DE1438664A1

DE1438664A1 - Einrichtung zur Steuerung elektrischer Energie bzw. Schaltstromkreis

Info

Publication number: DE1438664A1
Application number: DE19631438664
Authority: DE
Inventors: King Kenneth Gordon
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1962-07-17
Filing date: 1963-07-13
Publication date: 1969-04-17
Also published as: GB995771A

Description

Einrichtung zur Steuerung elektrischer Energie bzw. Schaltstromkreis.

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Steuern elektrischer Energie bzw. auf Schaltstromkreise.

Gemäß der Erfindung ist eine Steuerung oder Regelung für elektrische Wechselstromenergie oder ein Schaltstromkreis zum Regeln oder Schalten eines Stromes zu einer Belastung geschaffen, bei welcher ein Stromweg, der eine Parallelanordnung eines sättigbaren induktiven Weges und einen regelbaren einseitig leitenden Weg enthält, an die Wechselstromzuführung zur Last angeschlossen ist.

Der Weg, der diese Parallelanordnung enthält, kann entweder direkt oder über einen Transformator angeschlossen werden.

In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.

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Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Energieregelung oder eines Schaltstromkreises gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Parallelausführung eines Torsteuerstromkreises in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 5, 4 und £ geben Abänderungen der in Fig. 1 dargestellten Stromkreisausführung wieder. Gemäß Fig. 1 sind die Anschlüsse 1 und 2 zum Arbeiten mit einer nicht dargestellten Wechselstromspeisequelle verbunden. Der Anschluß 1 ist über eine Strombegrenzungsinduktanz 3 mit einem Anschluß der Primärwicklung 4 eines Transformators 7 verbunden, der einen sättigbaren Kern hat, und der andere Anschluß dieser Primärwicklung ist mit dem Anschluß 2 verbunden. Parallel zu dem Teil 4 ist eine regelbare Gleichrichtereinrichtung 5 angeschlossen. Diese Gleichrichtereinrichtung ist von derjenigen Art, die bei Anlegen eines Auslöse- oder Trigger-Signals leitend gemacht und welche nachfolgend nur dann nicht-leitend gemacht wird, wenn der in ihr befindliche Strom unter den Haltestrom reduziert wird oder sich umkehren möchte. Die Sekundärwicklung 6 des Transformators 7 ist mit einer Last verbunden, die durch den Block 8 dargestellt ist.

Beim Arbeiten der in Fig. 1 dargestellten Stromkreisausführung ist dfe Auslöse-Elektrode der steuerbaren Gleichrichtereinrichtung 5 mit einem geeigneten Torstromkreis (nicht

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dargestellt) verbunden, der im gewünschten Augenblick bei zweckentsprechenden Halbwellenperioden der an die Teile 1 und 2 angelegten Speisewellenform Auslöse-Impulse erzeugt. Wenn anfänglich angenommen vlrd, daß die steuerbare Gleichrichtereinrichtung 5 dauernd leitend ist, ist ersichtlich, daß an der Primärwicklung des Transformators 7 im wesentlichen keine Spannung erscheint, und daher erscheint an dem Teil 8 kein Ausgang, weil bei abwechselnden Halbperioden der Teil 5 Strom von dem Teil 4 ableitet, d.h. wenn der Anschluß 1 relativ zur Erde positiv ist, und während der dazwischenliegenden Halbperioden wird der Kern des Teiles 7 gesättigt, und daher ist wiederum an dem Teil 4 keine Spannung vorhanden. Nimmt'man nun an, daß die steuerbare Gleichrichtereinrichtung 5 fortlaufend nicht leitend ist, fließt ein sich daraus ergebender Strom in der Sekundärwicklung 6 und im Teil 8. Es ist daher ersichtlich, daß in Abhängigkeit davon, ob der Teil 5 leitend oder nicht-leitend ist, der Stromkreis als Schaltstromkreis für Energie zur Last arbeitet.

Wenn es jedoch erforderlich 3äb, die Stromkreisausführung der Fig. 1 als Regelstromkreis zu verwenden, ist der Torstromkreis für den steuerbaren Gleichrichter so ausgeführt, daß er in Verbindung mit der an die Teile 1 und 2 angelegten Wellenform arbeitet, um an den Teil 5 in geeigneten Augenblicken während derjenigen Halbperioden der Speisewellenform Auslöse-Impulse anzulegen, während welcher der Anschluß 1 positiv ist. Durch Verändern der Lage dieser

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Augenblicke in den jeweiligen abwechselnden Halbperioden wird die an die Last angelegte Energie dementsprechend verändert. Diese Steuerung geht überdies zufolge der Tatsache über die volle Welle, daß für jede Halbperiode, für welche der Teil relativ zur Erde positiv ist, eine Periode vorhanden ist, die der nicht-leitenden Periode des Teiles 5 in der vorherigen Halbperiode entspricht, während welcher der Kern des Transformators 7 ungesättigt ist.

Gegebenenfalls kann in der in Fig. 1 dargestellten Stromkreisausführung die den Strom begrenzende Induktanz, wenn der Stromkreis als Schaltstromkreis verwendet werden soll, durch eine Kapazität ersetzt werden, in welchem Fall die Auslöse-Impulse, die dazu verwendet wurden, die steuerbare Gleichrichtereinrichtung 5 leitend zu machen, vorzugsweise zeitlich so abgestimmt sind, daß der Teil 5 in einem Augen-* blick nicht-leitend gemacht werden kann, in dem an dem Gleichrichter eine hohe Spannung vorhanden ist, um auf diese Weise übermäßige Stromspitzen zu vermeiden. Die in Fig. 2 dargestellte Stromkreisanordnung gibt schematisch eine Ausführungsform eines Stromkreises wieder, der verwendet werden kann, um diese Bedingung zu gewährleisten.

Gemäß Fig. 2 ist die Auslöseimpuls-Zuführung von dem. Torstromkreis für den steuerbaren Gleichrichter 5 mit den Anschlüssen 9 und 10 mit einer Polarität wie angedeutet verbunden. Der Anschluß 9 ist über einen Widerstand 11, eine Diode 12 und einen weiteren Widerstand 1j5 mit der Aus-

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löse- bzw« Zündelektrode des Teiles 5 verbunden. Weiterhin ist zwischen der Verbindungsstelle der Teile 11 und 12 und dem Anschluß 10 der Emitter-Kollektorweg eines n-p-n-Transistors 1% angeschlossen, dessen Basiselektrode über einen Widerstand 15 mit der "Anode" des Teiles 5 verbunden ist. Der Anschluß 10 ist weiterhin mit der "Kathode" von 5 verbunden, und die Verbindungsstelle der Teile 12 und 13 ist über eine Parallelanordnung einer Kapazität 16 und eines Widerstandes 17 mit dieser "Kathode" verbunden.

Beim Arbeiten der Stromkreisausführung der Fig. 2 ist, um den Teil 5 leitend zu machen, eine positive Auslösesignal-Zuführung an den Stromkreis und an den Anschluß 9 angeschlossen, und falls im Augenblick des Anlegens dieses Speisesignals eine Vorwärtsspannung am Teil 5 vorhanden ist, wird der Teil 14 zufolge des Basiafcroraes durch den Widerstand 15 hindurch leitend gehalten. Daher erreicht unter diesen Bedingungen kein Strom die Auslöseelektrode des Teiles 5. Wenn jedoch die "Anode" des Teiles 5 sich zum Negativen hin bewegt, wird derTeil 14 nicht-leitend, und die Kapazität 16 wird aufgeladen, so daß, wenn die "Anode" von 5 wiederum positiv wird, der Teil 5 zufolge der Aufladung am Teil 16 leitend gemacht ist.

Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, kann der Transformator 7 durch eine sättigbare Kerninduktanz ersetzt / werden, die an den Teil 5 angeschlossen werden kann, und die , Last 8 selbst kann auch an 5 angeschlossen werden, und der

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Stromkreis arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise.

Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Stromkreisausführung kann die steuerbare Gleichrichtereinrichtung 5 an die Sekundärwicklung 6 des Transformators 7 oder an einen Teil des Transformators oder an eine getrennte Wicklung angeschlossen werden, die mit der* Hauptsekundärwicklung des Transformators eng gekoppelt ist. Dies trifft ebenfalls für die anderen zuerläuternden Ausführungsbeispiele zu. Die Stromkreisausführung arbeitet wiederum im wesentlichen in der gleichen Art und Weise.

Überdies kann anstelle der einfachen Strombegrenzungsinduktanz j5, welche bei der Stromkreisausführung der Fig. verwendet wird, eine Kombination einer Induktanz 18 und einer Kapazitanz 19, wie in Fig. 3 dargestellt ist, verwendet werden, um einen Eingangsstrom zu ergeben, der erheblich weniger abhängig von der Belastungsspannung ist. Diese Kombination kann beispielsweise die Form eines sogenannten Boucherot-Stromkreises haben, wie in Fig. 3 oäsr 4 dargestellt ist. In jedem der Stromkreise ist die steuerbare Gleichrichtereinriohtung 5 an die Sekundärwicklung des Transformators 7, wie oben ausgeführt, angeschlossen. Wahlweise kann eine Ableitung eines solchen Stromkreises der in Fig. 5 dargestellten Art verwendet werden, in welcher der Transformator 7 als in der Mitte angezapfter Transformator gespeist wM.

Auch kann bei der Stromkreis aus führung der Fig. 5 die

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Induktanz 18 mit dem Transformator 7 kombiniert werden, der einen mit Luftspalt versehenen Kern hat, um die erforderliche Reiheninduktanz zu ergeben.

Auf ähnliche Weise können, statt der Strombegrenzungsinduktanz 3, welche in der Stromkreisausführung der Fig. 1 zusammen mit dem Transformator 7 verwendet wird, die Punktionen dieser beiden Teile gegebenenfalls in einem einzigen Transformator vereinigt werden, der eine hohe Streureaktanz hat, wie er beispielsweise bei der Stromkreisausführung der Fig. 6 schematisch wiedergegeben ist, in welder die gesteuerte Gleichrichtereinrichtung an die Sekundärwicklung wie vorher oder an einen Abschnitt der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist.

In vorstehenden Ausführungen wurde erläutert, daß in bezug auf Fig. 1 die in ihr dargestellte Stromkreisausführung dadurch abgeändert werden kann, daß die Strombegrenzungsinduktanz 3 durch eine strombegrenzende Kapazität ersetzt werden kann, und daß gewisse Vorsichtsmaßnahmen notwendig sind, um zu verhindern, daß hohe Stromstöße in den steuerbaren Gleichrichter fließen. Die vorerläuterte abgeänderte Ausführungsform war ursprünglich nur für den Stromkreis gedacht, der als Schaltstromkreis verwendet wird. Werden jedoch Mittel vorgesehen, welche eine zusätzliche Begrenzung für den Strom vorsehen, der durch den steuerbaren Gleichrichter fließt, ist es möglich, diese abgeänderte Ausführungsform auch als Energiesteuerstromkreis zu verwenden und

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gleichzeitig die Notwendigkeit zu vermeiden, Vorkehrung dafür zu treffen, daß der Teil 5 nur zu besonderen Zeiten leitend gemacht wird. Dies wird erreicht, wenn eine geeignete Strombegrenzungsinduktanz in Serie zu der steuerbaren Gleichrichter^- einrichtung angeschlossen wird,oder unter bestimmten Umständen kann, wenn die Strombegrenzungskapazität und die steuerbare Gleichrichtereinrichtung 5 -mit verschiedenen Wicklungen eines Transformators verbunden sind, wie in dem Fall, in welchem der steuerbare Gleichrichter mit der Sekundärwicklung zur Last parallel geschaltet ist, die Streuinduktanz des Transformators ausreicht, um die erforderliche Strombegrenzung an der steuerbaren Gleichrichtereinrichtung zu schaffen.

Durch zweckentsprechende Wahl der Werte der Elemente bei der oben erläuterten abgeänderten AusfUhrungsform kann die Wellenform der Ausgangsspannung so gestaltet sein, daß sie sich einer eckigen Wellenform nähert, was unter gewissen . Umständen vorteilhaft ist.

In der Beschreibung 1st die Erfindung insbesondere in bezug auf das Arbeiten mit einer Phase beschrieben, die Erfindung ist jedoch ebenfalls zum Regeln oder Schalten von mehrphasigen Speiseleitungen anwendbar, wenn die entsprechenden erforderlichen weiteren Bauelemente vorgesehen werden.

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Claims

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Fatantanaprüche.

Blektrischer WeehselstroNcnerglesteuer- oder -sohaltstrosJcrele subj Steuern oder Schalten eines Stroms su einer dadurch gekennzeichnet, daJ ein Weg, der eine Parallelung eines slttigbaren induktiven Weges und einen steuerbaren einseitig leitenden Weg aufweist, an die Wechselstroaspelsequelle sur Last angeschlossen 1st.

2· Elektrischer Wechselstroaenerglesteuer» oder -schaltstroakreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sftttigbare induktive Weg die gesagte oder einen Teil der Prieirwioklune eines Transformator» enthält.

3» Elektrischer weohselstroMnerglesteuer* oder -sehalt-■troakrela, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal der slttlgbere induktive Weg die gesamte oder einen Teil einer Sekundärwicklung eines Transformator» enthalt, dessen friMirwleklung Mit einer Weehselstrosepeisequelle verbunden werden kam·

*· Elektrlseher WeehselstroMnerglesteuer- oder -schalt· strosicrels nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daft die Sekundarwieklune von derjenigen verschieden ist* welche die Lsst speist·

5* lltktriacher wechselstroaenergleeteuer- oder -schaltatrovkreU moh Anspruch 1, dadurch gekennselchnet, daft der slttiejsere Induktive Weg parallel su wenigstens eines Teil einer friwsrwieklung d eines Transforsmtors angeschlossen

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1st* und der steuerbare einseitig leitende Weg parallel zu wenigstens einem Teil einer Sekundlirwioiaung des Transformators angeschlossen 1st·

6· Strö32kr©is nach einem der vorhergehenden Ansprüche* gekennzeichnet durch eine Strombegrenzungsdrossel* die so an den Stromkreis angeschlossen 1st, daß sje die Kühe des Stromes begrenzt* der durch den steuerbaren einseitig leitenden Weg fließen kann.

7. Schaltstromkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche* gekennzeichnet durch eine Strombegrenzungskapazitftt.

8· Stromkreis nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch einen Steuerstromkreis* um den !Beginn des leltendMerdens des einseitig leitenden Weges zu verhindern* wenn in VorwHrterichtung ein Potential an ihm liegt* das gruSer als eine vorbeatimmte Größe ist·

9. Stromkreis nach Anspruch 8* dadurch gekennzeichnet* daS die Steuerstromkreise eine Schaltvorrichtung enthalten* die auf das Potential an dem einseitig leitenden Weg anspricht« um für einen Speisestrom einen Nebenschluß zu schaffen* der ihn sonst leitend machen würde* wenn das Potential größer als die vorbestifiiste GrSSe 1st.

to. Stromkreis nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet* da0 eine Kapazität Über eine einseitig leitende vorrichtung an die Schaltvorrichtung angeschlossen ist* um die Kapazität aufzuladen* wenn die Schalteinrichtung nicht leitend ist* um ein· Seiialtaufladung für den einseitig leitenden Weg auf zu«

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speichern·

11· Stromkreis nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, da8 eine zusätzliche Induktanz in Reihe su den steuerbaren •inseitig leitenden Weg vorgesehen 1st, um den In ihm fliessenden Stree su begrenzen.

12. Stronkrele nach Anspruch 11« dadurch gekennzeichnet» daS die susltsliahe Induktanz durch die Streulnduktans eines Transformator· gebildet 1st» über den Strom der last zugeführt werden soll«

12. Stromkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, das die Speiseansohlüsse über eine Reihenfconduktans und eine Parallelkapasltans oder uugekehrt an die Primärwicklung eines Transformators gekoppelt sind» und die Last von seiner Sekundärwicklung zugeführt wird«

14. Stromkreisanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7»' dadurch gekennzeichnet» daß ein Spelseansohlufi über eine KapazltKt an einen Anschluß und eine Induktanz an den anderen Ansehlui der Primärwicklung eines Transformators verbunden 1st» wobei die Last von seiner SekundSrwioklung gespeist wird und der andere Spelseansohlufi mit einer Zwiachenanaapfung an der Primärwicklung verbunden 1st·

15· Stromkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 9» Aedureh gekennzeichnet, dafi der sXttlgbare induktive Weg und der Transformator su einem eineigen Kern mit einem Luftspalt vereinigt sind» um die erforderliche Streulnduktans su bilden.

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