DE1438792C - Verfahren und Anordnung zur Sollwert bildung fur die Stromregelung eines Puls Stromrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Sollwertbildung für die Stromregelung eines ein periodisch ein- und ausschaltbares Schaltelement enthaltenden Pulsstromrichters für Gleichstrom-Fahrzeugmotoren. Unter Pulsstromrichter werden Stromrichter verstanden, welche die einem Verbraucher zugeführte Leistung durch Veränderung der Einschaltdauer steuern bzw. regeln. Häufig werden solche Stromrichter auch als tastbare Stromrichter bezeichnet.

In Pulsstromrichtern werden entweder ein- und ausschaltbare . Schaltelemente oder Schaltelemente, die nur einschaltbar sind und durch eine besondere Löscheinrichtung ausgeschaltet werden, verwendet. Zu den Schaltelementen, die bei Speisung aus einer Gleichstromquelle durch eine besondere Löscheinrichtung wieder ausgeschaltet werden müssen, gehören auch die als Thyristoren bekannten steuerbaren Halbleiterventile.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines derartigen Pulsstromrichters, wie er beispielsweise aus der Zeitschrift »Elektrische Bahnen«, 1962, S. 135 und 136, bekannt ist.

Aus einer Gleichspannungsquelle mit der Spannung E/₌ wird ein aus einem Motor 1 mit zugehöriger Erregerwicklung 2 bestehender Verbraucher über ein ein- und ausschaltbares Schaltelement 10 gespeist. Die Steuerung oder Regelung der dem Verbraucher zugeführten Leistung erfolgt mit Hilfe eines nur schematisch dargestellten Regelverstärkers 5, der das Schaltelement 10 ständig ein- und ausschalten kann.

Das Schaltelement 10 besteht aus einem Thyristor 11, der mit Hilfe einer besonderen aus einem zweiten Thyristor 12, einer Diode 13, einem Kondensator 14 und einer Drossel 15 bestehenden Löscheinrichtung wieder ausgeschaltet werden kann.

Damit der im Verbraucherkreis fließende und durch einen Stromwandler 4 erfaßte Strom auch dann weiterfließen kann, wenn der Thyristor 11 gelöscht wird, ist parallel zum Verbraucher eine Freilaufdiode 3 geschaltet.

Der Regelverstärker 5 ist ein Zweipunktregler. Die Funktionsweise eines solchen durch einen Zweipunktregler geregelten Pulsstromrichters ist folgende:

Der Thyristor 11 wird bei Vorgabe eines Sollwertes gezündet und verbleibt so lange im leitenden Zustand, bis der vom Stromwandler 4 erfaßte Istwert /;_st des Verbraucherstroms einen bestimmten, vorher einstellbaren oberen Wert erreicht hat. Beim Überschreiten dieses oberen Wertes wird der Thyristor 11 durch die Löscheinrichtung gelöscht. Der durch den Verbraucher fließende Strom fließt über die Freilaufdiode 3 weiter und klingt entsprechend der in diesem Kreis wirkenden Zeitkonstante exponentiell ab." Sowie der Verbraucherstrom einen bestimmten unteren Wert erreicht hat, wird der Thyristor 11 erneut gezündet, so daß der Verbraucherstrom wieder größer wird. Die Pulsfrequenz ist dabei nicht konstant, sondern variiert mit den Betriebsverhältnissen. Bei der Speisung von Gleichstrommotoren wird der Stromsollwert des Pulsstromrichters während des Anfahr-Vorganges im allgemeinen konstant gehalten.

Unter der Voraussetzung eines konstant vorgegebenen Stromsollwertes sind in F i g. 2 in Abhängigkeit von der relativen Stromführungsdauer

τ ^6s

■^/oin

T . + T

¹ «io ' au»

die am Thyristor 11 anstehende und auf die Speisegleichspannung £/₌ bezogene Spannung U_n und der den Thyristor 11 durchfließende und auf den Verbraucherstrom 7_iat bezogene Strom J_n aufgetragen worden. Dabei wurden jeweils die arithmetischen Mittelwerte diesr Größen verwendet. Man erkennt, daß bei kleiner relativer Stromführungsdauer λ der Thyristor 11 verhältnismäßig schlecht ausgenutzt ist und erst bei X = I mit dem vollen Strommittelwert beaufschlagt wird. Man wird also bei kleiner relativer Einschaltdauer λ den Stromsollwert erhöhen können, ohne daß der Thyristor 11 dabei überlastet wird.

Bei Fahrzeugantrieben ist' es oft erwünscht, dem Gleichstrom-Fahrzeugmotor kurzzeitig einen höheren Strom zuzuführen als sonst üblich. Das kann z. B. der Fall sein, wenn die Räder eines Elektrokarrens oder einer Grubenlokomotive beim Anfahren durch irgendein Hindernis, seien es Steine oder. Löcher, blockiert sind und zum Losbrechen des Fahrzeuges ein erhöhtes Drehmoment erforderlich wird. Bei Wechselstromtriebfahrzeugen mit Schaltwerksteuerung ist es in diesem Zusammenhang bekannt, die Regelung des Fortschaltstroms selbsttätig derart zu beeinflussen, daß sich mit steigender Motorspannung ein kleinerer Fortschaltstrom einstellt. Zu diesem Zweck ist im Regelkreis ein als Vorverstärker dienender Magnetverstärker mit mehreren Steuerwicklungen vorgesehen. Der einen Steuerwicklung wird der vom Fahrschalter vorgegebene Motorstromsollwert und einer anderen Steuerwicklung der Motorstromistwert zugeführt. Einer dritten Steuerwicklung wird ein der Motorspannung proportionaler Strom zugeführt, der dem Motorstromsollwert entgegenwirkt. Damit erfolgt mit wachsender Motorspannung automatisch eine Zurücksetzung des Fortschaltstromes. Diese Verhältnisse sind in F i g. 3 dargestellt. Einem Grundsollwert A wirkt ein Zusatzsollwert B zur Bildung des Gesamtsollwertes γ entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Sollwertbildung für eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, das erlaubt, dem Gleichstrom-Fahrzeugmotor während des Anfahrens in ähnlicher Weise kurzzeitig höheren Strom zuzuführen. Hierbei soll insbesondere vermieden werden, daß die Schaltelemente deshalb für diese erhöhte Leistung bemessen werden müssen und daß der Sollwert einen einstellbaren Wert überschreitet. In Ausnutzung der aus F i g. 2 entnommenen Kenntnis, daß das ein- und ausschaltbare Schaltelement bei kleiner relativer Einschaltdauer λ verhältnismäßig schlecht ausgenutzt ist und erst bei A=I mit dem vollen Strommittelwert beaufschlagt wird, wird das Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß selbsttätig zu einem vorgegebenen Grundsollwert ein dem Mittelwert der am Schaltelement anstehenden Spannung proportionaler Zusatzsollwert addiert wird, dessen Größe nach oben proportional dem Grundsollwert begrenzt wird.

Diese Verhältnisse sind in F i g. 3 a dargestellt. Einem Grundsollwert A ist der nach oben begrenzte Zusatzsollwert B zur Bildung des Gesamtsollwertes γ überlagert.

In F i g. 4 ist ein im Unteranspruch gekennzeichnetes Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.

Die Elemente, die mit Elementen der in F i g. 1 gezeigten bekannten Schaltungsanordnung überein-

stimmen, sind in gleicher Weise wie in F i g. 1 bezeichnet worden.

Wie in F i g. 1 ist ein Regelverstärker 5 vorgesehen, der einen vom Stromwandler 4 beaufschlagten Istwerteingang und einen Sollwerteingang besitzt.

Der Sollwerteingang ist mit zwei verschiedenen Sollwertkreisen verbunden. Der erste Sollwertkreis liefert einen konstanten, jedoch einstellbaren Grundsollwert. Er besteht aus einem von einer konstanten Spannung gespeisten Potentiometer 6, dessen Schleiferkontakt über einen ohmschen Widerstand 21 mit dem Sollwerteingang des Regelverstärkers 5 verbunden ist.

Der zweite Sollwertkreis liefert einen Zusatzsollwert, dessen Größe dem Mittelwert der am Thyristor 11 bzw. am ein- und ausschaltbaren Schaltelement 10 anliegenden Spannung U₁₁ proportional ist.

Dieser Sollwertkreis wird von einem Transistorverstärker gebildet, dor im wesentlichen aus einem npn-Transistor 19 und den Widerständen 18 und 20 besteht. Der Sollwerteingang des Regelverstärkers S " ist über einen ohmschen Widerstand 22 mit dem Emitterwiderstand 20 verbunden, dessen Spannung sich entsprechend der Aussteuerung des Transistors 19 ändert.

Über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 8 und 9 wird die am Thyristor 11 liegende Spannung erfaßt und durch den Kondensator 7 stark geglättet.

Die Basis des Transistors 19 ist über Entkopplungsdioden 16 und 17 sowohl mit dem Schleiferkontakt des Potentiometers 6 als auch mit dem Abgriff des Spannungsteilers 8, 9 verbunden, und zwar derartig, daß das Basispotential des Transistors 19 und damit natürlich auch die Größe des Zusatzsollwertes entweder durch die am Potentiometer 6 abgegriffenen Spannung oder durch die am Widerstand 8 liegende Spannung bestimmt wird.

Man erkennt, daß die Aussteuerung des Transistors 19 so lange ausschließlich von der am Widerstand 8 liegenden Spannung abhängt, wie diese niedriger als die am Potentiometer 6 abgegriffene Spannung ist. Durch die Einstellung des Potentiometerabgriffs ist für den Zusatzsollwert ein oberer Wert festgesetzt, der nicht überschritten werden kann, auch wenn die am Thyristor 11 erfaßte und am Widerstand 8 abgegriffene Spannung einen größeren Zusatzsollwert einstellen möchte.

Mit Hilfe der vorliegenden Schaltung ist somit in einfacher Weise sichergestellt, daß der Gesamtsollwert γ einen bestimmten durch das Potentiometer 6 einstellbaren Wert nicht überschreitet.

Wird beispielsweise der Potentiometerabgriff auf Null gestellt, dann ist nicht nur der Grundsollwert A Null, sondern auch der Zusatzsollwert B, weil der Transistor 19 durch das dann negative Basispotential völlig gesperrt ist.

Im übrigen kann das Verhältnis zwischen Grundsollwert A und Zusatzsollwert B durch entsprechende Bemessung der beiden Widerstände 21 und 22 beliebig eingestellt werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Sollwertbildung für die Stromregelung eines ein periodisch ein- und ausschaltbares Schaltelement enthaltenden Pulsstromrichters für Gleichstrom-Fahrzeugmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätig zu einem vorgegebenen Grundsollwert (A) ein dem Mittelwert der am Schaltelement anstehenden Spannung proportionaler Zusatzsollwert (B) addiert wird, dessen Größe nach oben proportional dem Grundsollwert (A) begrenzt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwerteingang eines zur Regelung des Pulsstromrichters vorgesehenen Regelverstärkers (5) mit zwei verschiedenen Sollwertkreisen verbunden ist, von denen der erste zur Lieferung eines konstanten, jedoch einstellbaren Grundsollwertes ausgebildet ist, und der zweite Sollwertkreis aus einem Transistorverstärker (19) besteht, der einerseits über eine Entkopplungsdiode (16) entsprechend einer dem Grundsollwert proportionalen Spannung und andererseits über eine weitere Entkopplungsdiode (17) entsprechend dem Mittelwert der am Schaltelement (10) anliegenden Spannung ausgesteuert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen