DE1763492A1 - Statisches Regelgeraet zur Durchfuehrung sich wiederholender Ein- und Ausschaltungen einer Last an einer Gleichstromquelle,wobei Lastkreis und Quelle induktiv belastet sind - Google Patents

Statisches Regelgeraet zur Durchfuehrung sich wiederholender Ein- und Ausschaltungen einer Last an einer Gleichstromquelle,wobei Lastkreis und Quelle induktiv belastet sind

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Description

Statisches Regelgerät zur Durchführung sich wiederholender Bin- und Ausschaltungen einer Last an einer Gleichstromquelle, wobei Lastkreis und Quelle induktiv belastet sind
Die Erfindung bezieht sich auf statische Regelgeräte zur Erzielung sich wiederholender Ein- und Ausschaltungen einer Last an einer Gleichstromquelle, wobei der Lastkreis und die Quelle induktiv belastet sind. Die Induktanz des Lastkreises und der Quelle können innerlich oder außen angelegt
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sein. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit solchen Regelgeräten, die Thyristoreinrichtungen zur Zusammenschaltung von Quelle und Last besitzen, wobei, wenn die Thyristoreinrichtung leitend ist, der Strom von der Quelle zur Last fließt und die leitenden Zeiten der Thyristoreinrichtung den mittleren Strom durch die Last bestimmen, wobei ferner ein Kippkondensator zur Abschaltung der Thyristoreinrichtung vorgesehen ist, welcher von der Stromquelle vorwärts
die
geladen werden kann und/Vorspannung der Thyristoreinrichtung
umkehren kann, um deren leitenden Zustand zu beenden.
Statische Regelgeräte der beschriebenen Art werden in weitem Umfang als Schaltgerät zwischen Batterie und Zugmotor von elektrischen Batteriefahrzeugen benutzt. Hierbei ist es sehr erwünscht, daß eine Überlastung der Anlage bei allen Betriebszuständen ausgeschlossen wird.
Es ist bekannt, daß die Streu-Induktivitäten der Batterie und ihrer Zuleitungen bei der Beendigung des leitenden Zustandes der Thyristoreinrichtung den Kippkondensator auf eine Spannung aufladen, die höher ist als die Batteriespannung. Dieses Phänomen ist in der britischen Patentschrift Nr. 950 734 erläutert. Die Beziehungen, die bestehen, wenn ein durch die Thyristoreinrichtung fließender Strom abgeschaltet wird, sind gegeben durch
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1 212 1 Γ2
daher: -
Xi P B
In letzterer G-Ieichung ist C die Kapazität in Mikrofarad des Kippkondensators, L der Wert in Mikrohenry der StreÄ-induktanz, I der Strom in Amp., der durch die Thyristoreinrichtung beim Kippvorgang fließt, V-g die Batteriespannung und Vp die Spannung, bis zu der der Kippkondensator aufgeladen wird und daher die Spannung an der Anode der Thyristoreinrichtung im Augenblick des Kippens.
Es ist daher klar, daß bei konstant angenommener Batteriespannung jedem Wert von Vp, der erreicht wird, ein entsprechender Wert von I zugeordnet ist. Ein Ziel dieser Erfindung ist es, statische Regelgeräte der oben beschriebenen Ausführung so auszubilden, daß die Abhängigkeit des Arbeitsstromes von der auftretenden Spannung beim Kippvorgang der Thyristoreinrichtung dazu benutzt wird, den mittleren Strom zu begrenzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden bei einem statischen Regelgerät der beschriebenen Ausführung Meßeinrichtungen angewandt, die eine vom durch die Thyristoreinrichtung beim
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Kippvorgang fließenden Strom abhängige Spannung messen, sowie Schaltelemente, welche, wenn-besagte, durch die Meßeinrichtungen gemessene Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, den Strom, der durch die Last fließt, dadurch begrenzen, daß das Verhältnis von Leitzeit zu Sperrzeit der Thyristoreinrichtung verkleinert wird.
Vorteilhaft sind die Meßeinrichtungen so ausgeführt, daß eine Spannung im Lastkreis, an der Gleichstromquelle und im ThyristorkdBis beim Kippvorgang gemessen werden kann.
Vorteilhaft beinhalten die Meßeinrichtungen eine mehrfach umstellbare Aufnähmespule, die in unmittelbarer Nähe der Zuleitungen zur Stromquelle angeordnet ist, so daß die in der Spule durch den Kippvorgang induzierte Spannung dazu benutzt werden kann, bei Überschreitung eines vorbestimmten Wertes die Steuerkreiselemente so zu beeinflussen, daß die Impulsfrequenz eines Oszillators das Verhältnis von Leitzeit zu Sperrzeit der Thyristoreinrichtung verringert.
Wahlweise können die Meßeinrichtungen auch eine mehrfaoh umstelibare Aufnahmespule aufweisen, die in unmittelbarer Nähe der Zuleitungen zur Stromquelle angeordnet ist, so daß die in der Spule durch den Kippvorgang der Thyristoreinrichtung induzierte Spannung dazu benutzt werden kann, bei Überschrei-
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tung eines vorbestimmten Wertes die Steuerkreiselemente so zu beeinflussen, daß die Impulsfrequenz eines Oszillators das Verhältnis von Leitzeit zu Sperrzeit der Thyristoreinrichtung verringert.
In einer Form der Erfindung werden die Meßeinrichtungen so ausgebildet, daß sie die Spannung an der Anode der Thyristoreinrichtung beim Kippen der Thyristoreinrichtung messen.
In einer anderen Form der Erfindung werden die Meßeinrichtungen so ausgebildet, daß sie die Differenz zwischen der Spannung an der Anode beim Kippvorgang der Thyristoreinrichtung und der Spannung der Gleichstromquelle messen.
In einer weiteren Form der Erfindung hat das Regelgerät eine Einrichtung, um die Vorwärtsladung des Kippkondensators umzupolen, eine weitere Einrichtung, um das Abfallen des Kippkondensators zu verhindern und noch weitere Thyristoreinrichtungen, die leitend gemacht werden können, um die entgegengesetzte Ladung des Kippkondensator8 zu entladen und dadurch die Thyristoreinrichtung zu kippen, welche die Last mit der Gleichstromquelle verbindet. Dabei sind die Meßeinrichtungen so ausgerüstet, daß sie die Spannung der Gegenladung auf dem Kippkondensator messen können.
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Die Erfindung soll nun in Form von Beispielen anhand der Zeichnungen erläutert werden.
Fig. 1 ist das Schaltbild eines statischen Regelgerätes
gemäß Erfindung.
Fig. 2 ist das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
Fig. 3 ist das Schaltbild einer anderen Ausführungsform der
Erfindung·
Fig. 4 ist das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Zeichnungen haben gleiche Teile die gleichen Bezugsnummern.
In Fig. 1 liegt ein Haupt-Schalt-Thyrisxor 1 in Serie mit der Last 2, einem Grleichstrom-Reihen-Antriebsmotor eines batteriebetriebenen Fahrzeugs und einer Batterie 3. Die Last 2 ist eine induktive Last, die durch die übliche Schwungraddiode geshuntet ist. Parallel zu dem Haupt-Schalt-Thyristor 1 liegt ein Kippkondensator 5 und einizweiter oder Abschalt-Thyristor 6. Parallel dazu liegt ein dritter oder Umkehr-Thyristor 7 in Serie mit einer Induktivität 8. Der Haupt-Thyristor 1 hat eine Tor-Elektrode, an die die Impulse eines Oszillators 9 gelegt werden, um den Haupt-Thyristor leitend
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zu machen. Ein Oszillator 10 einer bekannten Form versorgt das Tor des Absehalt-Thyristors 6 mit Impulsen, um diesen Thyristor zu bestimmten festen Zeiten leitend zu machen, nachdem der Haupt-Thyristor 1 durch Impulse an seinem Tor leitend gemacht wurde.
Die bisher beschriebenen Schaltteile ergeben den Kraft-Schaltkreis der Anlage, der wie folgt arbeitet: Wenn Thyristör 1 im gesperrten Zustand ist, geht keine Leistung von der Batterie 3 zur last 2: Wenn ein erster Impuls vom Oszillator 10 an das Tor von Thyristor 6 gegeben wird, wird der Kippkondensator 5 über die Batterie und die Last 2 vorwärts geladen. Der Strom am Kippkondensator, der bei zunehmender Ladung abfällt, bewirkt, daß der durch den Thyristor 6 fließende Strom unter einen Wert absinkt, daß dieser leitend bleiben könnte, so daß dieser gesperrt wird. Wenn der Strom nicht unter den Wert absinkt, der den Thyristor 6 leitend erhält, wird die nächste Zündung von Thyristor 1 den Thyristor 6 sperren. Nun wird ein Impuls an das Tor von Thyristor 1 gelegt, der dadurch leitend wird und so Batterie 3 mit Last 2 verbindet, so daß Strom von der Batterie in die Last fließt.
Der Thyristor 7 wird durch Thyristor 1 mit dem Ergebnis gezündet, daß die Thyristoren 1 und 7 und die Induktivität 8
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einen umgekehrten Weg für den Kippkondensator 5 bilden, so daß die Ladung umgekehrt wird. Die Tatsache, daß die umgekehrte Ladung auf dem Kippkondensator 5 in umgekehrter Richtung fließt, verursacht die Sperrung von Thyristor 7. Der Sperr-Thyristor 6 wird nun durch einen Impuls des Oszillators 10 an sein Tor gezündet. Die Ladung am Kippkondensator ent-s lädt sich so über Thyristor 6 und erzielt dadurch die Sperrung des Haupt-Thyristors 1, wobei der Kippkondensator 5 sich wieder induktiv durch die Batterie 3 auflädt. Hierbei wird die Entladung des Kippkohdensators 5 in diesem Augenblick verhindert, weil Thyristor 7 im gesperrten Zustand ist. Bs mag unter gewissen Umständen wünschenswert sein, dem Kippkondensator eine zusätzliche Vorwärtsladung zu geben, um zusätzliche Induktivität in Serie mit der Stromquelle zu geben. Im allgemeinen jedoch haben der Lastkreis und die Stromquelle (Batterie oder andere Gleichstromquelle) genügend innere oder innere plus zusätzliche Induktivität. Der Oszillator 9 enthält einen Flächentransistor 11, dessen eine Basis-Elektrode über einen Widerstand 12 zur negativen Seite der Batterie geführt ist, während die andere Basis-Elektrode mit einer Sammelschiene 15 verbunden ist. Diese liegt mit einem Fixwert unter der Batteriespannung, wobei die Spannung der Sammelschiene 13 bestimmt wird durch das Hetzwerk von Widerstand 70 und Zener-Diode 71· Der Emitter des Flächen-Transistors 11 ist über einen Regelwiderstand 15 und einen sehr
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viel kleineren Festwiderstand 16 mit der Anode des Haupt-Schalt-Thyristors 1 verbunden. Der bewegliche Arm des Regelwiderstandes 15 ist mechanisch verbunden mit einem 'beweglichen Hebel, der das FuSpedal eines batteriebetriebenen fahrzeuge darstellt. Eine Diode 17 liegt zwischen einem Anschluß des Regelwiderstandes 15 und des Festwiderstandes 16 und der Sammelschiene 13. Im Zuge der Verbindung zwischen dem Regelwiderstand 15 und dem Festwiderstand 16, die dazu tendiert, über dem Potential von Sammelschiene 13 zu liegen, wird die Diode soweit leitend gemacht, daß sie die !Punktion durchführt, den Yerbindungspunkt der Widerstände 15 und 16 auf dem Potential der Sammelschiene 13 zu halten« Der gemeinsame Punkt von Widerstand 12 und der Tor-Elektrod® des Haupt-Schal t-Thyristors 1 ist verbunden mit einem Ende der Primärwicklung 18 eines Impulstransformators 19, während das andere Ende der Wicklung 18 am negativen Batteriepol liegt. Bine Sekundärwicklung 20 des Impuls-Transformators 19 liegt zwischen dem Tor und der Kathode des Umkehr-Thyristors 7.· Dementsprechend wird, wenn ein Impuls von Oszillator 9 ssu dem Tor des Haupt-Schalt-Thyristors 1 gelangt, gleichzeitig ein Impuls .vom Impuls-Transformator 19 auf das Tor von Thyristor 7 gegeben.
Der Oszillator 9 arbeitet wie folgtι Der Kondensator.14 wird über Pestwiderstand 16 und Regelwiderstand 15 auf ein Poten-
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tlal aufgeladen, das ermöglicht, den Flächen-Transistor 11 leitend zu machen, worauf der Kondensator sich über Flächen-Transistor 11 und Widerstand 12 entlädt. Kondensator 14 lädt' sich dann wieder auf über die Widerstände 15 und 16, so daß sich der Vorgang wiederholt und Strom-Impulse über Widerstand 12 mit einer von der Zeitkonstanz abhängigen Folgefrequenz gehen, der, da Widerstand 16 viel kleiner als Widerstand 15 ist, im wesentlichen von Kondensator 14 und Widerstand 15 abhängt.
Eingeschlossen in den Kreis sind Meßmittel, die die Spannung über den Haupt-Schalt-Thyristor messen, wenn dieser kippt. Zu diesem Zweck liegt parallel zu Anode und Kathode des Haupt-Sehalt-Thyristors 1 eine Serienschaltung einer Diode 2o mit einem Kondensator 21, der mit einem Widerstand 22 geshuntet ist. Ein Teil der Spannung, die an Widerstand 22 liegt, ist bestimmt duroh die Stellung des Regelarmes 23, der über eine Zener-Diode 24 mit der Basis des n-p-n-Transistors 25 verbunden ist. Der Emitter des Tranaistors 25 ist verbunden mit der negativen Seite der Batterie, während sein Kollektor am Verbindungspunkt von Kondensator 14 und Widerstand 15 liegt.
Die Arbeitsweise der Spannungs-Meßmittel kann nun dargestellt werden. Wenn der Haupt-Schalt-Thyristor 1 durch
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Thyristor 6 kippt, entsteht ein Einschaltstoß über den Haupt-Schalt-Thyristor 1, der die Anodenspannung um den Betrag des Einschaltstoßeβ vergrößert. Der Kondensator 21 wird über die Diode 20 aufgeladen bis zu der vergrößerten Anodenspannung des Haupt-Schalt-Thyristors 1. Der Spannungsabfall an Widerstand 22 steigt also um den gleichen Betrag. Die zu dieser Zeit am voreingestellten Reglerarm von Widerstand 22 vorhandene Spannung kann größer oder kleiner sein als die Durchbruchspannung der Zener-Diode 24. Wenn sie größer ist als die Durchbruehspannung der Zener-Diode 24, wird die Bak'i', 1-^s Transistors 25 positiv im Verhältnis zum Emitter und 'lex- Transistor wird leitend und schließt den Kondensator "U fcarz. Im leitenden Zustand von Transistor 25 verursacht aei· Kurzschluß des Kondensators 14».daß der Kipp-* generator 9 in Ruhelage bleibt mit dem Erfolg, daS der nächste Impul3, der auf das Tor von Thyristor 1 und damit auf da* Tor von Thyristor 7 kommt, verzögert wird. So liefert Transistor 25 einen Steuerkreis für Oszillator 9 und damit für den Hauptlastkreis.
Nach dem Einschaltstoß an der Anode von Thyristor 1 fällt die Spannung an dieser Anode auf die Spannung der' positiven Seite der Batterie 3 zurück, und der Kondensator 21 entlädt sich über Widerstand 22, bis die Spannung am Regelarm 23 unter den Wert der Durchbruchspannung der Zener-Diode 24
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fällt mit dem Ergebnis, daß Transistor 25 dann aufhört, leitend zu sein. Oszillator 9 beginnt damit erneut, Impulse an die Tor-Elektroden der Thyristoren 1 und 7 zu liefern. Es ist klar, daß der Einschaltstoß an der Anode des Hauptschalt-Thyristors 1 beim Kippen dieses Thyristors von dem Laststrom abhängt, der beim Kippen von Thyristor 1 fließt. Daher, je größer der Arbeitsstrom beim Kippen ist, umso größer ist die Spannung, zu der Kondensator 21 beim Kippen von Thyristor 1 aufgeladen wird und umso länger dauert es, bis die Spannung am Regelarm 23 auf einen Wert unter der Durchbruchspannung der Zener-Diode fällt, bei der der Transistor 25 abgeschaltet wird. Daher, je höher der Arbeitsstrom beim Kippen ist, umso länger wird der Kippgenerator 9 in Ruhelage bleiben. Es muß dabei verstanden werden, daß es eine Größe des Arbeitsstromes gibt, die beim Kippen des Thyristors 1 fli.eßt, unter der die Aufladung des Kondensators 21 durch den Einschaltstoß nicht ausreicht, um die Spannung am Regelarm 23 des Widerstandes 22 zu erzeugen, die genügt, um den Transistor 25 leitend zu machen und damit den Oszillator 9 in Ruhelage zu bringen. Diese Größe des Arbeitsstromes ist ein Grenzwert. Jede Tendenz, den Arbeitsstrom über den Grenzwert zu steigen, bringt eine Verzögerung in der Versorgung des nächsten Impulses für die Tor-Elektroden der Thyristoren 1 und 7» so daß der mittlere Strom angemessen verkleinert wird.
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Der Stromlauf7von- Fig. 1 zeigt so, wie die Impulsfrequenz an der Tor-Elektrode des Haupt-Schalt-Thyristors 1 verkleinert wird, um den mittleren Strom über die Last zu verkleinern.
Der in Pig. 2 dargestellte Schaltplan untersetieidet sich von Pig. 1 dadurch, daß die eine Seite des Kondensators 21 direict mit der Anode von Thyristor 1 verbunden ist, während die andere Seite des Kondensators über die Diode 30 an der Kathode von Thyristor 1 liegt. Kondensator 21 ist durch einen Widerstand 51 und Diode 30 durch einen Widerstand 32 geshuntet, dessen voreingestellter Reglerarm über die Zener-Diode 24 mit dem Emitter des n-p-n-Transistors 25 verbunden ist, dessen Basis mit der negativen Seite der Batterie verbunden ist.
Die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 2 ist wie folgt: Beim Kippen von Thyristor 1 lädt sieh der Kondensator 21 höher als die positive Batteriespannung zu einem Wert auf, der der Amplitude des induktiven Spannungsstoßes entspricht, der beim Kippen an der Thyristor-Anode entsteht. Am Ende des induktiven Spannungsstoßes erhält die Seite des Kondensators, die mit der Anode verbunden ist, sofort wieder positive Batteriespannung, wobei die andere Seite des Kondensators unter einen Wert der negativen Batteriespannung getrie-
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ben wird, der der Amplitude des induktiven Spannungsstoßes entspricht, der beim Kippen an der Anode von Thyristor 1 entsteht. Die Spannung am Reglerarm 33 geht ebenfalls unter die negative Batteriespannung, so daß die Differenzspannung zwischen Reglerarm 33 und dem Emitter des Transistors 25 sich vergrößert. Wenn dieser Spannungsunterschied zu einem Wert ansteigt, der wesentlich größer ist als die Durchbruchspannung der Zener-Diode 24» sinkt die Spannung am Emitter des n-p-n-Transistors 25 relativ zu dessen Basis-Spannung, so daß Transistor 25 leitend wird und praktisch den Kondensator 24 kurzschließt und den Oszillator 9 in Ruhe hält. Kondensator 21 entlädt sich nun über Widerstand 31 f so daß die Spannung am Reglerarm 33 ansteigt und die Differenzspannung zwischen Reglerarm 33 und dem Emitter vom Transistor 25 fällt, bis Transistor 25 abschaltet und das Schwingen des Kippgenerators erneut beginnt. Die Geschwindigkeit,mit der das Potential der mit der Diode 30 verbundenen Seite des Kondensators ansteigt bis zu dem des negativen Pols der Batterie, hängt von der Zeitkonstante von Kondensator 21 und Widerstand 31 ab, außerdem von der Größe der an Kondensator 21 aufgedrückten Spannung, die durch den induktiven Impuls an Thyristor 1 und dessen Kippen entsteht. Es ist klar, daß die Diode 30 die damit verbundene Seite des Kondensators in die Lage bringt, auf ein Potential zu fallen, das niedriger ist als der negative Batteriepol.
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Der Torteil des Schaltbildes in Pig. 2 gegenüber dem von Mg. 1 ist, daß die Leitfähigkeit von Transistor 25 in Fig. 2 und damit der Zeitabschnitt, durch den der nächste Zündimpuls von Oszillator 9 zn den Thyristoren 1 und 7 verzögert wird, durch die Spannungsamplitude an der mit Diode 30 verbundenen Seite des Kondensators 21 bestimmt wird· Diese Spannungsamplitude ist gleich der Amplitude des induktiven Einschaltstoßes, die an der Anode von Thyristor 1 beim Kippvorgang entsteht. Diese Stoßamplitude hängt direkt vom Arbeitsstrom ab, der unmittelbar vor dem Kippen von Thyristor 1 fließt. In Fig. 1 ist es die Spannung, zu der die mit Diode 20 verbundenen Seite von Kondensator 21 beim Kippen des Haupt-Schalt-Thyristors 1 aufgeladen wird, die bestimmt, ob und wie lange der nächste Impuls vom Kippgenerator 9 am Tor von Thyristor 1 verzögert wird. Die Spannung an der mit Diode 20 verbundenen Seite des Kondensators 21, die beim Kippen von Thyristor 1 entsteht, ist gleich der positiven Batteriespannung plus der Binschaltstoßspannung an der Anode von Thyristor 1. Die Verzögerung der Zündung des nächsten Impulses am Tor von Thyristor 1 ist damit abhängig von der Summe der Batteriespannung und der Amplitude des Einschaltstoßes an der Anode von Thyristor 1 beim Kippvorgang. Da die Spannung des Einschaltstoßes durch den Arbeitsstrom, der beim Kippen fließt, bestimmt ist, ist es klar, daß das Schaltbild in lig. 1 eine Verzögerung des
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nächsten Impulses bringt, der auf das Tor von Thyristor 1 gegeben wird. Dieser ist weniger direkt abhängig von dem Arbeitsstrom, der beim Kippen von Thyristor 1 fließt, als dies im Schaltbild Fig. 2 der Fall ist.
Im Schaltbild Fig. 3 befindet sich ein Widerstand 40 in Serie mit den Zener-Dioden 41 und 42, die gleiche Durchbruchspannung haben, parallel zur batterie, um die Sammelschienen 43 und 44 mit stabilisierten Spannungen unterhalb der Batteriespannung zu versorgen. Hierbei hat Schiene 43 die doppelte Spannung von Schiene 44. Eine mehrfach schaltbare Aufnahmespule 45 ist in unmittelbarer Nähe eines stromführenden Schaltgliedes 46 im negativen Zweig der Batterieleitung, der vollen Batteriestrom führt, angebracht. Die induktive Spannung, die in dem Arbeitsstrom führenden Kreis beim Kippen des Haupt-Schalt-Thyristors 1 entsteht, wird durch die Selbstinduktion der Batterie und auch durch die verteilte Kreisinduktivität einschließlich der Batteriezuleitungen erzeugt. Jedes Stück der Batteriezuleitung trägt zur induktiven Spannung bei, die beim Kippen von Thyristor 1 entsteht. Kurzzeitig.entsteht also eine, wenn auch kleine Spannung entlang den Batteriezuleitungen, also auch entlang dem Glied 46. Durch Transformation wird die am Glied 46 entstehende Spannung an der Spule 45 vergrößert. In Serie mit Spule 45 liegen ein Festwiderstand 47 und ein voreinge-
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ateilter Widerstand 48. Diese dämpfen die in Spule 45 induzierten Spannungen und die Spannungen, die an dem Teil des voreingestellten Widerstandes 48 entstehen, der in Serie mit Kondensator 49» Widerstand 48 und Diode 50 ist.
Die Spule 45 ist so geschaltet, daß, wenn ein Einschaltstoß in dem Schaltglied oder Shunt 46 eine Spannung in der Spule 45 induziert, das mit Widerstand 47 verbundene Ende negativ wird im Verhältnis zum anderen Spulenende. Die Diode ist damit vorwärts vorgespannt, so daß der Kondensator 49 auf der mit der Diode 50 verbundenen Seite negativ wird im Verhältnis zu der Seite, die mit Schiene 44 verbunden ist. Der gemeinsame Punkt von Diode 50 und Kondensator 49 ist über einen Widerstand 51 mit der Basis des p-n-p-Transistors 52 verbunden. Dessen Emitter ist mit der Schiene 44» und dessen Kollektor über Widerstand 53 mit der Basis des n-p-n-Transistors 52 verbunden. Die Basis von Transistor 52 ist auch über eine Diode 55 und einen Widerstand 155 mit der Spannungsschiene 43 verbunden. So, wie der Kondensator 49 aufgeladen wird durch den Spannungsimpuls an Spule 45» wird die Basis von Transistor 52 zunehmend negativ und der Transistor 52 leitend gemacht. Damit überschreitet natürlich die Amplitude des induktiven Spannungsstoßes an Spule 45» damit auch die Spannung, bis zu der Kondensator 49 aufgeladen wird, einen vorbestimmten Wert. Die Dauer der leitfähigkeit
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von Transistor 52 hängt also von der Spannung ab, auf die Kondensator 49 durch den ^inachaltstoß in Spule 45 aufgeladen wird.
Der Emitter von Transistor 54 ist mit der negativen Batterieseite verbunden und über Emitter und Kollektor von Transistor 54 liegt ein Kondensator 58, der von Schiene 43 über die Widerstände 56 und 57 aufgeladen wird, wobei Widerstand 57 veränderbar ist und im Falle eines batteriebetriebenen Fahrzeuges von einem Regelpedal des Fahrzeugs verändert wird. Die Änderung von Widerstand 57 ändert, wie gezeigt wird, die Impulsfrequenz an der Tor-Elektrode von Thyristor 1. Es ist klar, daß die leitfähigkeit von Transistor 52 die Basis von Transistor 54 positiv macht, ihn also leitend macht und damit einen Kurzschluß von Kondensator 58 erzeugt. Dieser liegt zwischen Kollektor und Emitter von Transistor 54 und wird aufgeladen über die Widerstände 56 und 57·
Die Verbindung des Kollektors von Transistor 54 mit Kondensator 58 ist über Widerstand 59 mit dem Emitter des p-n-p-Transistors 60 verbunden, dessen Basis und Kollektor entsprechend eines n-p-n-Transistors 61 verbunden sind. Dessen Emitter liegt an der negativen Batterie-Sammelschiene. Die Basis von Transistor 60 ist über die Primärspule 62 eines Impuls-Transformators 63 und einen Widerstand 64 mit der Spannung
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von Schiene 44 verbunden. Der Impuls-Transformator 63 hat zwei Sekundärwicklungen 65 und 66, die jeweils über Tor und Kathode der Thyristoren 1 und 7 geschaltet sind.
Es ist klar, daß die Kreisglieder 56 - 66 einen Kipp-Generator bilden, der,wenn er nicht durch die leitfähigkeit von Transistor 54 in Ruhe bleibt, Impulse in die Primärwicklung von Transformator 62 und damit an die Tor-Elektroden von den Thyristoren 1 und 7 schickt. Jedesmal, wenn die Ladung von Kondensator 58 ainen vorbestimmten Wert überschreitet, entsteht in der Primärwicklung von Transformator 62 ein Impuls, der den Emitter von Transistor 60 ausreichend positiv gegenüber der Basis macht, um Transistor bO leitend zu machen. Damit wird die Basis von Transistor 61 zunehmend positiv gegenüber seinem Emitter und macht den Transistor 61 leitend. Der Kondensator 58 entlädt sich nun schnell über die Transistoren 60 und 61, wobei der Kollektorstrom von Transistor 61 einen Impuls in der Primärwicklung und zugehörige Impulse in der Sekundärwicklung von Transformator 62 erzeugt. Die ■Frequenz dieser Impulse hängt von der Frequenz der Leitfähigkeit der Transistoren 60 und 61 ab. Dies hängt, wenn Transistor 54 nicht leitend ist, von der Zeit ab, die benötigt wird, um Kondensator 58 soweit aufzuladen, daß die Transistoren 60 und 61 leitend werden. Die Ladezeit von Kondensator 58 hängt von der Stellung des Regelwiderstandes
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57 ab. So, wie der Widerstand des Reglers 57» der mit Kondensator 58 in Reihe ist, verkleinert wird, steigt die Ladegeschwindigkeit von Kondensator 58 und die Impulsfrequenz an den Tor-Elektroden der Thyristoren 1 und 7.
Im Schaltbild Pig. 3 wird bei jedem Kippen des Thyristors 1 eine induktive Spannung im Schaltglied oder Shunt 46 auftreten, deren Größe abhängig ist von dem Strom, der unmittelbar vor dem Kippvorgang fließt. Dieser Wert bestimmt daher die Größe des Einschaltstoßes, der über einen Transformator an der Aufnahmespule 45 erscheint. Die Höhe der Spannung, bis zu der der Kondensator 49 durch den Einschaltstoß aufgeladen wird, hängt von der Amplitude der Stoßspannung ab. Wenn die Spannung, mit der Kondensator 49 so aufgeladen wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird Transistor 52 leitend für einen. Zeitabschnitt, der abhängt von der Größe der Spannung über dem vorbestimmten Wert, der bei der Ladung von Kondensator 49 erreicht wird. Je höher die Spannung ist, bis zu der Kondensator 49 sich auflädt, umso langer ist die Zeit, um die Ladung auf einen Wert unterhalb der bestimmten Größe abzuschwächen. Wenn Transistor 52 leitend ist, macht er den Transistor 54 ebenfalls leitend. Damit entsteht über Kondensator 58 ein kurzer Stromweg, der die Aufladung dieses Kondensators über die Widerstände 56 und 57 verhindert. Solange die Aufladung von Kondensator 58 auf diese Weise ver-
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hindert wird, bleibt der Kipp-G-enerator, der aus den Teilen 56-66 besteht, in Ruhe. Die nächsten Impulse an die Tor-Elektroden der Thyristoren T und 7 werden verzögert., so daß der mittlere Strom über die Last verkleinert wird» Die Impulsverzögerung zu den Thyristoren 1 und 7 wird beendet $ 'wenn Transistor 54 nichtleitend wird. Das hängt wieder davon ab, daß Transistor 52 nichtleitend wird/Letzterer erhält keinen Durchgang, wenn die Ladung an Kondensator 49 auf einen vor~ bestimmten Wert abgefallen ist. Das Wiederzünden der Kiyri™ storen 1 und 7» dem das Kippen von Thyristor 1 folgt,- erzeugt einen weiteren Impuls an der Aufnahmespule 45 9- welcher, wenn dessen Größe unter einem bestimmten Wert bleibt? d@n Kondensator 49 nicht genügend auflädt? um das Leitendwerden der Transistoren 52 und 54 und damit die Energieuntardrüekung des Kipp-Generators zu erzeugen. Wenn die Größe des der Aufnahmespule aufgedrückten Impulses jedoch ausreichend ist, den Kondensator über den vorbestimmten Wert aufauladen, werden die Transistoren 52 und 54 erneut leitend mit dem Ergebnis, daß die nächsten Impulse zu den Tor-Elektroden der Thyristoren 1 und 7 wieder verzögert werden. Es ist daher klar, daß Impulsverzögerungeh an den Thyristoren 1 und 7 nur eintreten, wenn der Strom, der kurz vor dessen Kippen durch Thyristor 1 fließt, viel größer ist als der Strom-Grenzwert. Ee ist einleuchtend, daß die Aufnahmespule 45» die Widerstände 47 und 48, der Kondensator 49 und die Spule
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50 einen Spannungs-Meßkreis versorgen, der eine induktive Spannung mißt, die beim Kippen von Thyristor 1 entsteht, während die Transistoren 52 und 54 und ihre Kreiselemente als Regelorgan zur Begrenzung des Arbeitstromes wirken, wenn die induktive Spannung, die durch die Spule 45 gemessen wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Der Stromlauf in Fig. 3 ist weniger anfällig auf Batterie-Spannungsschwalikungen, die von anderen Belastungen als Last 2 herrühren, als die Stromläufe in Fig. 1 und 2. Anstelle der mehrfach umstellbaren Aufnahmespule kann ein Wechselstromverstärker an Shunt 46 angeschlossen werden, dessen Ausgang an einer Impedanz liegt, die in Fig. 3 anstelle der Spule 4£ eingesetzt wird.
Die Schaltbilder der Fig. 1, 2 und 3 haben die Tatsache gemeinsam, daß die Begrenzung des Stromes im Batteriekreis durch Änderung der Impulsfrequenz, die an Thyristor 1 liegt, erreicht wird.
Im Schaltbild von Fig. 4» das jetzt beschrieben wird, wird die Strombegrenzung durch.die Regelung der Zeiten des Stromdurchgangs in Thyristor 1 erreicht, d.h. es wird die Breite der Stromimpulse durch Thyristor 1 gesteuert.
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Es sei vermerkt, daß das Schaltbild Fig. 1 dazu benutzt werden kann, den Oszillator 10 zu steuern, anstatt die Impulse' an die Thyristoren 1 und 7 zu geben. Jedoch wenn der Oszillator 10 gesteuert wird, muß die Zündung von "Thyristor'" 6 in Toreilung gebracht werden, damit der mittlere Strom durch last 2 verkleinert wird, anstatt daß Verzögerung benutzt wird, wie sie bei Steuerung der Thyristoren 1 und 7 am notwendig ist.
In I1Xg, 4 wird ein Alternätivvorsehlag für die Steuerung des Oszillators 10 gegenüber dem Vorsehlag gebracht, mit dem der Oszillator gesteuert wird, der die Impulse an die Thyristoren 1 und 7 gibt.
In Pig. 4 ist der Oszillator für die Steuerung der Thyristoren 1 und 7 allgemein mit der Bezeichnung "100? versehen. < Zwischen der Anode von Thyristor 6 und dem negativen Pol der M Batterie liegt in Serie ein Eegelwiderstand 101 und ein Kondensator 102, an deren gemeinsamem Punkt der Emitter eines Flächen-Transistors 103 liegt. Der Eegelwiderstand 101 ist bei einem batteriebetriebenen Fahrzeug das Regelpedal des Fahrzeugs. Von der Anode des Thyristors 6 zum Emitter des Flächen-Transistors 103 führt auch eine Serienschaltung des Widerstandes 104 mit einer Zener-Diode 105. Eine der Basis-Elektroden des Flächen-Transistors 103 liegt direkt an einer
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Sammelschiene 109, die mittels eines Netzwerks auf einer Spannung gehalten wird, die unter der Batteriespannung liegt. Das Netzwerk, "bestehend aus Widerstand 106 in Serie mit der Zener-Diode 107 liegt an den Batterieklemmen. Die andere Basis-Elektrode liegt über Widerstand 108 am negativen Pol der Batterie und damit direkt an der Tor-Elektrode von Thyristor 6.
Wenn durch die Zündung der Thyristoren 1 und 7 die Spannung, auf die Kondensator 5 durch die vorherige Zündung von Thyristor 6 vorwärts geladen wird, umgekehrt wird, wird der Kondensator 102 über den Regelwiderstand 101 entsprechend der Stellung des Regelwiderstandes 101 aufgeladen. Wenn die Spannungshöhe des Kondensators 102 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Kondensator über den Flächen-Transistor 103 entladen. Dadurch entsteht ein Impuls am Tor von Thyristor Daher wird die Dauer der leitfähigkeit von Thyristor 1, wenn der mittlere Strom unter seinem Grenzwert ist, von der Stellung des Reglers 101 abhängen. Wenn der beim Kippen von Thyristor 1 durchfließende Strom einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird die Spannung, auf die Kondensator 5 zuerst vorwärts und dann umgekehrt aufgeladen wird, bis zu einem Wert ansteigen, bei dem die Differenzspannung zwischen der Anode von Thyristor 6 und dem Emitter des Plächen-Transistors 103 die Durchbruchspannung der Zener-Diode 105 über-
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schreitet mit dem Ergebnis, daß Kondensator 102 über Widerstand 104 und Zener-Diode 105 mit höherer Geschwindigkeit aufgeladen wird, als dies über den Regelwiderstand 101 geschehen könnte. Entsprechend entlädt Kondensator 102 schneller über den Flächen-Transistor 103, und der nächste Impuls am Tor von Thyristor 6 kommt früher, so daß auch Thyristor 1 früher kippt und der mittlere Strom durch Thyristor 1 verkleinert wird, weil die Zeit der leitfähigkeit von Thyristor 1 verkleinert wird.
Ansprüche;
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Claims (12)

  1. Ansprüche
    1· Statisches Regelgerät zur Durchführung wiederholter Zu- und Abschaltungen einer Last an eine bzw. von einer Gleichstromquelle, wobei Last und Stromquelle induktiv belastet sind, gekennzeichnet durch eine Thyristoreinrichtung zur Verbindung von Last und Stromquelle, wobei der Strom von der Stromquelle durch die Last fließt, wenn die Thyristoreinrichtung leitend ist, und die Zeiten der Leitfähigkeit der Thyristoreinrichtung den mittleren Strom durch die Last bestimmen, einen Kipp-Kondensator zur Abschaltung der Thyristoreinrichtung, ausgestattet zur Yorwärtsladung von der Quelle und zur Umkehrung der Vorspannung zur Beendigung der Leitfähigkeit der Thyristoreinrichtung, eine Meßeinrichtung, die eine vom Kippstrom durch den Thyristor abhängige Spannung mißt, und Schaltelemente, die, wenn die durch die Meßeinrichtung gemessene Spannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, den durch die Last fließenden Strom durch Verkleinerung des Verhältnisses von leitender zU nichtleitender Zeit der Thyristoreinrichtung begrenzen.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung geeignet ist, eine Spannung im Lastkreis, in der Gleichetromquelle und der Thyristor©inriohtung beim Kippvorgang der Thyristoreinrichtung zu messen.
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  3. 3. Gerät nach. Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung geeignet ist, die Spannung an der Anode der Thyristoreinrichtung zu messen, wenn diese kippt.
  4. 4. Gerät nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung geeignet ist, die Differenz zwischen der Spannung an der Anode der Thyristoreinriehtung während des Kippvorgangs und der Spannung der Gleichstromquelle zu messen.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung für die Umkehrung der Vorwärtsladung auf dem Kippkondensator, eine weitere Schalteinrichtung für die Verhütung der Entladung des Kipp-Kondensators und weitere Thyristoreinrichtungen, die leitend gemacht werden, um die Gegenladung am Kippkondensator zu entladen und damit die Thyristoreinrichtung, welche die Last mit der Stromquelle verbindet, kippen zu lassen, wobei die Meßeinrichtungsiso eingerichtet sind, daß die Spannung der Gegenladung am Kipp-Kondensator gemessen wird.
  6. 6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente die leitfähigkeit der Thyristoreinrichtung verzögern, wenn die von der Meßeinrichtung gemessene Spannung besagten vorbestimmten Wert überschreitet.
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  7. 7. Gerät nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente den Kippvorgang der Thyristoreinrichtung beschleunigen, wenn die von der Meßeinrichtung gemessene Spannung "besagten vorbestimmten Wert überschreitet.
  8. 8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine in unmittelbarer Nähe eines Abschnitts der Zuleitungen der Gleichstromquelle befindliche umschältbare Spule besitzt, wobei die beim Kippvorgang der Thyristoreinrichtung in der Spule induzierte Spannung einen Regelkreis für die Impulsfrequenz eines Oszillators, der das Verhältnis von leitender zu nichtleitender Zeit in der Zhyristoreinrichtung verkleinert, betätigt, wenn ein vorbestimmter Spannungswert überschritten wird,
  9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator so geregelt wird, daß der folgende Impuls zur Tor-Elektrode der.die Stromquelle mit der Last verbindenden Thyristoreinricrhtung verzögert wird.
  10. 10. Gerät nach Anspruch 9> gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zur Umkehrung der Vorwärtsladung des Kipp-Kondensators, eine Einrichtung zur Verhütung des Abflusses der Ladung auf dem Kipp-Kondensator und weitere Thyristoreinrichtungen, die leitend gemacht werden, um die Gegenla-
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    dung auf dem Kipp-Kondensator zu entladen und dadurch die Thyristoreinrichtung zu kippen, welche die Gleichstromquelle mit der Last verbindet.
  11. 11. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zur Umkehrung der Vorwärtsladung des Kippkondensat ors, eine Einrichtung zur Verhinderung des LadungsalDflussea vom Kipp-Kondensator und weitere Thyristoreinrichtungen, die leitend gemacht werden, um die Gegenladung auf dem Kipp-Kondensator zu löschen und dadurch die Thyristoreinrichtung, welche Gleichstromquelle und Last verbindet, kippen zu lassen, wobei der Oszillator so gesteuert ist, daß der folgende Impuls für die Tor-Elektrode der weiteren Thyristoreinriohtungen beschleunigt wird.
  12. 12. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen einen über den Zuleitungen der Gleichstromquelle liegenden Wechselstromverstärker enthalten, dessen Ausgangsspannung bei Überschreiten eines' vorbestimmten
    das Wertes die Impulsfrequenz eines Oszillators im/Verhältni» von leitender zu nichtleitender Zeit der Thyristoreinriohtung verkleinernden Sinne regelt.
    13· Gerät naoh einem der vorhergehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet»daß die Gleichstromquelle ein· Batterie ist.
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Siemens-Firmendruckschrift, Bestell.-Nr. 426/359, 20778 9660.5 EL 3, Bild 3 auf S.1, aus ETZ, 87, 1966, H.5, S.163 - 170
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