DE1763907A1 - Einrichtung zur Kommutierung mittels eines statischen Gleichrichters,der einen Gleichstromverbraucher steuert - Google Patents

Einrichtung zur Kommutierung mittels eines statischen Gleichrichters,der einen Gleichstromverbraucher steuert

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Description

Hamburg, den 2·9«1968
LA. a?ELEMEOA]JIQüE ELECTRIQUE,
53 bis, Avenue du Marechal Joffre, Nanterre (Hauts de Seine), Frankreich.
Einrichtung zur Kommutierung mittels eines statischen Gleichrichters, der einen Gleichstromverbraucher steuert.
Die Erfindung betrifft Kommutierungseinrichtungen zur Steuerung eines Gleichstromverbrauchers mittels statischer Tore, insbesondere Feststoff gleichrichter mit oder ohne Steuerelektrode.
Nach einem bekannten Steuersystem kann ein Gleichstrommotor, der mit einem Generator, wie einer Akkumulatorenbatterie, zusammenarbeitet, einer Regelung unterworfen werden durch Unterbrechung des Stromes mit Durchgangszeiten variabler Frequenz und Dauer, die durch die Wirkung eines Halbleiters bestimmt sind· Man verwendet hierfür einen Thyristor, der durchlässig oder gezündet wird durch Anlegen einer passenden Spannung an die Hilfsanode, aber bei Gleichstrom erfordert die Löschung des Thyristors spezielle Kommutierungeschaltungen, die im allgemeinen au« Schwingkreisen bestehen, die geeignet sind, eine inverse Spannung ausrei chenden Wert·« und genügender Spannung an die Elektroden des Thyristor·
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zu legen. Um in befriedigender Weise die Regelung durch Stromzerhackung zu verwirklichen, d.h. durch rasche und häufige Unterbrechungen des Steuerkreises, ist es notwendig, Hilfslöschkreise vorzusehen, • die sicher und wirksam funktionieren.
Man kennt bereits eine Anzahl von Zünd- und Löschverfahren für Thyristoren, welche die vorerwähnte Aufgabe lösen ,und zur näheren Erläuterung der Beschreibung wird auf eines dieser häufig benutzten und schematisch in Figur 1 der Zeichnung dargestellten Systeme Bezug genommen. Ein Gleichstromkreis mit einer Stromquelle B, z.B. einer Akkumulatorbatterie, die an den Anker M und die Feldspule A eines Fahrmotors Strom liefert, ist durch einen gesteuerten Häuptgleichrichter Tl geschlossen, letzterer kann durch ein nicht dargestelltes Steuersystem periodisch gezündet werden. Der Löschkreis dieses Haupt gleichrichters Tl weist angeschlossen zwischen seiner Anode und seiner Kathode einen Parallelkreis auf, der selbst enthält: einen gesteuerten Hilfegleichrichter T2, der mit dem Hauptgleichrichter parallel und gleich gepolt ist und einen Kondensator G. Im Nebenschluß zur Anode und Kathode des Hüfsgleichrichtere T2 befindet sich ein zweiter Parallelkreis mit einer Diode,Dl und einer Drossel L, wobei die Diode Dl umgekehrt zum gesteuerten Hüfegleichrichter gepolt ist. Die Gesamtheit dieser Kreise wirkt wie folgt: In einem ersten Arbeitsgang zündet man bei blockiertem Hauptgleichrichter den Hüfegleichrichter T2, wodurch sich die Kapazität
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mit der markierten Polarität (-), (+) auflädt und der Gleichrichter T2 sich am Schluß der Ladung blockiert.
In einem zweiten Vorgang wird Tl gezündet, was einerseits dem Motor die Spannung der Batterie zuführt, andererseits der Kapazität erlaubt , sich zu entladen und dann sich wieder aufzuladen infolge einer Schwingung in umgekehrter Richtung über den Kreis C, L, Dl und Tl. In einem dritten Vorgang wird bei umgeladenem Kondensator C der Gleichrichter T2 wieder gezündet, was es ermöglicht, daß die Kapazität sich entlädt, der gesteuerte Gleichrichter Tl gelöscht wird und die Kapazität sich von neuem auflädt, und zwar in umgekehrtem Sinne über die Batterie B, den Motor M, die Feldspule A und den Gleichter T2. Der Hilfskreis befindet sich somit wieder in einem Schaltzustand für einen neuen Löschvorgang.
Diese Schaltungsanordnung bietet indessen drei Nachteile. Beim ersten Vorgang (Zündung von T2) lädt sich der Kondensator über die Spannung der Quelle auf die Selbstinduktivitäten des allgemeinen Kreises. Während
T2
der Gleichrichter/blockiert ist, ergibt sich ein Entladungsanfang des Kondensators durch die Quelle, den Motor, die Induktivität und die Diode Dl. Die verbleibenden Ladungen im Kondensator können nach Umkehrung ungenügend sein, um den Hauptgleichrichter zu blockieren. Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß im zweiten Vorgang die Blockierungsspannung zufolge der Ladungsumkehr in der Kapazität genügend lange
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angelegt sein muß, damit die Löschung des Hauptgleichrichters sichergestellt ist, was eine sorgfältige Berechnung der Charakteristiken des Kreises erzwingt. Schließlich muß für ein korrektes Funktionieren dieses zweiten Vorganges T2 nicht gezündet sein vor Vollendung der Ladungsumkehr an den Klemmen des Kondensators und diese genaue Zeitbedingung ist nicht leicht zu verwirklichen«
Um den erläuterten Schwierigkeiten Rechnung zu tragen, ist ein anderes Löschsystem vorgeschlagen worden, welches in Figur 1 der britischen Patentschrift 898 281 dargestellt ist.
Nach dieser Patentschrift, die lediglich als Literaturstelle angeführt ist, besteht das in der Einleitung erwähnte Verfahren darin, mit der induktiven Belastung den gesteuerten Hauptgleichrichter und die Quelle, eine spezielle Entladungsinduktivität verhältnismäßig geringen Wertes, in Reihe zu schalten und einen Hilfskreis in Form von drei Leitersprossen zu verwirklichen, der umfaßt: einen Kreis, der vom Eingang und vom Ausgang des gesteuerten Hauptgleichrichters abgeleitet ist, (dieser Kreis» der einen Parallelzweig zum Hauptkreis hat, enthält eine Ladeinduktivität von einem Wert, der merklich höher ist als die Entladeinduktivität) eine in gleichem Sinne wie der gesteuerte Hauptgleichrichter polarisierte Diode und einen Kondensator.
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In der mittleren Leitersprosse befindet sich eine Verbindung zwischen der Kathode des Hauptgleichrichters und einem zwischen der Kathode, der Diode und dem Kondensator gelegener Punkt, wobei die erwähnte Verbindung durch einen gesteuerten Hilfsgleichrichter unterbrochen
Was die Wirkungsweise anbelangt, kann auf die Beschreibung der obenerwähnten Patentschrift verwiesen werden.
Dieses System weist noch andere als die geschilderten Nachteile auf, nämlich einerseits die Notwendigkeit der Bemessung der Ladeinduktivi» tat auf einen Wert zu bemessen, dermindestens zehnmal höher ist als der der Entladeinduktivität, sie also teuer und platzraubend zu machen,und andererseits wird die nutzbare Betriebszeit des Hauptgleichrichters begrenzt.
Die Erfindung beseitigt diese verschiedenen Nachteile und schafft eine äußerst einfache Anordnung unter Anwendung weniger Elemente zur Verwirklichung der sicheren Betriebsweise eines Schaltkreises zur Gieichstromunterbrechung durch gesteuerte Gleichrichter. Sie hat außerdem den überraschenden Vorteil, daß ein einziger sehr geringer Induktivitätswert für den Schwingkreis angewendet werden ™ kann, der sich auf den Wert des induktiven Anteils der Verdrahtung des Kreises beschränkt, ohne daß es also notwendig wäre, speziel eine Induktionsspule mit Kern zu konstruieren.
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Bei einer Kommutierungseinrichtung für die Steuerung eines Gleichstromverbrauchers, z.B. eines Motors, mit Hilfe einer Schaltung, die eine Stromquelle und einen impulsgesteuerten Hauptgleichrichter umfaßt, ist gemäß der Erfindung zwischen der Anode und der Kathode des Hauptgleichrichters ein erster Schwingkreis mit einem Kondensator, einer schwachen Induktivität von einigen Mikrohenry und
wobei einem nicht gesteuerten Gleichrichter vorgesehen und /die Anoden und
Kathoden des gesteuerten und des nichtgesteuerten Gleichrichters wir-
f-v wirken,
ken in der gleichen Richtung in bezug auf die Quelle zusammen/ während ein zweiter paralleler Kreis, der nur einen gesteuerten Hilfsgleichrichter und Verbindungen mit Induktivitätewer ten praktisch gleich Null aufweist, mit dem ersten Kreis verbunden ist mindestens direkt mit einer der Elektroden des nichtgesteuerten Gleichrichters, und zwar
inversen
derart, daß umgekehrt zu diesem Gleichrichter der der ersten/Entlade s
dung inverBT-ztim Kondensator entsprechende Strom abgeleitet wird, wobei der gesteuerte Hilfsgleichrichter nur gezündet wird in dem Arbeitszyklus für diese erste, dem Löschen des Hauptgleichrichters vorhergehende Entladung.
Die Erfindung umfaßt auch die nachstehend erläuterten Schaltungsanordnungen zur Verwirklichung der Einrichtung nach der Erfindung. Nach einem ersten Aueführungsbeispiel ist die Anode des nicht gesteuerten Gleichrichters, der eine Diode sein kann, direkt mit dem Anodenkreis des gesteuerten Hauptgleichrichters verbunden und die Kathode
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dieser Diode ist mit einem Belag des Kondensators verbunden, dessen zweiter Belag mit der Kathode des Hauptgleichrichters in Verbindung steht, wobei mindestens eine der vorerwähnten Verbin= düngen durch einige induktive Leiterschleifen gebildet sind, während dagegen der gesteuerte Hilfsgleichrichter über kurze induktionsfreie Verbindungen direkt mit der Diode verbunden ist, welcher Gleichrichter antiparallel zur Diode geschaltet ist.
Gemäß einer Abänderung dieses ersten Ausführungsbeispieles kann man einen Aufbau verwirklichen, bei dem alles gleich bleibt außer dem Anschluß des Kondensators, der im Schwingkreis stromaufwärts der Diode angeordnet ist, anstatt nachgeschaltet zu sein,und außer einer direkten Verbindung der Kathoden des Hauptgleich* riehters und der Diode.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel setzt sich der erste Schwingkreis, der an die Klemmen des gesteuerten Hauptgleich= richters angeschlossen ist, in Serie zusammen aus (von der Anode des Hauptgleichrichters ausgehend) einer dem Gleichrichter parallel gepolten Diode, ferner einem Zweig mit einem Kondensator mit induktivitätsarmer Verbindung, während im Nebenanschluß des erwähnten Zweiges selbst ein gesteuerter Gleichrichter liegt, der in Richtung der ersten Entladung des Kondensators gepolt ist ( siehe Figur 5 ).
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Gemäß einer Abänderung dieses zweiten Ausführungsbeispiels setzt sich der erste, an die Klemmen des Hauptgleichrichters angeschlos* sene Schwingkreis in Serie zusammen aus (von der Anode des Hauptgleichrichters ausgehend) einem Zweig mit einem Kondensator und einer Verbindung schwacher Induktivität, ferner einer parallel ■ zum Hauptgleichrichter gepolten Diode, während im Nebenschluß des Zweiges selbst ein gesteuerter Hilfsgleichrichter liegt, der in Richtung der ersten Entladung des Kondensators orientiert ist.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben- sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
Figur 1 stellt schematisch einen bekannten Thyristor-Löschkreis dar; Die Figur 2 zeigt ein Prinzipschema nach der Erfindung; Die Figuren 3 und 4- sowie 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele nach der Erfindung in schematischer Darstellung und Figur 7 stellt perspektivisch eine Verwirklichung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 dar.
Gemäß der Kommutierungseinrichtung mit einem statischen Gleichrich« ter für die Steuerung eines Gleichstromverbrauchers nach der Erfindung ist der übliche Löschthyristor durch eine Diode D ersetzt, während ein Hilfsthyristor TJ parallel zu dieser Diode liegt (Figur 3). * ·
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Beim Anlegen einer Spannung lädt sich die Kapazität C mit der in Kreisen angegebenen Polarität auf und kann sich nicht entladen. Man zündet dann Tl, wodurch der Motor M durch die Batterie B unter Spannung gesetzt wird.
Nachfolgend zündet man T3. Die Kapazität C entlädt sich über T3, eine Induktivität L, den gesteuerten Gleichrichter oder Thyristor Tl und über C und lädt sich umgekehrt auf. Während der ganzen Dauer dieser Erscheinung blockiert der Thyristor T3, der leitend ist, die Diode D. Sobald die Kapazität C vollständig in umgekehrter Richtung wieder aufgeladen, ist, und nur in diesem Moment, blockiert sich der Thyristor T3 und hebt so die Blockierung von D auf. Der Kondensator C entlädt sich dann in den Kreis aus C, der Quelle, den Motor,
J(ItL
aus L/D und lädt sich in umgekehrter Richtung auf über Quelle, während der Thyristor Tl gelöscht wird, und der Zyklus wiederholt sich.
wird
Dank der Selbstinduktion L %ak die negative Spannung, die an den Klemmen von C existiert, wenn D leitend wird, «pi** genügend lange angelegt, um Tl zu löschen.
Die Rolle der Selbstinduktivität, die an diesem Ort angeordnetWird, ist also eine doppelte*
1. sie stellt in dem Kreis C, T3, L und Tl einen geringen Dämpfungs-
R l/ c
koeffezienten Z sicher mit Z » — y |- .
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2. Sie gestattet es, die Diode D blockiert zu lassen bis der umgekehrte Strom in der Kapazität aufhört. Diese Möglichkeit gestattet es, den üblichen Thyristor T2 (Fig.l) durch die Diode D gemäß der Erfindung zu ersetzen.
Gemäß der in Figur 3 dargestellten Abänderung ist die Anode der Diode D direkt verbunden mit dem Anodenkreis des Thyristors Tl und die Kathode der Diode ist verbunden mit einem Belag des Kondensators C. Der zweite Belag des Kondensators ist mit der Kathode des Thyristors Tl verbunden.
Wenigstens eine der Verbindungen der Kondensatorbeläge des Kondensators C mit den Kathoden des Steuergleichrichters bzw. der Diode setzt sich aus einigen induktiven Leiters chleif en L zusammen. Der Hilfsthyristor T3 ist antiparallel mit der Diode D geschaltet mit Hilfe von kurzen und induktionsfreien Verbindungen.
Entsprechend der in Figur 4 dargestellten Abänderung der Erfindung ist der Kondensator C stromaufwärts der Diode angeordnet und nicht mehr nachgeschaltet, wie in Fig. 3, und die Kathoden des Thyristors Tl und der Diode D sind direkt miteinander verbunden,,
Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5^ und 7 weist die gleichen Elemente auf wie die in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Beispiele.
.·* :■*■* ft,
■ V., ^ J^
Jedoch ist der Kreis zur Ladungsumkehr der Kapazität verschieden.
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Tatsächlich enthält er nur den Hilfsthyristor T3, die Induktivität und den Kondensator C, und der Hauptthyristor Tl wird nicht mehr durchflossen. Es handelt sich um einen unabhängigen Kreis.
Man vermeidet so am Thyristor Tl Überspannungen zufolge der wiederholten Umladungen des Kondensators C.
Die Figur 7, welche die perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 ist, zeigt die Diode D, den Thyristor Tl und die Entladediode Dd des Motors in einem Kühlerblock R. Der Thyristor T3 ist in einem anderen Kühler r angeordnet. Ein Steg V , der am Kühlerblock R befestigt ist, gestattet die Verbindung zwischen den Kathoden der Thyristoren Tl und T3. Einige induktive Schleifen eines Leiters b verbinden den Steg V mit dem Kondensator C, andere Induktionsschleifen eines anderen Leiters a verbinden den Kondensator C mit dem Kühler r, mit dem die Anode des Thyristors T3 verbunden ist, ein Leiter O verbindet diesen Kühler r mit der Kathode der Diode D.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 enthält die gleichen Elemente wie das Beispiel nach Fig. 5 und die Kreise funktionieren in der gleichen Weise, wobei der Zweig des Kreises, der den Kondensator und den induktiven Teil a enthält, an der Anodenseite des Hauptgleichrxchters angeordnet ist, während der Gleichrichter T3 im Nebenschluß des erwähnten Zweiges liegt. Der aus C, a und T3 aufgebaute Kreis bildet
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einen unabhängigen Kreis wie in Fig. 5.
- 12 ORIGINAL INSPECTED
In allen diesen dargestellten Kreisen ist ein Schalter i vorgesehen.
Ersichtlich sind im Rahmen der Erfindung noch eine Reihe von Abänderungen möglich, mit denen gleichfalls das Ziel der Erfindung erreicht werden kann.
Patentansprüche
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Claims (5)

  1. - 13 Patentanwalt
    Hamburg- "War.dsbek
    *«seni&tt. 6 - Ruf 652 96 56
    Patentansprüche:
    j Kommutierungseinrichtung für die Steuerung eines Gleichstromverbrauchers, z.B. eines Motors, mit Hilfe einer Schaltung, die eine Stromquelle und einen impulsgesteuerten Hauptgleichrichter umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode und der Kathode des Hauptgleichrichters (Tl) ein erster Schwingkreis mit einem Kondensator (C), einer schwachen Induktivität (L) von einigen Mikrohenry und einem nicht gesteuerten Gleichrichter (D) vorgesehen ist, und daß die Anoden und die Kathoden des gesteuerten und des nicht gesteuerten Gleichrichters in der gleichen Richtung in bezug auf die Quelle zusammenwirken, während ein zweiter Parallelkreis, der nur einen gesteuerten Hilfsgleichrichter (T3) und Verbindungen mit Induktivitätswerten praktisch gleich Null aufweist, mit dem ersten Kreis verbunden ist mindestens direkt mit einer der Elektroden des nicht gesteuerten Gleichrichters und zwar derart, daß umgekehrt zu diesem Gleichrichter der der ersten Entladung invers zum Kondensator entsprechende Strom abgeleitet wird, wobei der gesteuerteJHilfsgleichrichter nur gezündet wird in dem Arbeitszyklus für diese erste, dem Löschen des Hauptgleichrichters vorangehende Entladung.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekannzeichnet, daß die Anode des nicht gesteuerten Gleichrichters, z. B. einer Diode, direkt mit dem
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    Anodenkreis des gesteuerten Hauptgleichrichters (Tl) und die Kathode dieser Diode mit einem Belag des Kondensators (C) verbunden ist/ während sein zweiter Belag mit der Kathode des Haiptgleichrichters verbunden ist und wenigstens eine der vorerwähnten Verbindungen gebildet ist aus einigen induktiven Leiterschleifen, während der gesteuerte Hilfsgleichrichter (T3) direkt tiber kurze induktionsfreie Verbindungen mit der Diode verbunden ist, und daß der Gleichrichter antiparallel zur Anode angeordnet ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, in der alle Elemente gleich sind, ausgenommen der Anschluß des Kondensators (C), der im Schwingkreis stromauf von der Diode (D) angeordnet ist anstatt nachgeschaltet zu sein, und ausgenommen eine direkte Verbindung der Kathoden des Hauptgleichrichters und der Diode.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste
    an die Klemmen des gesteuerten Hauptgleichrichters (Tl) angeschlossene Schwingkreis sich in Serie zusammensetzt (von der Anode des Hauptgleichrichters ab) aus einer Diode (D) in pHralleler Richtung zu der des Gleichrichters, ferner einem Zweig, der einen Kondensator (C) und eine induktionsarme Verbindung (a) enthält, wobei der erwähnte Zweig selbst im Nebenschluß zu einem gesteuerten Hilfsgleichrichter (T3) liegt, der in Richtung der ersten Entladung des Kondensators orientiert ist.
    109883/0431 . 15 -
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste an die Klemmen des Hauptgleichrichters (Tl) angeschlossene Schwingkreis sich (von der Anode des Hauptgleichrichters ausgehend) in Serie zusammensetzt aus einem Zweig mit einem Kondensator (C) und einer induktionsarmen Verbindung (a), ferner aus einer parallel zum Hauptgleichrichter liegenden Diode (D), während der Zweig selbst im Nebenschluß zu einem gesteuerten Hilfsgleichrichter (T3) liegt, der in der Richtung der ersten Entladung des Kondensators orientiert ist.
    109883/0431
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