DE2204012A1

DE2204012A1 - 'Thyristorgleichstromschalter zur Erzeugung von Stromimpulsen

Info

Publication number: DE2204012A1
Application number: DE19722204012
Authority: DE
Inventors: Gilbert Oree de Senart Vidal (Frankreich)
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-10
Also published as: FR2123222A1; BE778582A; CH547571A; NL7201264A; FR2123222B1; IT947112B; GB1383535A; DE2204012B2

Description

SOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES & MECANIQUES ALSTHOM

9, Rue Ampere - 91 Massy

F'rankreich

Unger/sc
24.1.1972

"Thyristorgleichstromschalter zur Erzeugung von Stromimpulsen"

Es werden zur Erzeugung von an ohmsche und induktive Verbraucher geschalteten Gleichstromimpulsen, wie beispielsweise zur Erzeugung eines Gleichstrommotors, elektronische Schalter, bekannt unter der allgemeinen Bezeichnung Thyristorgleichstromschalter, verwendet. Derartige zum Steuern und Regeln eines Gleichstromes in einem ohmschen oder induktiven Verbraucher verwendbare elektronische Schalter werden in dem Verbraucherstromkreis zwischen einer Gleichstromquelle und dem Verbraucher in Reihe oder parallel geschaltet. Einem induktiven Verbraucher wird dabei eine Gleichrichterdiode entgegen der Richtung des Gleichstromes parallelgeschaltet.

Es ist ein Thyristorgleichstromschalter bekannt, bei dem Ln einem ßtrornzweLg ein Haupt thyristor, welcher den Verbr-njc herst rom führt, gewöhnlich mit einer Induktivität in Heine geschaltet ist. Diesem Stromzweig ist ein erster zusätzlichor ßbromzweig mit der Reihenschaltung eines

BAD ORIGINAL

209833/0768

- 2 - 72/1

sogenannten Löschthyristors und eines Löschkondensators parallelgeschaltet, ein zweiter zusätzlicher Stromzweig mit der Reihenschaltung eines Umschwingthyristors und einer Induktivität ist dem Löschkondensator parallelgeschaltet und bildet mit diesem einen Schwingkreis, in welchen der nach dem Zünden des Löschthyristors auf die Spannung der Gleichstromquelle geladene Löschkondensator über den gezündeten Umschwingthyristor löschbereit für den Hauptthyristor umgeladen wird.

Mit einem Thyristorgleichstromschalter der vorbeschriebenen herkömmlichen Schaltung kann der Gleichstrom eines Verbrauchers im periodischen Schalttaktbetrieb fortwährend ein- und ausgeschaltet werden und es kann dabei das Verhältnis der Schließzeit des Schalters zur Schalttaktperiode zwischen etwa 0,05 imd 0,95 variiert werden.

Die Erfindung betrifft einen Thyristorgleichstromschalter zur Erzeugung von Stromimpulsen, bei dem in einem ersten Stromzweig mit der Reihenschaltung eines ersten Thyristors und eines Kondensators dem Kondensator ein zweiter Stromzweig mit der Reihenschaltung eines mit dem ersten Thyristor gleichgepolten zweiten Thyristors und einer Induktivität parallelgeschaltet ist und bei dem mittels eines Steuerimpulsgebers der zweite Thyristor jeweils erst nach dem Selbstlöschen des zuvor gezündeten ersten Thyristors zündbar ist und sodann nach mindestens einer Halbperiode einer Schwingung des aus Kondensator und Induktivität gebildeten Schwingkreises wieder der erste Thyristor zündbar ist. Ein solcher Thyristorgleichstromschalter ist in der französischen Patentanmeldung Nr. 7.028.659 beschrieben. Es kann damit ein impulsförmiger Verbraucherstrom erzeugt werden, der über den Löschthyristor fließt, und es kann die Schließzeit des Schalters bis auf Null reduziert werden.

209833/0768

- 3 - 72/1

Es liegt nun der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für diesen Thyristorgleichstromschalter eine Schaltung anzugeben, mit der der Variationsbereich des Verhältnisses der Schließzeit zur Schalttaktperiode bis auf den Wert 1 erhöht werden kann, so daß hiermit ein Variationsbereich von O bis 1 erzielt wird. .

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß dem zweiten Thyristor ein dritter Thyristor gegenparallelgeschaltet ist, welcher mittels des Steuerimpulsgebers jeweils mindestens eine Halbperiode der Schwingung des Schwingkreises nach dem Zünden des zweiten Thyristors zündbar ist, und sodann erst mit einem mittels eines Seglers des Steuerimpulsgebers regelbaren Zeitabstand nach dem Zünden des dritten Thyristors wieder der erste Thyristor zündbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung dadurch weiter ausgebildet, daß ein vierter Thyristor in bekannter Weise als Hauptthyristor dem ersten Stromzweig parallelgeschaltet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, das an Hand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert wird.

Es zeigen

Fig. 1 die Schaltung eines Thyristorgleichstromschalters

gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Diagramm der Zeitabfolge, in der die Thyristoren

der Schaltung nach Fig. 1 gezündet werden, Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Spannung am Kondensator der Schaltung nach Fig. 1

und
Fig. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Spannung an einem als Verbraucher betriebenen Gleichstrommotor.

209833/0768

- 4- - 72/1

Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird ein Thyristorgleichstromschalter gemäß der Erfindung bereits mit drei Stromzweigen gebildet. Der erste Stromzweig enthält einen Thyristor 2 und einen Kondensator 5 in Reihenschaltung, der zweite Stromzweig ist dem Kondensator 5 parallelgeschaltet und enthält einen Thyristor 3 in Reihenschaltung mit einer Induktivität 6, der dritte Stromzweig besteht aus einem dem Thyristor 3 gegenparallelgeschalteten Thyristor 4·. Dieser Thyristorgleichstromschalter ist nach Pig. 1 weiter ausgestaltet durch einen zweiten, dem ersten Stromzweig in bekannter Weise parallelgeschalteten Stromzweig mit einem Hauptthyristor in herkömmlicher Schaltung und Polung, mit dem eine Induktivität 7 in Reihe geschaltet ist. Dem Thyristorgleichstromschalter ist ein Gleichstrommotor 8, dargestellt als Reihenschaltung einer Induktivität L und eines Widerstandes R, in Reihe geschaltet. Der Gleichstrommotor 8 hat einen Nebenschlußstromzweig mit einer zu den Thyristoren 1 und 2 gegenpolar geschalteten, an sich bekannten Freilaufdiode 9· Der aus Thyristorgleichstromschalter und Gleichstrommotor zusammengesetzte Stromkreis ist mit den Anoden der Thyristoren 1 und 2 an den positiven Pol A und mit der Anode der Freilaufdiode 9 des Gleichstrommotors 8 an den geerdeten negativen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen, die eine Spannung E aufweist. Dem Thyristorgleichstromschalter ist ein Steuerimpulsgeber 13 mit mehreren getrennten Impulsausgangen zugeordnet, an den die Steuerstromkreise der einzelnen Thyristoren 1 bis 4 angeschlossen sind. Mit 14- ist ein Regler des Steuerimpulsgebers 13 bezeichnet.

Ist im Schalttaktbetrieb des Thyristorschalters die Schließzeit im Verhältnis zur Schalttaktperiode kleiner als 0,95, i-jo ist die Wirkungsweise wie bekannt die folgende:

209833/0768

- 5 - 72/1

In einer Schalttaktperiode wird zuerst der Thyristor 2 gezündet, dabei wird der Kondensator 5 auf die Spannung E der Stromquelle geladen, so daß die Kondensatorspannung V_c * E wird. Wenn der Kondensator geladen und der Ladestrom abgeklungen ist, löscht sich der Thyristor 2 selbst. Daraufhin wird der Thyristor 3 gezündet und damit der Kondensator 5 über die Induktivität 6 umgeladen, so daß dann die Kondensatorspannung V_G umgepolt ist (-V^) und nach Abklingen des Umladestromes auch der Thyristor 3 selbst gelöscht wird. Da nun der Kondensator 5 für den Thyristor löschbereit geladen ist, kann nun der Thyristor 1 als Hauptthyristor gezündet und damit der Motorstrom eingeschaltet werden. Durch Zünden des Thyristors 2 wird dann schließlich die Löschung des Hauptthyristors 1 eingeleitet. Dabei wird der Schaltungspunkt 11 in Bezug auf den positiven Pol A der Gleichstromquelle auf das Potential +2E angehoben, und es liegt daher an dem Stromzweig mit dem Thyristor 1 und der Induktivität 7 eine negative Spannung -2E, unter welcher der Thyristor 1 zwangsweise gelöscht wird. Damit ist eine Schalttaktperiode beendet und eine neue kann beginnen.

Um nun die Schließzeit des Thyristorgleichstromschalters im Verhältnis zur Schalttaktperiode größer als 0,95 einstellen zu können, ist die Zeitabfolge der Zündimpulse für die Thyristoren 2, 3 und 4- ohne Beteiligung des Hauptthyristors 1 die folgende:

Es wird zuerst wieder der Thyristor 2 gezündet, wobei der vorher entladene Kondensator 5 auf die Spannung E der Stromquelle geladen wird und ein impulsförmiger Ladestrom über den Motor 8 fließt. Wenn der Kondensator geladen und der Ladestrom abgeklungen ist, löscht sich der Thyristor 2

209833/0768

- 6 - 72/1

selbst. Daraufhin wird der Thyristor 3 gezündet, wodurch der Kondensator 5 über die Induktivität 6 umgeladen und die Kondensatorspannung auf die negative Spannung -V₀ umgepolt wird. Kondensator 5 und Induktivität 6 bilden zusammen einen Schwingkreis. Die Dauer einer vollen Schwingung oder Schwingperiode des Schwingkreises sei mit TI bezeichnet. Beim Umschwingen dieses Schwingkreises !?., 6 kann der Kondensator auf eine höhere Spannung als Vq, d.h. auf Überspannung umgeladen werden. Nach dem Umschwingen ist der Umladestrom abgeklungen und der Thyristor 3 wird selbstgelöscht. Damit ist eine Schalttaktperiode beendet und eine neue kann durch Zünden des Thyristors 2 begonnen werden.

Bei der vorbeschriebenen Steuerungsweise des Thyristorgleichstromschalters erhält der Motor 8 einen Stromimpuls von maximaler Größe, die im wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators 5, die Quellenspannung E, den Ankerwiderstand R und die Schalttaktfrequenz vorgegeben ist. Es kann dieser Stromimpuls aber stetig verringert werden, indem nach dem Umschwingen der Kondensatorladung über den gezündeten Thyristor 3 der gegenparallelgeschaltete Thyristor 4 noch vor dem Thyristor 2 gezündet wird. Die Kondensatorladung kann dann über die Induktivität 6 wieder zurückschwingen, so daß die Kondensatorspannung nach einer Halbperiode 1/2 TI der Schwingung zurückgepolt wird. Erhält dann der Thyristor 2 einen Zündimpuls, so kann er, da nun der Kondensator 5 die Spannung V_ß hat und somit der Thyristor 2 spannungsfrei ist, nicht gezündet werden. In diesem Falle erhält der Motor auch keinen Stromimpuls. Erhält noch während einer Halbperiode des Zurückschwingens der Thyristor 2 den Zündimpuls, so ist der Kondensator 5 noch nicht zurückgepolt und am Thyristor 2 liegt dann noch positive Anodenspannung. In diesem Fall erhält der Motor einen

209833/0788

- 7 - 72/1

Stromimpuls von geringerer Größe als die maximale Größe. Die Größe des Stromimpulses nimmt mit wachsendem Zeitabstand der an die Thyristoren 4 und 2 übertragenen Zündimpulse ab. DieserZeitabstand wird durch den Regler 14 vorgegeben, er kann zwischen 0 und 1/2 TI variieren. Nach dem Thyristor 2 wird jeweils der Thyristor 3 gezündet. Der Zeitabstand T, mit dem die Thyristoren 3 und 4 abwechselnd gezündet werden, ist groß gegenüber der Schwingperiode T1.

Als ein Beispiel ist im Diagramm der Fig. 2 die feste Zeitlage der Zündimpulse für die Thyristoren 3 und 4 mit den gleichen Ziffern 3 und 4 bezeichnet, ferner sind drei variierte Zeitlagen des Zündimpulses für Thyristor 2 mit den Ziffern 2a, 2b und 2c angegeben. Von diesen liegen die Zündimpulse 2a und 2b innerhalb undder Zündimpuls 2c an der oberen Grenze der Halbperiode 1/2 T1 der Schwingung des Schwingkreises 5, 6.

Die im Diagramm der Pig. 3 ausgezogene Kurve gibt den zeitlichen Verlauf der Spannung des Kondensators 5 an» welcher sich einstellt, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt tp mit dem Zündimpuls 2a (Fig. 2), Thyristor 4 in den Zeitpunkten ty. und tn und Thyristor 3 im Zeitpunkt t, gezündet wird und dieser selbst dann im Zeitpunkt t^, gelöscht wird, tg entsprechend 2c (Fig. 2) ist der Zeitpunkt, in dem Thyristor spätestens noch gezündet werden kann. Die gestrichelte Kurve 6 gibt den Verlauf der Kondensatorspannung an, welcher sich einstellt, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt t^ mit dem Zündimpuls 2b (Fig. 2) gezündet wird.

Im Diagramm der Fig. 4 sind zwei jeweils im Zeitabstand einer Schalttaktperiode T aufeinanderfolgende große Spannungsimpulse a und zwei kleine Spannungsimpulse b dargestellt, welche durch die an den Motor 8 geschalteten Stromimpulse

209833/0768

- 8 - 72/1

hervorgerufen werden. Die großen Spannungsimpulse a entstehen, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt t~ (Fig. 3) entsprechend 2a (Fig. 2) gezündet wird. Hierbei (Zeitpunkt c in Fig. 4) hört der Stromfluß in der Freilaufdiode 9 auf und im Zeitpunkt d setzt er wieder ein. Die kleinen Spannungsimpulse b entstehen, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt trp entsprechend 2b (Fig. 2) gezündet wird. Mit E ist das Niveau der Gleichspannung der Stromquelle bezeichnet. Die Spannungs-Zeit-Fläche eines großen bzw. eines kleinen Spannungsimpulses ist mit S bzw. S_K bezeichnet. Wird mit V der zeitliche Mittelwert der Motorspannung bezeichnet, so gilt für das Verhältnis pc der Schließzeit zur Schalttaktperiode des Thyristorschalters die Beziehung

worin f die Schalttaktfrequenz bedeutet und für S die Größen S„ oder S, eingesetzt werden können.

el D

Es sei hier abschließend bemerkt, daß im Rahmen der Erfindung an Stelle der gegenparallelgeschalteten Thyristoren 3 und 4 auch ein einziger bidirektionaler Thyristor, bekannt unter der Bezeichnung "Triac", verwendet werden kann.

209833/0768

Claims

- 9 - "72/1

Patentansprüche

M. \Thyristorgleichstromschalter zur Erzeugung von Stromim- ^-"pulsen, bei dem in einem ersten Stromzweig mit der Reihenschaltung eines ersten Thyristors und eines Kondensators dem Kondensator ein zweiter Stromzweig mit der Reihenschaltung eines mit dem ersten Thyristor gleichgepolten zweiten Thyristors und einer Induktivität parallelgeschaltet ist und bei dem mittels eines Steuerimpulsgebers der zweite Thyristor jeweils erst nach dem Selbstlöschen des zuvor gezündeten ersten Thyristors zündbar ist und sodann nach mindestens einer Halbperiode einer Schwingung des aus Kondensator und Induktivität gebildeten Schwingkreises wieder der erste Thyristor zündbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dejn zweiten Thyristor (3) ein dritter Thyristor (4) gegenparallelgeschaltet ist, welcher mittels des Steuerimpulsgebers (13) jeweils mindestens eine Halbperiode der Schwingung des Schwingkreises (5, 6) nach dem Zünden des zweiten Thyristors (3) zündbar ist, und sodann erst mit einem mittels eines Reglers (14) des Steuerimpulsgebers (13) regelbaren Zeitabstand nach dem Zünden des dritten Thyristors (4) wieder der erste Thyristor (2) zündbar ist.
2. Thyristorgleichstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Thyristor (1) in bekannter V/eise als HaupfcthypLstor dem ersten Stromzweig parallel- Pf! fjc ha 1 fcet ist.

BAD

209833/0768