DE1815610B2 - Anordnung zur steuerung von verbrauchern aus einer gleichspannungsquelle mit impulsfolgen veraenderlicher frequenz - Google Patents

Description

Absland von /I / — ■■—■ aufeinanderfolgenden Im-

60 pulsen besteht, wenn die Frequenz dieser Impulsfolge

den Grenzwert // · /₀ unterschreitet.

Unter der »Frequenz dieser Impulsfolge« ist dabei der Frequenzmittelwert gemeint, also die Frequenz.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur die sich bei einer gleichmäßigen zeitlichen Verteilung

Steuerung von einem oder mehreren Verbrauchern, 6„. der zu Gruppen zusammengefaßten Impulse ergeben

die über steuerbare Schaltelemente aus einer Gleich- würde.

■oannungsquelle mit Impulsfolgen veränderlicher Fre- Unter dem zeitlichen Abstand zwischen den Im-

au?nz ßesneist werden. pulsen versteht man die Zeit zwischen zwei Schließun-

3 4

gen des in Reihe mit der Belastung angeschlossenen Impulsfolgefrequenz bei unveränderter Impulslänge

Schaltelementes. doppelt so groß wie wenn alle vier Motoren parallel

Durch die Anordnung nach der Erfindung wird in geschaltet wären. Dies ist vorteilhaft, da es bei höherer einer einfachen Weise eine besonders wirksame Unter- Frequenz weniger wahrscheinlich ist, daß eine Oberdrückung der unerwünschten Wechselstromkompo- 5 welle mit der Frequenz auftritt, die man vermeiden nente erzielt. Bei zwei Impulsen in jeder Gruppe er- will.

zeugen diese zwei um 180° phasenverschobene Wechsel- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, Stromkomponenten der genannten Frequenz, und diese bei der ein Verbraucher über einen Thyristor mit zugeheben sich in jedem Augenblick auf. Mit drei Im- ordnetem Impulsgenerator an die Gleichspannungspulseninjeder Gruppe erhält man drei um 120° phasen- io quelle angeschlossen ist, besteht darin, daß an den verschobene Ströme, deren Summe immer gleich Null Impulsgenerator eingangsseitig eine Steuereinrichtung ist. Die einfachste Anordnung ist die, bei der jede angeschlossen ist, die nach jedem der (n-1) ersten Im-Gruppe zwei Impulse enthält, die dann einen Zeit- pulse in einer Gruppe eine Δ t entsprechende Steuer-■ibsiand I r = —i— haben signalspannung und nach dem letzten Impuls in jeder 2/„ ' ₁₅ Gruppe eine dem gewünschten Zeitabstand zwischen

Bei steigender Aussteuerung von einem niedrigen den Impulsgruppen entsprechende Steuersignalspan-Wert, d. h. bei zunehmendem Mittelwert des Be- nung liefert. Besteht jede Impulsgruppe aus zwei Im-Ia tungsstromes, nimmt der Abstand zwischen den pulsen, so sind die beL.-n Steuersignalspannungen Iiviptilsgruppen ab. Wenn dieser Ab rand gleich groß über je eine Diode an den Lingang des lmpulsgenewie der Abstand zwischen den Impulsen in der Gruppe 20 rators angeschlossen, wobei in der Zuleitung der einen im. erhält man denselben Abstand zwischen allen Im- Steuersignalspannung ein elektrischer Schalter liegt, pulsen und die Impulsfrequenz« · /„. Bei weiter der von einer Kippstufe betätigbar ist, die eingangsstjigender Aussteuerung wird der gleiche Abstand seitig mit dem Ausgang des Impulsgenerators ver-7M.is^hen allen Impulsen beibehalten, wobei der Aus- bunden ist.

suuerungsgrad in bekannter Weise durch Vermindern 25 An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbei-

Ον,-s Abstandes zwischen den Impulsen, Erhöhen der spiele der Erfindung näher erläutert.

Impulslänge oder eine Kombination dieser Maß- Es zeigt

rühmen erhöht wird. Beispielsweise kann zunächst die F i g. 1 zwei einer Gleichspannungsquelle entnom-Impulslänge im wesentlichen konstant gehalten wer- mene Impulsfolgen als Funktion der Zeit,
den, wenn der Mittelwert der Impulsfrequenz einen 30 F i g. 2 eine Anordnung zur Steuerung eines Vergewissen Wert unterschreitet, der größer als η ■ /„ ist. brauchers gemäß der Erfindung,
!Ju weiter zunehmender Aussteuerung wird dann die Fig. 3 und 4 Schaltungsanordnungen zum Erzeugen Impulslänge bei im wesentlichen konstanter Impuls- der Zündimpulse für die Thyristoren der Anordnung frequenz vergrößert. Die genannte maximale Impuls- gemäß der F i g. 2 und

frequenz wird zweckmäßig so gewählt, daß sie ver- 35 F i g. 5 eine erfindungsgemäße Anordnung zur

schied.-n von in · η · f ist, wobei m eine kleine ganze Steuerung von zwei Verbrauchern, die je über ein

Zahl ist. Schaltelement von der Gleichspannungsquelle ge-

Bei Speisung eines Gleichstromriotors erhält man speist werden.

bei niedriger Aussteuerung und damit langer Zeit Im Diagramm la der F i g. 1 ist der der Spannungs-

zwischen den Gruppen leicht Vibrationen und einen 40 quelle entnommene Strom ils Funktion der Zeit bei

ungleichmäßigen Lauf des Motors wegen der großen gleichem Abstand zwischen allen impulsen gezeigt.

Ungleichmäßigkeit des Belastungsstromes. Um dies . . . _bstand 1 _{zwjschen den} , _lsen

zu vermeiden, wird in Weiterbildung der Erfindung ⁶ /„

vorgeschlagen, daß die Schaltelemente derart steuerbar hat der Strom eine starke Wechselstromkomponente

sind, daß bei Mittelwerten der Impulsfolgefrequenz, 45 mit der Frequenz /₀. Wenn die Impulsfrequenz kenti-

die den genannten Grenzwert erheblich unterschreiten, nuierlich variabel ist, bekommt diese Komponente

der Zeitabstand der Impulse innerhalb der Impuls- jedesmal, wenn die Impulsfrequenz gerade /₀ ist, eine

gruppen größer als . 1 t ist. Auf diese Weise wird der hohe Amplitude. Diese Komponente wird vermieden,

Spitzenwert des Stromes vermindert und ein gleich- indem man gemäß dem Diagramm 1 b der F i g. 1 die

mäßigerer Lauf des Motors erhalten. 50 Impulse in Gruppen von zwei Impulsen mit einem

Sind mehrere Verbraucher, z. B. eine Anzahl Gleich- , , -, .. , . . _τ l r„_mm„_nt;\u_r,

UJi.. j· π 1 konstanten Zeitabstand T, — .■-= zusammenfuhrt,

strommotoren, vorhanden, so können diese parallel ' 2/„

geschaltet und über ein gemeinsames Schaltelement Der Abstand T₂ zwischen den Gruppen ist variabel

aus der Gleichspannungsquelle gespeist werfen Die 1 _{f Der Mittelwert des Stromes ist}

Verbraucher können aber auch in bekannter Weise 55 2/„

jeweils über ein steuerbares Schaltelement an die in den Diagrammen la und Ib derselbe.
Gleichspannungsquelle angeschlossen sein. In diesem In der F i g. 2 ist ein Thyristor 1 in Reihe mit einem Falle sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Gleichstromreihenschlußmotor mit einem Anker 2 Erfindung die Schaltelemente abwechselnd derart und einer Feldwicklung 3 an eine Gleichspannungssteuerbar, daß den Verbrauchern jeweils ein Impuls 60 quelle 4 angeschlossen. Eine Freilaufdiode 5 liegt pro Impulsgruppe zugeführt wird. parallel zum Motor. Ein Impulsgenerator 6 gibt Zünd-So wird beispielsweise bei der Speisung von vier impulse an den Thyristor mit einem von einem ein-Antriebsmotoren eines Schienenfahrzeuges die Be- treffenden Steuersignal bestimmten Intervall. Ein lastung in zwei Teilbelastungen aufgeteilt, die aus je Löschkreis, der aus einem Hilfsthyristcr 7, einer zwei parallelgeschalteten Motoren bestehen, und jeder 65 Drosselspule 8, einem Kondensator 9 und einem Teilbelastung wird ein Impuls pro Impulsgruppe züge- Löschthyristor 10 besteht, löscht den Thyristor 1 eine führt. Bei einem bestimmten Mittelwert der Gleich- gewisse Zeit nach der Zündung. Diese Zeit wird von spannung am Motor wird also der Mittelwert der einem Steuerimpulsgerät 11 bestimmt, das einen

Impuls empfängt, wenn der Hauptthyristor 1 gezündet hat und nach einer veränderbaren Verzögerungszeit einen Zündimpuls an den Thyristor 10 gibt. Der Gleichstrommotor wird also von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen.

Der Mittelwert des Stromes wird in Abhängigkeit von einer Steuersignalspannung U_r gesteuert, die an einem an einer Spannungsquelle 12 angeschlossenen Widerstand abgegriffen wird. Die Spannung U_r wird über eine Diode 16 dem Impulsgenera¹ or 6 zugeführt, wobei eine höhere Spannung eine höhere Impulsfrequenz ergibt. An einem an eine Spannungsquelle 12' angeschlossenen Widerstand 13' wird eine Steuersignalspannung Uk abgegriffen, mittels der eine Impulsfolgefrequenz erzeugt wird, bei welcher der Ab-

stand zwischen zwei Impulsen gerade y; beträgt, wobei /₀ die Frequenz ist, die man vermeiden will. Diese Spannung Uk wird über einen elektrischen Schalter 14 und eine Diode 15 dem Impulsgenerator 6 zugefühit. Der Schalter wird von einer Kippstufe 20 betätigt und ist geschlossen, wenn die Kippstufe 20 in ihrer 1-Lage steht. Die Kippstufe wird von den Impulsen des Impulsgenerators 6 abwechselnd in ihre beiden Lagen gebracht.

Wenn U_r kleiner als Uk ist, was bei niedriger Aussteuerung der Fall ist, und die Kippstufe 20 in der 0-Lage steht, wird der nächste Impuls vom Impulsgenerator 6 die Kippstufe in die 1-Lage kippen. Der Schalter 14 wird geschlossen, und die Steuersignal-Spannungen Uk und U_x werden der aus den Dioden 15 und 16 bestehenden Wählschaltung zugeführt, die die größere dieser beiden Spannungen, also Uk, an den Impulsgenerator durchschaltet. Nach einem bestimmten Intervall (T₁ = ^r ) ^{wird an den} Thyristor 1 ein

Ziindimpuls gegeben, die Kippstufe in ihre 0-Lage gebracht, der Schalter 14 geöffnet und die Steuersignalspannung Ur dem Impulsgenerator 6 zugeführt, der nach einem von ΓΛ bestimmten, längeren Intervail (T₂) ven neuem einen Zündimpuls an den Thyristor 1 abgibt.

Wenn U_r zunimmt, wird allmählich U_r gleich Uk, und alle Impulsintervalle werden gleich groß und

gleich -..-. Wenn U_r weiter zunimmt, steigt die Im.

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pulsfrequenz, aber mit gleichbleibendem Abstand zwischen allen Impulsen. Bei einer gewissen Impulsfrequenz, z. B. etwa 3,5 /, nimmt die Frequenz nicht mehr zu, sondern es wird über eine Zenerdiode 19 ein solches Signal zum Steuerimpulsgerät 11 des Hilfsthyristors7 gegeben, daß die Impulslänge bei konstanter Impulsfrequenz mit steigendem U_r zunimmt, bis schließlich der Gleichstrom durch den Motor kontinuierlich wird.

Bei niedrigen Werten von U_r wird der Abstand zwischen zwei Impulsgruppen und die Ungleichförmigkeit des Motorstromes groß. Dies wird durch einen Verstärker 18 verhindert, dessen Ausgangsspannung bei niedriger Aussteuerung niedriger als Ut ist. Eine aus Dioden 21 und 22 sowie aus einem Widerstand 23 bestehende Wählschaltung wählt den niedrigsten dieser Werte aus, was einen größeren Abstand zwischen den Impulsen in jeder Gruppe ergibt. Der Spitzenwert des Motorstromes wird dabei gesenkt, was einen gleichmäßigen Lauf des Motors ergibt.

Die F i g. 3 zeigt den Impulsgenerator 6, der ein an sich bekannter Relaxationsoszillator mit einer Doppelbasisdiode 61 ist.Die Aufladungsgeschwindigkeit eines Kondensators 64 wird von Transistoren 62 und 63 gesteuert. Ein höheres positives Eingangssignal am Eingang a, der an die Dioden 15 und 16 angeschlossen ist, ergibt einen kürzeren Abstand zwischen den Impulsen. Der Oszillator ist so abgestimmt, daß der Transistor 62 bei einer solchen Eingangsspannung voll ausgesteuert ist, bei der die Impulsfolgefrequenz etwa 3,5 / beträgt, so daß die Impulsfolgefrequenz bei weiter erhöhter Eingangsspannung konstant wird. Die Zündimpulse werden in einem Verstärker 66 verstärkt und über Sekundärwicklungen 651 bis 654 eines Transformators 65 an den Thyristor 1, den Hilfsthyristor 7, das Steuerimpulsgerät 11 des Löschthyristors 10 und die Kippstufe 20 gegeben.

Die F i g. 4 zeigt das Steuerimpulsgerät 11 des Löschthyristors 10. Ein Kondensator 114, dessen Aufladungsgeschwindigkeit von einem Transistor 115 bestimmt wird, bildet zusammen mit einer Doppelbasisdiode 116 einen Relaxationsoszillator mit dem Ausgang α. Ferner sind Transistoren 111 und 112 vorgesehen, die eine bistabile Kippstufe bilden. Der Transistor 112 ist normalerweise leitend und schließt über einr Diode 113 den Kondensator 114 kurz. Ein vom Impulsgenerator 6 des Hauptthyristors 1 erhaltener, negativer Impuls am Eingang b macht den Transistor 111 leitend. Der Kondensator 114 wird geladen, und nach einer gewissen Zeit erhält man einen positiven Zündimpuls fur den LöbdHnyristor 10 am Ausgang a. Gleichzeitig erhält man einen negativen Impuls über einen Widerstand 117, der über eine Diode 118 den Transistor 111 löscht. Die Spannung am Eingänge bestimmt die Verzögerung zwischen den Ein- und Ausgangsimpulsen. Eine höhere positive Spannung ergibt über einen Transistor 119 eine niedrigere Aussteuerung des Transistors 115 und somit eine größere Verzögerung, was einer größeren Impulslänge des Belastungsstromes entspricht.

Die F i g. 5 zeigt eine Anordnung zum Steuern von vier Gleichstromreihenschlußmotoren 2 und 2'. Die Motoren sind in zwei gleiche Gruppen aufgeteilt. Die Motoren 2 bzw. 2' mit Feldwicklungen 3 bzw. 3' sind parallel geschaltet und in Reihe mit einer Glättungsdrossel 2.5 bzw. 25', einer Freilaufdiodp 5 bzw. 5' und mit einem Thyristor 1 bzw. Γ an eine Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen. Ein Kondensa' )r 41 gleicht die Spannungsschwankungen der Quelle 4 aus. Ein Löschkondensator 9 bzw. 9' wird in bekannter Weis« mit Hilfe einer Drosselspule 8 bzw. 8' und eine; Hilfsthyristors 7 bzw. T geladen, der gleichzeitig mi dem Hauptthyristor 1 bzw. 1' einen Zündimpuls be kommt, und entlädt sich, wenn ein Steuerimpuls gerät 11 bzw. 11' eine gewisse Zeit / nach der Zündun] des Hauptthyristors 1 bzw. Γ einen Löschthyristor H bzw. 10' zündet. Ein Impulsgenerator 6 sendet Zünd impulse an die Hauptthyristoren 1 und 1' mit einer Zeitintervall zwischen den Impulsen, das mit zt nehmendem Wert der von Dioden 15 und 16 erhaltene Eingangssignale sinkt. Eine Kippstufe 20 führt m Hilfe von elektrischen Schaltern 24 und 24' die Zünc impulse abwechselnd zu den Thyristoren 1 und Γ.

Bei niedriger Aussteuerung ist U_r kleiner als U und die Steuersignalspannung U_r bestimmt die Länj der Intervalle, die den Abstand zwischen zwei Impul gruppen bilden. Die anderen Intervalle werden ve der Steuersigiialspannung Ut bestimmt, die so eing stellt ist, daß die Länge dieser Intervalle, die den A stand zwischen den zwei impulsen in einer Grup

bilden, ·=-,- wird, wobei /₀ die Frequenz der Wechsel-

Stromkomponente ist, die man vermeiden will.

Wenn U_r größer als £/* ist, werden alle Intervalle gleich lang und sind von U_r bestimmt. Steigt U_r so weit, daß die Durchbruchsspannung von Zenerdioden 19 und 19' erreicht ist, wird über diese ein Signal an die Steuerimpulsgeräte 11 und 11' gegeben, so daß diese bei weiterer Zunahme von U_r die Impulslänge erhöhen. Der Impulsgenerator 6 ist so abgestimmt, daß seine Frequenz in diesem Falle nur unbedeutend odei gar nicht zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Es ist bekannt, einen Verbraucher, z. B, einen Gleich- Patentansorüche· strommotor, aus einer Gleichspannungsquelle über H ' ein Schaltelement, z. B. einen Thyristor, zu speisen, das abwechselnd leitend und nichtleitend ist, so daß

1. Anordnung zur Steuerung von einem oder 5 dem Verbraucher Gleichstromimpulse zugeführt wermehreren Verbrauchern, die über steuerbare Schalt- den (ETZ-B, 1962, S. 369 bis 374). Durch ^variieren der elemente aus einer Gleichspanaungsquelle mit Im- Impulslänge oder Impulsfrequenz kann der Mittelwert pulsfoigen veränderlicher Frequenz gespeist werden, des Belastungsstromes verändert werden,
dadurch ge k e η η ze i c h η e t, daß zurVer- Es U ferner bei einer Anordnung zur Speisung meidung einer bestimmten Wechselstromkompo- io zweier Motoren mittels Impulsfolgen aus einer genente der Frequenz /₀ in dem der Gleichspannungs- meinsamen Gleichsf-annungsquelle bekannt (schweizequelle (4) von den Verbrauchern (2, 2') entnomme- rische Patentschrift 430 841), die Impulsfolgen beider nen, resultierenden Strom die Schaltelemente (1, Γ) Verbraucher derart zeitlich gegeneinander zu verderart steuerbar sind, daß die der Gleichspannungs- schieben, daß niemals zur selben Zeit in beiden Verquelle (4) von den Verbrauchern (2,2') entnommene 15 brauchern der Strom ein- oder ausgeschaltet wird. Impulsfolge aus Impulsgruppen von je η in einem Diese bekannte Maßnahme hat den Zweck, Spannungs-

., , . . . , , l r . spitzen herabzusetzen, die infolge der vorhandenen

ze.tl.chen Anstand von At - ^ aufe.nander- _L ^P _{eitungsinduktivitäten bei} stromänder-ngen induz.ert

folgenden Impulsen besteht, wenn die Frequenz werden und die Ventilstrecken belasten. Die Impulse dieser Impulsfolge den Grenzwert η · /₀ unter- 20 der in der gemeinsamen Leitung fließenden Impulsschreitet, folge sind bei dieser bekannten Anordnung zeitlich

2. Anordnung nacn Anspruch 1, dadurch ge- gleichmäßig verteilt.

kennzeichr..t, daß die Schaltelemente (1, Γ) derart In manchen Ve^wendungsfällen kann bei bestimmten

steuerbar sind, daß bei Mittelwerten der Impuls- Impulsfrequenzen der Belastungsstrom Störungen in

folgefrequenz, die den genannten Grenzwert erheb- 25 anderen mii diesen Frequenzen oder ihren Ober- oder

lieh unterschreiten, der Zeitanstand der Impulse Unterwellen arbeitenden Anlagen verursachen. Dies

innerhalb der Inipulsgruppen größer als A t ist. kann bei Schienenfahrzeugen der Fall sein, wenn die

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der nur ein Schienen einerseits als Rückleiter für den Belastungs-Verbrauchc. über einen Thyristor mit zugeord- strom und andererseits als Leiter eines mit einem netem Impulsgererator an die Gleichspannungs- 3° Wechselstrom mit relativ niedriger Frequenz arbeiquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, tenden Signalsystems benutzt werden. In solchen daü an den Impulsgenerator (6) eingangsseitig Fällen ist es wichtig, daß eine Wechselstromkompoeine Steuereinrichtung angeschlossen ist, die nach nente einer bestimmten Frequenz des dem Netz entjedem der («-1) ersten Impulse in einer Gruppe nommenen Belastungsstromes unterdrückt wird. Dies eine 1 t entsprechende Steuersignalspannting (£/*·) 35 kann z. B. mit Hilfe von Kohdcnsatoren oder eines und nach dem letzten Impuls in jeder Gruppe eine auf die betreffende Frequenz abgestimmten Filters dem gewünschten Zeitabstand zwischen den Im- geschehen. Bei den hohen Strömen und niedrigen pulsgruppen entsprechende Steuersignalspan- Frequenzen, um die es sich oft handelt, sind Filter nung (OV) liefert, sehr aufwendig und beanspruchen viel Raum, wenn

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der jede 40 sie ohne zusätzliche Vorkehrungen das Auftreten der Impulsgruppe aus zwei Impulsen besteht, dadurch betreffenden Wechselstromkomponente verhindern gekennzeichnet, daß die beiden Steuersignalspan- sollen.

nungen(£/t, U_r) über je eine Diode (15, 16) an den Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuEingang des Impulsgenerators (6) angeschlossen gründe, bei der Speisungeines oder mehrerer Verbrausind und daß in der Zuleitung der einen Steuer- 45 eher mittels veränderbarer Impulsfolgen das Auftreten Signalspannung (Ui-) ein elektrischer Schalter (14) bestimmter Wechselstromkornponenten in der geliegt, der von einer Kippstufe (20) betätigbar ist, meinsamen Zuleitung zwischen der Gleichspannungsdie eingangsseitig mit dem Ausgang des Impuls- quelle und den Verbrauchern zu vermeiden,
generators (6) verbunden ist. Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein-

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der 50 gangs erwähnten Art ernndungsgemäß dadurch gelöst, mehrere Verbraucher jeweils über ein steuerbares daß zur Vermeidung einer bestimmten Wechselstrom-Schaltelement an die Gleichspannungsquelle ange- komponente der Frequenz /₀ in dem der Gleichschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle von den Verbrauchern entnommenen. Schaltelemente (1, Γ) abwechselnd derart steuerbar resultierenden Strom die Schaltelemente derart steuersind, daß den Verbrauchern (2,2') jeweils ein 55 bar sind, daß die der Gleichspannungsquelle von Impuls pro Impulsgruppe zugeführt wird. den Verbrauchern entnommene Impulsfolge aus

Impulsgruppen von je /; in einem zeitlichen