DE1934591C3 - Einrichtung zur Speisung zweier Teillasten aus einer Gleichstromquelle - Google Patents

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 zweier Gleichspannungssteller, von denen jeder im Leistungskreis drei Anschlußklemmen, nämlich zwei Eingangsklemmen und eine Ausgangsklemme, die zusammen mit einer der beiden Eingangsklemmen den Ausgang bildet und deren Spannungspotential im Bereich der Spannung an den Eingangsklemmen des Gleichspannungsstellers 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.

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einem System zum Steuern von Gleichstromleistungen und hat zum Ziel, die erforderliche Leistung eines Gleichspannungsreglers mit Zerhacker« auf die Hälfte herabzusetzen.

Eine solche Einrichtung ist bekannt (CH-PS 4 30 841).

Diese Einrichtung wird im folgenden im Zusammenhang mit der Fig. 1 näher beschrieben. Wie in Fig. 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 parallel zueinander geschaltet und an eine Gleichstromquelle 10 angeschlossen. Der Verbindungspunkt des Zerhackers 21a und der Diode 22a ist an eine erste Teillast 30a geschaltet; eine zweite Teillast 30b ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Zerhacker 21 b und der Diode 22b verbunden.

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 vollen 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 £ 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 Ek 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 Gleichspannungsstellers und in der anderen Schaltstellung mit der mit dem Endanschluß der Gleichstromquelle verbundenen Eingangsklemme des anderen Gleichspannungsstellers 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 Schaltzustäinde 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 FR-PS 13 84 520, insbesondere Fig. 3, ist •in derartiger Aufbau einer Gleichstromquelle mit Vlittelanzapfung in Verbindung mit einer über zwei jleichspannungssteller gespeisten ungeteilten Last an iicli bekannt. Die Gleichspannungssteller, von denen jeder im Leistungskreis zwei Eingangsklemmen und eine zusammen mit einer der beiden Eingangsklemmen den Ausgang bildende Ausgangslclemme aufweist, sind mit ihren Eingangsklemmen in Reihe miteinander an die Gleichstromquelle angeschlossen. Ihr Verbindungs- ι ο punkt in dieser Reihenschaltung ist an den Verbindungsounktder Kondensatoren angeschlossen.

Durch die FR-PS 13 70 310 (insbesondere Fig. 2) ist auch eine Einrichtung mit den vorstehend genannten Merkmalen bekannt, bei der keine Kondensatoren parallel zur Gleichstromquelle vorhanden sind, sondern der Verbindungspunkt der Reihenschaltung der Gleichspannungssteiler 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 (Buch von Karl Sachs, »Elektrische Triebfahrzeuge«, 1953, Bd. II, S 72/73,' insbesondere Abb. 100), eine Umschaltvorrichtung vorzusehen. Als Gleichstromsteller sind hierbei zweipolige Regelwiderstände 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 Serienschaltung wird bei gleichzeitiger Steuerung der beiden Regelwiderstände 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

Fig.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,

Fig.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,

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

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 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 106 mit der gleichen Polarität und ist mit einem positiven Pol mit einer Eingangsklemme Xa eines ersten Gleichspannungssteller 20a und mit einem negativen Pol mit einer Eingangsklemme Yb eines zweiten Gleichspannungssteller 20i> verbunden. Die Verbindungsstelle der beiden Gleichstromquellenteile 10a, lOi» ist mit den jeweils anderen Eingangsklemmen Ya, Xb der beiden Gleichspannungssteller 20a und 206 zusammengeschaltet.

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 Eingangsklemmen Xa und Ya bzw. Xb und Yb und einer einzigen Ausgangsklemme Za bzw. Zb dargestellt. Die Gleichspannungssteller 20a, 20i> dienen zur Regelung eines Potentials an der jeweiligen Ausgangsklemme Z in Übereinstimmung mit einem Augenblick- oder Mittelwert einer zwischen den jeweiligen Eingangsklemmen Xund yangelegten Spannung.

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

Die in Fig.2b dargestellte Anordnung stimmt im wesentlichen mit derjenigen nach F i g. 2a überein, jedoch mit dem Unterschied, daß die Klemme Oa der Teillast 30a mit dem negativen Pol und die Klemme Ob der Teillast 30b 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 Gleichspannungssteller mit einem nach dem Schaltprinzip betriebenen und damit als Zerhacker wirkenden Thyristor. In Fig. 3a ist zwischen zwei Eingangskieminen 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 F1 g. 2a nicht dargestellt) fließenden Stromes.

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 ATund Y geschaltet. Die Verbindungsstelle zwischen den zwei Parallelkombinationen ist wieder mit einer Ausgangsklemme Z verbunden. Der Gleichspannungssteller 20 gemäß F i g. 3b kann eine einstellbare Spannung zwischen den

Klemmen Z, Köder ZX liefern.

Die in Fig.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 Eirigangsklemmen X und Y angeordnet ist. Er enthält eine Mehrzahl von Reihenschaltungen 21a, 22a ... 21m, 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 Zgekoppelt.

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.

F i g. 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 Fig.4a unterscheidet sich nur dadurch von demjenigen nach F i g. 3a, daß der Thyristor 21 durch einen npn-Transistor 2Γ ersetzt worden ist. In Fig.4b ersetzt ein pnp-Transistor 2Γ den Transistor vom npn-Typ aus Fig.4a. Fig.4c entspricht Fig.3c, zeigt jedoch einen npn-Transistor 2Γ. Fig.4d entspricht Fig.3b, doch sind die dort verwendeten Thyristoren durch Transistoren 2Γ ersetzt. Fig.4e und4f entsprechenden Fig.4a und 4c, doch wurde jeweils die Halbleiterdiode durch einen festen Widerstand 22' ersetzt.

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

In F i g. 2a können selbstverständlich auf Wunsch die beiden Lastklemmen Oa und Oft an die Verbindungsstelle zwischen den Eingangsklemmen Yt und Xb angeschlossen werden, die durch die unierbrochene Linie dargestellt ist.

In Fig,2b wird an die erste Teillast 30a kontinuierlich eine Grundspnnnung angelegt, die gleich der Spannung des zweiten Glcichstromquellcnteils 106 ist, während die /.weite Teillast 306 in ähnlicher Weise kontinuierlich eine Grundspannung gleich der Spannung des ersten Gleichstromquellenteils 10a erhält, In Reihe mit der Grundspannung wird an jede der Teillasten 30a, 306 außerdem jeweils eine Spannung ungelegt, die von Null bis zur vollen Spannung am zugeordneten Gleichstromqucllenteil 1Od bzw. 106 reicht. Die an die Teillasten 30a, 306 ungelegte Spannung kann einher in der Schaltungsanordnung gemäß Fi g. 2b in einem Spunnungsbcrelch von EIl bis Egesteuert werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, in Fig. 2a, 2b nicht dargestellte Umschalteinrichtung kann von der Anordnung gemäß F i g. 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 Ein 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 Fig.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 Fig.2 und 3a und 3c beschrieben würden. Gemäß F i g. 5a wird dem System über einen Scherenstromabnehmer P von einer Stromzuführungsleitung FL eine Spannung zugeführt.

Die von der Leitung FZ. 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 zi 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 Fig.2a, jedoch mit dcrr Unterschied, daß das Paar aus zwei Teillasten 30a unc 306, in diesem Fall zwei mit M bezeichnete Elektromotoren, unmittelbar an die Verbindungsstelle zwischcr den beiden Steuereinheiten 20a und 206 sowie an die Verbindungsstelle q zwischen den Kondensatoren 40< und 406angeschlossen 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

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

T in Ihrem eingeschalteten oder Leitzustand für di< Zeltdauer ίο« verbleiben, so werden unter der Annahme daß die Gleichstromquelle 10 eine Spunnung E liefen die Spannungen an den Teillasten 30a und 306 ein« Größe von E/2 besitzen, wie es In FIg.6a mit dei

<io rcchteckförmigen Schwingungen V» und Vb durgcstell ist. Zu dieser Zeit wird aus der Gleichstromquelle 10 eil Eingangsstrom gezogen, der unter der Annahmi gleicher Lastströme der Teillasten gleich dem Last strom h für jede Teillast ist, wie es in Flg,6a mit de

rechteckförrnlgcn Schwingung /dargestellt Ist. Wem die Thyristoren 21a und 216 sich andererseits in ihren Sperrzustand befinden, fließt der Luststrom durch dl· jeweilige Diode 22a bzw. 226 des ungestcucrtci

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 21 b gleichzeitig leiten, so wird dadurch an jede Teillast 30a oder 306 die volle |₀ 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 Lastutröme w für die Teillasten oder gleich 2a>, wie mit der Schwingung / in ,₅ F i g. 6b dargestellt ist.

Sind andererseits beide Thyristoren 21a und 21b gleichzeitig gesperrt, so wird eine erste geschlossene Schleife gebildet, die den ersten Kondensator 40a, den zweiten ungesteuerten Zweig oder die Diode 22b und _ζο die zweite Teillast 30b enthält. Gleichzeitig besteht eine zweite geschlossene Schleife mit dem zweiten Kondensator 40b, 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 Eder Gleichstromquelle 10 ist, und daß aus der Gleichstromquelle 10 ein Strom gezogen wird, der gleich dem Laststrom h 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 Spannungsamplituden zwischen Null und E/2 wechseln. In ähnlicher Weise wird der Eingangsglcichstrom /.wischen Null und «impulslängetimodulierl. Bei der in Fi (;. 5b dargestellten Anordnung hingegen findet eine linpulsliingenmodukuion der Spannung an jeder Teillast zwischen E/2 und E und des Eingangsgleidislroms zwischen « und 2» statt. ^₀

Nun sei angenommen, daß bei der Anordnung gemäß F i g. 5 die beiden Thyristoren 21« ur>d 21b abwechselnd aufgcstcucrt und gesperrt werden, wobei dazwischen eine Phasendifferenz eingehalten wird, die mit der Hälfte der Systumperiodc T übereinstimmt. Bei den _4S 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 _so welcher die Thyristoren sich gleichzeitig in ihrem Lcitzustttnd befinden. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Betrieb des oben an Hund von F i g. b beschriebenen System die genunnle zweite Betriebsweise fehlt.

Ferner sei angenommen, duQ die Zeitdauer to«, wtlhrcnd welcher der Thyristor sich in seinem Lcitzuslund befindet, kleiner ist als die halbe Systcmpcriodc.duü also die Beziehung gilt

'(III

2 '

(IO

Unter diesen Voraussetzungen wechseln bei der Anordnung gemäß Fig.5a die ersten und zweiten Betriebsweisen oder Bctncbszustundc einander ab, wie mit den Schwingungen V«, Vi, und / in Fig.7nu dargestellt ist. Genauer gesugt, wiederholt sich der zweite Betriebszustand mit Impulsfolgeintervallcn, die gleich der halben Systemperiode oder Schaltperiode der Thyristoren sind. Beim zweiten Betriebszustand wird die Spannung mit der Amplitude E/2 zu einer bestimmten Zeit nur an eine der Teillasten 30a oder 30b angelegt, und gleichzeitig fließt durch die Zwischen- otter Verbindungsstelle q der Gleichstromquelle 10 der entsprechende der Lastströme «. Auf Grund der Überbrückungswirkung der Kondensatoren 40a und 40b ist ein aus der Gleichstromquelle 10 gezogener Strom gleich dem halben Laststrom oder gleich h/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 F i g. 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 V« und V* 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 m/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 V2w 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 Fig. 5a die zweiten Betriebszuslände und die dritten Betriebszuständc einander ab. Wie mit den Schwingungen V» und Vb in Fig.7ab dargestellt ist, werden Spannungen vom Wert E/2 abwechselnd an die Teillasten 30a und 30b angelegt, wobei diese Spannungen einander überlappen. Der entsprechende, aus der Gleichstromquelle gezogene Strom besitzt die Form der Schwingung /,deren Amplituden »und /u/2 einander abwechseln, wie in Fig.7ab zu sehen ist, wo ib den Lasistrom für jede Teillast bedeutet.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5b treten ebenfalls die zweiten Betriebszustande auf, welche einander mit den dritten Betriebszustanden abwechseln, und die Schwingungen V«, Vi> 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'/jfachen bzw. gleich dem doppelten Wert des Laststromes sind.

Aus den obigen Erläuterungen geht hervor, daß auf Grund einer Phasendifferenz des Schaltbetricbes der beiden Gleichspannungssteller die Wenigkeit des Eingangsstroms im Vergleich mit einem gleichzeitigen Schaltbctrieb beider Steller herabgesetzt ist. Dies bedeutet einen günstigen Einfluß auf induktive .Störungen und die notwendige Leistungsfähigkeit zugehöriger Eingangs· und Ausgangsfilier.

In Fig.8 ist eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt, die derjenigen der F i g. 5 ähnlich ist, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Reaktanzanordnung 30 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 F i g. 5 übereinstimmende Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der üblichen Weise ist die Polarität der Augenblicksspannungen an den Wicklungen der Reaktanzanordnung durch Punkte angegeben. Die Betriebsweise 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 ersten Betriebszustand bringt, bei welchem beide Thyristoren 21a und 21 6 gesperrt sind, fließt ein Laststrom durch die erste Teillast 30a, die zweite Teillast 306, die zweite Wicklung der Reaktarkzanordnung 50, die zweite Diode 22b, die erste Diode 22a und die erste Wicklung der Reaktanzanordnung und von dort zurück zur ersten Teillast 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 eine andere Schleife, welche die zweite Diode 226, die zweite Teillast 30b 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 Sipannung gleich dem halben Wert der Quellenspannung E ist. Ferner ist ein von der Gleichstromquelle 10 gelieferter Eingangsstrom gleich dem halben Wert eines Laststromes μ, und zwar wegen der parallelen Stromzufuhr durch die Kondensatoren 40a und 406. Dies ist beim zweiten Betriebszustand der Fall, wenn nur der zweite Thyristor 21 b leitet.

Wenn beim dritten Betriebszustand beide Thyristoren 21 η und 216 leiten, wird eine Leitungsschleifci gebildet, welche die Gleichstromquelle 10, den ersten Thyristor 21a, die erste Wicklung der Reaktunzanordnung 50, die erste Teillast 3Oa₁ die zweite Teillust 306, die zweite Wicklung der Reaktanzanordnung und den zweiten Thyristor 216 enthalt. Daraus ergibt sich, daß beide Wicklungen der Reaktanzunordnung 50 miteinander mit einer solchen Polarität in Reihe geschalte! sind, daß die Spannungen an den Wicklungen zueinander entgegengesetzt sind oder einander kompensieren, An der Reaktanzanordnung 50 wird also keine Spannung induziert. Unter diesen Umstünden ist die an eine Teillast ungelegte Spannung gleich dem halben Wert der Quellenspannung E₁ und der von dor Quelle gelieferte Eingangsstrom ist gleich einem Luststrom h.

Wenn das Verhältnis uus der oben definierten Einschultzeitduuer ton zur Systemperiode T !kleiner ist als >/2, so wechseln die ersten BctricbszusUlnde mit den zweiten Betriebszustllnden ab. Die durch die beiden Thyristoren 21«, 216 bzw. die beiden Dioden 22«, 226 fließenden Ströme sind gleich dem Laststrom «, und der aus der Gleichstromquelle fließende Strom ist gleich dem halben Wert des Laststromes h, wllhrend die an jeder Teillast liegende Spannung gleich dem vierten Teil der Quellenspannung E ist, wie mit den Schwingungen I», Ib, /V Ib, Vund /durgestellt ist.

Wenn das Verhältnis aus to» zu Γ größer oder gleich Vj ist. wechseln die zweiten Bctrlcbszustiindlc einander mit den dritten Betriebszuständen ab, so daß sich die Schwingungsformen gemäß F i g. 9ab ergeben. In dieser Figur, deren dargestellte Schwingungen denjenigen aus 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 E sind (£72 und E/4) und daß der aus der Gleichstromquelle gezogene Strom Amplituden besitzt, die gleich dem Laststrom h und gleich dem ίο halben Laststrom oder gleich h/2 sind.

Wird die Anordnung gemäß Fig.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 wirkungsmäßig 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 E, und der von der Gleichstromquelle gelieferte Eingangsstrom ist gleich dem Laststrom k.

Beim zweiten Betriebszustand, bei welchem nur der erste Thyristor 21a leitet, besteht eine erste Schleife mit der Gleichstromquelle 10, dem ersten Thyristor 21a, der Reaktanzanordnung 50 und der ersten Teillast 30a sowie eine zweite Schleife mit dem zweiten Kondensator 40a oder der Kombination aus dem zweiten Kondensator 406 und der Gleichstromquelle 10, der zweiten Teillast 306, der Reaktanzanordnung 50 und der zweiten Diode 226. Die Rcaktnnzanordnung 50 hat die Wirkung, daß eine Spannung hinsichtlich der ersten Teillast 30ji verringert und eine Spannung hinsichtlich der zweiten Teillast 306 erhöht wird, bis die Spannung an der einem Teillast gleich derjenigen an der anderen Teillust ist, Die Spannung an jeder Teillast ist dünn gleich V·» der Quellenspannung C, und der Eingangsstrom /1 von der Gleichstromquelle ist gleich V-i des l.uststroms w. Wenn beim zweiten Betriebszustand nur der Thyristor 216 leitet, ergeben sich ähnliche Verhältnisse wie die soeben beschriebenen.

Beim dritten Betriebszustand, bei welchem die beiden Thyristoren 21« und 216 gleichzeitig leiten, werden eine erste Schleife mit den Komponenten 10, 21m, 50 und 30/ und eine zweite Schleife mit den Komponenten 10,306

5j SO und 2[h gebildet. Die Spannung un jeder Teillast isi

gleich der Quellenspannung E₁ und der Eingungsstrorr

von der Gleichstromquelle ist gleich dem Doppelten de;

Luststroms x>. Wenn dus Verhältnis aus to« zu Tklelncr ist als '/a, se

to wechseln die ersten BctricbszusUlnde einander mit der /weiten Betriebszuständen üb, und es ergeben sich die it Fig,9ba dargestellten Schwingungen. Wenn stat dessen dus Verhältnis uus ίο« zu Tgrößer oder gleich '/ Ist, so wechseln die zweiten Betriebszuständc elnunde mit den dritten Betriebszuslände einander mit dci dritten ab, so duß die Schwingungen gemäß Fig.9bl entstehen. Die in den Flg.9bn und 9bb dargestelltci Schwingungen einsprechen denjenigen gemäß de

F i g. 9aa oder 9ab. In F i g. 9ba besitzt die Lastspannung Amplituden, welche gleich ³At und gleich '/2 der Quellenspannung E sind, und die Amplituden des von der Gleichstromquelle gelieferten Eingangsstroms sind gleich dem Laststrom /o und gleich ³/2/b. Gemäß Fig.9bb sind die Amplituden der Lastspannung gleich der Quellenspannung £und gleich ³/<i£und diejenigen des Eingangsstroms /1 gleich 2w und gleich ³/2ä.

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 Ausgangsfilter kann also noch weiter herabgesetzt werden.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Gleichspannungssteller 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 Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Speisung zweier Teillasten üi'i einer Gleichstromquelle mit einer von annähernd Null bis zur vollen Spannung der Gleichstromquelle einstellbaren Spannung mittels zweier Gleichspannungssteller, von denen jeder im Leistur.gskreis drei Anschlußklemmen, nämlich zwei Eingangsklemmen und eine Ausgangsklemme, die zusammen mit einer ι ο der beiden Eingangsklemmen den Ausgang bildet und deren Spannungspotential im Bereich der Spannung an den Eingangsklemmen des Gleichspannungsstellers 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, 20b) mit ihren Eingangsklemmen (Xa, Ya\Xb, Yb) in Reihe miteinander an die Gleichstromquelle (10a, iOb) und der Verbindungspunkt der Gleichspannungssteller (20a, Mb) in dieser Reihenschaltung an eine MittelanzapfungderGleichstromquelle (10a, iOb) angeschlossen sind und daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, durch die die zweite Klemme (Oa, Ob) jeder Teillast (30a, 306,) in der einen Schaustellung mit einer der beiden Eingangsklemmen (Xt, Yb; Ya, Xb) des zugehörigen Gleichspannungssteller (20a, 20b) (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 (2Oa₁ 20b) (Fig.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 Mittelanzapfung bildet.