DE1488162B2

DE1488162B2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung der einem Verbraucher von einer Wechselstromquelle über steuerbare Gleichrichter zugeführten Wechselspannung

Info

Publication number: DE1488162B2
Application number: DE1488162A
Authority: DE
Inventors: Edward Herman Waynesboro Va. Dinger (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1963-07-03
Filing date: 1964-07-02
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE1488162C3; SE302325B; GB1058856A; JPS4225623B1; US3331999A; DE1488162A1; JPS414893B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der einem Verbraucher von einer Wechselstromquelle über in Phasenanschnittsteuerung betriebene steuerbare Gleichrichter zugeführten Wechselspannung, mit sättigungsfähigen Drosselspulen mit je einer die Sättigungsmagentisierung einstellenden und je einer die Sättigungsmagnetisierung rückstellenden Wicklung und mit ersten Gleichrichterdioden, von denen jeweils eine mit einer der Einstellwicklungen eine Reihenschaltung bildet, die über die Steuerstrecke von jeweils einem der steuerbaren Gleichrichter an eine mit der Spannung der Wechselstromquelle phasengleiche Spannung angeschlossen ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift »Direct Current«, Januar 1962, S. 21 (Fig.6), bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung erhalten die Rückstellwicklungen der sättigungsfähigen Drosselspulen einen durch Einweggleichrichtung erzeugten Halbwellen-Gleichstrom, der von einem allen Wicklungen gemeinsamen Transistor gesteuert wird.

Bei den Schaltungsanordnungen der beschriebenen Art ist es oft wichtig, daß der in einer Richtung durch den Verbraucher fließende Strom gleich demjenigen Strom ist, der in der entgegengesetzten Richtung durch den Verbraucher fließt, um zu vermeiden, daß der Verbraucherstrom eine Gleichstromkomponente aufweist. Für viele Wechselstrommaschinen, beispielsweise Induktionsmotoren, ist eine derartige Gleichstromkomponente ungünstig oder gar schädlich. Daher ist es in solchen Fällen erforderlich, daß die Magnetflüsse in den sättigungsfähigen Drosselspulen von der vollständigen Sättigung um gleiche Beträge zurückgestellt werden. Das ließe sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man den sättigungsfähigen Drosselspulen und ihren Wicklungen identische Eigenschaften gibt. Diese Anpassung der magnetischen Kreise ist jedoch äußerst kostspielig, da in diesem Fall die Herstellungstoleranzen der betreffenden Bauteile äußerst eng gehalten werden müssen. Trotz Ansteuerung der Rückstellwicklungen der sättigungsfähigen Drosselspulen durch denselben Transistor tritt dieses Problem auch bei der obengenannten bekannten Schaltungsanordnung auf, da die Rückstellspannungen für die einzelnen Rückstellwicklungen nicht konstant oder einander gleich sind, sondern während des Rückstellvorganges von der unterschiedlichen Belastung des Transistors durch die bezüglich ihres Ohmwertes gegebenenfalls unsymmetrischen sättigungsfähigen Drosselspulen abhängen, so daß selbst bei vorausgesetzter gleicher Rückstellzeit die Spannungszeitfläche und damit der Rückstellfluß für die einzelnen Rückstellwicklungen verschieden ist.

Das Entsprechende gilt für eine aus der US-PS 2 998 547 bekannte Schaltungsanordnung zur Steuerung der einem Verbraucher von einer Wechselstromquelle über in Phasenanschnittsteuerung betriebene steuerbare Gleichrichter zugeführten Wechselspannung. In der dort für die steuerbaren Gleichrichter vorgesehenen Magnetverstärker-Steuerschaltung sind die Rückstellwicklungen der einzelnen sättigungsfähigen Drosselspulen in Reihe mit einem gemeinsamen festen Widerstand geschaltet. Wahlweise ist an Stelle des gemeinsamen Widerstandes für jeden Rückstellkreis ein gesonderter einstellbarer Widerstand zum Ausgleichen von durch die Magnetverstärkerkerne und -wicklungen verursachten Unsymmetrien vorgesehen. Das bedeutet einen erhöhten Bauteile- und Einstellaufwand. Die eigentliche Steuerung erfolgt dort über in Reihe geschaltete Gleichstromsteuerwicklungen. Durch die Reihenschaltung ist zwar die Gleichheit der Steuerströme gewährleistet. Trotzdem kann sich bei Magnetverstärkerkernen mit ungleichen Eigenschaften eine unsymmetrische Steuerung ergeben. Die obengenannten Ausgleichsmaßnahmen in den Rückstellkreisen können bringen Symmetrie nur für einen bestimmten Steuerzustand, aber nicht für den gesamten Steuerbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne eine aufwendige Anpassung der magnetischen Bauteile, insbesondere der sättigungsfähigen Kerne, und ohne für die einzelnen sättigungsfähigen Kerne vorgesehene Kompensationskreise durch einfache Mittel das Auftreten einer Gleichstromkomponente in dem Verbraucherstrom zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an eine Gleichspannungsquelle angeschlossene Serienschaltungen aus jeweils einem Widerstand und einer der Rückstellwicklungen vorgesehen sind, daß eine eine steuerbare Gleichspannung

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liefernde Anordnung eingangsseitig zu der Gleichspannungsquelle und den Serienschaltungen parallel geschaltet ist und daß über je eine zweite Gleichrichterdiode jeweils eine der Serienschaltungen.an ihrem Verbindungspunkt zwischen Widerstand und Rückstellwicklung mit dem Ausgang der die steuerbare Gleichspannung liefernden Anordnung derart gekoppelt ist, daß während des Rückstellvorganges die an der jeweiligen Rückstellwicklung auftretende Spannung auf den Wert der steuerbaren Gleichspannung begrenzt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden somit die einzelnen Rückstellwicklungen nicht nur von einer gemeinsamen Steuerschaltung angesteuert, sondern es wird auch dafür Sorge getragen, daß die Rückstellspannungen in den einzelnen Wechselstromhalbwellen gleich und konstant sind, so daß trotz einer etwaigen Unsymmetrie der sättigungsfähigen Drosselspulen die einzelnen Spannungszeitflächen und damit die Rückstellflüsse gleich sind. Dadurch wird das Auftreten einer Gleichstromkomponente in dem Verbraucherstrom vermieden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel für den Anschluß an ein einphasiges Wechselstromnetz und für einen einphasigen Verbraucher,

Fig.2 den zeitlichen Verlauf einiger Spannungen und Ströme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausiührungsbeispiels nach der F i g. 1,

F i g. 3 Hystereseschleifen zum Erläutern der Rückstellung von sättigungsfähigen Drosselspulen bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Anschluß an ein einphasiges Wechselstromnetz und für iinen einphasigen Verbraucher,

F i g. 5 und 6 Ausführungsbeispiele für den Anschluß in ein zweiphasiges Wechselstromnetz und für einen zweiphasigen Verbraucher,

F i g. 7 und 8 Ausführungsbeispiele für den Anschluß in ein dreiphasiges Wechselstromnetz und für einen dreiphasigen Verbraucher,

F i g. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Anschluß an ein einphasiges Wechselstromnetz und für einen einphasigen Verbraucher und

Fig. 10 den Verlauf einiger Ströme und Spannungen iur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 9.

In der F i g. 1 wird ein einphasiger Verbraucher 10 aus einem einphasigen Wechselstromnetz mit den Anichlüssen la, \b über steuerbare Gleichrichter 11, 12, beispielsweise Thyristoren, und über zu diesen antiparillelgeschaltete ungesteuerte Gleichrichter 13, 14 mit Wechselspannung versorgt. Die Steuerelektrode und Jie Kathode jedes steuerbaren Gleichrichters 11 und 12 können über Nebenschlußwiderstände 15 und 16 mitiinander verbunden sein, um ein vorzeitiges Zünden ier steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 auf Grund -ines Steuerstroms zu verhüten. Die Steuerelektrode ;nd die Kathode jedes steuerbaren Gleichrichters sind iber jeweils einen Serienstromzweig miteinander verenden. Der Serienstromzweig für den Gleichrichter 11 ■nthält eine Einstellwicklung 17 einer ersten sättigungsähigen Drosselspule zum Einstellen von deren Magneisierung, eine erste Sekundärwicklung 19 eines Transormators sowie eine Gleichrichterdiode 21. Die erste ättigungsfähige Drosselspule weist auch eine Rückstellwicklung 25 zum Rückstellen der Magnetisierung auf. Die gestrichelte Linie, die die Rückstellwicklung 25 mit dem neben der Einstellwicklung 17 dargestellten Kern der ersten sättigungsfähigen Drosselspule verbindet, soll andeuten, daß die beiden Wicklungen 17 und 25 auf demselben Kern sitzen und eng miteinander gekoppelt sind. Für den steuerbaren Gleichrichter 12 ist ein entsprechender Serienstromzweig vorgesehen, der eine Einstellwicklung 18 einer zweiten sättigungsfähigen Drosselspule zum Einstellen der Magnetisierung, eine Gleichrichterdiode 22 und eine zweite Sekundärwicklung 20 des Transformators enthält. Die Einstellwicklung 18 sitzt auf dem Kern der zweiten sättigungsfähigen Drosselspule, die noch eine Rückstellwicklung 26 zum Rückstellen der Magnetisierung aufweist. Die gestrichelte Linie, die die Rückstellwicklung 26 mit dem neben der Einstellwicklung 18 eingezeichneten Kern der zweiten sättigungsfähigen Drosselspule verbindet, soll andeuten, daß die beiden Wicklungen 18 und 26 auf demselben Kern sitzen und eng miteinander gekoppelt sind. Die Eigenschaften der sättigungsfähigen Drosselspulen sind jeweils durch eine Rechteckhystereseschleife angedeutet, die neben dem Kern der betreffenden Drosselspulen dargestellt ist. Diese sättigungsfähigen Drosselspulen haben bekanntlich die Eigenschaft, daß sie nach Anlegen eines »Volt-Sekunden«-Betrages in der willkürlich mit »Einstellen« oder »Rückstellen« bezeichneten Magnetisierungsrichtung in die Sättigung geraten. Die Sekundärwicklungen 19 und 20 sitzen auf dem Kern eines Transformators, dessen Primärwicklung 23 an die Wechselstromanschlußklemmen angeschlossen ist. Eine gestrichelte Linie, die die beiden Sekundärwicklungen 19 und 20 mit dem neben der Wicklung 23 dargestellten Transformatorkern verbindet, soll darauf hinweisen, daß diese Wicklungen auf demselben Kern sitzen. Die Polaritätspunkte neben den Wicklungen 17, 18, 19, 20, 23, 25 und 26 bezeichnen diejenigen Wicklungsenden, die bei den entsprechenden sättigungsfähigen Drosselspulen und bei dem Transformator die gleiche momentane, aufeinander bezogene Polarität aufweisen. Solange die einzelnen Wicklungen im richtigen Wicklungssinn verbleiben, können die Wicklungen 17,18,19,20 und die beiden Gleichrichterdioden 21 und 22 in den beiden Serienstromzweigen in jeder beliebigen Reihenfolge hintereinandergeschaltet sein.Wenn in den beiden Serienstromzweigen der Widerstand der Einstellwicklungen 17 und 18 oder der Wicklungen 19 und 20 nicht ausreicht, können in die Serienstromzweige zusätzliche Widerstände aufgenommen werden, um den Strom zwischen der Steuerelektrode und der Kathode von jedem der beiden steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 zu begrenzen, wenn die sättigungsfähigen Kerne der Einstellwicklungen 17 und 18 gesättigt sind.

Der linke Teil der Schaltung, der das Rückstellen der sättigungsfähigen Drosselspulen besorgt, arbeitet mit Gleichspannung, die an Anschlußklemmen liegt, die mit einem Plus- und einem Minuszeichen bezeichnet sind. Gleich große Widerstände 27 und 28 sind an die positive Anschlußklemme angeschlossen. Zwischen das andere Ende der beiden Widerstände 27 und 28 und der negativen Anschlußklemme sind die beiden Rückstellwicklungen 25 und 26 geschaltet. Weiterhin ist ein Schaltkreis vorgesehen, der innerhalb eines bestimmten

⁶S Spannungsbereiches eine konstante Spannung abgibt. Dieser Schaltkreis enthält einen Widerstand 32 sowie einen Verstärker, beispielsweise einen PNP-Transistor 33, der zusammen mit dem Widerstand 32 zwischen

den negativen und den positiven Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist. Der Emitter des Verstärkertransistors 33 ist mit dem Widerstand 32 verbunden, während der Kollektor des Transistors 33 an der negativen Anschlußklemme liegt. Die Verbindungspunkte zwischen dem Widerstand 27 und der Rückstellwicklung 25 sowie zwischen dem Widerstand 28 und der Rückstellwicklung 26 sind über Gleichrichterdioden 29 und 30 an den Emitter des Verstärkertransistors 33 gelegt. Zwischen die positive und die negative Anschlußklemme der Gleichspannungsquelle ist noch ein Steuerschaltkreis geschaltet, der einen Widerstand 34, eine Stromsteuervorrichtung, beispielsweise einen NPN-Transistor 35, sowie einen Widerstand 36 aufweist. Der Kollektor des Transistors 35 ist mit der Basis des Transistors 33 verbunden. An der Basis des Transistors 35 liegt ein passendes Steuersignal C.

Die Arbeitsweise des in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels soll an Hand von Spannungen und Strömen erläutert werden, deren Zeitverläufe in der F i g. 2 gezeigt sind. Die Signalverläufe der F i g. 2 sind über einer gemeinsamen Zeitachse aufgetragen. Sie stellen in der Reihenfolge von oben nach unten folgende Größen dar: Der Verlauf Γ ist die Wechselspannung zwischen der oberen Wechselstromanschlußklemme la und der unteren Anschlußklemme ib; der Verlauf 10' ist der Verbraucherstrpm; der Verlauf 17' ist die Spannung an der Einstellwicklung 17, und der Verlauf 18' ist die Spannung an der Einstellwicklung 18. Im folgenden wird angenommen, daß zu irgendeinem vor To liegenden Zeitpunkt der Magnetfluß in den beiden sättigungsfähigen Drosselspulen um gleiche Beträge rückgestellt worden ist. Zur Zeit To beginnt die hier sinusförmige Spannung an der oberen Wechselstromanschlußklemme la bezüglich der unteren Anschlußklemme ib positiv zu werden und die Anoden-Kathoden-Strecke des steuerbaren Gleichrichters 11 in Durchlaßrichtung vorzuspannen. Zur gleichen Zeit wird auch das mit dem Polaritätspunkt versehene Ende der Primärwicklung 23 positiv und daher auch die mit dem Polaritätspunkt versehenen Enden der Wicklungen 19 und 20. Die Gleichrichterdiode 22 verhindert, daß die positive Spannung an der Wicklung 20 irgendeinen Einfluß ausüben kann. Die Gleichrichterdiode 21 ist jedoch so gepolt, daß sie einen Einstellstrom von dem durch den Polaritätspunkt gekennzeichneten Ende der Wicklung 19 durch die Diode selbst und weiter zur Einstellwicklung 17 sowie durch den Widerstand 15 zu dem anderen Ende der Wicklung 19 zuläßt. Dabei entsteht an der Einstellwicklung 17 eine Spannung, die in der Fi g. 2 durch den Spannungsverlauf 17' dargestellt ist. Der besseren Darstellung wegen ist dabei angenommen worden, daß die sättigungsfähige Drosselspule, zu der die Einstellwicklung 17 gehört, zum Zeitpunkt 7V vollständig in die Sättigung übergegangen ist. Wenn die ⁵^ sättigungsfähige Drosselspule in die Sättigung übergeht, fällt die Spannung an der Einstellwicklung 17 fast auf Null ab. Im gleichen Augenblick, in dem die sättigungsfähige Drosselspule in die Sättigung übergeht, kann durch den bereits erwähnten Serienstromzweig ein verhältnismäßig großer Strom fließen. Dieser Strom zündet den steuerbaren Gleichrichter 11. Vom Zeitpunkt Ti an fließt daher der Verbraucherstrom 10' durch den steuerbaren Gleichrichter 11, den Verbraucher 10 sowie den Leistungsgleichrichter 14. Der Ver- ^6s braucherstrom bleibt so lange aufrechterhalten, bis die Netzwechselspannung ihr Vorzeichen umkehrt und der Strom durch Null geht. Dies geschieht zum Zeitpunkt Ti, der mit der 180°-Phasenlage der Netzperiode übereinstimmt.

Zum Zeitpunkt Ti wird der steuerbare Gleichrichter 11 gesperrt, da zu diesem Zeitpunkt die Wechselspannung ihr Vorzeichen umkehrt. Nun wird die untere Wechselstromanschlußklemme \b bezüglich der oberen Anschlußklemme la positiv. Daher wird das Ende der Primärwicklung 23 ohne Polaritätspunkt positiv, so daß in dem Serienstromzweig von dem Ende der Wicklung 20 ohne Polaritätspunkt ausgehend durch die Gleichrichterdiode 22, die Einstellwicklung 18 und durch den Widerstand 16 zurück zum Ende der Wicklung 20 mit Pplaritätspunkt ein Einstellstrom zu fließen beginnt. Dadurch geht die sättigungsfähige Drosselspule, zu der die Einstellwicklung 18 gehört, zum Zeitpunkt Tt vollständig in die Sättigung über, der dem Zeitpunkt T\ in der vorhergehenden Halbperiode entspricht. Nun leitet der steuerbare Gleichrichter 12, und ein Verbraucherstrom fließt bis zum Zeitpunkt Te in umgekehrter Richtung durch den Verbraucher 10 und den Leistungsgleichrichter 13. Diese Arbeitsweise gleicht der Arbeitsweise zwischen den Zeitpunkten To und Ti, die für die vorhergehende Halbperiode gerade beschrieben worden ist.

Zwischen den Zeitpunkten Ti und Te ist das Ende der Erregerwicklung 19 ohne Polaritätspunkt gegenüber dem Ende mit Polaritätspunkt positiv. Diese Spannung kann aber keinen Einstellstrom hervorrufen, da die Gleichrichterdiode 21 diesen Strom unterbindet. Die zugehörige sättigungsfähige Drosselspule wird jedoch von der Rückstellwicklung 25 immer mit einer Rückstellspannung beliefert. Diese Rückstellspannung hängt von der Größe des Steuersignals Cab, das an dem Steuertransistor 35 anliegt und von dem Transistor 33 verstärkt wird. Die Einstellwicklung 17 zeigt diese Rückstellspannung jedoch nicht unmittelbar an, da sie auf der Spannung festgehalten wird, die ihr die Erregerwicklung 19 zuführt. Zwischen den Zeitpunkten Ti und T3 verläuft daher die Spannung an der Einstellwicklung 17 sinusförmig von Null auf einen negativen Wert, da die Spannung der Erregerwicklung 19 die vorherrschende Spannung ist. Zum Zeitpunkt Ti sind die Verhältnisse so, daß die sättigungsfähige Drosselspule, zu der die Wicklungen 17 und 25 gehören, von dem verstärkten Steuersignal, das an der Rückstellwicklung 25 anliegt, um einen vorbestimmten Flußbetrag zurückgeschaltet wird. Zwischen den Zeitpunkten T3 und Ts bleibt daher die Spannung an der Einstellwicklung 17 konstant, da die Einstellwicklung 17 über ein feststehendes Windungsverhältnis eng an die Rückstellwicklung 25 angekoppelt ist. Vom Zeitpunkt Ts an folgt die Spannung an der Einstellwicklung 17 wieder der Netzspannung auf Null zurück, da die von der Netzwechselspannung an der Wicklung 19 hervorgerufene Spannung vorherrschend ist, genau wie zwischen den Zeitpunkten Ts und Tz. Zum Zeitpunkt Te beginnt der Zyklus wieder von neuem, und zwar derart, wie es bereits für den Zeitpunkt To beschrieben worden ist.

Man kann also sehen, daß zwischen den Zeiten To und Ti in der einen Halbwelle der Magnetfluß der sättigungsfähigen Drosselspule, zu der die Wicklungen 17 und 25 gehören, in der Einstellrichtung vollständig in die Sättigung gebracht wird, so daß der Strom durch den Verbraucher hindurchgehen kann, während die sättigungsfähige Drosselspule, zu der die Wicklungen 18 und 26 gehören, rückgestellt wird. Zwischen den Zeitpunkten T2 und Te während der nächsten Halbperiode wird der Fluß in der sättigungsfähigen Drosselspule, zu

der die Wicklungen 17 und 15 gehören, rückgestellt, während die sättigungsfähige Drosselspule, zu der die Wicklungen 18 und 26 gehören, vollständig in die Sättigung, übergeht, so daß ein Strom fließen kann. Während passender Halbperioden, in denen die Gleichrichterdiode 21 bzw. 22 nicht leitet, werden somit die Magnetflüsse in den betreffenden sättigungsfähigen Drosselspulen durch den Rückstellstrom in der Rückstellwicklung 25 bzw. 26 zurückgestellt. Das Einstellen der Sättigungsmagnetisierung während der entsprechenden Halbperiode erreicht man trotz des Stromes in den Rückstellwicklungen 25 und 26 dadurch, daß man den Widerstand der Einstellwicklung 17 bzw. 18 wesentlich niedriger als den Widerstand der Rückstellwicklung 25 bzw. 26 macht, wobei die Widerstände beider Wicklungen auf die gleiche Windungszahl bezogen sind. Der Betrag, um den der Magnetfluß in den sättigungsfähigen Drosselspulen rückgestellt wird, bestimmt nun, wann die sättigungsfähigen Drosselspulen anschließend wieder in die vollständige Sättigung in der Einstellrichtung übergehen, da der Verlauf für die Einstellwicklung 17 zwischen den Zeitpunkten To und Ti gleich der Voltsekundenfläche unter der Spannung an der Einstellwicklung 17 zwischen den Zeitpunkten Ti und Te (der vorhergehenden Halbperiode) sein muß. Das gleiche gilt für den Spannungsverlauf an der Einstellwicklung 18. Der Betrag, um den der Magnetfluß in den sättigungsfähigen Spulen zurückgestellt wird, bestimmt daher den Leistungsbetrag, der dem Verbraucher zugeführt wird. Der Betrag, um den der Magnetfluß zurückgestellt wird, kann zwischen zwei Grenzwerten geändert werden. Bei dem einen Grenzwert wird dem Verbraucher während einer Halbperiode überhaupt keine Leistung zugeführt, und bei dem anderen Grenzwert erhält der Verbraucher während einer Halbperiode die volle Leistung.

Nun sollte der gesamte Strom, der in einer Richtung durch den Verbraucher fließt, gleich demjenigen Strom sein, der durch den Verbraucher in der entgegengesetzten Richtung fließt, um zu vermeiden, daß der Verbraueher 10 einer resultierenden Gleichstromkomponente ausgesetzt ist. Für viele Wechselstrommaschinen, beispielsweise für Induktionsmotoren, ist eine solche Gleichstromkomponente ungünstig oder gar schädlich. Daher ist es zweckmäßig, wenn nicht sogar notwendig, daß die Magnetflüsse in den sättigungsfähigen Drosselspulen bei vollständiger Sättigung in der Einstellrichtung um gleiche Beträge oder Schritte zurückgestellt werden. Das ließe sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man den sättigungsfähigen Drosselspulen und ihren Wicklungen identische Eigenschaften gibt. Das kann aber sehr kostspielig sein, da in diesem Falle die Herstellungstoleranzen und sonstigen Grenzwerte sehr eng gehalten werden müssen. Der Rückstell-Schaltkreis, der in dem linken Teil der F i g. 1 gezeigt ist, erlaubt es nun, sättigungsfähige Drosselspulen um gleiche Beträge zurückzustellen, auch wenn die sättigungsfähigen Drosselspulen merklich unterschiedliche Eigenschaften haben. Das Problem läßt sich besser verstehen, wenn man die F i g. 3 betrachtet. Die F i g. 3 zeigt zwei Hystereseschleifen für zwei sättigungsfähige Drosselspulen, bei denen es sich beispielsweise um die beiden sättigungsfähigen Drosselspulen der F i g. 1 handeln kann. Die eine sättigungsfähige Drosselspule möge eine Hystereseschleife aufweisen, die in der ^6s F i g. 3 durch eine volle Linie dargestellt ist, während die gestrichelt gezeichnete Hystereseschleife zu der anderen sättigungsfähigen Drosselspule gehören soll.

Kurz vor dem Rückstellen des Magnetflusses seien die beiden sättigungsfähigen Drosselspulen so weit magnetisiert, wie es durch die Punkte 42 und 43 auf den beiden Hystereseschleifen angegeben ist. Die Magnetflüsse in den beiden sättigungsfähigen Drosselspulen sollen jetzt um gleiche Beträge ΔΦ zurückgestellt werden. Bei der vorgegebenen Ausgangslage soll also der Magnetfluß in der einen sättigungsfähigen Drosselspule auf den Punkt 45 auf der ausgezogenen Hystereseschleife und in der anderen sättigungsfähigen Drosselspule auf den Punkt 44 auf der gestrichelt gezeichneten Hystereseschleife gebracht werden, so daß die Flußänderung ΔΦ für beide Hystereseschleifen gleich ist. Das läßt sich mit dem linken Teil der Schaltung nach F i g. 1 erreichen.

Das Rückstellen der Magnetflüsse in den sättigungsfähigen Drosselspulen um gleiche Beträge läßt sich mit Hilfe eines Schaltkreises erreichen, der eine konstante Spannung abgibt. Die Größe der Widerstände 27 und 28 ist so gewählt, daß durch die diesen Widerständen zugeordneten Rückstellwicklungen ein Strom fließen kann, der größer als der maximale oder erforderliche Rückstellstrom ist. Der durch die Widerstände 27 und 28 fließende sowie für die Rückstellwicklungen 25, 26 verfügbare überschüssige Strom würde die sättigungsfähige Drosselspule maximal rückstellen.

Die unteren Enden der Widerstände 27 und 28 sind jedoch über Gleichrichterdioden 29 und 30 an den Emitter des Verstärkertransistors 33 in dem Konstantspannungsschaltkreis angeschlossen. Der Verstärkertransistor 33 dient als Spannungsquelle mit niedrigem Innenwiderstand. Das heißt, der Transistor 33 übernimmt den gesamten überschüssigen Strom, der von den Rückstellwicklungen 25, 26 nicht aufgenommen oder nicht benötigt wird, ohne daß sich die Emitterspannung des Transistors 33 merklich ändert. Wechselwirkungen zwischen diesen beiden überschüssigen Strömen werden von den Gleichrichterdioden 29 und 30 unterbunden, so daß der gesamte überschüssige Strom über die Emitter-Kollektor-Strecke des Verstärkertransistors 33 abfließt. Die Höhe der Spannung, bei der der überschüssige Strom durch den Transistor 33 abfließt, wird durch den Steuertransistor 35 bestimmt, also durch das Steuersignal C an der Basis des Transistors 35. Dieses Steuersignal bestimmt daher den Spannungspegel am Transistor 33. Der Rückstellteil des in F i g. 1 dargestellten Schaltkreises stellt daher sicher, daß der magnetische Fluß in jeder sättigungsfähigen Drosselspule um den gleichen Betrag zurückgestellt wird, und zwar unabhängig davon, ob die Eigenschaften der sättigungsfähigen Drosselspulen sowie die Größe der Widerstände 27 und 28 verschieden sind oder nicht. Später wird noch gezeigt, daß man diesen Rückstellschaltkreis mit einer beliebigen Anzahl von Rückstellwicklungen verwenden kann.

Das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 ist ähnlich aufgebaut wie dasjenige nach der F i g. 1. Einander entsprechende Bauelemente sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die Leistungsgleichrichter 13 und 14 werden nicht verwendet, und die steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 sind so geschaltet, daß sie nur in einem Stromzweig zwischen dem Wechselstromnetz und dem Verbraucher liegen und daß ihre Anoden-Kathoden-Strecken mit entgegengesetzter Polung einander parallel sind. Jeder der beiden steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 kann wieder mit Nebenschlußwiderständen 15 und 16 ausgerüstet sein. Ebenso sind wieder die beiden Serienstromzweige, die Einstell- und Rück-

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Stellschaltkreise sowie die Primärwicklung 23 vorhanden, die alle in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 arbeiten. Wenn die obere Wechselstromanschlußklemme positiv ist, leitet der steuerbare Gleichrichter 11 einen Strom durch den Verbraucher zur anderen Anschlußklemme. Wenn dagegen die untere Anschlußklemme positiv ist, fließt der Strom von der unteren Klemme durch den Verbraucher und den steuerbaren Gleichrichter 12 zur oberen Anschlußklemme.

Die Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für Anschluß an einen zweiphasigen Wechselstrom und für einen zweiphasigen Verbraucher. Die beiden Wechselstromphasen liegen an den Anschlüssen an, die mit IaI und Ia2 bezeichnet sind, sowie an dem mit \b bezeichneten Anschluß. Der Verbraucher 10 ist ein zweiphasiger Verbraucher. Das ist durch die beiden Rechteckblöcke angedeutet, die zwischen die beiden Phasen und den neutralen Leiter geschaltet sind. Der Verbraucherstrom der Phase 1 fließt durch den steuerbaren Gleichrichter 11 und den Leistungsgleichrichter 13, während der Verbraucherstrom der Phase 2 durch den steuerbaren Gleichrichter 12 und den Leistungsgleichrichter 14 fließt. Die Sekundärwicklung 19 ist an die Primärwicklung 23 angekoppelt, die zwischen Phase 1 und Null geschaltet ist, während die Sekundärwicklung 20 an die Primärwicklung 23' angekoppelt ist, die zwischen der Phase 2 und Null liegt. Der zusätzliche Transformator mit der Primärwicklung 23' ist notwendig, um eine Spannung zu erhalten, die mit der Phase 2 in der richtigen Phasenbeziehung steht. Der Rest der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie die Schaltungsanordnung nach der Fig. 1, wie es sich auch den übereinstimmenden Bezugsziffern entnehmen läßt. Auch die Arbeitsweise der zweiphasigen Schaltungsanordnung nach der F i g. 5 gleicht der Arbeitsweise der Anordnung nach der F i g. 1, nur daß die Anordnung nach der F i g. 5 zweiphasig ist. Der Rückstell-Schaltkreis stellt sicher, daß der magnetische Fluß in den sättigungsfähigen Drosselspulen um genau gleiche Beträge zurückgestellt wird, so daß die beiden steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 in ihren entsprechenden Phasen bei den gleichen Phasenwinkeln stromleitend sind. Jede einzelne Phase der Schaltung nach der F i g. 5 arbeitet wie die Einphasenschaltung nach der F i g. 1, bis auf die Tatsache, daß in der neutralen Phase kein Steuerelement nötig ist. In Anbetracht der neutralen Phase und der Leistungsgleichrichter 13 und 14 ist immer ein Mindeststrom durch den Verbraucher 10 vorhanden, und zwar selbst dann, wenn die sättigungsfähigen Drosselspulen vollständig rückgestellt sind, so daß sie in der Einstelleinrichtung nicht mehr in die Sättigung geschaltet werden können, und daher die steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 nicht gezündet werden.

Die Ausführungsbeispiele nach der F i g. 6 und der Fig.5 stehen zueinander im gleichen Zusammenhang wie die beiden Ausführungsbeispiele nach der F i g. 4 und der F i g. 1. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 6 werden also keine den steuerbaren Gleichrichtern zugeordnete Leistungsgleichrichter verwendet, sondern nur steuerbare Gleichrichter, die in den einzelnen Phasenleitungen zueinander antiparallel geschaltet sind. In der Anordnung nach der F i g. 6 werden auch noch zusätzliche Rückstellwicklungen verwendet, so daß jede sättigungsfähige Drosselspule mit einer eigenen Rückstellspännung versorgt wird. Alle diese Rückstellwicklungen werden jedoch wieder von einem einzigen Schaltkreis angesteuert, der eine konstante Spannung abgibt und den mit dem Steuertransistor 35 gekoppelten Verstärkertransistor 33 enthält. Die Bauelemente in den F i g. 6 und 5 tragen die gleichen Bezugsziffern. Zusätzliche ähnliche Bauelemente sind ebenfalls mit den gleichen, jedoch zusätzlich einen Strich enthaltenden Bezugsziffern versehen. Jede Phase der Anordnung nach der F i g. 6 arbeitet in ähnlicher Weise wie die Einphasenschaltungsanordnung nach der F i g. 4.

Die F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für Anschluß an ein Dreiphasenstromnetz und für einen als dreiphasigen Verbraucher ausgebildeten Motor. Die Schaltungsanordnung nach der F i g. 7 ist nur teilweise mit Bezugsziffern versehen, da die Bauelemente in den einzelnen Phasen einander entsprechen und zu entsprechenden Zeitpunkten in ihren Phasen gleiche Aufgaben erfüllen. Jede Phase der Schaltungsanordnung nach der F i g. 7 arbeitet wie die Einphasenschaltung nach der F i g. 1. In der Schaltungsanordnung nach der F i g. 7 ist als Verbraucher ein dreiphasiger Motor M gezeigt, dessen Welle mit einem Tachometer Γ verbunden ist. Diese Verbindung ist durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet. Der Tachometer gibt ein Signal ab, das eine Anzeige für die Drehzahl des Motors ist. Dieses Signal wird einer Vergleichsschaltung CC zugeführt, in der es mit einem Bezugssignal R verglichen wird. Die Vergleichsschaltung erzeugt ein Fehlersignal C Dieses Fehlersignal C entspricht dem Signal C aus den vorhergehenden Figuren. Die Polarität und die Größe des Signals C gibt die relativen Größenverhältnisse zwischen dem Bezugssignal und dem Tachometersignal wieder. Das Fehlersignal C wird dem Steuertransistor 35 als Steuersignal zugeführt und stellt daher ein Signal dar, das bestimmt, um welchen Betrag der Magnetfluß in den sättigungsfähigen Drosselspulen zurückgestellt wird. Die Drehzahl des Motors kann daher geregelt und auf jedem gewünschten Wert gehalten werden, der durch die Einstellung des Bezugssignals bestimmt wird. Wenn der Motor zu schnell läuft, wird ein entsprechend größeres Fehlersignal erzeugt, das bewirkt, daß der Magnetfluß in den sättigungsfähigen Drosselspulen um einen größeren Betrag zurückgestellt wird. Damit wird dem Motor weniger Leistung zugeführt. Wenn umgekehrt der Motor zu langsam läuft, wird das Fehlersignal entsprechend kleinen Dadurch wird der Magnetfluß in den sättigungsfähigen Drosselspulen um einen geringeren Betrag zurückgestellt, so daß sich die dem Motor zugeführte Leistung erhöht. Der Motor aus der F i g. 7 kann in Stern- oder in Dreieckschaltung angeschlossen sein. Die Anschlüsse der drei Phasen des Wechselstromnetzes sind mit IaI, Ia2, Ia3 bezeichnet. Die Schaltung nach der Fig.8 steht mit der Schaltung nach der F i g. 7 im gleichen Zusammenhang wie die Schaltung nach der F i g. 6 mit der Schaltung nach der Fig.5 und wie die Schaltung nach der Fig.4 mit der Schaltung nach der Fig. 1. Jede einzelne Phase der Schaltung nach der F i g. 8 arbeitet wie die Einphasenschaltung nach der F i g/4. Die Bauelemente aus der Schaltung nach der F i g. 8 sind nur zum Teil mit Bezugsziffern versehen und entsprechen einander in den einzelnen Phasen. Der Motor, der Tachometer, die Vergleichsschaltung und das Bezugssignal in der F ig.. 8 und in der Fig. 7 sind einander ähnlich.

Die F i g. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für Anschluß an ein einphasiges Wechselstromnetz und für einen einphasigen Verbraucher. Die Schaltungsanordnung nach der Fig.9 unterschei-

et sich von den bereits beschriebenen Ausführungsforien darin, daß die Primärwicklung 23 und die daran .ngekoppelten Sekundärwicklungen 19 und 20 nicht orhanden sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der ⁷ i g. 9 wird zum Zünden der steuerbaren Gleichrichter ielmehr ein Verfahren benutzt, das mit »Anodenzüniung« bezeichnet wird. Diese Anodenzündung kann ;ur in solchen Ausführungsbeispielen verwendet werlen, in denen die steuerbaren Gleichrichter 11 und 12 ■.ueinander parallel liegen. Die Schaltungsanordnung lach der Fig.9 ist daher ähnlich aufgebaut wie die Schaltungsanordnung nach der Fi g. 4 und kann auch 5ei den Ausführungsbeispielen der F i g. 6 und 8 verwendet werden. In dem Serienstromzweig zum Einstelen des magnetischen Flusses und zum Zünden der >teuerbaren Gleichrichter 11 und 12 sind die Wicklungen 19 und 20 nicht erforderlich. Diese Serienstromiweige enthalten vielmehr nur die Gleichrichterdioden 21 und 22 sowie die Einstellwicklungen 17 und 18 und iegen zwischen der Anode und der Steuerelektrode .nnes jeden der beiden steuerbaren Gleichrichter 11 ind 12. Der Erregerstrom wird daher direkt aus dem Wechselstromnetz abgenommen und fließt durch den Verbraucher 10. Wenn beispielsweise die obere Wechielstromanschlußklemme positiv ist, fließt der Erregeritrom durch die Gleichrichterdiode 21, die Einstellwickung 17 sowie den Widerstand 15 und den Verbraucher 10. Dieser Erregerstrom bringt die sättigungsfähige Drosselspule in der Einstellrichtung in die Sättigung, so iaß der steuerbare Gleichrichter 11 zündet. Während der gleichen Halbperiode wird die sättigungsfähige

Drosselspule, zu der die Einstellwicklung 18 gehört, rückgestellt. Während der darauffolgenden Halbperiode leitet der steuerbare Gleichrichter 12, während die sättigungsfähige Drosselspule, zu der die Einstellwicklung 17 gehört, rückgestellt wird. Die dabei auftretenden Ströme und Spannungen sind in der F i g. 10 über einer gemeinsamen Zeitachse aufgetragen. Der Verlauf der Ströme und Spannungen in der F i g. 10 entspricht dem Verlauf der Ströme und Spannungen aus F i g. 2, so daß eine nähere Erklärung nicht notwendig ist. Das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 9 kann in Schaltungen und Anordnungen, wie sie beispielsweise in den F i g. 6 und 8 gezeigt sind, für beliebig viele Phasen verwendet werden. Das Ausführungsbeispiel nach der Fig.9 kann jedoch nicht in Schaltungen verwendet werden, wie sie in den Fig. 1, 5 und 7 gezeigt sind, da in diesen Schaltungen parallel zu den steuerbaren Gleichrichtern Leistungsgleichrichter liegen, die das Rückstellen der Magnetflüsse in den sättigungsfähigen Drosselspulen verhindern wurden.

Vorstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden, die Schaltungen für eine, zwei und für drei Wechselstromphasen betreffen. Die Erfindung kann jedoch auch für Wechselstromnetze mit beliebig vielen Phasen angewendet werden, wenn man die Schaltkreise entsprechend ergänzt. Weiterhin soll bemerkt werden, daß derjenige Teil der Schaltung, der zum Rückstellen der Magnetflüsse in den sättigungsfähigen Drosselspulen dient, den Magnetfluß in einer beliebigen Anzahl von sättigungsfähigen Drosselspulen um gleiche Beträge rückstellen kann.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der einem Verbraucher von einer Wechselstromquelle über in Phasenanschnittsteuerung betriebene steuerbare Gleichrichter zugeführten Wechselspannung, mit sättigungsfähigen Drosselspulen mit je einer die Sättigungsmagnetisierung einstellenden und je einer die Sättigungsmagnetisierung rückstellenden Wicklung und mit ersten Gleichrichterdioden, von denen jeweils eine mit einer der Einstellwicklungen eine Reihenschaltung bildet, die über die Steuerstrecke von jeweils einem der steuerbaren Gleichrichter an eine mit der Spannung der Wechselstromquelle phasengleiche Spannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Gleichspannungsquelle angeschlossene Serienschaltungen aus jeweils einem Widerstand (27, 28) und einer der Rückstellwicklungen (25, 26) vorgesehen sind, daß eine eine steuerbare Gleichspannung liefernde Anordnung (32 bis 36) eingangsseitig zu der Gleichspannungsquelle und den Serienschaltungen parallel geschaltet ist und daß über je eine zweite Gleichrichterdiode (29, 30) jeweils eine der Serienschaltungen an ihrem Verbindungspunkt zwischen Widerstand (27, 28) und Rückstellwicklung (25, 26) mit dem Ausgang der die steuerbare Gleichspannung liefernden Anordnung derart gekoppelt ist, daß während des Rückstellvorganges die an der jeweiligen Rückstell wicklung (25, 26) auftretende Spannung auf den Wert der steuerbaren Gleichspannung begrenzt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die steuerbare Gleichspannung liefernde Anordnung eine an die Gleichspannungsquelle angeschlossene Serienschaltung aus einem Widerstand (32) und einem Transistor (33) aufweist, an dessen Verbindungspunkt mit dem Widerstand (32) die zweiten Gleichrichterdioden (29,30) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanondnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (33) ein Transistorverstärker (34,35,36) vorgeschaltet ist.