DE2146564B2

DE2146564B2 - Schaltungsanordnung zum Speisen einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine mit impulsförmigem Gleichstrom

Info

Publication number: DE2146564B2
Application number: DE2146564A
Authority: DE
Inventors: A Gerhard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1978-10-05
Also published as: IT967507B; AT318086B; FR2154060A5; DE2146564A1; JPS4844715A; SE373991B; US3750002A; GB1395659A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Speisen einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine mit impulsförmigem Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle, mit einer zwischen einer Plusleitung und einer Minusleitung liegenden ersten Reihenschaltung eines Fahrthyristors mit einem Bremsthyristor, sowie einer zweiten, aus zwei Löschthyristoren bestehenden Reihenschaltung, wobei jeweils die Verbindungspunkte der beiden Thyristoren einer Reihenschaltung über einen Kommutierungskondensator miteinander verbunden sind, mit je einem antiparallel zum Fahrthyristor und Bremsthyristor geschalteten Freilauf-Gleichrichterelement und mit einer mit den Thyristoren sowie den Freilauf-Gleichrichterelementen verbundenen Anordnung von Drosseln, die aus wenigstens einer Umschwing- und wenigstens einer Sättigungsdrossel besteht.
Aus der DE-OS 19 61 522 ist schon eine derartige Schaltungsanordnung bekannt, bei der mit jedem der 4 Thyristoren je eine Stromwendungsdrossel in Reihe angeordnet ist, somit diese Anordnung vier Drosseln aufweist Drosseln sind teure Bauelemente, die zudem einen nicht unerheblichen Platzbedarf haben, insbesondere in der Leistungselektronik. Weiterhin fließt bei der bekannten Schaltungsanordnung der Ankerstrom beim Betrieb des Motors durch eine der Drosseln. Dies hat einmal Verluste zur FoIf e und zum anderen muß die betreffende Drossel für einen besonders hohen Strom ausgelegt werden, was wiederum zu einer Verteuerung und zu einem erhöhten Platzbedarf führt. Auch im Bremsbetrieb fließt der hohe Bremsstrom durch eine dieser Drosseln, die ebenfalls entsprechend dimensioniert werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einer möglichst geringen Anzahl von Drosseln auszukommen und die Schaltung so auszulegen, daß ein möglichst geringer Strom durch diese Drosseln fließt, wodurch dier.e kostengünstig und platzsparend ausgelegt werden können.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß eine einzige Umschwingdrossel mit dem Kommutierungskondensator unter Bildung eines Serienschwingkreises den Verbindungspunkt von Fahr-

J5 und Bremsthyristor mit den beiden Löschthytistoren verbinden, daß eine einzige Sättigungsdrossel den gleichen Verbindungspunkt mit den Gleichrichterelementen verbindet und daß der Anker der Gleichstrom-Nebenschlußmaschine unmittelbar parallel zum Brems-

to thyristor geschaltet ist

Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Zahl der Drosseln halbiert werden kann und keine der Drosseln mehr für einen hohen Strom ausgelegt werden muß. Sowohl der Fahrstrom, wie auch der Bremsstrom fließt durch keine der Drosseln. Neben einer nicht unerheblichen Platzersparnis führt dies auch zu einer starken Reduzierung der Kosten.

Eine andere Lösung der Aufgabe, verbunden mit einer noch weiteren Reduzierung der Anzahl der

so Drosseln auf nur eine einzige, ist im Kennzeichen des A'es 2 angegeben.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen sind nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert Es zeigt die Schaltbilder

Fi g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem A 1 und

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem A 2.

Die Schaltung nach F i g. 1 zeigt eine als Gleichspannungsquelle dienende Batterie 10, an deren Klemmen eine Plusleitung 22 und eine Minusleitung 23 angeschlossen sind. Zwischen der Plusleitung 22 und der Minusleitung 23 liegt eine Brückenschaltung aus vier Thyristoren 13 bis 16. Den ersten Brückenzweig bilden ein Fahrthyristor 13 und ein Bremsthyristor 15, die über einen Verbindungspunkt 25 in Reihe geschaltet sind. In gleicher Weise bilden ein erster und ein zweiter

Löschthytistor 14, 16 den zweiten Brückenzweig. Die Löschthytistoren 14, 16 sind über einen Verbindungspunkt 24 in Reihe geschaltet. Zwischen den Verbindungspunkten 24 und 25 liegt ein Serienschwingkreis, der aus einem Kommutierungskondensator 17 und einer Umschwingdrossel 18 besteht

Parallel zum Bremsthyristor 15, das iieißt zwischen dem Verbindungspunkt 25 und der Minusleitung 23 liegt ein Anker 11 einer Gleichstrommaschine, deren Feldwicklung bei 12 angedeutet ist. Weiterhin ist die Plusleitung 22 Ober eine Reihenschaltung zweier in Sperrichtung gepolter Freilaufdioden 19, 20 mit der Minusleitung 23 verbunden. Der Verbindungspunkt 26 zwischen den beiden Freilaufdioden S9,20 ist über eine Sättigungsdrossel 21 an den Verbindungspunkt 25 angeschlossen.

Die Schaltung nach Fig.2 enthält weitgehend die gleichen Bauteile wie die Schaltung nach F i g. 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und werden daher nicht mehr beschrieben. Die Abweichung besteht im wesentlichen darin, daß anstelle der beiden Freilaufdioden 19, 20 beim zweiten Ausführungsbeispiel Freilaufthyristoren 29, 30 verwendet werden. Der Verbindungspunkt 26 zwischen den beiden Freilaufthytistoren 29, 30 ist ohne Zwischenschaltung einer Sättigungsdrossel direkt an den Verbindungspunkt 25 angeschlossen.

Die beiden Schaltungen haben folgende Funktionsweise. Beim motorischen Betrieb der Gleichstrommaschine fließt nach dem Zünden des Fahrthyristors 13 der Strom aus der Batterie 10 über die Plusleitung 22, den Fahrthyristor 13, den Anker 11 und die Minusleitung 23 zurück zur Batterie. Der Fahrthyristor 13 kann mit Hilfe des ersten Löschthyristors 14 gelöscht werden.

Wenn der ersten Löschthyristor 14 gezündet wird, dann wird in dem Serienschwingkreis 17, 18 eine Schwingung angeregt, so daß der Verbindungspunkt 25 kurzzeitig auf ein Potential gelangt, das positiver als das der Plusleitung 22 ist. Der Stromfluß im Fahrthyristor 13 erlischt dann, bis der Fahrthyristor 13 erneut gezündet wird. Solange die Gleichstrommaschine motorisch betrieben wird, fließt in den Impulspausen, das heißt solange der Fahrthyristor 13 gelöscht ist, der Ankerstrom weiter über die zweite Freilaufdiode 20. Dabei klingt der Ankerstrom infolge des Innenwiderstandes des Ankers, der Sättigungsdrossel 21 und der Freilaufdiode 20 langsam ab.

Die Induktivität der Sättigungsdrossel 21 muß so niedrig bemessen werden, daß sie bei den normalen Impulsfolgefrequenzen des Fahrthyristors 13 den Stromzufluß über die Freilaufdiode 20 nicht behindert. Andererseits muß die Induktivität so groß sein, daß die beim Kommutierungsvorgang während der Freiwerdezeit des Fahrthyristors 13 am Verbindungspunkt 25 auftretende sehr kurzzeitige Spannungsspitze über den Anker 11 zur Minusleitung 23 und nicht über die erste Freilaufdiode 19 zur Plusleitung 22 abgeleitet wird. Da die Zeitdauer der Spannungspitze sehr klein gegenüber der normalen Periodendauer der Ausgangsimpulse des Fahrthyristors 13 ist, läßt sich leicht ein geeigneter Kompromißwert für die Induktivität der Sättigungsdrossel 21 finden.

Wenn jedoch bei besonderen Anwendungsfällen relativ hohe Impulsfolgefrequenzen zur Ansteuerung des Fahrthyristors 13 verwendet werden, so daß die Impulse nur noch wenig länger dauern als die Spannungsspitzen beim Kommutieren, dann ist es zweckmäßig, die Schaltung nach F i g. 2 zu verwenden. Die Sättigungsdrossel 21 fehlt hier vollständig. Dafür ist die Freilaufdiode 20 durch einen Freilaufthyristor 30 ersetzt, der synchron zum ersten Löschthyristor 14 gezündet wird. Der Freilaufthyristor 30 ist daher immer leitend, wenn der Fahrthyristor 13 gelöscht ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich die Gleichstrommaschine nicht nur als Motor, sondern auch als Generator zum Bremsen

ίο betreiben. Beim Bremsen unterscheidet man zwei verschiedene Betriebszustände: oberhalb der Nenndrehzahl der Gleichstrommaschine wird dadurch gebremst, daß der Strom in der Feldwicklung 12 erhöht wird, während man unterhalb der Nenndrehzahl durch Takten des Ankerstroms bremsen kann.

Demgemäß sind beim Bremsen oberhalb der Nenndrehzahl beide Thyristoren 13,15 gesperrt. Durch das Erhöhen des Feldstromes wird die Stromflußrichtung im Anker 11 umgekehrt, und es fließt ein Bremsstrom vom Anker 11 über die Sättigungsdrossel 21 und die erste Freilaufdiode 19 zur Batterie 10. Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 muß in diesem Betriebszustand der erste Freilaufthyristor 29 dauernd leitfähig sein.

Unterhalb der Nenndrehzahl läßt sich durch Erhöhen des Feldstromes keine Stromrichtungsumkehr im Anker mehr erzieler. Zum Bremsen wird daher zunächst der Bremsthyristor 15 gezündet. Es fließt dann ein hoher Kurzschlußstrom vom Anker 11 über den Thyristor 15, der nach kurzer Zeit durch Zünden des zweiten Löschthyristors 16 gelöscht wird. Dieser Löschvorgang läuft ähnlich ab wie der oben beschriebene Löschvorgang des Fahrthyristors 13: Am Verbindungspunkt 25 tritt in diesem Fall eine kurzzeitige negative Spannungsspitze auf, die den Stromfluß durch den Bremsthyristor 15 zusammenbrechen läßt.

Solange das Bremsthyristor 15 gezündet war, wurde im Anker 11 infolge des hohen Kurzschlußstroms magnetische Energie gespeichert. Im Augenblick des Löschens des Bremsthyristors 15 entsteht daher am Verbindungspunkt 25 infolge der Selbstinduktion in der Ankerwicklung 11 eine hohe positive Spannungsspitze. Da beide Thyristoren 13, 15 gesperrt sind, fließt jetzt über die Sättigungsdrossel 21 und die erste Freilaufdiode 19 ein Bremsstrom in die Batterie 10, der erst wieder unterbrochen wird, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 25 unter die Batteriespannung sinkt.

Dann muß der Bremsthyristor 15 erneut gezündet werden. Der Bremsvorgang unterhalb der Nenndrehzahl läuft also in folgender Weise ab: Solange der Bremsthyristor 15 gezündet ist, wird mechanische Energie (kinetische Energie des Fahrzeugs) in magnetische Energie umgesetzt Diese magnetische Energie wird nach dem Löschen des Bremsthyristors 15 als elektrische Energie in die Batterie 10 zurückgespeist.

Durch periodisches Takten des Bremsthyristors 15 kann man demnach auch unterhalb der Nenndrehzahl der Gleichstrommaschine kinetische Fahrzeugenergie als elektrische Energie in die Batterie 10 zurückspeisen, so daß der Aktionsradius des Fahrzeugs erweitert wird. Die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 ist auch beim Bremsen gleich wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Beim Bremsen unterhalb der Nenndrehzahl muß der erste Freilaufthyristor 29 synchron zum zweiten Löschthyristor 16 gezündet werden, damit er immer dann leitend ist, wenn der Bremsthyristor 15 gelöscht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Speisen einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine mit impulsförmigem Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle, mit einer zwischen einer Plusleitung und einer Minusleitung liegenden ersten Reihenschaltung eines Fahrthyristors mit einem Bremsthyristor, sowie einer zweiten, aus zwei Löschthyristoren bestehenden Reihenschaltung, wobei jeweils die Verbindungspunkte der beiden Thyristoren einer Reihenschaltung über einen Kommutierungskondensator miteinander verbunden sind, mit je einem antiparallel zum Fahrthyristor und Bremsthyristor geschalteten Freilauf-Gleichrichterelement und mit einer mit den Thyristoren sowie den Freilauf-Gleichrichterelementen verbundenen Anordnung von Drosseln, die aus wenigstens einer Umschwing- und wenigstens einer Sättigungsdrossel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Umschwingdrossel (18) mit dem Kommutierungskondensator (17) unter Bildung eines Serienschwingkreises den Verbindungspunkt (25) von Fahr- und Bremsthyristor (13,15) mit den beiden Löschthyristoren (14,16) verbinden, daß eine einzige Sättigungsdrossel (21) den gleichen Verbindungspunkt (25) mit den Gleichrichterelementen (19, 20) verbindet und daß der Anker (11) der Gleichstrom-Nebenschlußmaschine unmittelbar parallel zum Bremsthyristor (15) geschaltet ist (F i g. 1).

2. Schaltungsanordnung zum Speisen einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine mit impulsförmigem Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle, mit einer zwischen einer Plusleitung und einer Minusleitung liegenden ersten Reihenschaltung eines Fahrthyristors mit einem Bremsthyristor, sowie einer zweiten, aus zwei Löschthyristoren bestehenden Reihenschaltung, wobei jeweils die Verbindungspunkte der beiden Thyristoren einer Reihenschaltung über einen Kommutierungskondensator miteinander verbunden sind, mit je einem antiparallel zum Fahrthyristor und Bremsthyristor geschalteten Freilauf-Gleichrichterelement und mit einer mit den Thyristoren sowie den Freilauf-Gleichrichterelementen verbundenen Anordnung von Umschwingdrosseln, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Umschwingdrossel (18) mit dem Kommutierungskondensator (17) unter Bildung eines Serienschwingkreises den Verbindungspunkt (25) von Fahr- und Bremsthyristor (13, 15) mit den beiden Löschthyristoren (14, 16) verbinden, daß der Anker (U) der Gleichstrom-Nebenschlußmaschine unmittelbar parallel zum Bremsthyristor (15) geschaltet ist und daß die Freilauf-Gleichrichterelemente steuerbare Gleichrichterelemente (29,30) sind (F i g. 2).