7 während einer Halbperiode ein schwingender Strom weiter vom Löschkondensator 1 über den Löschthyristor 3, die Diode 6, die Induktivität 7 und den von dem Kondensator 8 gebildeten Wechselstromweg geringer Impedanz. Am Ende dieser Halbperiode wird der durch den Löschthyristor 3 hindurchgehende Strom umgekehrt, so daß dieser nichtleitend wird. Der Löschkondensator l wird daher in einem aufgeladenen Zustand belassen, in welchem seine mit dem Löschthyristor 3 und der Diode 4 verbundene Seite mit Bezug auf die Klemme B der Gleichstromquelle negativ ist. Die Ladung ist gegenüber der Anfangsladung um einen Betrag größer, der von dem Laststrom abhängt. Obgleich sich die Größe der Ladung des Löschkondensators 1 mit dem Laststrom ändert, ist die Ladezeitkonstante des Löschkondensators 1 vom Laststrom und Verbraucherwiderstand völlig unabhängig; sie ist lediglich von den inneren Stromkreisparametern selbst abhängig.
Durch Ändern der Zeitdauer zwischen dem Aussteuern des Thyristors 2 und dem Aussteuern des Löschthyristors 3 wird das Verhältnis zwischen dert Einschaltzeiten und den Ausschaltzeiten des Thyristors 2 und damit auch der Mittelwert des Laststromes geändert. Die Anwesenheit des Kondensators 8 von großem Kapazitätswert bewirkt, daß die am Verbraucher 9 auftretende Spannung weitgehend geglättet ist.
Das in F i g. 2 wiedergegebene Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen dadurch, daß die Diode 6 weggelassen und die Diode 4 durch einen weiteren Thyristor 10 ersetzt ist. Im übrigen ist die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 wie die in F i g. 1 aufgebaut.
Beim Arbeiten der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 wird der Thyristor 10 gleichzeitig mit dem Thyristor 2 ausgesteuert, so daß die Ladungsumkehr des Löschkondensators 1 wie bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 erfolgt. Auch die Löschung des Thyristors 2 erfolgt in der bereits beschriebenen Weise. Am Ende des Löschvorganges ist, wenn die mit den Thyristoren 3 und 10 verbundene Seite des Löschkondensators 1 negativer als das negative Potential der Gleichstromquelle wird, der Thyristor 10 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, jedoch kann er, im Gegensatz zu der Diode 4 beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 erst leiten, wenn er ausgesteuert wird. Dadurch wird die Notwendigkeit umgangen, die Diode 6 vorzusehen, was unerwünscht sein kann, daß sich eine solche Diode in dem Hauptstromkreis befindet.
Das Arbeiten der in den F i g. 1 und 2 wiedergegebenen Schaltungsanordnungen ist von der Gleichstromquelle abhängig, die eine effektiv niedrige Impedanz darstellen soll. Diese Forderung kann in der Praxis dadurch erfüllt werden, daß ein großer Kondensator zwischen die Klemmen A und B der Speisestromquelle geschaltet wird.
Wie oben bereits erwähnt, ist die Größe des Potentials, auf das sich der Löschkondensator 1 auflädt, abhängig von der Größe des Laststromes, der durch den Thyristor 2 fließt. Je höher der Laststrom ist, um so größer ist daher das Vorspannungspotential, das an den Thyristor 2 angelegt wird, um ihn zu sperren.
Es kann bei gewissen Anwendungen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung erwünscht sein, die Spannung zu beschränken, auf die sich der Löschkondensator 1 aufladen kann. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, jedoch besteht ein vorteilhafter Weg darin, eine Zwischenanzapfung der Induktivität 7 über eine Diode 11 mit der Klemme B zu verbinden, die in solcher Weise gepolt ist, daß sie einen Stromfluß zwischen den Klemmen A und B der Gleichstromquelle zu verhindern sucht, wie dies in F i g. 1 durch die gestrichelten Verbindungen angedeutet ist.
Wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung der Löschthyristor 3 ausgelöst wird, befindet sich die mit dem Löschthyristor 3 verbundene Seite des Löschkondensators 1 auf einem positiven Potential, das größer als das Potential an der Klemme A ist, und der Thyristor 2 wird in der umgekehrten Richtung vorgespannt, um ihn zu sperren, wie dies bereits beschrieben wurde. Der Löschkondensator 1 entlädt sich dann weiter über die Diode 6, die Induktivität 7 und den Kondensator B. Die eine Seite der Induktivität 7 wird auf dem stetigen Potential der mit der Klemme A verbundenen Seite des Löschkondensators 1 gehalten, während die andere Seite der Induktivität über die Diode 6 und den Löschthyristor 3 mit der anderen Seite des Löschkondensators 1 verbunden ist. Das Potential dieser Seite des Löschkondensators fällt stetig und wird negativ, wenn die Energie in der Induktivität 7 auf den Löschkondensator 1 übertragen wird. Das Potential der vorgenannten Anzapfung der Induktivität 7 fällt ebenfalls, und zwar so lange, bis es 0 Volt erreicht, worauf die Diode 11 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt und die weitere Entladung des Löschkondensators 1 verhindert wird. Auf diese Weise wird das negative Potential, auf das sich der Löschkondensator 1 entlädt, in Abhängigkeit von dem Anzapfpunkt der Induktivität 7, mit dem die Diose 11 verbunden ist, begrenzt.
In der vorstehenden Beschreibung der Schaltungsanordnungen gemäß den F i g. 1 und 2 ist angenommen worden, daß auf dem Löschkondensator 1 eine gewünschte anfängliche Ladung vorhanden ist. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Ladung des Löschkondensators 1 allmählich wieder schwinden kann, wenn die Stromkreise für eine gewisse Zeitdauer außer Betrieb gelassen werden, so daß ein Wiederinbetriebsetzen nicht möglich ist. Dies wird jedoch dadurch verhindert, daß nach dem Einschalten der Gleichstromquelle der Löschthyristor 3 immer vor dem Thyristor 2 gezündet wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Spannung eines über einen Thyristor an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Verbrauchers, bei der dem Thyristor eine Reihenschaltung aus einem Löschkondensator und einem Löschthyristor parallel geschaltet ist, bei der außerdem die Aufladung des Löschkondensators über einen parallel zum Löschthyristor liegenden und in einer Richtung leitenden Stromkreis erfolgt, der eine mit dem Löschkondensator einen Reihenschwingkreis bildende Induktivität aufweist, und bei der ferner zur zusätzlichen laststromabhängigen Aufladung des Löschkondensators eine weitere Induktivität im Hauptstromkreis vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet,. daß ein Halbleitergleichrichter (6,10) vorgesehen ist, der ein Rückschwingen der in der Induktivität des Hauptstromkreises gespeicherten und auf den Löschkondensator (1) übertragenen magnetischen Energie verhindert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitergleichrichter eine Diode (6) vorgesehen ist, die im Hauptstromkreis in Reihe mit dem Verbraucher (9) geschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitergleichrichter ein Thyristor (10) vorgesehen ist, der in dem zum Löschthyristor (3) parallelen Stromkreis eingeschaltet ist und gleichzeitig mit dem im Hauptstromkreis liegenden Thyristor (2) steuerbar ist.