DE2346180A1 - DC CONTROLLER CIRCUIT FOR PULSE CONTROL OF THE VOLTAGE OF AN INDUCTIVE CONSUMER - Google Patents
DC CONTROLLER CIRCUIT FOR PULSE CONTROL OF THE VOLTAGE OF AN INDUCTIVE CONSUMERInfo
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Description
Gleichstromstellerschaltung zur Impulssteuerung der Spannung eines induktiv behafteten VerbrauchersDC chopper circuit for pulse control of the voltage of an inductive load
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromstellerschaltung zur Impulssteuerung der Spannung eines induktiv behafteten Verbrauchers mit einem steuerbaren Hauptventil, das zwischen dem Verbraucher und einer GIeichspannungsquelle angeordnet ist, mit einer Löscheinrichtung, die dem Hauptventil parallelgeschaltet ist und aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators mit mindestens einem steuerbaren Löschventil besteht, und mit einem Freilaufventil, das dem Verbraucher zugeordnet ist.The invention relates to a DC chopper circuit for pulse control of the voltage of an inductively affected Consumer with a controllable main valve, which is arranged between the consumer and a DC voltage source is, with a quenching device that is connected in parallel to the main valve and from the series circuit of a quenching capacitor with at least one controllable extinguishing valve, and with a free-wheeling valve that is assigned to the consumer is.
Gleichstromstellerschaltungen dieser Art sind bekannt (vergl. Siemens-Zeitschrift 43 (1969), H. 5 und 7, Seiten 458 bis 464 sowie 616 bis 622, insbesondere Bild 18, und deutsche Auslegeschrift 1 267 322). Als Preilaufventil wird dabei eine Diode verwendet. Diese ist dem Verbraucher i. a. parallelgeschaltet.DC chopper circuits of this type are known (cf. Siemens-Zeitschrift 43 (1969), issues 5 and 7, pages 458 to 464 and 616 to 622, in particular Figure 18, and German Auslegeschrift 1,267,322). A diode is used as the pre-run valve. This is the consumer i. a. connected in parallel.
Der Löschkondensator wird in diesen Gleichstromstellerschaltungen mittels der Energie, die in den Induktivitäten zwischen Gleichstromsteller und Preilaufventil gespeichert ist, nachgeladen. Die Nachladung bricht ab, wenn die Kondensatorspannung die Versorgungsgleichspannung der Gleichspannungsquelle·erreicht hat. Hat die Gleichspannungsquelle, an die die Gleichstromstellerschaltung angeschlossen ist, nur eine kleine Versorgungsgleichspannung .und/oder ist der Laststrom sehr groß, so muß die Kapazität des Löschkondensators sehr groß bemessen sein, damit eine zur Löschung des Hauptventils ausreichendeThe quenching capacitor is in these DC chopper circuits by means of the energy that is in the inductances between DC chopper and pre-run valve is stored, reloaded. The recharge stops when the capacitor voltage the DC supply voltage of the DC voltage source · reached Has. Has the DC voltage source to which the DC chopper circuit is connected is connected, only a small DC supply voltage. and / or the load current is very high, so the capacity of the quenching capacitor must be dimensioned very large, so that sufficient to quench the main valve
509817/037*509817/037 *
Ü'JAο Ι 8QÜ'JAο Ι 8Q
·■ 2 - VPA 73/3223· ■ 2 - VPA 73/3223
Ladungsenergie vorhanden ist, was einen erheblichen wirtschaftlichen Aufwand bedeutet.Charge energy is present, which is a significant economic Effort means.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Aufwand bei der Bemessung des Löschkondensators zu verringern.The object of the invention is to reduce this effort when dimensioning the quenching capacitor.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß das erreicht v/erden kann, wenn der Löschkondensator bei niederer Vers.orgungsgleichspannung gezielt auf eine höhere Spannung gebracht wird.The invention is based on the consideration that this can be achieved when the quenching capacitor is at a low DC supply voltage is brought to a higher voltage in a targeted manner.
Die Erfindung besteht bei einer eingangs genannten Gleichstromstellerschaltung darin, daß als Freilaufventil ein steuerbares Ventil vorgesehen ist, das dann zündbar ist, wenn die Spannung am Löschkondensator einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der über dem Gleichspannungswert der Gleichspannungsquelle und unter der Durchbruchspannung des Hauptventils liegt. Als Freilaufventil kann insbesondere ein Thyristor vorgesehen sein.The invention consists in a DC chopper circuit mentioned at the beginning in that a controllable valve is provided as a free-running valve, which can then be ignited when the voltage exceeds a predetermined limit value at the quenching capacitor, which is above the DC voltage value of the DC voltage source and is below the breakdown voltage of the main valve. As a free-wheeling valve In particular, a thyristor can be provided.
Bei dieser Gleichstromstellerschaltung wird der Löschkondensator bei gesperrtem Preilaufventil über die Höhe der Eingangsgleichspannung hinaus durch den Laststrom aufgeladen. Die Aufladung des Löschkondensators wird durch das Zünden des Freilaufventils erst dann abgebrochen, wenn die Kondensatorspannung den vorgegebenen Grenzwert erreicht hat.With this DC chopper circuit, the quenching capacitor is charged by the load current beyond the level of the input DC voltage when the pre-run valve is blocked. The charge of the quenching capacitor is only interrupted by the ignition of the freewheeling valve when the capacitor voltage has reached the specified limit.
Ausführungsbeiapiele der Erfindung werden im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Für entsprechende Bauelemente werden dabei dieselben Bezugs zeichen verwendet. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are based on the following explained in more detail by two figures. The same reference characters are used for corresponding components. Show it:
Figur 1 einen Gleichstromsteller, der zur Speisung eines induktiv behafteten Verbrauchers verwendet wird, und Figur 2 einen Eintaktgleichspannungswandler.FIG. 1 shows a DC chopper which is used to supply an inductive load, and Figure 2 shows a single ended DC voltage converter.
Nach Figur 1 ist die positive Klemme einer GIeichspannungsquelle 2, z. B. die Klemme einer Batterie von U = 110 V Versorgungsgleichspannung, über ein steuerbares Hauptventil 3 an eine Klemme 4 eines Gleichstromverbrauchers 5 angeschlossen. Die negativeAccording to Figure 1, the positive terminal of a DC voltage source 2, e.g. B. the terminal of a battery of U = 110 V DC supply voltage, via a controllable main valve 3 to a terminal 4 of a direct current consumer 5 connected. The negative
509817/0373 " 3 "509817/0373 " 3 "
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
- 3 - VPA 73/3223- 3 - VPA 73/3223
Klemme der Gleiehspannungsquelle 2 ist direkt mit der anderen Klemme 6 des (xleichstromverbrauchers 5 verbunden. Der- Gleichstromverbraucher 5 besitzt einen ohmschen Lastanteil 5a und einen induktiven Lastanteil 5b. Als Verbraucher 5 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung· jeder Verbraucher eingesetzt werden, ausgenommen ein solcher, der eine Gegenspannung erzeugt, wie z. B. eine Gleichstrommaschine im Generatorbetrieb. Als steuerbares Hauptventil 3 kann insbesondere ein Thyristor vorgesehen sein. Ss wird angenommen, daß die Versorgungsgleichspannung U sehr niedrig ist oder stark schwankt. Der Laststrom I ist im Mittel sehr hoch und beträgt z. B. 500 A.Terminal of DC voltage source 2 is directly with the other Terminal 6 of the direct current consumer 5 connected. The direct current consumer 5 has an ohmic load component 5a and an inductive load component 5b. As a consumer 5 can under of the present invention every consumer can be used, with the exception of one that generates a counter voltage, such as B. a DC machine in generator mode. A thyristor, in particular, can be used as the controllable main valve 3 be provided. Ss is assumed to be the DC supply voltage U is very low or fluctuates greatly. The load current I is very high on average and is z. B. 500 A.
Das steuerbare Hauptventil 3 ist Bestandteil einer Gleichstromsteller schaltung. Diese umfaßt auch eine Löscheinrichtung, die dem Hauptventil 3 parallel geschaltet ist. Mit ihrer Hilfe kann das Hauptventil 3 nach dem Zünden wieder gelöscht werden. Sie besteht nach Figur 1 aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators 7 mit einem gesteuerten Löschventil 8, die in der angegebenen Reihenfolge zwischen Anode und Kathode des Hauptventils 3 geschaltet sind. Dem Löschventil 8 ist ein ungesteuertes Umschwingventil 9 in Reihe mit einer Umschwingdrossel 10 gegenparallel geschaltet. Ein steuerbares Freilaufventil 11, insbesondere ein Thyristor, ist dem Verbraucher 5 zugeordnet. Es ist im vorliegenden Fall an der negativen Klemme der Gleichspannung squelle 2 einerseits und der Kathode des Hauptventils 3 andererseits angeordnet.The controllable main valve 3 is part of a DC chopper circuit. This also includes an extinguishing device that the main valve 3 is connected in parallel. With their help, the main valve 3 can be extinguished again after ignition. According to FIG. 1, it consists of the series connection of a quenching capacitor 7 with a controlled quenching valve 8, which in the specified sequence between the anode and cathode of the main valve 3 are switched. The extinguishing valve 8 is an uncontrolled reversing valve 9 in series with a reversing throttle 10 connected counter-parallel. A controllable free-wheeling valve 11, in particular a thyristor is assigned to the consumer 5. In the present case, it is at the negative terminal of the DC voltage Source 2 on the one hand and the cathode of the main valve 3 arranged on the other hand.
Um eine gezielte Nachladung des Löschkondensators 7 zu ermöglichen, ist eine Zündeinrichtung 12 für das steuerbare Freilaufventil 11 vorgesehen. Diese Zündeinrichtung 12 besteht im wesentlichen aus einem Grenzwertmelder, dem einerseits die Spanung U am Löschkondensator 7 und andererseits ein einstellbarer Grenzwert U* zugeführt ist. Der Grenzwert kann z. B. an einemTo enable targeted recharging of the quenching capacitor 7, an ignition device 12 is provided for the controllable free-wheeling valve 11. This ignition device 12 consists in essentially from a limit monitor, which on the one hand controls the voltage U is supplied to the quenching capacitor 7 and on the other hand an adjustable limit value U *. The limit value can e.g. B. on one
Potentiometer 13 abgegriffen sein. Damit die Spannung U nur mit der in Figur 1 am Löschkondensator 7 eingezeichneten Polarität zur Auswertung in die Zündeinrichtung 12 gelangt, ist dieserPotentiometer 13 be tapped. So that the voltage U only has the polarity shown on the quenching capacitor 7 in FIG reaches the ignition device 12 for evaluation, this is
- 4 509817/0373 - 4 509817/0373
- 4 - VPA 73/3223- 4 - VPA 73/3223
noch eine Diode 14- vorgeschaltet. Das Steuergerät für das Hauptventil 3 und das Löschventil 8 ist mit 15 bezeichnet. Es kann mit der Zündeinrichtung 12 in einer Baueinheit zusammengefaßt sein.another diode 14- connected upstream. The control unit for the The main valve 3 and the extinguishing valve 8 are denoted by 15. It can be combined with the ignition device 12 in one structural unit be.
Es wird davon ausgegangen, daß der löschkondensator 7 zunächst mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen ist. Wird nun das Hauptventil 3 gezündet, so übernimmt es nicht nur den Laststrom I, sondern auch den Umladestrom des Löschkondensators 7, der über die Umladedrossel 10 und das Umladeventil 9 fließt. Erst wenn der Umladevorgang abgeschlossen ist, darf zur Einleitung der Löschung des Hauptventils 3 das Löschventil 8 durch das Steuergerät 15 gezündet werden. Der Löschkondensator 7 wird dabei umgeladen, d. h. er nimmt die in Figur 1 eingezeichnete Polarität wiederum an. Die dem Hauptventil 3 zugewandte Elektrode erhält also wiederum positives und die dem Löschventil 8 zugewandte Elektrode negatives Potential. Ist als Freilaufventil 11 eine Diode vorgesehen, so wird der Löschkondensator 7 dabei über das Löschventil 8 und die Last 5 auf den Betrag der Versorgungsgleichspannung U aufgeladen. Die Aufladung bricht also ab, wenn die Spannung U_ am Löschkondensator 7 gleich der Versorgungsgleichspannung U geworden ist. Im vorliegenden Fall ist das Preilaufventil 11 jedoch steuerbar. Es wird erst dann gezündet, wenn die Spannung U am Löschkondensator 8 den vorgegebenen Grenzwert U* überschreitet, der über dem Gleichspannungswert U der Gleichspannungsquelle 2 liegt. Der Grenzwert U* ist dabei auch so gewählt, daß er unter der Durchbruchsspannung des Hauptventils 3 liegt. Er kann dabei nur knapp, z. B. 5%, unter der Durchbruchspannung des Hauptventils 3 liegen. Solange das Freilaufventil 11 nicht gezündet ist, geht die Aufladung des Löschkondensators 7 unvermindert weiter. Erst wenn die Zündeinrichtung 12 feststellt, daß die Bedingung U = U*It is assumed that the quenching capacitor 7 initially is charged with the polarity shown. If the main valve 3 is now ignited, it not only takes over the load current I, but also the charge-reversal current of the quenching capacitor 7, which flows via the charge-transfer throttle 10 and the charge-transfer valve 9. Only when the reloading process has been completed may the extinguishing valve 8 to initiate the extinguishing of the main valve 3 be ignited by the control unit 15. The quenching capacitor 7 is reloaded, i.e. H. it again assumes the polarity shown in FIG. The main valve 3 facing The electrode thus again receives a positive potential and the electrode facing the extinguishing valve 8 receives a negative potential. is A diode is provided as a free-wheeling valve 11, so the quenching capacitor 7 charged via the extinguishing valve 8 and the load 5 to the amount of the DC supply voltage U. The charge thus breaks off when the voltage U_ at the quenching capacitor 7 has become equal to the DC supply voltage U. In the present In this case, however, the pre-run valve 11 is controllable. It is only ignited when the voltage U on the quenching capacitor 8 exceeds the predetermined limit value U *, which is above the DC voltage value U of the DC voltage source 2. The limit value U * is also chosen so that it is below the breakdown voltage of the main valve 3. He can only do it scarce, e.g. B. 5%, below the breakdown voltage of the main valve 3 lie. As long as the free-wheeling valve 11 is not ignited, goes the charging of the quenching capacitor 7 continues unabated. Only when the ignition device 12 determines that the condition U = U *
erfüllt ist, gibt sie einen Zündimpuls an das steuerbare Freilaufventil 11 ab. In diesem Augenblick wird die Aufladung des Löschkondensators 7 durch den Laststrom I sehr schnell beendet. Bei niederer Versorgungsgleichspannung U ist der Löschkondensator 13 dann ausreichend überladen.is fulfilled, it sends an ignition pulse to the controllable free-wheeling valve 11 from. At this moment, the charging of the quenching capacitor 7 by the load current I is terminated very quickly. When the DC supply voltage U is low, the quenching capacitor 13 is then sufficiently overcharged.
509817/0373 - 5 -509817/0373 - 5 -
-S- ' VPA 73/3223-S- 'VPA 73/3223
Da das steuerbare Freilauf ventil 11 erst später eingreift als ein ungesteuertes Freilaufventil, wird der Löschkondensator 8 auf eine höhere Spannung gebracht. Dadurch wird der Aufwand für die Baugröße des Löschkondensators 7 vermindert.Since the controllable freewheel valve 11 intervenes later than an uncontrolled free-wheeling valve, the quenching capacitor 8 brought to a higher tension. This reduces the complexity for the size of the quenching capacitor 7.
Nach Figur 2 ist die Primärwicklung 21 eines Transformators über einen Gleichstromsteller mit dem Hauptventil 2 an die Klemmen einer Gleichspannungsquelle 2 mit der Versorgungsgleichspannung U angeschlossen. Der Aufbau des Gleichstromstellers entspricht demjenigen von Figur 1. Das Hauptventil 3 wird wieder während veränderbarer Zeitintervalle abwechselnd gezündet und danach wieder gesperrt.According to FIG. 2, the primary winding 21 of a transformer is connected to the main valve 2 via a DC chopper Clamping a DC voltage source 2 to the DC supply voltage U connected. The construction of the DC chopper corresponds to that of Figure 1. The main valve 3 is again alternately ignited during variable time intervals and then blocked again.
An das eine Ende der Sekundärwicklung 22 des Transformators 20 ist' über eine Diode 23 und eine Drosselspule 24 die Klemme 4 einer Last 5 angeschlossen. Die andere Klemme 6 der Last 5 ist mit dem negativen Pol der Gleichspannungequelle 2 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 22 ist an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 2 gelegt. Feiner ist ein Steuer-' bares Freilaufventil 11 vorgesehen, das mit seiner Kathode in der Verbindung von Diode 23 und Drosselspule 24 einerseits und mit seiner Anode am Pluspol der Gleiohspmnnungaquelle 2 andererseits angeschlossen ist. Das Freilaufrentil 11 ist von einer Zündeinrichtung 12 zündbar.The terminal 4 of a load 5 is connected to one end of the secondary winding 22 of the transformer 20 via a diode 23 and a choke coil 24. The other terminal 6 of the load 5 is connected to the negative pole of the DC voltage source 2. The other end of the secondary winding 22 is connected to the positive pole of the DC voltage source 2. More finely, a controllable free-wheeling valve 11 is provided, which is connected with its cathode in the connection of diode 23 and choke coil 24 on the one hand and with its anode on the positive pole of the Gleiohspmnnungaquelle 2 on the other hand. The freewheel valve 11 can be ignited by an ignition device 12.
Weiterhin enthält der Transformators 20 eine Rückmagnetieierungewicklung 25. Diese ist über einen Begrenzungewiderstand 26 und eine Drossel 27 ebenfalls an die beiden Klemmen der Gleichspannungsquelle 2 angeschlossen, und zwar so, daß der von der Gleichspannungsquelle 2 über diese Rückmagnetisierungswicklun« 25 getriebene Strom den Kern des Transformators 20 in entgegengesetzter Richtung magnetisiert wie der in die Primärwick lung 21 fließende Primärstrom.Furthermore, the transformer 20 contains a reverse magnetization winding 25. This is also connected to the two terminals of the DC voltage source 2 via a limitation resistor 26 and a choke 27, in such a way that the current driven by the DC voltage source 2 via this reverse magnetization winding «25 the core of the transformer 20 is magnetized in the opposite direction as the primary current flowing into the primary winding 21.
Das steuerbare Freilaufventil 11 wird auch hier wiederum erst dann gezündet, wenn die Spannung U am Löschkondensator 7 desThe controllable free-wheeling valve 11 is in turn only ignited here when the voltage U at the extinguishing condensate or 7 des
609817/0373 - 6 -609817/0373 - 6 -
23A618023A6180
- 6 - VPA 73/3223- 6 - VPA 73/3223
Gleichstromstellers einen vorgegebenen Grenzwert U* überschreitet, Dieser Grenzwert TJ* liegt über dem Gleichspannungswert der Gleichspannungs^uelle 2-und unter der Durchbruchspannung des Hauptventils 3. Dazu wird die Spannung U am Löschkondensator 7 über eine Entkopplungsdiode 14 abgegriffen und der Zündeinrichtung 12 zugeführt. Hier wird sie mit dem Grenzwert U* verglichen, der an einem Grenzwertgeber 13 abgegriffen ist. Der Ausgang der Zündeinrichtung 12 ist mit der Steuerelektrode des Freilaufventils 11 verbunden.DC chopper exceeds a specified limit value U *, This limit value TJ * is above the DC voltage value of the DC voltage source 2 and below the breakdown voltage of the Main valve 3. For this purpose, the voltage U is tapped on the quenching capacitor 7 via a decoupling diode 14 and the ignition device 12 supplied. Here it is compared with the limit value U *, which is tapped at a limit value transmitter 13. Of the The output of the ignition device 12 is connected to the control electrode of the free-wheeling valve 11.
Die Funktion des Eintaktgleichspannungswandlers ist bekannt, vergl. deutsche Auslegeschrift 1 267 322. Die Funktion des Zündgeräts 12 entspricht derjenigen des Zündgeräts 12 in Figur 1. Auf eine nochmalige nähere Erläuterung kann daher verzichtet werden. Es ist jedoch anzumerken, daß auch hier nach Zünden des Löschventils 8 der Ladestrom für den Löschkondensator 7 weiterfließt, bis das Freilaufventil 11 gezündet wird. In diesem Moment wird die Aufladung des Löschkondensators 7 abgebrochen. Der Freilaufkreis schließt sich dann auf dea Wege über das Freilaufventil 11, die Drossel 24, die Last 5 und die Gleichepannungequelle 2. Mach dem Zünden dta Freilaufventile 11 hat die Spannung ü_ aa Löschkondeneator 7 einen Wert erreicht, der dea Grenzwert JJ* entspricht.The function of the single-ended DC voltage converter is known, see German Auslegeschrift 1 267 322. The function of the ignition device 12 corresponds to that of the ignition device 12 in FIG. It should be noted, however, that here too, after the extinguishing valve 8 has been ignited, the charging current for the extinguishing capacitor 7 continues to flow until the freewheeling valve 11 is ignited. At this moment, the charging of the quenching capacitor 7 is interrupted. The freewheeling circuit then closes via the freewheeling valve 11, the throttle 24, the load 5 and the same voltage source 2. When the freewheeling valve 11 is ignited, the voltage ü_ aa extinguishing capacitor 7 has reached a value that corresponds to the limit value JJ *.
Se sei noch darauf hingewiesen, daß die gezeigte Verbindung der Anode des Freilaufventila 11 »it der positiven Klenae der Grleichspannungaquelle 2 und der spezielle Anschluß der Last •la« geringe Welligkeit der Auegangsspannung und daait eine verringerte BeugröÄe der Drossel 24 zur Folge haben.It should also be pointed out that the connection shown is the The anode of the free-running valve is the positive signal Direct voltage source 2 and the special connection of the load • la «low ripple of the output voltage and therewith a reduced size of the throttle 24 result.
Z figuren Z figures
3 Patentansprüche3 claims
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Claims (3)
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