DE1934591B2

DE1934591B2 - Einrichtung zur speisung zweier teillasten aus einer gleichstromquelle

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Publication number: DE1934591B2
Application number: DE19691934591
Authority: DE
Priority date: 1968-07-08
Filing date: 1969-07-08
Publication date: 1976-04-29
Also published as: US3621270A; YU36085B; ES369237A1; GB1234859A; DE1934591A1; FR2012514A1; YU172369A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Speisung zweier Teillasten aus einer Gleichstromquelle mit einer von annähernd Null bis zur vollen Spannung der Gleichstromquelle einstellbaren Spannung mittels iweier Gleichspannungssteller, von denen jeder im Leistungskreis drei Anschlußklemmen, nämlich zwei Eingangsklemmen ur>d eine Ausgangsklemme, die lusammen mit einer der beiden Eingangsklemmen den Ausgang bildet und deren Spannungspotential im Bereich der Spannung an den Eingangsklemmen des Gleichspannungssteller steuerbar ist, aufweist, wobei die Eiingangsklemmen der Gleichspannungssteller sowie die ersten Klemmen der Teillasten mit Anschlüssen der Gleichstromquelle und die Ausgangsklemmen der Gleichspannungssteller mit den zweiten Klemmen der Teillasten verbunden sind.

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einemi System zum Steuern von Gleichstromleistungen und hiit zum Ziel, die erforderliche Leistung eines Gleichspannungsreglers mit Zerhackern auf die Hälfte herabzusetzen.

Eine solche Einrichtung ist bekannt (CH-PS 4 30 «41).

Diese Einrichtung wird im folgenden im Zusammenhang mit der F i g. 1 näher beschrieben. Wie in F i g. 1 dargestellt ist, weisen zwei Gleichspannungssteller 20a, 20b (mit je zwei Eingangsklemmen Xa, Ya bzw. Xb, Yb und je einer Ausgangsklemme Za bzw. Zb im Leistungskreis) entsprechende Zerhacker 21a, 21b sowie Halbleiterdioden 22a und 22b in Reihenschaltung auf und sind eingangsseitig prallel zueinander geschaltet und an eine Gleichstromquelle 10 angeschlossen. Der Verbindungspunkt des Zerhacker 21a und der Diode 22a ist an eine erste Teillast 30a geschaltet: eine zweite Teillast 30b ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Zerhacker21bundder Diode 22bverbunden.

Die Gleichspannungssteller 20a und 20b unterliegen einer Ein-Aus-Steuerung mit einer bestimmten Phasendifferenz, um die Wechselspannungskomponente eines durch die Gleichstromquelle 10 fließenden Stroms zu verringern.

Bei der bekannten, in F i g. 1 dargestellten Einrichtung ist die Leistung, für die die Zerhacker insgesamt zu bemessen sind, bei einem Stellbereich der Spannungen an den Teillasten von annähernd Null bis zur vollen Spannung der Gleichstromquelle gleich der Summe der ve Ilen Leistungen der Teillasten.

Wenn h der volle Strom jeder Teillast ist und E die Spannung über der Gleichstromquelle und zugleich die maximale Spannung der Teillasten ist, dann muß jeder der Gleichspannungssteller 20a und 20b die volle Spannung E und eine Strombelastung h aufnehmen können. Infolge der Verwendung zweier Gleichspannungssteller muß die in F i g. 1 dargestellte Anordnung für eine Stelleistung von 2 Eh bemessen sein und liefert eine maximale Ausgangsleistung von 2 Eh, was zu einem Verhältnis dieser beiden Leistungen von 1 führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhältnis der Stelleistung der Gleichspannungssteller zu der Leistung der Teillasten zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleichspannungssteller mit ihren Eingangsklemmen in Reihe miteinander an die Gleichstromquelle und der Verbindungspunkt der Gleichspannungssteller in dieser Reihenschaltung an eine Mittelanzapfung der Gleichstromquelle angeschlossen sind und daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, durch die die zweite Klemme jeder Teillast in der einen Schaltstellung mit einer der beiden Eingangsklemmen des zugehörigen Gleichspannungssteller und in der anderen Schaltstellung mit der mit dem Endanschluß der Gleichstromquelle verbundenen Eingangsklemme des anderen Gleichspannungssteller verbunden ist.

Auf Grund einer derartigen Anordnung wird in dem einen Schaltzustand der Stellbereich zwischen Null und halber Spannung umfaßt, während in dem anderen Schaltzustand der Stellbereich zwischen halber und voller Spannung umfaßt wird. In jedem dieser beiden Schaltzustände werden die beiden Gleichspannungssteller nur über den halben Leistungssteuerbereich der Teillasten eingesetzt. Das Verhältnis der Bemessungsleistung der beiden Gleichspannungssteller zu den Leistungen der beiden Teillasten ist somit 0,5 und damit nur halb so groß wie bei der bekannten Einrichtung.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung durch die Parallelschaltung einer Gleichstromquelle ohne Mittelanzapfung mit einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren gebildet ist* deren gemeinsamer Verbindungspunkt die Mittelanzapfung bildet.

Durch die CH-PS 13 84 520, insbesondere Fig. 3a, ist ein derartiger Aufbau einer Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung in Verbindung ;nit einer über zwei Gleichspannungsstellen gespeisten ungeteilten Last an sich bekannt Die Gleichspannungssteller, von denen jeder im Leistiingskreis zwei Eingangskieminen und eine zusammen mit einer der beiden Eingangsklemmen den Ausgang bildende Ausgangsklemme aufweist, sind mit ihren Eingangsklemmen in Reihe miteinander an die Gleichstromquelle angeschlossen. Ihr Verbindungspunkt in dieser Reihenschaltung ist an den Verbindungspunkt der Kondensatoren angeschlossen.

Durch die FR-PS 13 70310 (insbesondere Fig. 2) ist auch eine Einrichtung mit den vorstehend genannten Merkmalen bekannt, bei der keine Kondensatoren parallel zur Gleichstromquelle vorhanc-en sind, sondern der Verbindungspunkt der Reihenschaltung der Gleichspannungssteller unmittelbar an eine Mittelanzapfung der eigentlichen Gleichstromquelle angeschlossen ist.

Es ist ferner bei einer Einrichtung zur Speisung zweier Teillasten aus einer Gleichstromquelle mit zwei Gleichstromstellern an sich bekannt (B'ich von Kar! Sachs, »Elektrische Triebfahrzeuge«, 1953. Bd. II, S. 72/73, insbesondere Abb. 100), eine Umschaltvorrichtung vorzusehen. Als Gleichstromsteller sind hierbei zweipolige Regel widerstände vorgesehen, welche jeweils in Serie zu einer Teillast, und zwar einem Antriebsmotor für ein Triebfahrzeug angeordnet sind Durch entsprechende Schalter können diese beiden Serienschaltungen aus Regelwiderstand und Teillast wahlweise parallel oder in Serie an die Stromquelle angeschlossen werden. Im Falle der Serienschaltunj? wird bei gleichzeitiger Steuerung der beiden Regei widerstände ein Stellbereich von Null bis zur halben Spannung umfaßt, während im Fall der Parallelschaltung jeweils ein Stellbereich zwischen Null und voller Spannung umfaßt wird.

Im Falle der Serienschaltung ist bei dieser Einrichtung eine voneinander unabhängige Steuerung der beiden Teillasten nicht möglich, die außerdem den gleichen Strom führen müssen. Die Regelwiderstände müssen insgesamt für eine Leistung bemessen sein, die gleich der Gesamtleistung der Teillasten ist.

Die Erfindung ist an Hand der weiteren Figurenzeichnung im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

F i g. 2a und 2b schematische Schaltbilder eines Ausführungsbeispiels der Erfindung vor bzw. nach einer Umschaltung durch die dort nicht dargestellte Umschaltvorrichtung,

Fig.3a bis 3e und Fig.4a bis 4f schematische Schaltungsanordnungen von Gleichspannungsstellern, die für die Erfindung verwendet werden können,

F i g. 5a und 5b schematische Schaltbilder einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit Gleichspannungsstellern vom Zerhackertyp vor bzw. nach einer Umschaltung durch die dort nicht dargestellte Umschaltvorrichtung,

Fig. 6a und 6b graphische Darstellungen von Schwingungsformen, die an verschiedenen Stellen der in den F i g. 5a bzw. 5b dargestellten Schaltungsanordnungen auftreten,

F i g. 7aa, 7ab, 7ba und 7bb den F i g. 6a und 6h ähnliche Darstellungen, in denen jedoch verschiedene Betriebsweisen dargestellt sind, die von derjenigen der F i g. 6a und 6b abweichen,

Fig.8a und 8b schematische Schaltbilder einer anderen Ausführungsform der Erfindung vor bzw. nach einer Umschaltung durch die dort nicht dargestellte Umschalteinrichtung und

F i g. 9aa, 9ab, 9ba und 9bb graphische Darstellungen von Schwingungsformen, die an verschiedenen Stellen

-^s der in den F i g. 8a und 8b dargestellten Anordnungen auftreten.

Die Gleichstromquelle in Fig.2abesteht aus zwei in Reihe geschalteten Gleichstromquellenteilen 10a und 10Z> mit der gleichen Polarität und ist mit einem

ίο positiven Pol mit einer Eingangsklemme Xa eines ersten Gleichspannungssteller 20a und mit einem negativen Pol mit einer Eingangsklemme Yb eines zweiten Gleichspannungssteller 20b verbunden. Die Verbindungsstelle der beiden Gleichstromquellenteile 10a, 10£> ist mit den jeweils anderen Eingangsklemmen Ya, Xb der beiden Gleichspannungssteller 20a und 2Qb zusammengeschart.

Jeder der Gleichspannungssteller weist wenigstens zwei Eingangsklemmen X und Y und mindestens eine Ausgangsklemme Z auf. Zu Erläuterungszwecken sind in Fig. 2a die Gleichspannungssteller jeweils mit zwei Eingaigsklemmen Xa und Ya bzw. Xb und Yb und einer einzigen Ausgangsklemme Za bzw. Zb dargestellt. Die Gleichspannungssteller 20a, 206 dienen zur Regelung eines Potentials an der jeweiligen Ausgangsklemme Z in Übereinstimmung mit einem Augenblick- oder Mittelwert einer zwischen den jeweiligen Eingangsklemmen X und Yangelegten Spannung.

Die Ausgangsklemmen Za bzw. Zb der Gleichspannungssteller sind mit einer ersten Teillast 30a bzw. einer zweiten Teillast 30£> verbunden, die jeweils eine zweite Klemme Oa bzw. Ob besitzen. Diese Klemmen Oa bzw. Oi> sind an den positiven Pol bzw. den negativen Pol der Quelle 10 angeschlossen.

.15 Die in Fig.2b dargestellte Anordnung stimmt im wesentlichen mit derjenigen nach Fig.2a überein, jedoch mit dem Unterschied, daß die Klemme Oa der Teillast 30a mit dem negativen Pol und die Klemme Ob der Teillast 306 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist.

Die bei der soeben beschriebenen Anordnung verwendeten Gleichspannungssteller können vorzugsweise eine der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen aufweisen.

F i g. 3 zeigt verschiedene Gleichspannungssteiler 20 mit einem nach dem Schaltprinzip betriebenen und damit als Zerhacker wirkenden Thyristor. In Fig. 3a ist zwischen zwei Eingangsklemmen X und Vein Thyristor 21, der einen steuerbaren Zweig bildet, in Reihe mit einer Halbleiterdiode 22 geschaltet, die einen ungesteuerten Zweig darstellt, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Thyristor und der Diode mit einer Ausgangsklemme Z verbunden ist. Der in Fig.3a dargestellte Gleichspannungssteller 20 dient zur Lieferung einer im Mittelwert einstellbaren Spannung zwischen der Ausgangsklemme Z und der Eingangsklemme Y und damit auch zum Steuern eines aus der Ausgangsklemme Z in eine zugehörige Teillast (in F i g. 2a nicht dargestellt) fließenden Stromes.

6, In Fig.3b ist eine Parallelkombination aus einem Thyristor 21 und einer Halbleiterdiode 22, die zueinander entgegengesetzt gepolt sind, in Reihe mit einer gleichartigen weiteren Parallelkombination zwischen zwei Eingangsklemmen X und Y geschaltet. Die Verbindungsstelle zwischen den zwei Parallelkombinationen ist wieder mit einer Ausgangsklemme Z verbunden. Der Gleichspannungssteller 20 gemäß Fig.3b kann eine einstellbare Spannung zwischen den

Klemmen Z, Köder ZX liefern.

Die in F i g. 3c dargestellte Einheit 20 stimmt mit der nach F i g. 3a überein, jedoch mit dem Unterschied, daß im Vergleich mit F i g. 3a die Positionen des Thyristors 21 und der Halbleiterdiode 22 bezüglich der Eingangsklemmen umgekehrt worden sind. Die einstellbare Ausgangsspannung ist in diesem Falle zwischen den Klemmen Z, X abnehmbar.

Fig.3d zeigt einen mehrphasigen Gleichspannungssteller 20, der zwischen zwei Eingangsklemmen X und Y angeordnet ist. Er enthält eine Mehrzahl von Reihenschaltungen 2ta, 22a ... 21/7J, 22m, welche gleichartig aufgebaut sind wie der Gleichspannungssteller 20 gemäß F i g. 3a und miteinander parallel geschaltet sind. Die Verbindungsstelle in jeder Reihenschaltung zwischen dem jeweiligen Thyristor 21 und der Diode 22 ist jeweils über eine Induktivität 23a ... 23m mit einer gemeinsamen Ausgangsklemme Zgekoppclt.

Die in Fig.3e dargestellte Anordnung stimmt mit derjenigen gemäß Fig.3d überein, jedoch mit dem Unterschied, daß im Vergleich mit letzterer die Positionen des Thyristors und der Diode bezüglich der Eingangsklemmen vertauscht sind.

Fig.4 zeigt weitere unterschiedliche Gleichspannungssteller mit jeweils einem Transistor, die in der Lage sind, entweder nach dem Schaltungsprinzip oder stetig zu arbeiten.

Der Gleichspannungssteller 20 gemäß F i g. 4a unterscheidet sich nur dadurch von demjenigen nach Fig. 3a, daß der Thyristor 21 durch einen npn-Transistor 21' ersetzt worden ist. In Fig.4b ersetzt ein pnp-Transistor 21' den Transistor vom npn-Typ aus F i g. 4a. Fi g. 4c entspricht F i g. 3c, zeigt jedoch einen npn-Transistor 21'. Fig.4d entspricht Fig.3b, doch sind die dort verwendeten Thyristoren durch Transistoren 21' ersetzt. F i g. 4e und 4f entsprechen den F i g. 4a und 4c, doch wurde jeweils die Halbleiterdiode durch einen festen Widerstand 22' ersetzt.

Nun sei wieder F i g. 2a betrachtet. An jede der Teillasten 30a oder 306 kann steuerbar eine Spannung angelegt werden, die höchstens gleich der vollen Spannung am zugehörigen Gleichstromquellenteil 10a bzw. 106 ist. Nimmt man z. B. an, daß der erste Gleichstromquellenteil 10a die gleiche Spannung aufweist, wie der zweite Gleichstromquellenteil 106, wobei die Summe aus beiden Spannungen die GröRe E haben möge, so wird an die Teillasten 30a und 306 eine Spannung angelegt, die zwischen Null und £72 steuerbar ist

In Fig.2a können selbstverständlich auf Wunsch die beiden Lastklemmen Oa und Ob an die Verbindungsstelle zwischen den Eingangsklemmen Ya und Xb angeschlossen werden, die durch die unterbrochene Linie dargestellt ist

In Fig. 2b wird an die erste Teillast 30a kontinuierlich eine Grundspannung angelegt, die gleich der Spannung des zweiten Gleichstromquellenteils 106 ist, während die zweite Teillast 306 in ähnlicher Weise kontinuierlich eine Grundspannung gleich der Spannung des ersten Gleichstromquellen teils 10a erhält In Reihe mit der Grundspannung wird an jede der Teillasten 30a, 306 außerdem jeweils eine Spannung angelegt, die von Null bis zur vollen Spannung am zugeordneten Gleichstromquellenteil iOa bzw. 106 reicht Die an die Teillasten 30a, 306 angelegte Spannung kann daher in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2b in einem Spannungsbereich von £72 bis £ Besteuert werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, in F i g. 2a, 2b nicht dargestellte Umschalteinrichtung kann von der Anordnung gemäß Fig. 2a zu derjenigen gemäß F i g. 2b und umgekehrt umgeschaltet werden, so daß eine an jede der Teillasten 30a, 306 angelegte Spannung über den gesamten Bereich der Summe der Spannungen der beiden Gleichstromquellenteile 10a und 106 geregelt werden kann.

Hieraus ist ersichtlich, daß dann, wenn die Quellenspannung £in zwei gleiche Teile aufgeteilt wird und die Teillasten untereinander gleich sind, jeder der Gleichspannungssteller nur für eine Spannung von E/2 und einen Strom, der gleich dem Laststrom /o für jede Teillast ist, ausgelegt werden muß, während mit der Einrichtung eine Leistng vom Wert 2 Eh steuerbar ist.

In F i g. 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die zur Steuerung elektrischer Motoren, mit denen ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bestückt ist, verwendbar ist, wobei Zerhacker als Gleichspannungssteller 20 benutzt werden, wie sie weiter oben an Hand von F i g. 2 und 3a und 3c beschrieben wurden. Gemäß F i g. 5a wird dem System über einen Scherenstromabnehmer P von einer Stromzuführungsleitung FL eine Spannung zugeführt.

Die von der Leitung FL angelegte Spannung ist selbstverständlich äquivalent zu einer Spannung einer Gleichstromquelle 10, wie in Fig.5a durch die unterbrochene Linie angedeutet ist. Diese Gleichstromquelle 10 ist parallel zu einem Spannungsteiler geschaltet, der aus zwei miteinander in Reihe geschalteten Kondensatoren 40a und 406 besteht. Lediglich zur Vereinfachung sei angenommen, daß die Kondensatoren praktisch gleiche Kapazitäten besitzen. Parallel zu jedem Kondensator 40a, 406 liegt ein Gleichspannungs· steller 20a bzw. 206 vom Zerhacker-Typ, der gemäß der Darstellung eine Serienschaltung aus einem Thyristor 21a bzw. 216 und einer Halbleiterdiode 22a bzw. 22£ ähnlich der Darstellung der Fig.3a und 3c enthält. Irr übrigen ist diese Anordnung im wesentlichen identisch mit derjenigen gemäß F i g. 2a, jedoch mit den' Unterschied, daß das Paar aus zwei Teillaster 30a unc 306, in diesem Fall zwei mit M bezeichnete Elektromo toren, unmittelbar an die Verbindungsstelle zwischer den beiden Steuereinheiten 20a und 206 sowie an die Verbindungsstelle q zwischen den Kondensatoren 40; und 406 angeschlossen ist

Es sei nun angenommen, daß die Thyristoren 21a unc 216 in den Steuerzweigen der beiden Gleichspannungs steller 20a und 206 in Phase miteinander eingeschalte

und ausgeschaltet werden. An verschiedenen Stellen de: Systems nach Fig.5a werden dann die in Fig.6i dargestellten Schwingungsformen auftreten. Genaue gesagt, wenn beide Thyristoren 21a und 216 gleichzeitij eingeschaltet werden und bei einer Systemperiode voi

T in ihrem eingeschalteten oder Leitzustand für dii Zeitdauer ton verbleiben, so werden unter der Annahme daß die Gleichstromquelle 10 eine Spannung E liefen die Spannungen an den Teillasten 30a und 306 eiw Größe von £72 besitzen, wie es in Fig.6a mit dei

rechteckförmigen Schwingungen Va und Vidargestell ist Zu dieser Zeit wird aus der Gleichstromquelle 10 eii Eingangsstrom gezogen, der unter der Annahm gleicher Lastströme der Teillasten gleich dem Last strom A für jede Teillast ist wie es in Fig. 6a mit de

65, rechteckförmigen Schwingung / dargestellt ist Wen: die Thyristoren 21a und 216 sich andererseits in ihrer Sperrzustand befinden, fließt der Laststrom durch di jeweilige Diode 22a bzw. 226 des uncesteuerte

Zweiges. Währenddessen ist der Wert der an jeder Teillast liegenden Spannung praktisch gleich Null, und aus der Gleichstromquelle fließt kein Strom, wie aus F i g. 6a zu erkennen ist.

F i g. 5b zeigt eine Einrichtung, die mit derjenigen nach Fig.5a übereinstimmt, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Umschaltung mit der Umschalteinrichtung gemäß der Erfindung vorgenommen worden ist. Wenn die Thyristoren 21 a und 216 gleichzeitig leiten, so wird dadurch an jede Teillast 30a oder 306 die volle Spannung der Gleichstromquelle 10 angelegt (vgl. Schwingungen Vaund Vb, wie sie in Fig.6b dargestellt sind). Der aus der Gleichstromquelle 10 gezogene Strom ist dann gleich der Summe der Lastströme h für die Teillasten oder gleich 2/fa, wie mit der Schwingung /in F i g. 6b dargestellt ist.

Sind andererseits beide Thyristoren 21a und 21 ύ gleichzeitig gesperrt, so wird eine erste geschlossene Schleife gebildet, die den ersten Kondensator 40a, den zweiten ungesteuerten Zweig oder die Diode 22b und die zweite Teillast 306 enthält. Gleichzeitig besteht eine zweite geschlossene Schleife mit dem zweiten Kondensator 406, dem ersten ungesteuerten Zweig oder der ersten Diode 22a und der ersten Teillast 30a. Dies ermöglicht es, daß an jeder Teillast eine Spannung angelegt wird, die gleich der Hälfte der Spannung Zf der Gleichstromquelle 10 ist, und daß aus der Gleichstromquelle 10 ein Strom gezogen wird, der gleich dem Laststrom «für jede Last ist, wie in Fig. 6b zu sehen ist.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß bei der Anordnung, wie sie in Fig.5a dargestellt ist, die Spannung an jeder Teillast einer Impulslängenmodulation zwischen Null und E/2 unterzogen wird. Damit ist gesagt, daß die Spannungsarnplituden zwischen Null und £72 wechseln. In ähnlicher Weise wird der Eingangsgleichstrom zwischen Null und κ impulslängenmoduliert. Bei der in Fig.5b dargestellten Anordnung hingegen findet eine Impulslängenmodulation der Spannung an jeder Teillast zwischen E/2 und £und des Eingangsgleichstroms zwischen k und 2k> statt.

Nun sei angenommen, daß bei der Anordnung gemäß F i g. 5 die beiden Thyristoren 21a und 21 b abwechselnd aufgesteuert und gesperrt werden, wobei dazwischen eine Phasendifferenz eingehalten wird, die mit der Hälfte der Systemperiode T übereinstimmt. Bei den angenommenen Bedingungen weist das System eine erste Betriebsweise auf, bei welcher beide Thyristoren sich gleichzeitig im Sperrzustand befinden, eine zweite Betriebsweise, bei welcher nur jeweils einer der Thyristoren leitet, und eine dritte Betriebsweise, bei welcher die Thyristoren sich gleichzeitig in ihrem Leitzustand befinden. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Betrieb des oben an Hand von F i g. 6 beschriebenen System die genannte zweite Betriebsweise fehlt

Ferner sei angenommen, daß die Zeitdauer ton, während welcher der Thyristor sich in seinem Leitzustand befindet, kleiner ist als die halbe Systemperiode, daß also die Beziehung gilt

Unter diesen Voraussetzungen wechseln bei der Anordnung gemäß Fig.5a die ersten und zweiten Betriebsweisen oder Betriebszustände einander ab, wie mit den Schwingungen Vs, Vb und / in Fig.7aa dargestellt ist. Genauer gesagt, wiederholt sich der zweite Betriebszustand mit Impulsfolgeintervallen, die gleich der halben Systemperiode oder Schaltperiode dei Thyristoren sind. Beim zweiten Betriebszustand wird di< Spannung mit der Amplitude E/2 zu einer bestimmtes Zeit nur an eine der Teillasten 30a oder 306 angelegt und gleichzeitig fließt durch die Zwischen- oder Verbindungsstelle q der Gleichstromquelle 10 der entsprechende der Lastströme k. Auf Grund der Üb^rbrückungswirkung der Kondensatoren 40a und 406 ist ein aus der Gleichstromquelle 10 gezogener

ίο Strom gleich dem halben Laststrom oder gleich λ/2 (vgl Schwingung /in Fig. 7aa).

Unter den oben angegebenen Bedingungen treten an verschiedenen Stellen der Anordnung nach F i g. 5b die in Fig.7ba dargestellten Schwingungen auf. Wie bei Fig. 6b wird an derjenigen Teillast, die mit dem jeweils gerade leitenden Thyristor verbunden ist, die volle Spannung E der Quelle angelegt, während die andere Teillast über die zugeordnete Diode eine Spannung mit der Amplitude E/2 erhält (vgl. Schwingungen Va und Vb in F i g. 7ba). Zu dieser Zeit wird die andere Teillast mit einem Strom vom Verbindungspunkt q der Gleichstromquelle gespeist, und aus der Gleichstromquelle wird ein Strom vom Wert λ/2 gezogen. Andererseits fließt der gesamte aus der Gleichstromquelle gezogene Strom durch diejenige Teillast, an die die volle Quellenspannung angelegt ist; dies führt dazu, daß der resultierende Strom von der Gleichstromquelle eine Amplitude vom Wert ³/2Λ besitzt. Dieser Strom besitzt also die Form der Schwingung /, wie sie im untersten Teil der F i g. 7ba dargestellt ist.

Wenn die oben definierte Einschaltzeitdauer ton gleich oder größer ist als die halbe Systemperiode, und wenn beide Thyristoren in der oben beschriebenen Weise außer Phase arbeiten, so wechseln bei der Anordnung gemäß F i g. 5a die zweiten Betriebszustände und die dritten Betriebszustände einander ab. Wie mit den Schwingungen Va und Vb in Fi g. 7ab dargestellt ist, werden Spannungen vom Wert £72 abwechselnd an die Teillasten 30a und 306 angelegt, wobei diese Spannungen einander überlappen. Der entsprechende, aus der Gleichstromquelle gezogene Strom besitzt die Form der Schwingung /, deren Amplituden λ und io/2 einander abwechseln, wie in Fig.7ab zu sehen ist, wo λ den Laststrom für jede Teillast bedeutet.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 5b treten ebenfalls die zweiten Betriebszustände auf, welche einander mit den dritten Betriebszuständen abwechseln, und die Schwingungen Va, Vb und / der Spannungen an den Teillasten bzw. des Stromes weisen die in Fig.7bb dargestellten Formen auf. In Fig. 7bb ist zu beachten, daß der Strom Amplituden besitzt die gleich dem l'/2fachen bzw. gleich dem doppelten Wert des Laststromes sind

Aus den obigen Erläuterungen geht hervor, daß auf Grund einer Phasendifferenz des Schaltbetriebes der beiden Gleichspannungssteller die Welligkeit des Eingangsstroms im Vergleich mit einem gleichzeitigen Schaltbetrieb beider Steiler herabgesetzt ist Dies bedeutet einen günstigen Einfluß auf induktive Störungen und die notwendige Leistungsfähigkeit zugehöriger Eingangs- und Ausgangsfilter.

In Fig.8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt die derjenigen der F i g. 5 ähnlich ist jedoch mit dem Unterschied, daß eine Reaktanzanordnung 50 mit zwei Wicklungen vorgesehen ist welche induktiv miteinander gekoppelt sind Jede Wicklung ist zwischen die Verbindungsstelle zwischen einem Thyristor und einer unmittelbar mit diesem

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verbundenen Diode und den zugehörigen Lastteil geschaltet. Mit denjenigen der Fig.5 übereinstimmende Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der üblichen Weise ist die Polarität der Augenbücksspannungen an den Wicklungen der Reaktanzanordnung durch Punkte angegeben. Die B etriebsweise der Anordnung gemäß F i g. 8 soll nun in Verbindung mit F i g. 9 erläutert werden.

Wenn man die Anordnung gemäß Fig.8a in den eisten Betriebszustand bringt, bei welchem beide ι ο Thyristoren 21a und 216 gesperrt sind, fließt ein Liststrom durch die erste Teillast 30a, die zweite Toillast 306, die zweite Wicklung der Reaktanzanordnung 50, die zweite Diode 226, die erste Diode 22a und die erste Wicklung der Reaktanzanordnung und von dort zurück zur ersten Teiilast 30a, wodurch keine Spannung an der Reaktanzanordnung 50 induziert wird. Sowohl der Eingangsstrom als auch die Spannung an jeder Teillast haben daher den Wert Null.

Beim zweiten Betriebszustand, bei welchem nur der Thyristor 21a leitet, wird die Reaktanzanordnung 50 so betrieben, daß sie eine Leitungsschleife mit dem ersten Kondensator 40a oder der Kombination aus dem zweiten Kondensator 406 und der Gleichstromquelle 10, dem ersten Thyristor 21a und der ersten Wicklung der Reaktanzanordnung sowie der ersten Teillast 30a und eire andere Schleife, welche die zweite Diode 226, die zweite Teillast 306 und die zweite Wicklung der Reaktanzanordnung enthält, bildet. Das heißt, daß die zweite Teillast 306 über die Reaktanzanordnung 50 in Reihe mit der ersten Teillast 30a gekoppelt ist. Dies hat zur Folge, daß eine an einer Teillast angelegte Spannung gleich dem halben Wert der Quellenspannung E ist. Ferner ist ein von der Gleichstromquelle 10 gelieferter Eingangsstrom gleich dem halben Wert eines Laststrome s k. und 7war wegen der parallelen Stromzufuhr durch die Kondensatoren 40a und 406. Dies ist beim zweiten Betriebszustand der Fall, wenn nur der zweite Thyristor 216 leitet.

Wenn beim dritten Betriebszustand beide Thyristoren 21a und 216 leiten, wird eine Leitungsschleife gebildet, welche die Gleichstromquelle 10, den ersten Thyristor 21a. die erste Wicklung der Reaktanzanordnung 50, die erste Teillast 30a, die zweite Teiilast 306, die zweite Wicklung der Reaktanzanordnung und den zweiten Thyristor 216 enthält. Daraus ergibt sich, daß beide Wicklungen der Reaktanzanordnung 50 miteinander mit einer solchen Polarität in Reihe geschaltet sind, daß die Spannungen an den Wicklungen zueinander entgegengesetzt sind oder einander kompensieren. An der Reaktanzanordnung 50 wird also keine Spannung induziert Unter diesen Umständen ist die an eine Teillast angelegte Spannung gleich dem halben Wert der Quellenspannung E, und der von der Quelle gelieferte Eingangsstrom ist gleich einem Laststrom L·

Wenn das Verhältnis aus der oben definierten Einschaltzeitdauer ton zur Systemperiode Γ kleiner ist als V2, so wechseln die ersten Betriebszustände mit den zweiten Betriebszuständen ab. Die durch die beiden Thyristoren 21a, 216 bzw. die beiden Dioden 22a, 226 fließenden Ströme sind gleich dem Laststrom jb, und der aus der Gleichstromquelle fließende Strom ist gleich dem halben Wert des Laststromes λ, während die an jeder Teillast liegende Spannung gleich dem vierten Teil der Quellenspannung E ist, wie mit den Schwingungen Ia, Ib, Fr Ib, Fund /dargestellt ist

Wenn das Verhältnis aus ton zu Γ größer oder gleich '/2 ist, wechseln die zweiten Betriebszustände einander V₁.

mit den dritten Betriebszuständen ab, so daß sich di< Schwingungsformen gemäß F i g. 9ab ergeben. In diesel Hgur, deren dargestellte Schwingungen denjenigen au: Fig. 9aa entsprechen, ist zu beachten, daß die Amplituden der Spannungen an jeder Teillast abwechselnd gleich der Hälfte und gleich dem vierten Teil der Quellenspannung f sind (E/2 und £74) und daß der aus der Gleichstromquelle gezogene Strom Amplituden besitzt, die gleich dem Laststrom k und gleich dem halben Laststrom oder gleich A/2 sind.

Wird die Anordnung gemäß F i g. 8b in den ersten Betriebszustand gesteuert, bei welchem beide Thyristoren 21a und 216 gesperrt sind, werden zwei Leitungsschleifen gebildet, nämlich eine erste Schleife mit dem ersten Kondensator 40a, der zweiten Teillast 306, der zweiten Wicklung der Reaktanzanordnung 50 und der zweiten Diode 226 und eine zweite Schleife mit dem zweiten Kondensator 406, der ersten Diode 22a, der ersten Wicklung der Reaktanzanordnung und der ersten Teillast 30a. Wenn die beiden Teillasten einander ausgleichen, werden diese beiden Schleifen wirkungsmaüig zu einer einzigen Schleife zusammengefaßt, welche die Gleichstromquelle 10, die zweite Teillast 306, die zweite Diode 226, die erste Diode 22a und die erste Teillast 30a enthält. Die Wicklungen der Reaktanzanordnung 50 sind ferner so gepolt, daß die Spannungen an ihnen einander kompensieren oder zueinander entgegengesetzt sind. Jede Lastspannung ist daher gleich dem halben Wert der Quellenspannung £, und der von der Gleichstromquelle gelieferte Eingangsstrom ist gleich dem Laststrom/0.

Beim zweiten Betriebszustand, bei welchem nur der erste Thyristor 21a leitet, besteht eine erste Schleife mit der Gleichstromquelle 10, dem ersten Thyristor 21a. der Keaktanzanordnung 50 und der erste" Teü!a<t 30a sowie eine zweite Schleife mit dem zweiten Kondensator 4ua oder der Kombination aus dem zweiten Kondensator 406 und der Gleichstromquelle 10, der zwei en Teillast 306. der Reaktanzanordnung 50 und der zweiten Diode 226. Die Reaktanzanordnung 50 hat die Wirkung daß eine Spannung hinsichtlich der ersten l eillast 30a verringert und eine Spannung hinsichtlich der zweiten Teillast 306 erhöht wird, bis die Spannung ander einen Teillast gleich derjenigen an der anderen l\ fV^Sj Spannung an jeder Teiilast ist dann gleich ν« der Quellenspannung £ und der Eingangstrom η von der Gleichstromquelle ist gleich 3/₄ des Laststroms _A Wenn beim zweiten Betriebszustand nur

Wrh-i^1JmStOr ^21b ^ldtet- ^erS^{eben sich ähnliche} Verhaltnisse wie die soeben beschriebenen.

Beim dritten Betriebszustand, bei welchem die beiden ™Γο°.^Γ,^εη _c ^2ia ^und ^2ib gleichzeitig leiten, werden eine erste Schleife mit den Komponenten 10,21a, 50 und 30a

^^T^-,!^ ^{mit den} Komponenten 10,306, gebildet Die Spannung an jeder Teillast ist ^«enspannung E, und der Eingangsstrom

T ^{rOmqUell it} ^{lih d D}°PP^{elten des}

*¥ ^Verhältnis aus ton zu Tkleiner ist als 1/2, so S η ·^{erSten Bet}riebszustände einander mit den zweiten öetnebszuständen ab, und es ergeben sich die in t-ig.9ba dargestellten Schwingungen. Wenn statt dessen das Verhältnis aus ton zu Tgrößer oder gleich U₂ κι, so wechseln die zweiten Betriebszustände einander mit den dritten Betriebszustände einander mit den armen ab, so daß die Schwingungen gemäß Fig.9bb entstehen. Die in den Fig.9ba und 9bb dargestellten acnwingungen entsprechen denjenigen gemäß der

F i g. 9aa oder 9ab. In Fig. 9ba besitzt die Lastspannung Amplituden, welche gleich ³/4 und gleich Ui der Quellenspannung E sind, und die Amplituden des von der Gleichstromquelle gelieferten Eingangsstroms sind gleich dem Laststrom λ und gleich ³/2Λ>. Gemäß F i g. 9bb sind die Amplituden der Lastspannung gleich der Quellenspannung E und gleich ³AE unJ diejenigen des Eingangsstroms /i gleich 2m und gleich ³/2».

Man sieht also, daß bei der Anordnung gemäß F i g. 8 mit der Kopplungsreaktanzanordnung die Eingangs- und Ausgangswelligkeit im Vergleich mit der Anordnung gemäß Fig. 5 weiter verringert wird. Die Leistungsfähigkeit der Eingangs- und Ausgangsfiltet kann also noch weiter herabgesetzt werden.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Gleichspannungsstellei jeweils mit Thyristoren bestückt waren, versteht es sich daß in gleicher Weise Steuereinheiten mit Transistoren wie sie in Fig.4 dargestellt sind, verwendet werder können.

Hierzu 8 Blatt Zcichnunuen

Claims

f. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Speisung zweier Teillasten aus einer Gleichstromquelle mit einer von annähernd Null bis zur vollen Spannung der Gleichstromquelle einstellbaren Spannung mittels zweier Gleichspannungssteller, von denen jeder im Leistungskreis drei Anschlußklemmen, nämlich zwei Eingangsklemmen und eine Ausgangsklemme, die zusammen mit einer ι ο der beiden Eingangsklemmen den Ausgang bildet und deren Spannungspotential in Bereich der Spannung an den Eingang-klemmep. des Gleichspannungssteller steuerbar ist, aufweist, wobei die Eingangsklemmen der Gleichspannungssteller sowie die ersten Klemmen der Teillasten mit Anschlüssen der Gleichstromquelle und die Ausgangsklemmen der Gleichspannungssteller mit den zweiten Klemmen der Teillasten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungssteller (20a, 206) mit ihren Eingangsklemmen (Xa, Υ*; Xb, Yb) in Reihe miteinander an die Gleichspannungssteller (20a, 20b) in dieser Reihenschaltung an eine Mittelanzapfung der Gleichstromquelle (10a, 10b) angeschlossen sind und daß eine Umüchaltvorrichtung vorgesehen ist, durch die die zweite Klemme (Oa₁Ob) jeder Teillast (30a, 30b) in der einen Schaltstellung mit einer der beiden Eingiingsklemmen (Xa, Yb; Ya, Xb) des zugehörigen Gleichspannungssteller (20a, 206) (F i g. 2a) und in der anderen Schaltstellung mit der mit dem Endanschluß der Gleichstromquelle (10a, 10b) verbundenen Eingangsklemme (Yb, Xa) des anderen Gleichspannungssteller (20a, 20b) (F i g. 2b) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung durch die Parallelschaltung einer Gleichstromquelle ohne Mittelanzapfung mit einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren (40a, 40b) gebildet ist, deren gemeinsamer Verbindungspunkt die Mktelanzapfung bildet.