DE1438792C - Verfahren und Anordnung zur Sollwert bildung fur die Stromregelung eines Puls Stromrichters - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Sollwert bildung fur die Stromregelung eines Puls StromrichtersInfo
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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 Un und der
den Thyristor 11 durchfließende und auf den Verbraucherstrom 7iat bezogene Strom Jn 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)
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
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