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"Thyristor-Polwendeschalter für Gleichstromverbraucher" Die Erfindung
betrifft einenDhyristor-Polwendeschalter für Gleichstromverbraucher, bestehend aus
einer Thyristor-Stromrichterbrücke mit vier Zweigen, bei der in der Gleichstromdiagonale
eine in der Spannung zwischen Null und einem Größtwert verstellbare Gleichstromquelle
und in der Wechselstromdiagonale der Gleichstromverbraucher liegt und bei der in
jedem Brückenzweig ein Thyristor und eine Gleichrichter--diode gleichsinnig gepolt
in Reihe geschaltet sind und die Thyristoren einer jeden Brückenhälfte an der mit
der Gleichrichterdiode verbundenen Elektrode über einen Kondensator zur gegenseitigen
Zwangslöschung miteinander verbunden sind.
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Bei einer Thyristor-Stromrichterbrücke sind gleichzeitig zwei Thyristoren,
die in zwei sich gegenüberliegenden Brükkenzweigen liegen, stromleitend, so daß
der Gleichstrom, je nachdem in welchen beiden Brückenzweigen die Thyristoren stromleitend
sind, entweder in der einen oder in der anderen Richtung durch den Verbraucher fließt.
Der Gleichstrom wird
umgepolt, wenn die Thyristoren der beiden jeweils
stromfreien Brückenzweige gezündet werden, wodurch die Thyristoren der stromführenden
Brückenzweige mit Hilfe der Löschkondensatoren zwangsgelöscht werden.
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Eine Thyristor-Stromrichterbrücke kann bekanntlich, z. B. als Wechselrichter
betrieben werden, welcher auf einen Wechselstromverbraucher arbeitet, ohne Möglichkeit,
den erzeugten Wechselstrom zu steuern oder zu regeln. Sind den einzelnen Brückenzweigen
GleichrichtedEoden antiparallelgeschaltet, so kann über diese am Schluß einer jeden
Stromhalbwelle eine Rückspeisung aus dem Verbraucher erfolgen, wenn der Verbraucherwiderstand
eine reaktive Eomponente hat. Ist bei einer Stromrichterbrücke jeder Ehyristor mit
einer eigenen Löscheinrichtung versehen und daher beliebig löschbar, so kann die
Speisung des Verbrauchers (Gleichstrom- oder Wechselstromverbraucher) durch Variation
der Ein- und Ausschaltzeit der Thyristoren gesteuert oder geregelt werden.
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Es ist z. B. eine Thyristor-Stromrichterbrückenanordnung bekannt
(DAS 1 434 018), mit der die elektrische Speisung eines Gleichstrom- oder Wechselstromverbrauchers,
und zwar eines Elektromotors aus einer Gleichstromquelle in beliebiger Energie-,
Strom- und Spannungsrichtung gesteuert oder geregelt wird und bei der der Aufwand
an zu installierender Ventilleistung und der Blindleistungsbedarf gering sind, wenn
nur die Thyristoren einer Brückenhälfte beliebig löschbar sind. Die bekannte Stromrichteranordnung
ermöglicht es, einen Elektromotor in allen vier Quadranten zu betreiben, und die
Spannung der Stromquelle ist entsprechend der Nenndrehzahl des Motors gewahlt und
ist unveränderlich.
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Ein Thyristor-Polwendeschalter nach der Erfindung für einen Gleichstromverbraucher
besteht ebenfalls aus einer Thyristor-Stromrichterbrücke, bei der in der Gleichstromdiagonale
jedoch eine in der Spannung zwischen Null und der Nennspannung des- Gleichstromverbrauchers
verstellbare Gleichstromquelle liegt und bei der in der Wechselstromdiagonale der
Gleichstromverbraucher liegt.
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Das Problem, das der Erfindung zugrundeliegt, besteht einmal darin,
daß, wenn die Verbraucherspannung durch Verstellen der Spannung der Gleichstromquelle
auf einen Wert weit unter der Nennspannung eingestellt ist, die Löschkondensatoren
nicht mehr genügend Spannung erhalten, um die stromführenden Thyristoren der Stromrichterbrücke
noch löschen zu können und dadurch den Verbraucherstrom umpolen zu können. Zum andern
besteht das Problem darin, daß in diesem angenommenen Falle die Anodenspannung der
stromfreien Thyristoren kleiner als 6 Volt sein kann, wobei diese Thyristoren nicht
mehr sicher gezündet werden können.
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Durch die Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß dem Löschkondensator
in jeder Brückenhälfte eine Zweiwegladeschaltung mit einer Gleichstromquelle gesondert
zugeordnet ist, welch letztere eine zum Löschen und zur Spannungsbelastung der Thyristoren
beim Zünden ausreichend hohe feste Spannung aufweist.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Zweiwegladeschaltung
für den Löschkondensator in jeder Brükkenhälfte der Stromrichterbrücke darin, daß
der Löschkondensator über einen Ladewiderstand sowie den in einer Brückenhälfte
jeweils stromleitend gezündeten Thyristor an die zugeordnete Gleichstromquelle anschließbar
ist.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Gleichstromquellen
der den Kondensatoren in den Brückenhälften zugeordneten Zweiwegladeschaltungen
aus je einem über einen Transformator an eine gemeinsame Wechselstromquelle angeschlossenen
Gleichrichter mit einem Speicherkondensator.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem
Thyristor-Polwendeschalter dargestellt und wird im folgenden erläutert, das zum
beliebigen Umpolen des Ankerstromes eines Gleichstrommotors mit einer konstanten
ferromagnetischen Erregung vorgesehen ist.
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-Polwende-Der in der Zeichnung dargestellte Thyristo*behalter ist
mit 1 bezeichnet und besteht aus einer Stromrichterbrücke mit vier Zweigen 11 bis
14, bei der in jedem Zweig ein Thyristor und eine Gleichrichterdiode gleichsinnig
gepolt in Reihe geschaltet sind. Die Thyristoren sind mit T1 bis T4 und die Gleichrichterdioden
sind mit D1 bis D4 bezeichnet. In der Gleichstromdiagonale dieser Stromrichterbrücke
liegt eine in der Spannung verstellbare Gleichstromquelle 2 und in der Wechselstromdiagonale
liegt der Gleichstrommotor M. Die Gleichstromquelle 2 kann ein Gleichrichter 23
mit nachgeschaltetem Speicherkondensator 24 und Widerstand 22 sein. Die Ausgangsspannung
Ug dieser Gleichstromquelle ist zwischen Null und einem Höchstwert, der Nennspannung
UN des Motors M, verstellbar. Je zwei in der oberen und in der unteren Brückenhälfte
der Stromrichterbrücke liegende Thyristoren T1, T3 und T2, T4 sind beliebig gegenseitig
löschbar durch einen jeweils löschbereit geladenen Kondensator C 13 und C 24, über
den, wie aus der Zeichnung hervorgeht, in der oberen Brückenhälfte die Thyristoren
Tl und T3 an der Kathode und in der unteren Brückenhälfte die Thyristoren T2 und
T4 an der Anode direkt miteinander verbunden sind.
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Betriebsmäßig sind jeweils die Thyristoren gleichzeitig stromführend,
die in sich gegenüberliegenden Brückzweigen liegen, nämlich die Thyristoren Tl und
T4 oder die Thyristoren T3 und T2. Ein jeweils stromführendes Thyristorpaar wird
durch die Löschkondensatoren gelöscht, wenn das andere Thyristorpaar gezündet wird.
Dadurch wird die Richtung des Verbraucherstromes umgepolt. Dieses gegenseitige Löschen
ist aber nur bei ausreichender Spannung der Löschkondensatoren möglich. Ferner ist
das Zünden eines jeweils stromfreien Thyristorpaares nur bei ausreichend großer
Spannung der Kondensatoren sicher möglich. Wird der Gleichstrommotor M beispielsweise
mit einer niedrigen Drehzahl betrieben, so ist hierfür eine entsprechend kleine
Ankerspannung, d. h.
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auch eine kleine Gleichrichterspannung Ug, erforderlich. Die Löschkondensatoren
werden dann nicht auf eine zum Löschen ausreichende Spannung geladen. Das Löschen
und Zünden der Thyristoren und somit das Umpolen des Verbraucherstromes ist daher
nicht mehr möglich. Deshalb sind die Löschkondensatoren erfindungsgemäß mit je einer
Zweiwegladeschaltung versehen, die eine Gleichstromquelle 3 bzw. 4 mit einer festen
Spannung enthält, die mindestens so groß ist, daß die Thyristoren sicher gelöscht
und wiedergezündet werden. Mit dieser Ladeschaltung kann der Ankerstrom des Gleichstrommotors
auch bei sehr geringer Drehzahl und entsprechend geringer Ankerspannung umgepolt
werden.
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Die Gleichstromquellen 3 und 4 bestehen nach dem Ausführungsbeispile
aus je einem mittels eines Transformators T, welcher zwei Sekundärwicklungen 32
und 42 hat, an die Wechselstromquelle 21 angeschlossenen Gleichrichter 33 und 43
mit einem Speicherkondensator 34 und 44. ober den jeweils stromführenden Thyristor
der Stromrichterbrücke und einen Ladewiderstand wird in jeder Brückenhälfte der
Löschkondensator unabhängig von der Gleichrichterspannung Ug auf eine
ausreichend
große Spannung solcher Polarität geladen, daß beim Zünden des jeweils stromfreien
Thyristors der stromführende Thyristor jederzeit gelöscht werden kann, und der jeweils
stromfreie Thyristor eine ausreichende Anodenspannung zum Zünden erhält. Der Löschkondensator
der oberen Brückenhälfte beispielsweise wird bei stromführendem Thyristor Tl über
einen in der Zeichnung mit 15 bezeichneten Ladewiderstand und bei stromführendem
Thyristor T3 über einen mit 16 bezeichneten Ladewiderstand aus der Gleichstromquelle
3 mit entsprechender Polarität löschbereit geladen. Die entsprechenden Ladewiderstände
der Zweiwegschaltungen in der unteren Brückenhälfte sind mit 18 und 17 bezeichnet.
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Als Anwendungsbeispiel eines Thyristor- Polwendeschalters nach der
Erfindung sei hier der Antrieb einer langen auf- und abwickelbaren drahtförmigen
Säge mit Hilfe eines Gleichstrommotors genannt, welcher auch bei kleiner Drehzahl
und geringer Laufgeschwindigkeit der drahtförmigen Säge mittels des Polwendeschalters
beliebig reversiert werden kann.