DE1916205C

DE1916205C - Circuit arrangement for controlling the direct current in an inductive consumer fed from a direct voltage source

Info

Publication number: DE1916205C
Authority: DE
Inventors: Christian Charleroi; Hologne Henri Marcinelle; Jauquet (Belgien)
Original assignee: Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi (ACEC) S.A., Brüssel
Publication date: 1971-10-28

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung*- einem Kondensator Cp geliefert. In Reihe mit derThe invention relates to a circuit * - supplied to a capacitor Cp. In series with the

anordnung zur Steuerung des Gleichstromes in einem Gleichspannungsqiielle liegen ein Thyristor 77», undarrangement for controlling the direct current in a DC voltage source are a thyristor 77 », and

aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten, induk- eine diesem antiparallelgeschaltete Diode D₁. Zufed from a DC voltage source, an inductive diode D _{1 connected in} anti-parallel to this. to

tiven Verbraucher, dem eine Freilaufdiode parallel dieser Parallelschaltung ist eine Reihenschaltung austive consumer, to which a free-wheeling diode in parallel, this parallel connection is a series connection

geschaltet ist, mit zwei Thyristoren, von denen der 5 einem Widerstandr, und einem Kondensator C₁ parallelis connected, with two thyristors, of which the 5 a resistor r, and a capacitor C _{1 in} parallel

eine in Reihe mit der Gleichspannungsquelle und geschaltet. Parallel zu dem Verbraucher L₁, M ist einone in series with the DC voltage source and connected. In parallel with the consumer L ₁ , M is a

der andere in Reihe mit einem aus einer Drossel- weiterer Thyristor 77;., in Reihe mit einem aus einerthe other in series with one from a throttle further thyristor 77;., in series with one from one

spule und einem Kondensator bestehenden Reihen- Drosselspule L und einem Kondensator C gebildetencoil and a capacitor existing series inductor L and a capacitor C formed

Schwingkreis parallel zum Verbraucher geschaltet ist, Reihenschwingkreis geschaltet. Dem Thyristor 77)., isiResonant circuit is connected in parallel to the consumer, connected series resonant circuit. The thyristor 77)., Isi

und ferner mit zwei Dioden, die den Thyristoren io eine weitere Diode D₂ antiparallel geschaltet. Paralleland also with two diodes that connect a further diode D ₂ anti-parallel to the thyristors. Parallel

jeweils antiparallel geschaltet sind. dazu liegt außerdem eine Reihenschaltung aus einemare each connected in antiparallel. there is also a series connection of one

Schnltungsanordnungen dieser Art sind insbeson- Widerstand r, und einem Kondensator C₁. Die KathodeCircuit arrangements of this type are in particular resistor r and a capacitor C ₁ . The cathode

dere für die Steuerung der Drehzahl von Elektro- des Thyristors 7Vi₁ ist mit der Anode des Thyristors TIu those for controlling the speed of the electrode of the thyristor 7Vi ₁ is connected to the anode of the thyristor TIu

motoren, insbesondere Bahnmotoren geeignet. Zu verbunden, was bedeutet, daß die Anode der Diode Z)₁ motors, especially rail motors. To connected, which means that the anode of the diode Z) ₁

diesem Zweck zündet eine Steuerschaltung die beiden 15 mit der Kathode der Diode D₁ verbunden ist.For this purpose, a control circuit ignites the two 15 connected to the cathode of the diode D _1.

Thyristoren abwechselnd mit gleicher Frequenz, aber Ferner ist zu dem Verbraucher L₁, M eine Freilauf-Thyristors alternately with the same frequency, but furthermore, a free-wheeling is to the consumer L ₁ , M

mit steuerbarer zeitlicher Verschiebung. diode Dm in Reihe mit einer Drosselspule L₂ parallelwith controllable time shift. diode Dm in series with a choke coil L _{2 in} parallel

Bei der aus der französischen Patentschrift 1 504 674 geschaltet. Parallel zu der Freilaufdiode Dm liegt eineIn the case of the French patent 1 504 674 switched. Parallel to the freewheeling diode Dm is a

bekannten Schaltungsanordnung der eingangs ange- Reihenschaltung aus einem Widerstand r₃ und einemknown circuit arrangement of the initially attached series circuit of a resistor r ₃ and a

gebenen Art sind die beiden Thyristoren an ihren 20 Kondensator C₃. Die Reihenschaltungen r_u C₁; r₂, c,. The type given are the two thyristors on their 20 capacitor C ₃ . The series connections r _u C ₁ ; r ₂ , c ,.

Kathoden miteinander und mit der Kathode der r₃, C₃ dienen zur Dämpfung des Wiederanstiegs derCathodes with each other and with the cathode of the r ₃ , C ₃ serve to dampen the rise in the

Freilaufdiode verbunden, so daß die den Thyristoren Spannungen an den Klemmen der parallel dazu liegen-Freewheeling diode connected so that the voltages of the thyristors are connected to the terminals of the parallel

antiparallelgeschalteten Dioden an ihren Anoden den Halbleiterelemente. Parallel zu dem Kondensator ΓIn anti-parallel connected diodes at their anodes the semiconductor elements. In parallel with the capacitor Γ

miteinander verbunden sind. Bei dieser Schaltung liegt eine Diode el in Reihe mit einem Widerstand r. are connected to each other. In this circuit there is a diode el in series with a resistor r.

wird der Kondensator des Reihenschwingkreises 25 Eine Steuerschaltung C, die mit den SteuerelektrodenThe capacitor of the series resonant circuit 25 is a control circuit C, which is connected to the control electrodes

unmittelbar nach Zünden des in Reihe mit der Gleich- der Thyristoren 7/I₁ und 77»₂ verbunden ist, zündetimmediately after the triggering of the thyristors 7 / I ₁ and 77 » ₂ connected in series with the same, ignites

Spannungsquelle [-.-schalteten Thyristors geladen. Die diese abwechselnd mit einer konstanten Frequenz vonVoltage source [-.- switched thyristor charged. The these alternate with a constant frequency of

Spannung am Kondensator nimmt jedoch dann etwas z.B. 300 Hz, aber mit einer steuerbaren zeitlichenHowever, the voltage on the capacitor then increases somewhat, e.g. 300 Hz, but with a controllable temporal rate

ab. so daß die Gefahr besteht, i»aß seine Spannung Verschiebung zwischen den beiden Thyristoren,away. so that there is a risk of its voltage shift between the two thyristors,

zur Löschung des in Reihe tnit der Gleichspannungs- 30 Wenn die Schaltung im stationären Betrieb arbeitet,to cancel the series tn with the DC voltage 30 If the circuit works in stationary operation,

quelle liegenden Thyristors nicht ausreicht, falls z. B. fließt bei Zündung des Thyristors 7Ti₁ in dem Zeil-source lying thyristor is not sufficient if z. B. flows when the thyristor 7Ti _{1 is} triggered in the Zeil-

infolge einer Störung die Spannung der Gleichspan- punkt / — 0 der als konstant angenommene Strom 1»as a result of a disturbance the voltage of the DC point / - 0 the current assumed to be constant 1 »

nungsquelle im Augenblick der Löschung einen zu des Motors in einem geschlossenen Kreis über diepower source at the moment of extinguishing one to the motor in a closed circuit across the

hohen Wert erreicht hat. Umgekehrt besteht die Ge- Freilaufdiode Dm und die Drosselspulen L₂ und L₁. has reached a high value. Conversely, there is the freewheeling diode Dm and the choke coils L ₂ and L ₁ .

fahr, daß bei niedrigen Werten des Verbraucher- 35 Die Zündung des Thyristors Th₁ hat zur Folge, daßdrive that at low values of the consumer 35 The ignition of the thyristor Th ₁ has the consequence that

Stroms der in Reihe mit der Gleichspannungsquelle die Gleichspannungsquelle mit der Spannung U einenCurrent in series with the DC voltage source, the DC voltage source with the voltage U one

liegende Thyristor am Ende der Aufladung des Kon- Strom /γλι liefert. Dieser Strom kann den Strom /»lying thyristor at the end of the charging of the Kon current / γλι supplies. This current can the current / »

densator» des Reihenschwingkreises durch den Rück- nicht verändern, da dieser als durch die Induktivitätcapacitor »of the series resonant circuit through the reverse do not change, as this is more than through the inductance

strom der zu dem anderen Thyristor antiparallel- des Motors vorgegeben angesehen werden kann. Dacurrent that can be viewed as specified in antiparallel to the other thyristor of the motor. There

geschalteten Diode vorzeitig gelöscht wird. 40 aber die Freilaufdiode Dm leitend ist, kann der Stromswitched diode is extinguished prematurely. 40 but the freewheeling diode Dm is conductive, the current can

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer ϊτλι über sie und die Drosselspule L₂ fließen. In diesemThe object of the invention is to create a ϊτλι flow over it and the inductor L ₂ . In this

Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art, Augenblick gilt i.u = /tai — /βλ/·Circuit arrangement of the type specified at the beginning, at the moment i.u = / tai - / βλ / ·

die bei allen Betriebsbedingungen eine sichere und Da an die Drosselspule L₂ die konstante Spannung U the under all operating conditions a safe and since the choke coil L _2, the constant voltage U

einwandfreie Löschung des in Reihe mit der Gleich- angelegt ist und da /.u konstant ist, erhält man
Spannungsquelle liegenden Thyristors gewährleistet. 45flawless deletion of the one in series with the equi- and since /.u is constant, one obtains
Voltage source lying thyristor guaranteed. 45

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch ge- d _ U _ d ^According to the invention this object is overall _ U d d ^ _

löst, daß die Thyristoren und die diesen antiparallel- d/ L₁ dl
geschalteten Dioden so gepolt sind, daß die Kathodesolves that the thyristors and these antiparallel d / L ₁ dl
switched diodes are polarized so that the cathode

des mit der Gleichspannungsquelle in Reihe geschal- Der von Null beginnende Strom /Vai nimmt alsoconnected in series with the DC voltage source. The current / Vai starting from zero therefore increases

teten Thyristors und die Anode der zugehörigen 50 _{nach ejner} ,_{jnearen Funktion mit der Steigun} V thyristor and the anode of the associated 50 _according to a _{linear function with the rate of} V

Diode mit der Anode des zusammen mit dem Reihen- AiDiode with the anode of the together with the series Ai

schwingkreis dem Verbraucher parallelgeschalteten bis er den Wert M/ erreicht hat, welchen er beibehält,oscillating circuit connected in parallel to the consumer until it has reached the value M / which it maintains,

Thyristors und mit der Kathode der zugehörigen und der Strom /_D.u wird Null, wobei er ebenfallsThyristor and with the cathode of the associated and the current / _D .u becomes zero, he also

Diode verbunden sind. linear abnimmt.Diode are connected. decreases linearly.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach- 55 Zu dem Zeitpunkt /, wird der Thyristor 7Zj₁ gezün-An embodiment of the invention is after- 55 At the time /, the thyristor 7Zj _{1 is} ignited.

stehend an Hand der. Zeichnung erläutert. Es zeigt det, so daß die Spannung der Gleichspannungsquellestanding by the hand of. Drawing explained. It shows det so that the voltage of the DC voltage source

F i g. 1 das Schaltbild der erfindungsgemäßen An- den mit der Drosselspule L in Reihe geschaltetenF i g. 1 shows the circuit diagram of the inventive and connected in series with the inductor L Ordnung, und Kondensator C Über diesen Thyristor auflädt. Be*Order, and capacitor C charges through this thyristor. Be * F i g. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf einiger Spannun- kanntlich verläuft der Ladestrom Il des Konden·F i g. 2 shows the course of some voltages over time, the charging current II of the condenser

gen und Ströme an verschiedenen Punkten der Schal- 60 sators C zeitlich gemäß einem Sinusgesetz mit dergenes and currents at different points of the switch 60 sator C in time according to a sine law with the

tung von Fig. 1. Periodeprocessing of Fig. 1st period

Die in F i g, 1 dargestellte Schaltungsanordnung T =ln ]lLC. The circuit arrangement T = ln] lLC shown in FIG.

dient zur Steuerung des Oleichstroms in einem Bahn· 'is used to control the direct current in a path · '

motor M. Die Selbstinduktivität dieses Motors ist Der Strom //, fließt auch über den Thyristor Th₁, somotor M. The self-inductance of this motor is the current //, also flows through the thyristor Th ₁ , so

durch eine Spule L_x dargestellt, zu der auch eine mit fis daß gilt: Ithi - Im ~ k. represented by a coil L _x , to which one with fis that also applies: Ithi - Im ~ k.

dem Motor in Reihe geschaltete zusätzliche Spule ge- Wenn der Strom //, zum Zeitpunkt i_t nach Durch·Additional coil connected in series to the motor If the current //, at time i _t after Durch

hören kann. Der Gleichstrom wird von einem Fahr' laufen seines negativen Maximums wieder auf Nullcan hear. The direct current will run from its negative maximum back to zero

db Über ein Filter mit einer Drosselspule Lf und zurückgegangen ist, hat der Strom hin wieder dendb over a filter with an inductor Lf and returned, the current has to go back to

Wert ύ/ angenommen. Von diesem Augenblick an kehrt der seine Schwingung fortsetzende Strom /'/, seine Richtung um und wird in dem in F ί g, I angegebenen Sinn positiv. Er fließt über die Parallelschaltung von 77?, und D, zur Gleichspannungsquelle, wobei er den Strom ?>/>, verringert, bis dieser zu dem Zeitpunkt I₃ den Wert Null erreicht hat.Value ύ / assumed. From this moment on, the current / '/, which continues its oscillation, reverses its direction and becomes positive in the sense indicated in Fig. I. It flows via the parallel connection of 77? And D, to the DC voltage source, reducing the current?>/>, Until it has reached the value zero at time I _3.

Zu dem Zeitpunkt f.. hat die Spannung V_r an den Klemmen des Kondensators C den höchsten Wert 21/ erreicht, und die an der Drosselspule L liegende Spannung beträgt 2 U— U — U, In der Umgebung des Zeitpunkts I₁ hat die Spannung V_e — U die Ableitung Null, so daß die Tangente an die Kurve der zeitlichen Veränderung von i'z, in diesem Punkt eine SteigungAt the point in time f .. the voltage V _r at the terminals of the capacitor C has reached the highest value 21 /, and the voltage across the inductor L is 2 U-U - U, in the vicinity of the point in time I ₁ has the voltage V _e - U the derivative zero, so that the tangent to the curve of the time change of i'z, at this point a slope

U
von hat. Der Strom /V_A, erfährt eine Änderung U
of has. The current / V _A experiences a change

gleicher Form, aber in entgegengesetztem Sinn. Nach Durchlaufen seiner negativen Halbwelle kehrt er zu dem Zeitpunkt r, auf Null zurück, er kann sich jedoch nicht umkehren, da inzwischen der Thyristor Th₁ in den Sperrzustand zurückgekehrt ist. Zu dem Zeitpunkt I₁ ist, da /ta, gleich Null geworden ist, /z. gleich }.u, d. h. konstant. Die Spannung V_r an den Klemmen des Kondensators C nimmt daher von diesem Zeitpunkt an gemäß einem linearen Gesetz ab, um den Wert Null zu dem Zeitpunkt /₅ zu erreichen, worauf sie sich infolge der parallel dazu liegenden Reihenschaltung aus der Diode rf und dem Widerstandr umkehrt und abklingt, um zu dem Zeitpunkt /„ wieder Null zu werden. Der Strom iu welcher zu dem Zeitpunkt /-, den Wert /j/ hat, klingt auf Null zu dem Zeitpunkt /„ ab, während der zu dem Zeitpunkt /₅ von Null beginnende Strom id.v allmählich bis auf den Wert in ansteigt, welchen er zu dem Zeitpunkt t_t erreicht. In F i g. 2 sind auch der Verlauf der Spannung Vn an den Klemmen des Motors und die Spannungen Vti>\ und Vm» an den Thyristoren 77), und Th₁ dargestellt.same shape, but in the opposite sense. After passing through its negative half-wave, it returns to zero at the point in time r, but it cannot reverse because the thyristor Th ₁ has meanwhile returned to the blocking state. At the point in time I ₁ , since / ta, has become equal to zero, / z. equal to} .u, ie constant. The voltage V _r at the terminals of the capacitor C therefore decreases from this point in time in accordance with a linear law to reach the value zero at the point in time / ₅ , whereupon it changes due to the parallel connection of the diode rf and the resistor r reverses and subsides to become zero again at the point in time / ". The current iu, which at the time / - has the value / j /, decays to zero at the time / ", while the current id.v , which starts from zero _{at the time / 5,} gradually increases to the value in, which it reaches _t at the time t. In Fig. 2 also shows the course of the voltage Vn at the terminals of the motor and the voltages Vti> \ and Vm » at the thyristors 77) and Th ₁ .

Der Hauptvorteil der beschriebenen Schaltung besteht darin, daß die Löschung von TIi₁ durch die Entladung des Kondensators C in dem Augenblick erfolgt, in welchem dieser seine höchste Spannung erreicht hat.The main advantage of the circuit described is that TIi _{1 is} erased by the discharge of capacitor C at the moment when it has reached its highest voltage.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Zündung des Thyristors Γ/?, die anfängliche zeitliche Änderung des Stroms nur die der Aufnahme des Stroms durch die Diode Dv ist, d. h. £ und nichtAnother advantage is that when the thyristor is triggered Γ / ?, the initial change in the current over time is only that of the absorption of the current by the diode Dv , ie £ and not

^U -;- ^υ , wie bei der eingangs genannten, bekannten L₁ L ^U -; - ^υ , as in the case of the known L ₁ L mentioned at the beginning

Schaltungsanordnung..
Außerdem ist bei niedrigen Werten des Stroms,,,Circuit arrangement ..
In addition, at low values of the current ,,,

ία nicht zu befürchten, daß der Rückstrom der Diode D, den Thyristor Th₁ am Ende der Ladung des Kondensators C löscht.ία not to fear that the reverse current of the diode D, the thyristor Th ₁ at the end of the charge of the capacitor C extinguishes.

Schließlich ist keine zusätzliche Diode zur Verhinderung einer eventuellen. Neuladiing des Kondcn-Finally, there is no additional diode to prevent an eventual. New ring of condensing

satorsC durch die elektromotorische Kraft des Motors M erforderlich.satorsC required by the electromotive force of the motor M.

Claims

Claim:

Circuit arrangement for controlling the direct current in one of a direct voltage source powered, inductive consumer, one

The free-wheeling diode is connected in parallel, with two thyristors, of which d ^ r one in series with the DC voltage source and the other in series with one of a choke coil and one Capacitor existing series resonant circuit

is connected in parallel to the consumer, and furthermore with two diodes, which are connected in anti-parallel with the thyristors, thereby g e k e η η ζ e i c h η e t, that the thyristors and the diodes connected in antiparallel to them so

are polarized that the cathode of the thyristor (Th ₁ ) connected in series with the DC voltage source and the anode of the associated diode (O ₁ ) with the anode of the consumer (M, '.,) together with the series resonant circuit (L, C)

Thyristor (Th ₁ ) connected in parallel and connected to the cathode of the associated diode (D ₁ ) .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings