DE1916205A1

DE1916205A1 - Elektronische Vorrichtung zur Regelung eines Gleichstroms

Info

Publication number: DE1916205A1
Application number: DE19691916205
Authority: DE
Inventors: Henri Hologne; Christian Jauquet
Original assignee: ACEC; Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi SA
Current assignee: ACEC; Umicore NV SA
Priority date: 1968-04-01
Filing date: 1969-03-29
Publication date: 1969-10-16
Also published as: BE729436A; NL6905015A; CH509696A; DE1916205B2; NL163916B; FR1575652A; NL163916C

Description

Elektronische Vorrichtung zur Regelung eines Gleichstroms Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur Regelung eines von einer festen Gleichspannungsquelle einem induktiven Nutzkreis gelieferten Gleichstroms durch intermittierende Anlegun@; dieser Spannung an den Nutzkreis mittels eines elektronischen Schalters, welcher z.B. mit einer konstanten Schliessungsfrequenz und einer regelbaren Schliessungsdauer arbeitet. Diese Vorrichtungen sind insbesondere für die Regelung der Drehzahl von Elektromotoren, insbesondere Bahnmotoren, benutzbar.
Es sino verschiedene derar-tige Vorrichtungen bekannt, bei welchen gesteuerte Halbleiter, sogenannte Thyristoren, benu@zt werden, von denen der eine zur Schlies-Kun; des Stromkreises dient und in den Sperrzustand durch @nlegung eines Gegenstroms zurückversetzt wird, welcher z.B. von einem anderen Löschthyristor geliefert wird...Eine derar,-tige Vorrichtung is-t in der deutschen Patentanmeldung P@@15 88...
991.5 vom 20. Oktober 1967 beschriben. Sie enthält zwei Anordnungen, deren jede aus wenigstens einem Thyristor und einer Diode in Antiparallelschaltung besteht, von denen die eine mit der Speisequelle in Reihe und die andere über einen Re-ihenschwingkreis parallel zu dem Nutzkreis geschaltet ist, wobei die Kathode des Thyristors oder der Thyristorgruppe einer, jeden der beiden Anordnungen mit der Kathode einer zu dem Nutzkreis parallel geschalteten Diode gemeinsam ist, wobei ein Steuerkreis vorgesehen ist, welcher abwechselnd die Thyristoren der beiden Anordnungen z-.B, mit der gleichen Frequenz und einer' regelbaren zeitlichen Verschiebung entsperrt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung unterscheidet sich nicht wesentlich von der oben beschriebenen, sie besitzt jedoch erhebliche Vorteile hinsichtlich der elektrischen Beanspruchungen der Thyristoren. Sie enthält ebenfalls zwei Anordungen mit je wenigstens einem Thyristor und einer Diode, in Antiparallelschaltung, von denen die eine mit der Speisequelle in Reihe und di.e andere über einen Reihenschwingkreis zu dem durch eine Diode überbrückten Nutzkreis, parallel geschaltet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode der-Diode o-der der Dipden, welche zu dem Thyristor oder den Thyristoren in der mit dem Schwingkreis in Reihe geschalteten Anordnung antiparallel geschaltet sind, mit der Kathode des Thyristors oder der Thyristoren der mit der Spiesequelle in Reihe geschalteten antiparallel geschalteten Anordnung gemeinsam ist.
Gmäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung is't eine Drosselspule mit. der parallel zu dem Nutzkreis geschalteten Diode in Reihe geschaltet.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsha-lber-'erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild der erfindungsmässen Anordnung.
Fig. 2 zeigt den Verlauf einiger in der obigen Schaltung auftretender elektri-s-cher Grossen.
Die in Fig. 1 darges-tellte Schaltung dient zur Speisung eines Bahnsotors M mit einem Gleichstrom regelbarer Stärke. Die Selbstinduktion dieses Motors ist durch eine Spule L1 dargestellt, welche ggfs. durch eine mit dem Motor in Reihe geschaltete zusätzliche Spule gebildet werden kann. Dieser Strom wird von einem Fahrdraht über ein Filter mit einer Drosselspule LF und einem Kondensator CF geliefert. In Reihe mit der Speisequelle liegt eine Antiparallelschaltung mit einem Thyristor,Th1 und einer Diode D1. Zu dieser Anordnung ist ein Stromkreis mit einem Widerstand r1 und einem in Reihe geschalteten Kondensator c1 parallel geschaltet. Eine andere Antiparallelschaltung mit einem Thyristor Th2 und einer Diode D2 ist mit der Speisequelle, der Anordnung Th1, D1 und einem durch eine Drosselspule L und einen Kondensator C gebildeten Reihenschwingkreis in Reihe geschaltet. Die durch die Anordnung Th2, D2 und den Schwingkreis L, C gebildete Reihenschaltung ist mit dem durch den Motor M und die in Reihe geschaltete Drosselspule L1 gebildeten Nutzkreis parallel geschaltet. Perner ist zu dem Nutzkreis eine mit einer DiodegDM in Reihe geschaltete Drosselspule L2 parallel geschaltet. Die Diode DM und die Anordnung Th2, D2 sind durch Stromkreise überbrückt, welche in Reihe Widerstände r3 bzw. r2 und Kondensatoren C3 bzw. c2 enthalten. Diese Stromkreise ebenso wie der Stromkreis c1 dienen zur Dämpfung des Wiederanstiegs der Spannungen an den Klemmen der entsprechenden Halbleiterelemente.
Eine Schaltung G zur Steuerung der Gitter der Thyristoren Th1 und Th2 soll diese abwechselnd mit einer konstanten Frequenz von z.B. 300 Hz aber mit einer regelbaren zeitlichen Verschiebung zwischen den beiden Thyristoren entsperren. Fig.
2 zeigt den zeitlichen Verlauf der verschiedenen in der Schaltung auftretenden elektrischen Gröen.
Wenn die Schaltung im Beharrungszustand arbeitet und angenommen wird, dass die Zündung von Th1 zu dem Zeitpunkt t = o erfolgt, fliesst in diesem Augenblick der als konstant anFenommene Strom IN des Motors in einem geschlossenen Kreis über die Diode DM und die Drosselspulen L2 und L1.
Die Zündung von Th1 hat zur Folge, dass die Stromquelle mit der Spannung U über die Anordnung Th1, D1 einen Strom ITh1 liefert. Nur der Tiiyristor Th1 führt natürlich Strom. Dieser Strom kann den Strom IM nicht verändern, da dieser als durch die Induktivität des Motors vorgegeben angesehen werden kann, da aber die Diode DM leitend ist, kann der Strom ITh1 über sie und die Drosselspule L2 fliessen.
In diesem Augenblick gilt IN = 1Thl IDM. Da an die Drosselspule L2 die konstante Spannung U angelegt ist, erhält man d U d (- IDM) = = (ITh1) dt L2 dt da ja IM konstant ist.
Der von null beginnende Strom ITh1 nimmt also gemäss einem linearen Gesetz mit der Steigung U zu, bis er den Wert IM erreicht hat, welchen er beibehält, L@ und der Strom IDM wird null, wobei er ebenfalls linear abnimmt.
Zu dem Zeitpunkt t1 wird Th2 gezündet, so dass die Spannung der Stromquelle den mit der Drosselspule L in Reihe geschalteten Kondensator C über ihn auflädt. Bekanntlich verläuft der Ladestrom -IB von C zeitlich gemäss einem Sinusgesetz mit der Periode T = 2% #LC. Der Strom - IL fliesst auch über Th1, so dass 1ThI = im - IL, und wenn der Strom IL zu einem Zeitpunkt t2 nach dem Durchgang durch sein negatives Maximum wieder auf null zurückgegangen ist, hat der Strom ITh1 wieder den Wert IM angenommen. Von diesem Augenblick an kehrt der seine Schwingung fortsetzende Strom IL seine Richtung um und wird in dem in Fig. 1 angegebenen. Sinn positif. Er schliesst sich über die Stromquelle über die An- -ordnung Th1, D1, wobei er d-en Strom 1Th1 verringert, bis dieser zu dem Zeitpunkt t3 den Wert null erreicht hat. Zu dem Zeitpunkt t2 hatte bekanntlich die Spannung VC an den Klemmen des Kondensators C den höchsten Wert 2U erreicht, und die an der Drosselspule L liegende Spannung betrug 2U-U = U. In der Umgebung des Zeitpunkts t2 hat die Spannung VC - U die Ablei-' 2 c tung null, so dass die Tangente an die Kurve der zeitlichen Veränderung von IL an diesem Punkt eine Steigung von U/L hat.
Der Strom ITh1 erfährt eine Änderung gleicher Form aber in entgegengesetztem Sinn. Nach Durchlaufen seiner negativen Halbwelle kehrt er zu dem Zeitpunkt t4 auf null zurück, er kann sich jedoch nicht umkehren, da Th1 in den Sperrzustand zurückgekehrt ist. Zu dem Zeitpunkt t4 ist, da ITh1 gleich null geworden ist, IL gleich IM, d.h. konstant. Die Spannung Vc and den Klemmen des Kondensators C nimmt daher von diesem Zeitpunkt an gemäss einem linearen Gesetz ab, um den Wert null zu dem Zeitpunkt t5 zu errichen, worauf sie sich umkehrt und abklingt, um zu dem Zeitpunkt t6 null zu werden, da parallel zu dem Kondensator C eine Diode d in Reihe mit einem Widerstand r geschaltet ist, wie dies an sich bekannt ist. Der Strom IL, welcher zu dem Zeitpunkt t5 den Wert IM hatte, klingt auf null zu dem Zeitpunkt t6 ab, während der zu dem Zeitpunkt t5 von null beginnende Strom IDM allmählich bis auf den Wert IM ansteigt, welchen er zu dem Zeitpunkt t6 erreicht. In Fig. 2 sind auch der Verlauf der Spannung VM an den Klemmen des Motors und die Spannungen VTh1 und VTh2 an den Klemmen der Thyristoren Th1 und h2 dargestellt.
Der Hauptvorteil der obigen Schaltug besteht darin, dass die Löschung von Th1 durch die Entladung des Kondenstors C in dem Augenblick erfolgt, in welchem dieser seine höchste Spannung erreicht hat, während in der Schaltung gemäss der genannten Patentanmeldung der Kondensator C mit Voreilung geladen wurde, so dass zu dass zu befürchten war, dass seine Spannung zur Löschung von Th1 nicht ausreichen würde, falls infolge einer Störung die Spannung des Fahrdrahtes im Augenblick der Vornahme dieser Löschung einen zu hohen Wert erreicht hätte.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Zündung von Th1 die anfängliche zeitliche Änderung des Strom,s, nur des der Wiederaufnahme des Stroms durqh die Diode U U U DM ist, d.h. und nicht + L2 L2 L.
Die Spannungsbeanspruchungen an der Anordnung Th2, D2 sind kleiner, und bei niedrigen Werten des Stroms IM ist nicht mehr zu befürchten, dass der Rückstrom der Diode D2 in gewissen Fällen den Thyristor Th1 am Ende der Ladung des Kondensators C löscht.
Schliesslich ist die in der genannten Patentanmeldung vorgesehene Diode zur Verhinderung der Neuladung des Kondensators C durch die elektromotorische Kraft des Motors M nicht mehr erforderlich.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Regelung des von einer festen Gleichstromquelle gelieferten Gleichs-troms zur Speisung eines durch eine Diode überbrückten Nutzkreises mit Selbstinduktion, mit zwei Anordnungen mit je wenigstens einem Thyristor und einer Diode in Antiparallelschaltung, von denen die eine in Reihe mit der Gleichstromquelle und die andere über einen Reichenschwingkreis zu dem Nutzkreis parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode der Diode (D2) oder der Dioden, welche zu dem Thyristor (Th2) oder den Thyristoren der mit dem Schwingkreis in Reihe geschalteten Anordnung antiparallelgeschaltet sind, mit der Kathode des Thyristors (Th1) der mit der Stromquelle in Reihe geschalteten Antiparallelschaltung (D1, Th1) gemeinsam ist.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselspule (L2) mit der parallel zu dem Nutzkreis geschalteten Diode (DM) in Reihe geschaltet ist.

L e e r s e i t e