DE2348952C3

DE2348952C3 - Kommutierungseinrichtung für eine Gleichstrom-Zerhackerschaltung

Info

Publication number: DE2348952C3
Application number: DE2348952A
Authority: DE
Inventors: Masaru Kounan Kawamata; Mineo Ichinomiya Ozaki
Original assignee: KK Meidensha Tokio
Current assignee: KK Meidensha Tokio
Priority date: 1973-01-22
Filing date: 1973-09-28
Publication date: 1980-08-14
Also published as: JPS5241524Y2; DE2348952A1; JPS49111719U; DE2348952B2; GB1418840A; US3845379A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kommutierungseinrichtung für eine Gleichstrom-Zerhackerschaltung, von der ein durch eine Freilaufdiode überbrückter Gleichstrommotor mit einstellbarem Impuls-Pausen-Verhältnis speisbar ist und die in Reihe mit dem Gleichstrommotor einen Hauptlhyristor enthält, dem ein Umschwingkreis mit einer Reihenschaltung aus Kommutierungsdrossel und Kommutierungskondensator parallel geschaltet ist, wobei die Kommutierungsdrossel eine zweite Wicklung aufweist, die von einem Impulsstrom in dem Sinne durchflossen ist, daß die Impulsslromänderungen eine Erhöhung der Ladung des Kommutierungskondensators bewirken. Derartige Kommutierungseinrichtungen sind bekannt (GB-PS 9 49 160 oder »Der Elektroniker« Nr. 4/7C, S. 206) und insbesondere von Bedeutung für batlerieelektrische Fahrzeugantriebe, um auch bei stark entladener Batterie und hohem Molorstrom den Hauplthyristor noch sicher zu löschen.

Bei den bekannten Kommutierungseinrichtungen ist die /weite Wicklung der Kommutierungsdrossel in den Verbraucherstromkreis geschaltet, über welchen der Gleichstrommotor gespeist wird. Die zweite Wicklung der Kommutierungsdrossel muß bei den bekannten Kommutierungsschaltungen daher so ausgelegt sein, daß sie auch mit hohen Strömen belastbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Kommutierungseinrichtung der eingangs genannten Art zu zeigen, bei der eine hohe Belastung der zweiten Wicklung der Kommutierungsdrossel vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Wicklung der Kommutierungsdrossel in den Freilaufdiodenzweig in Reihe mit der Freilaufdiode geschaltet ist.

Aus »IEEE-Transactions Comunications and Electronics«, März 1964, S. 198 bis 203, insbesondere S. 202, Fig.7 sowie aus der US-PS 37 63 418 ist die magnetische Kopplung des Freilaufdiodenkreises an die Kommutierungsdrossel bekannt, wobei diese Kopplung jedoch in dem Sinne ist, daß keine Erhöhung der Ladung des Kommutierungskondensators bei einer Impulsstromänderung durch die zweite Wicklung bewirkt wird. Dies beruht darauf, daß die Polaritäten der Wicklungen, welche die bekannten Kommutierungsdrosseln bilden, entgegengesetztes Verhalten zu den Polaritäten bei der Erfindung aufweisen.

Demgegenüber bewirkt eine Impulsstromänderung bei der Erfindung eine Erhöhung der Ladung des Kommutierungskondensators, wobei die Belastbarkeit der zweiten Wicklung der Kommutierungsdrossel, welche in den Freilaufdiodenzweig geschaltet ist, im Vergleich zum Stand der Technik niedrig gehalten werden kann.

In den Figuren sind Anwendungsbeispiele der Erfindung auf im übrigen an sich bekannte Gleichstromzerhackerschaltungen (z.B. Elektrie 24 - 1970 -,

S. 389) dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Eine in der F i g. 1 dargestellte Zerhackerschaltung 40 dient zur Steuerung eines Gleichstrommotors, der von einer Gleichstromquelle 10 gespeist wird. Der Gleichstrommotor weist einen Anker 11 und eine Feldspule 14 auf. Eine Freilaufdiode 13 überbrückt den Anker 11 und die Feldspule 14, so daß der durch den Motor fließende Strom geglättet ist, während der Gleichstrom, der von der Gleichstromquelle 10 geliefert wird, durch die Zerhackerwirkung ein- und ausgeschaltet wird. Die Freilaufdiode 13 bildet zusammen mit dem Anker 11 und der Feldspule 14 und einer Wicklung 20 einen Freilaufdiodenzweig.

Eine Diode 12 kann zum Kurzschließen einer Gegen-EMK vorgesehen sein, welche vom Anker 11 erzeugt wird, wenn die Polarität der Feldspule 14 umgekehrt wird, um die Drehrichtung des Ankers 11 umzukehren. Hierdurch wird vermieden, daß eine plötzliche Bremskraft auf den Anker 11 einwirkt. Die Zerhackerschaltung 40 enthält in Reihe mit dem Gleichstrommotor einen Hauptthyristor 16 und einen zum Hauptthyristor parallel geschalteten Umschwingkreis, der aus einer Kommulierungsdrossel 18 und einem in Reihe geschalteten Kommutierungskondensator 19 besieht. Der Hauptthyristor 16 hat einen Anodenanschluß, der über eine Diode 15 mit dem Gleichstrommotor verbunden ist und einen Kathodenanschluß, der an die negative Anschlußklemme der Gleichstromquelle 10 angeschlossen ist. Die Diode 15 sichert die Aufrechterhaltung der Spannung am Kommutierungskondensator 19. Der Hauptthyristor 16 besitzt eine Steuerelektrode, welche mit einem Impulsgenerator 17 verbunden ist.

Wenn beim Betrieb der Hauptthyristor 16 nichtleitend ist, ist der Kommutierungskondensator 19 auf die in der F i g. 1 gezeigten Polaritäten aufgeladen, bis die am Kondensator liegende Spannung die Spannung erreicht, die von der Gleichstromquelle 10 geliefert wird. Der Hauptthyristor 16 wird mittels eines Steuerimpulses, der vom Impulsgenerator 17 kommt, gezündet, so daß der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 10 durch den Hauptthyristor 16 zu fließen beginnt und den Gleichstrommotor speist. Die im Kommutierungskondensator 19 gespeicherte Ladung fließt nun durch den Hauptthyristor 16 aufgrund der Eigenschaften des von der Kommutierungsdrossel 18 und dem

⁶S Kommutierungskondensator 19 gebildeten Um· Schwingkreises, so daß der Kommutierungskondensator 19 in entgegengesetzter Richtung auf Polaritäten aufgeladen wird, die den in der F i g. 1 gezeigten

Polaritäten entgegengesetzt sind. Wenn der Kommutierungskondensator 19 auf diese Weise vollständig geladen ist, beginnt ein Strom in entgegengesetzter Richtung durch den Hauptthyristor 16 zu fließen. Wenn dieser Strom größer ist als der Gleichstrom, der an den Gleichstrommotor gelegt wird, wird der Hauptthyristor 16 gelöscht Der Kommutierungskondensator 19 wird dann zum zweiten Mal aufgeladen. Die Diode 15 wirkt so, daß sie die Spannung, durch welche der Komrr.utierungskondensator 19 wieder aufgeladen wird, hält, bis ·° der Hauptthyristor 16 durch einen nächsten Steuerimpuls auf dem Impulsgenerator 17 gezündet wird. Eine Schaltung, wie sie bisher im vorstehenden beschrieben ist, ist aus »IEEE Transactions Comunications and Electronics«, März 1964, insbesondere S. 200, Fig. 3 bekannt

Im Unterschied zur bekannten Schaltung ist jedoch die Wicklung 20 als zweite Wicklung der Kommutierungsdrossel 18 ausgebildet, weiche magnetisch mit der Kommutierungsdrossel 18 über ein magnetisches Kopplungsglied 2Ί, welches beispielsweise ein Eisenkern sein kann, gekoppelt ist Die zweite Wicklung 20 der Kommutierungsdrossel ist mit der Freilaufdiode 13 in Reihe geschaltet.

Wenn beim Betrieb der Hauptthyristor 16 im nichtleitenden Zustand ist und damit der Gleichstrom von der Gleichstromquelle 10 abgeschaltet ist, fließt ein Freilaufstrom durch den Freilaufdiodenkreis und damit auch durch die zweite Wicklung 20 der Kommutierungsdrossel 18. Wenn der Hauptthyristor sich im leitenden Zustand befindet, entlädt sich der KommutierungiAondensator 19 über den Hauptthyristor 16 und wird entgegengesetzt aufgeladen, so daß die Polaritäten umgekehrt liegen, wie die, welche in der F i g. 1 dargestellt sind. Der Freilaufstrom in der Wicklung 20 wirkt über das magnetische Kopplungsglied 21 und die Kommutierungsdrossel 18 unterstützend bei dieser Aufladung des Kondensators 19. Der Kommutierungskondensator 19 kann dadurch eine höhere Entladespannung für den nächsten Umschwingstrom erhalten. Die in der zweiten Wicklung 20 der Kommutierungsdrossel durch den Freilaufstrom gespeicherte Energie wird somit auf den Kondensator 19 übertragen, so daß die Entladespannung des Kommutierungskondensators 19 erhöht werden kann und der Gleichstrommotor bei stabilen Bedingungen im eingestellten Impuls-Pausen-Verhältnis gespeist werden kann, auch wenn bei einer anwachsenden Last gearbeitet wird, da dei Ladestrom in Abhängigkeit vom Anwachsen der Last ebenfalls anwächst. Die im Kommutierungskondensator 19 gespeicherte Ladung wächst dann ebenfalls an, so daß ein vergrößerter Umschwingstrom erzielbar ist, wobei jedoch im Gegensatz zu der beispielsweise aus der GB-PS 9 49 160 bekannten Schaltung die zweite Wicklung der Kommutierungsdrossel nicht in dem Speisestromkreis für den Gleichstrommotor liegt Die Wicklung 20 kann eine begrenzte Belastbarkeit besitzen, da der Freilaufstrom nur während der Impulspausen durch die Wicklung 20 fließt in denen sich der Hauptthyristor 16 im nichtleitenden Zustand befindet.

In der F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Kommutierungskondensator 19 ist hierbei an den Anodenanschluß des Hauptthyristors 16 angeschlossen und die Kommutierungsdrossel ⁶S 18 ist mit dem Kathodenanschluß des Hauptthyristors 16 verbunden. Ein Löschthyristor 22 ist parallel zur Kommutierungsdrossel 18 geschaltet und die Steuerelektrode des Löschthyristors 22 ist an den Impulsgenerator 17 angeschlossen. Die negative Anschlußklemme der Kommutierungsdrossel 18 ist über eine mit ihr kathodenseitig verbundene Diode 23 geführt Die Kommutierungsdrossel 18, der Kommutierungskondensator 19 sowie die Thyristoren 16 und 22 bilden eine Zerhackerschaltung 50. Eine derartige Zerhackerschaltung ist beispielsweise aus »Der Elektroniker« Nr. 4/70, S. 206 Abb. 9 bekannt

Die Zerhackerschaltung 50 wird durch zwei Arten von Triggerimpulsen, welche vom Impulsgenerator 17 geliefert werden, gesteuert Der Impulsgenerator 17 kann als einzelne Einheit mit zwei Ausgangsklemmen oder er kann als zwei getrennte Einheiten, von denen jede eine Ausgangsklemme hat ausgebildet sein. Wenn der Hauptthyristor 16 gelöscht ist ist der Löschthyristor 22 im gezündeten Zustand, so daß der Kommutierungskondensator 19 mit den in der Fig.2 gezeigten Polaritäten aufgeladen wird. Hierzu dient der geschlossene Stromkreis, der von der Gleichstromquelle 10, dem Anker 11, der Feldspule 14, dem Kommutierungskondensator 19 und dem Löschthyristor 22 gebildet wird. Wenn ein Steuerimpuls vom Impulsgenerator 17 an den Hauptthyristor 16 gelegt wird, wird dieser gezündet und gleichzeitig fließt der Gleichstrom von der Gleichstrom quelle 10 zum Motor und zum Löschthyristor 22, während der Kommutierungskondensator 19 sich zu entladen beginnnt Der Entladestrom fließt durch die Diode 23 und die Kommutierungsdrossel 18, so daß der Kondensator wieder aufgeladen wird, und zwar mit Polaritäten, die entgegengesetzt sind zu den Polaritäten in der Fig.2. Wie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung schon ausgeführt worden ist, ist bei der Wiederaufladung des Kommutierungskondensators 19 die Spannung erhöht aufgrund der Wirkung der Kommutierungsdrossel 18, welche magnetisch über das magnetische Verbindungsglied 21 mit der zweiten Wicklung 20 der Kommutierungsdrossel gekoppelt ist. Unmittelbar nachdem der Entladestrom zu fließen begonnen hat, wird der Löschthyristor 22 gelöscht, da an ihm ein negatives Potential liegt. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Diode 23 mit einer Durchlaßrichtung versehen ist, welche verhindert, daß sich die elektrische Ladung im wiederaufgeladenen Kommutierungskondensator 19 entlädt, fließt kein Umschwingstrom, der zur Löschung des Hauptthyristors 16 notwendig wäre, und die Fließzeit des Gleichstroms durch den Hauptthyristor 16 wird nicht von der Zeitkonstante des aus dem Kommutierungskondensator 19 und der Kommutierungsdrossel 18 bestehenden Umschwingkreises bestimmt. Wenn der Löschthyristor 22 durch den Steuerimpuls vom Impulsgenerator 17 gezündet ist, fließen die Ladungen, welche im Kommutierungskondensator 19 gespeichert sind, durch den Löschthyristor 22 zum Hauptthyristor 16, welcher gelöscht wird.

Die bekannte Wirkung der Zerhackerschaltung 50 beruht darauf, daß die Zeit während der der Gleichstrom durch den Motor fließt, wie erwünscht, mittels des Steuersignales, das an den Hauptthyristor gelegt wird, unabhängig von der Zeitkonstante des vom Kommutierungskondensator 19 und der Kommutierungsdrossel 18 gebildeten Umschwingkreises erhalten wird. Hierbei wirkt jedoch erfindungsgemäß die zweite Wicklung 20 der Kommutierungsdrossel 18 so, daß bei der Wiederaufladung des Kommutierungskondensators 19 die an diesem Kondensator liegende Spannung erhöht wird. Diese auch bei der bekannten Zerhacker-

schaltung nach der GB-PS 9 49 160 erhaltene Spannungserhöhung wird jedoch erreicht, ohne daß die zweite Wicklung 20 der Kommutierungsdrossel in den Speisestromkreis des Gleichstrommotors gelegt werden muß. Die zweite Wicklung 2!0 der Kommutierungsdrossel 18 ist vielmehr in den Freilaufdiodenzweig gelegt, der den Gleichstrommotor überbrückt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kommutierungseinrichtung für eine Gleichstrom-Zerhackerschaltung, von der ein durch eine Freilaufdiode überbrückter Gleichstrommotor mit einstellbarem Impuls-Pausen-Verhältnis speisbar ist und die in Reihe mit dem Gleichstrommotor einen Hauptthyristor enthält, dem ein Umschwingkreis mit einer Reihenschaltung aus Kommutierungsdrossel und Kommutierungskondensator parallel geschaltet ist, wobei die Kommutierungsdrossel eine zweite Wicklung aufweist, die von einem Impulsstrom in dem Sinne durchflossen ist, daß die Impulsstromänderungen eine Erhöhung der Ladung des Kommutierungskondensators bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (20) der Kommutierungsdrossel (18) in den Freilaufdiodenzweig in Reihe mit der Freilaufdiode (13) geschaltet ist.