DE2204012B2 - Thyristorgleichstromschalter - Google Patents

Description

getrennten Impulsausgängen zugeordnet, an den die Steuerstromkreise der einzelnen Thyristoren 1 bis 4 angeschlossen sind. Mit 14 ist ein Einsteller des Steuerimpulsgebers 13 bezeichnet

Ist im Schalttaktbetrieb des Thyristorschalters die Schließzeit im Verhältnis zur Schalttaktperiode größer als 0,05, so ist die Wirkungsweise wie bekannt die folgende:

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 Vc= 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 Vc umgepolt ist (- Vc) 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 It in bezug auf den positiven Pol A der Gleichstromquelle auf das Potential + 2 E angehoben, und es liegt daher an dem Stromzweig mit dem Thyristor 1 und der Induktivität 7 eine negative Spannung -2£ 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 kleiner als 0,05 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 Ladesfom über den Motor 8 fließt. Wenn der Kondensator geladen und der Ladestrom abgeklungen ist, löscht sich der Thyristor 2 selbst. Daraufhin wird der Thyristor 3 gezündet, wodurch der Kondensator 5 über die Induktivität 6 umgeladen und die Kondensatorspannung auf di.'i negative Spannung — Vc umgepolt wird. Kondensator 5 und Induktivität 6 bilden zusammen einen Schwingkreis. Die Dauer einer vollen Schwingung oder Schwingperiode des Schwingkreises sei mit Ti bezeichnet. Nach dem Umschwingen ist der Umladestrom abgeklungen und der Thyristor 3 löscht. 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 einer Größe, die im wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators 5, die Quellenspannung £, 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 '/2 Tl der Schwingung zurückgepolt wird. Erhält dann der Thyristor 2 einen Zündimpuls, so kann er, da nun der Kondensator 5 die Spannung Vc 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 Falll erhält der Motor einen 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. Dieser Zeitabstand wird durch den Einsteller 14 vorgegeben; er kann zwischen 0 und '/2 7*1 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 Ti.

Als ein Beispiel ist im Diagramm der F i g. 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 2 und 2b innerhalb und der Zündimpuls 2c an der oberen Grenze der Halbperiode '/2 T 1 der Schwingung des Schwingkreises 5,6.

Die im Diagramm der F i g. 3 ausgezogene Kurve a gibt den zeitlichen Verlauf der Spannung des Kondensators 5 an, welcher sich einstellt, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt ti mit dem Zündimpuls 2a (F i g. 2), Thyristor 4 in den Zeitpunkten fi und is und Thyristor 3 im Zeitpunkt ft gezündet wird und dieser im Zeitpunkt to löscht, te entsprechend 2c (F i g. 2) ist der Zeitpunkt, in dem Thyristor 2 spätestens noch gezündet werden kann. Die gestrichelte Kurve b gibt den Verlauf der Kondensatorspannung an, welcher sich einstellt, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt fr mit dem Zündimpuls 2b ( F i g. 2) gezündet wird.

Im Diagramm der Fig.4 sind zwei jeweils im Zeitabstand einer Schalttaktperiode T aufeinanderfolgende große Spannungsimpulse und zwei kleine Spannungsimpulse dargestellt welche durch die an den Motor 8 geschalteten Stromimpulse hervorgerufen werden. Die großen Spannungsimpulse entstehen, wenn Thyristor 2 im Zeitpunkt b (Fig.3) entsprechend 2a (F i g. 2) gezündet wird. Hierbei (Zeitpunkt c in F i g. 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 ü entsprechend 2b (F i g. 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 5a bzw. S> bezeichnet. Wird mit Vder zeitliche Mittelwert der Motorspannung bezeichnet, so gilt für das Verhältnis λ der Schließzeit zur Schalttaktperiode des Thyristorschalters die Beziehung

Sl E

S E

f.

worin f die Schalttaktfrequenz bedeutet und für S die Größen Sa oder Sb eingesetzt werden können.

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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Thyristorgleichstromschalter, mit einem eineß ersten Thyristor als Hauptthyristor aufweisenden ersten Stromzweig, zu dem ein zweiter Stromzweig, bestehend aus der Reihenschaltung eines zweiten Thyristors und eines Löschkondensators, parallel geschaltet ist, mit einem dem Löschkondensator parallelgeschalteten dritten Stromzweig, bestehend aus der Reihenschaltung eines mit dem zweiten Thyristor gleichgepolten dritten Thyristors und einer Induktivität, und mit einem Steuerimpulsgeber zur Zündung der Thyristoren, der den dritten Thyristor jeweils erst nach dem Selbstlöschen des zuvor gezündeten zweiten Thyristors zündet und sodann nach mindestens einer Halbperiode einer Schwingung des aus Kondensator und Induktivität gebildeten Schwingkreises ggf. den Hauptthyristor und wieder den zweiten Thyristor zündet, dadurch gekennzeichnet, daß dem dritten Thyristor (3) ein vierter Thyristor (4) gegenparallel geschaltet ist, welcher zur Erzeugung von Stromimpulsen mit gegenüber einer Schalttaktperiode kurzer Dauer mittels des Steuerimpulsgebers (13) jeweils mindestens eine Halbperiode der Schwingung des Schwingkreises aus Löschkondensator (5) und Induktivität (6) nach dem Zünden des dritten Thyristors (3) gezündet wird, wobei sodann erst mit einem mittels eines Einstellers (14) des Steuerimpulsgebers (13) einstellbaren Zeitabstand nach dem Zünden des vierten Thyristors (4) wieder der zweite Thyristor (2) gezündet und der Hauptthyristor (1) in diesem Betriebsfalle überhaupt nicht gezündet wird.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Thyristorgleichstromschalter mit einem einen ersten Thyristor als Hauptthyristor aufweisenden ersten Stromzweig, zu dem ein zweiter Stromzweig, bestehend aus der Reihenschaltung eines zweiten Thyristors und eines Löschkondensators parallelgeschaltet ist, mit einem dem Löschkondensator parallelgeschalteten dritten Stromzweig, bestehend aus der Reihenschaltung eines mit dem zweiten Thyristor gleichgepolten dritten Thyristors und einer Induktivität, und mit einem Steuerimpulsgeber zur Zündung der Thyristoren, der den dritten Thyristor jeweils erst nach dem Selbstlöschen des zuvor gezündeten zweiten Thyristors zündet und sodann nach mindestens einer Halbperiode einer Schwingung des aus Kondensator und Induktivität gebildeten Schwingkreises ggf. den Hauptthyrisüor und wieder den zweiten Thyristor zündet. Ein solcher Thyristorgleichstromschalter ist bekannt (DT-OS 13 136).

   Hierbei wird mit einem als Hilfs-Schaltelement vorgesehenen dritten Thyristor, welcher nach Fig.2 der DT-OS 15 13 136 ebenfalls in einem dem Löschkondensator parallelen dritten Stromzweig liegt und auch erst nach dem Selbstlöschen des Löschthyristors (zweiter Thyristor) gezündet wird, eine genügend große Ladung des Löschkondensators sichergestellt. Es ist somit jeweils die Ladung des Löschkondensators mit einer bestimmten Ladungsmenge in Löschpolarität ve: · gi.vr. Diese Ladung kann nur über den gezündeten

   Löschthyristor abgeführt werden und auch nur dann, wenn der Hauptthyristor (erster Thyristor) gelöscht werden solL Mit einem solchen Thyristorgleichstromschalter kann der Gleichstrom eines Verbrauchers im periodischen Schalttaktbetrieb fortwährend ein- und ausgeschaltet werden, aber das Verhältnis der Schließzeit zu einer Schalttaktperiode des Schalters nur in einem begrenzten Bereich, beispielsweise zwischen 0,05 und 0,95 variiert werden,

   ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für einen Thyristorgleichstromschalter anzugeben, mit der der Variationsbereich des Verhältnisses der Schließzeit zu einer Schalttaktperiode bis auf Null verringert werden kann.

   Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Thyristorgleichstromschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß dem dritten Thyristor ein vierter Thyristor gegenparallel geschaltet ist, welcher zur Erzeugung von Stromimpulsen mit gegenüber einer

   Schalttaktperiode kurzer Dauer mittels des Steuerimpulsgebers jeweils mindestens eine Halbperiode der Schwingung des Schwingkreises aus Löschkondensator und Induktivität nach dem Zünden des dritten Thyristors gezündet wird, wobei sodann erst mit einem

   mittels eines Einstellers des Steuerimpulsgebers einstellbaren Zeitabstand nach dem Zünden des vierten Th>ristors wieder der zweite Thyristor gezündet und der Hauptthyristor in diesem Betriebsfalle überhaupt nicht gezündet wird.

   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
   Es zeigt

   F1 g. 1 die Schaltung eines Thyristorgleichstromschalters,

   Fig.2 ein Diagramm der Zeitabfolge, in der die Thyristoren der Schaltung nach F i g. 1 gezündet werden,

   Fig.3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Spannung am Kondensator der Schaltung nach F i g. 1 und

   F i g. 4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Spannung an einem als Verbraucher betriebenen Gleichstrommotor.

   Der Thyristorgleichstromschalter nach F i g. 1 weist vier Stromzweige auf. Der erste Stromzweig ist gebildet aus der Reihenschaltung eines ersten Thyristors (Hauptthyristor) 1 und einer Induktivität 7. Der zweite Stromzweig liegt parallel zum ersten Stromzweig und enthält einen Thyristor 2 und einen Kondensator 5 in Reihenschaltung. Der dritte Stromzweig ist dem Kondensator 5 parallel geschaltet und enthält einen Thyristor 3 in Reihenschaltung mit einer Induktivität 6. Der vierte Stromzweig besteht aus einem dem Thyristor 3 gegenparallelgeschalteten Thyristor 4. 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 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