DE2359299B2

DE2359299B2 - Steueranordnung fuer einen gleichstromzerhacker

Info

Publication number: DE2359299B2
Application number: DE19732359299
Authority: DE
Inventors: Masahiko; Kuriy ama Siferu; Katsuta Ibamoto (Japan)
Original assignee: PrO4.12.72 Japan 121824-72
Priority date: 1972-12-04
Filing date: 1973-11-28
Publication date: 1977-03-31
Also published as: GB1450963A; DE2359299C3; JPS4980523A; US3903465A; DE2359299A1; CA988162A; JPS5213608B2

Description

Einspeisen von Triggersignalen in den Hauptthyri- 15 Triggersignale vom Zerbacker-Ausschaltsignal-Gene-

stor, die mit den Triggersigiialen des Zerhacker-Aussclialtsignal-Generators synchronisiert und gegenüber diesen in der Phase in NacheiJrichtung verschiebbar sind und beim Erreichen einer Nacheilung von einer ganzen Periode verschwinden, gekennzeichnet durch eine Fühlereinheit (46,47,48), die den Ausschaltzustand des Zerhackers (3) erfaßt, und ein Sperrglied (48), das das Einspeisen der Triggerschaltung vom Zerhacker-Ausschaltsignal-Generator (35) in den Hilfsthyristor (5) jeweils so lange blockiert, wie der Zerhacker (3) im Ausschaltzustand ist

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Fühlereinheit (46, 47, 48) eine Einrichtung zur Erfassung der Spannung am Zerhacker (3) hat

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß über den Zerhacker (3) ein Gleichstrommotor (2) gespeist wird.

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für einen Gleichstromzerhacker, der einen Hauptthyristor zum Zerhacken eines Hauptstromes und einen Hilfsthyristor zum Ausschalter, des Hauptthyristors aufweist wobei, wenn der Hilfsthyristor eingeschaltet ist während einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer der Hauptstrom über diesen fließt, mit einem die Schaltfrequenz des Zerhackers allein bestimmenden Zerhacker-Ausschaltsignal-Generator zum periodischen Einspeisen von Triggersignalen in den Hilfsthyristor und mit einem Zerhacker-Einschaltsignal-Generator zum Einspeisen von Triggersignalen in den Hauptthyristor, die mit den Triggersignalen des Zerhacker-Ausschaltsignal-Generators synchronisiert und gegenüber diesen in der Phase in Nacheilrichtung verschiebbar sind und beim Erreichen einer Nacheilung von einer ganzen Periode verschwinden.

Eine solche Steueranordnung ist bekannt (US-PS 69 232) und kann z. B. bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, z. B. Schienenfahrzeugen, Elektro-Fahrzeugen oder batteriegetriebenen Fahrzeugen, verwen- rator in den Hilfsthyristor jeweils so lange blockiert wie der Zerhacker im Ausschaltzustand ist

Durch das erfindungsgemäße Sperrglied wird also das Einspeisen der Triggersignale für den Hilfsthyristor so

lange blockiert wie keine Triggersignale für den

Hai'ptthyristor vorhanden sind, um den Zerhacker nicht

mit Zerhacker-Ausschaltsignalen zu beaufschlagen, wenn er bereits im Ausschaltzustand ist Auf diese

Weise liefert der Hilfsthyristor im Ausschaltzustand des Zerbackers keine Hauptstromimpulse.

Zwar ist es bei einem Gleichstromzerhacker bereits an sich bekannt (DT-OS 16 13 036, FR-PS 13 72 744), daß der Ausschaltzustand des Zerhackers mittels einer Fühlereinheit erfaßt und die Abgabe eines Ausschaltsignals mittels eines Sperrgliedes blockiert wird, so lange der Zerhacker im Ausschaltzustand ist bzw. so lange die Last über den Hauptthyristur keine Spannung erhält

Diese Maßnahme dient dort jedoch nicht zur Erniedrigung des Tastverhältnisses des Gleichstromzerhackers, sondern zur Synchronisation der Ausschaltsi gnale mit den in der Frequenz, statt wie bei der Erfindung, in der Phase steuerbaren Einschaltsignalen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steueranordnung für einen Gleichstromzerhacker zur Speisung eines Gleichstrommotors,

F i g. 2 und 3 verschiedene Signale an verschiedenen Teilen der Anordnung zur Erläuterung des Betriebs der in der F i g. 1 gezeigten Steueranordnung.

In der Fig. I sind eine Batterie 1, ein Reihenschluß-Gleichstrommotor 2 und ein Zerhacker 3 in Reihe geschaltet. Der Zerhacker 3 besteht aus einem Hauptthyristor 4, einem Hilfsthyristor 5 zur Umschaltung, einer Umschaltdrossel 6, einem Umschaltkonden sator 7, einer Umschaltdiode 8 und ggfs. einer Überbrückungsdiode 9.

Bekanntlich wird die Umschaltung eines derartigen Zerhackers so ausgeführt daß bei Leitung des Hilfsthyristors 5 ein Schwingkreis aus dem Hilfsthyristor 5, dem Umschaltkondensator 7 und der Umschaltdrossel 6 gebildet ist Im Schwingkreis wird die im Umschaltkondensator 7 mit der in der F i g. 1 gezeigten Polarität gespeicherte Ladung über die Umschaltdrossel

det werden. Der aus Thyristoren aufgebaute Zerhacker 60 6 mit den Hilfsthyristor 5 entladen, und dann wird die

wirkt als statischer Schalter, um den Stromversorgungskreis von einer Gleichstromquelle zu einer Last z. B. einem Gleichstrommotor, so zu schließen und zu öffnen, daß der Mittelwert der an der Last liegenden Spannung (oder des Stroms) kontinuierlich eingestellt werden kann.

Das Tastverhältnis des bekannten Gleichstromzerhackers kann nicht unter einen bestimmten unteren Polarität der im Umschaltkondensator 7 gespeicherten Ladung umgekehrt. Die elektrische Ladung mit der umgekehrten Polarität wird wieder über die Uberbrükkungsdiode 9, die Umschaltdiode 8 und die Umschaltdrossel 6 entladen, wodurch bewirkt wird, daß der Hauptthyristor 4 und der Hilfsthyristor 5 ausschalten. Nach Abschluß der z'iletzt genannten Entladung wird der Umschaltkondensator 7 wieder mit der ursorüneli-

eben Polarität aufgeladen, wie dies in der F i g. 1 gezeigt Kt

Wenn ein Zerhacker-Ausschaltsignal ir den Hilfsthyriätor 5 während des Ausschaltzustands des Hauptthyristors. 4 eingespeist wird, sind die beiden Anschlüsse des Zerhackers 3 durch die Umschaltdiode 8 während des Umschaltintervalles von einigen 100 μβ kurzgeschlossen. Dies entspricht dem Einschaltzustand des Zerhakkers3.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung für einen derartigen Zerhacker, der einen entsprechenden Einschaltzustand zeitweilig annimmt, wenn ein Zerhacker-Ausschaltimpuls eingespeist wird. Sie ist auch auf jeden anderen beliebigen Zerhacker statt des im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Zerhackers anwendbar, wenn dieser die oben erläuterten Eigenschaften hat Über der Batterie 1 (Fig. 1) liegt eine Reihenschaltung aus einem Schalter 10, einem Widerstand 11 und einer Z-Diode 12, die als Konstantspannungsquelle dient. Ein bekannter Multivibrator 13 (Royer-Oszillator) besteht aus einem sättigbaren Kern 14, einer Primärwicklung 15, einer Sekundärwicklung 16, Transistoren 17 und 18 und Widerständen 19 und 20 und kann ein Rechtecksignal mit konstanter Frequenzerzeugen. Diese Frequenz wird auf einen optimalen Wert zur Steuerung des Zerhackers 3 eingestellt. Ein magnetischer phasenschieber 21 ist mit der Ausgangsspannung des Multivibrators 13 als elektrischer Quelle gespeist und bestehi aus zwei säitigbaren Kernen, Dioden 27 und 28 und Widerständen 29 und 30. Die beiden sättigbaren Kerne sind jeweils mit einer gemeinsamen Vormagnetisierwicklung 22, einer gemeinsamen Sleuerwicklung 23, einer gemeinsamen Rückkopplungswicklung 24 und weiterhin mit Ausgangswicklung 25 und 26 bewickelt. Der magnetische Phasenschieber 21 ist von einer Art, die eine MMK (magnetomctorische Kraft) vergleicht und so arbeitet, daß bei Einspeisung von Befehlsströmen in die Anschlüsse 31 und 32 diese mit einem Rückkopplungsstrom verglichen werden, der vom Gleichstrommotor 2 zur Rückkopplungswicklung 24 rückgekoppelt ist, um einen Ausgangsimpuls mit einer der Differenz zwischen dem Befehlsstrom und dem Ruckkopplungsstrom entsprechenden Phase zu ertrugen. Der Äusgangsimpuls wird in den Basisanschluß des Transistors 33 über den Widerstand 30 und in den Steueranschluß des Hauptthyristors 4 des Zerhackers 3 als Triggersignal oder Zerhacker-Einschaltsignal eingespeist. Auf diese Weise diem der magnetische Phasenschieber 21 als Zerhacker-Einschaltsignal-Generator. Eine Energiequelle für den magnetischen Phasenschieber 21 ist der Multivibrator 13.

Differenzierkondensatoren 36 und 37, Widerstände 38 und 39 und Dioden 40 und 41 bilden eine Differenzierglied 35, in dem die Ausgangssignale des magnetischen Phasenschiebers mittels der Kondensatoren 36 und 37 und der Widerstände 38 und 39 differenziert werden, um eine logische Summe mittels der Dioden 40 und 4t zu erzeugen. Auf diese Weise kann das Differenzierglied 35 einen Impuls kleiner Impulsbreite bei einer gewünschten Impulsfrequenz zur Steuerung des Zerhackers 3 bilden. Dieser Ausgangsimpuls wird in die Basis eines Verstärkungs-Transistors 43 über einen Widerstand 42 eingespeist, und sodann wird das Ausgangssignal des Transistors 43 in den Hilfsthyristor 5 über einen Widerstand 44 als Triggersignal oder Zerhacker-Ausschaltsignal eingespeist. Auf diese Weise bildet das Differenzierglied 35 einen Zerhacker-Ausschaltsignal-Generator.

Bei der so aufgebauten Steueranordnung kann das Tastverhältnis des Zerhackers 3 durch Einspeisung gewünschter Befehle für den Motor- oder Hauptstrom

S in Anschlüsse 31 und 32 der Steuerwicklung 23 gesteuert werden, um den Mittelwert des Hauptstromes so zu ändern, daß er mit dem eingegebenen oder Soll-Hauptstrom übereinstimmt
Wenn die in der F i g. \ gezeigte Anordnung z. B. bei

ίο einem Elektro-Fahrzeug oder einem Gabelstapler als der Antrieb angewendet wird, würde ohne die nachstehend erläuterten Maßnahmen der Erfindung trotz Zu-Null-Machen des in die Anschlüsse 31 und 32 eingespeisten Befehlsstromes sich der Gleichstrommotor 2 drehen. Dies beruht darauf, daß der Zerhacker 3 aufgrund der periodisch in den Steueranschluß des Hilfsthyristor 5 eingespeisten Triggersignale nahezu in einem Einschaltzustand (Quasi-Einschaltzustand) während einiger 100 us bei jeder Impulseinspeisung wäre, wodurch ein Hauptstrom fließen könnte, und zwar über den Hilfsthyristor 5.

Der Betrieb des Quasi-Einschaltzustandes des Zerhackers 3 wird im folgenden anhand der in der F i g. 2 gezeigten Signalverläufe näher erläutert.

Die F i g. 2a zeigt das Zerhacker-Ausschaltsignal vom Diffeienzierglied 35 und F i g. 2d das bei nichtleitendem Transistor 48 an den Hilfsthyristor 5 angelegte Triggersignal. Das Zerhacker-Ausschaltsignal bewirkt, daß der Zerhacker 3 im Quasi-Einschaltzustand ist, so daß dann wenn kein Zerhacker-Einschaltsignal in den Zerhacker 3 eingespeist wird (F i g. 2b), die Klemmenspannung des Zerhackers 3 periodisch während einiger 100με (Fig.2c) auf Null verringert ist. Folglich ist der Hauptstrom des Gleichstrommotors 2 ein Gleichstrom mit überlagertem Wechselstrom aufgrund der Glättung einer Freilaufdiode 45 (F i g. 2e) mit Mittelwert I₀. Wenn demgemäß keine anderen Einrichtungen für die oben beschriebene Steueranordnung verwendet würden, wäre es unmöglich, den Gleichstrommotor 2 auf einem Punkt unterhalb des Strom-Mittelwertes I₀ genau zu steuern, mit dem Ergebnis, daß eine genaue Steuerung des Fahrzeugbetriebs bei kleiner Drehzahl unmöglich wäre.

Aus diesem Grund wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Zerhacker-Ausschaltsignal blockiert, wenn der Zerhacker 3 im Ausschaltzustand ist. Ein einfacher Weg zur Erfassung des Ausschaltzustandes des Zerhackers 3 liegt in einer Messung dessen Anschlußspannung. Demgemäß ist eine Fühlereinheit aus einem Transistor 48, einen Widerstand 47 und einer Z-Diode 46 vorgesehen. Der Anodenanschluß der Z-Diode 46 ist über den Widerstand 47 mit dem Basisanschluß des Transistors 48 verbunden, während der Kathodenanschluß der Z-Diode 46 an die Anode des Zerhackers 3 angeschlossen ist. Der Transistor 48 ist so als Sperrglied vorgesehen, daß er einen Kurzschluß des Ausgangsanschlusses des Differenziergliedes 35 oder Zerhacker-Ausschaltsignal-Generators ermöglicht. Die Z-Diode 46 dient zur Gewährleistung der Schaitoperation und ist deshalb nicht unbedingt erforderlich.

Der Betrieb der so aufgebauten Steueranordnung wird im folgenden anhand der F i g. 3 näher erläutert:

Das Ausgangssignal des Zerhacker-Ausschaltsignal-Generators, d. h. die Spannung am Punkt a (F i g. 1), wird periodisch erzeugt, wie dies in der F i g. 3a gezeigt ist. Wenn der Zerhacker 3 im Ausschaltzustand ist liegt die in der F i g. 3c gezeigte Spannung an ihm (Punkt c in Fig. 1). Die Spannung am Zerhacker 3 wird in den

Basisanschluß des Transistors 48 über die Z-Diode 46 und den Widerstand 47 eingespeist, was bewirkt, daß der Transistor 48 so einschaltet, daß das Zerhacker-Ausschaltsignal zur Erdung über den Transistor 48 überbrückt und seine Übertragung zum Basisanschluß des Transistors 43 blockiert ist. Folglich kann nur dann, wenn das Triggersignal in den Hauptthyristor 4 (F i g. 3b) eingespeist wird, um die Spannung am Zerhacker 3 auf Null oder einen so ausreichend kleinen Wert zu verringern, daß die Z-Diode 46 im Ausschaltzu- |₀ stand gehalten wird, das Triggersignal den Steueranschluß des Hilfsthyristors 5 erreichen (Fig.3d). Auf diese Weise hat der Hauptstrom eine lange Schwingungsperiode bei kleinem Strom-Mittelwert Γ, wie dies in der Fig. 3e gezeigt ist. Dadurch kann der Hauptstrom durch kontinuierliches Ändern des Befehlsstromes, selbst bei sehr kleinen Amplituden, von diesem gesteuert werden. Das heißt, es ist möglich, die untere Grenze der kontinuierlichen Steuerungen des Hauptstroms im wesentlichen auf Null zu verringern.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß gleichmäßiges Anfahren und eine Drehzahlsteuerung bei extrem niedriger Drehzahl bei einem für industriellen Betrieb vorgesehenen elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wie beispielsweise einem Elektro-Fahrzeug oder einem Batterie-Gabelstapler, erreicht werden kann, das die erfindungsgemäße Steueranordnung verwendet.

Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Einspeisung des Zerhacker-Ausgangssignals in den Zerhacker mit einer konstanten Frequenz erläutert wurde, kann ggfs. eine Anwendung des Zerhacker-Ausschaltsignals auf Zerhacker mit veränderlicher Frequenz erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Steueranordnung für einen Gleichstromzeriiakker, der einen Hauptthyristor zum Zerhacken eines Hauptstromes und einen Hilfsthyristor zum ausschalten des Hauptthyristors aufweist, wob«, wenn der Hilfsthyristor eingeschaltet ist, während einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer der Hauptstrom über diesen fließt, mit einem die Schaltfrequenz des Zerhackers allein bestimmenden Zerhacker-Ausschaltsignal-Generator zum periodischen Einspeisen von Triggersignalen in den Hilfsthyristor und mit einem Zerhacker-Einschaltsignal-Generator zum Wert erniedrigt werden, da bei Obersteuerung des magnetischen Phasenschiebers und bei dem dadurch verursachten Verschwinden des Triggersignals für den Hauptthyristor der Hilfsthyristor weiter periodisch S durch die Signale des Ausschaltsignal· Generators getriggert wird und jeweils während einer kurzen Zeitdauer Hauptstrom aber den Hilfsthyristor fließt

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steueranordnung der genannten Art so auszubilden, daß der Steuerbereich des Tastverhältnisses des Gleichstromzerhackers nach kleineren Werten hin erweitert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fühlereinheit, die den Ausschaltzustand des Zerhackers erfaßt, und ein Sperrglied, das das Einspeisen der