DE2359299C3 - Steueranordnung für einen Gleichstromzerhacker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für einen Gleichstromzerhacker, der einen Hauptthyristor zum Zerhacken eines Hauptstromes und einen Hilfisthyristor zum Ausschalten des Hauptthyristors aufweist, wobei, wenn der Hilfsthyristor eingeschaltet ist, während einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer der Hauptstrom über diesen fließt, mit einem die Schaltfrequenz des Zerhcckers 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, verwendet werden. Der aus Thyristoren aufgebaute Zerhacker 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 Wert erniedrigt werden, da bei Übersteuerung des magnetischen Phasenschiebers und bei dem dadurch verursachten Verschwinden des Triggersignals für den Hauptthyristor der Hilfsthyristor weiter periodisch durch die Signale des Ausschaltsignal-Generators getriggert wird und jeweils während einer kurzen Zeitdauer Hauptstrom über den Hilfsthyristor fließt

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steueranordnung der genannten Art so auszubilden, daß der mögliche 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 Triggersignale vom Zerhacker-Ausschaltsignal-Generator 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 Hauptthyristor 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 Zerhackers keine Hauptstromimpulse.

Zwar ist es bei einem Gleichstromzerhacker bereits an sich bekannt (DE-OS 1613 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 Hauptthyristor keine Spannung erhält.

Diese Maßnahme dient dort jedoch nicht zur Erniedrigung des Tastverhältnisses des Gleichstromzerhackers, sondern zur dort für den Zerhackerbetrieb grundsätzlich notwendigen Synchronisation des Ausschaltsignal-Generators mit dem Einschalten des Hauptthyristors.

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

F i g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels 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. 1 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 Umschaltkondensator 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 6 mit den Hilfsthyristor 5 entladen, und dann wird die Polarität der im Umschaltkondensator 7 gespeicherten Ladung umgekehrt. Die elektrische Ladung mit der umgekehrten Polarität wird wieder über die Überbrükkungsdiode 9, die Umschaltdiode 8 und die Umschaltdrossel 6 entladen, wodurch bewirkt wird, daß der Hauptthyristor 4 und der Hilfsthyristor 5 ausschalten. Nach Abschluß der zuletzt genannten Entladung wird

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der Umschaltkondensator 7 wieder mit der ursprüngli- bildet das Differenzierglied 35 einen Zerhacker-Auschen Polarität aufgeladen, wie dies in der F i g. 1 gezeigt schaltsignal-Generator.
ist. Bei der so aufgebauten Steueranordnung kann das

Wenn ein Zerhacker-Ausschaltsignal in den Hilfsthy- Tastverhältnis des Zerhackers 3 durch Einspeisung ristor 5 während des Ausschaltzustands des Hauptthyri- 5 gewünschter Befehle für den Motor- oder Hauptstrom stors 4 eingespeist wird, sind die beiden Anschlüsse des in Anschlüsse 31 und 32 der Steuerwicklung 23 gesteuert Zerhackers 3 durch die Umschaltdiode 8 während des werden, um den Mittelwert des Hauptstromes so zu Umschaltintervalles von einigen 100 us kurzgeschlos- ändern, daß er mit dem eingegebenen oder Soll-Hauptsen. Dies entspricht dem Einschaltzustand des Zerhak- strom übereinstimmt
kers 3. to Wenn die in der F i g. 1 gezeigte Anordnung z. B. bei

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine einem Elektro-Fahrzeug oder einem Gabelstapler als Steueranordnung für einen derartigen Zerhacker, der der Antrieb angewendet wird, würde ohne die einen entsprechenden Einschaltzustand zeitweilig an- nachstehend erläuterten Maßnahmen der Erfindung nimmt, wenn ein Zerhacker-Ausschaltimpuls einge- trotz Zu-Null-Machen des in die Anschlüsse 31 und 32 speist wird. Sie ist auch auf jeden anderen beliebigen 15 eingespeisten Befehlsstromes sich der Gleichstrommo-Zerhacker statt des im Ausführungsbeispiel vorgesehe- tor 2 drehen. Dies beruht darauf, daß der Zerhacker 3 nen Zerhackers anwendbar, wenn dieser die oben aufgrund der periodisch in den Steueranschluß des erläuterten Eigenschaften hat Über der Batterie 1 Hilfsthyristor 5 eingespeisten Triggersignale nahezu in (Fig. 1) liegt eine Reihenschaltung aus :inem Schalter einem Einschaltzustand (Quasi-Einschaltzustand) wäh-10, einem Widerstand 11 und einer Z-Diode 12, die als 20 rend einiger ΙΟΟμί bei jeder Impulseinspeisung wäre, Konstantspannungsquelle dient Ein bekannter Multivi- wodurch ein Hauptstrom fließen könnte, und zwar über brator 13 (Royer-Oszillator) besteht aus einem sättigba- den Hilfsthyristor 5.

ren Kern 14, einer Primärwicklung 15, einer Sekundär- Der Betrieb des Quasi-Einschaltzustandes des Zerwicklung 16, Transistoren 17 und 18 und Widerständen hackers 3 wird im folgenden anhand der in der F i g. 2 19 und 20 und kann ein Rechtecksignal mit konstanter 25 gezeigten Signalverläufe näher erläutert.
Frequenz erzeugen. Diese Frequenz wird auf einen Die F i g. 2a zeigt das Zerhacker-Ausschaltsignal vom optimalen Wert zur Steuerung des Zerhackers 3 Differenzierglied 35 und F i g. 2d das bei nichtleitendem eingestellt Ein magnetischer Phasenschieber 21 ist mit Transistor 48 an den Hilfsthyristor 5 angelegte der Ausgangsspannung des Multivibrators 13 als Triggersignal. Das Zerhacker-Ausschaltsignal bewirkt, elektrischer Quelle gespeist und besteht aus zwei 30 daß der Zerhacker 3 im Quasi-Einschaltzustand ist, so sättigbaren Kernen, Dioden 27 und 28 und Widerstän- daß dann wenn kein Zerhacker-Einschaltsignal in den den 29 und 30. Die beiden sättigbaren Kerne sind jeweils Zerhacker 3 eingespeist wird (F i g. 2b), die Klemmenmit einer gemeinsamen Vormagnetisierwicklung 22, spannung des Zerhackers 3 periodisch während einiger einer gemeinsamen Steuerwicklung 23, einer gemeinsa- 100 \is (F i g. 2c) auf Null verringert ist. Folglich ist der men Rückkopplungswicklung 24 und weiterhin mit 35 Hauptstrom des Gleichstrommotors 2 ein Gleichstrom Ausgangswicklung 25 und 26 bewickelt. Der magneti- mit überlagertem Wechselstrom aufgrund der Glättung sehe Phasenschieber 21 ist von einer Art, die eine MMK einer Freilaufdiode 45 (F i g. 2e) mit Mittelwert Ιο. Wenn (magnetomotorische Kraft) vergleicht und so arbeitet, demgemäß keine anderen Einrichtungen für die oben daß bei Einspeisung von Befehlsströmen in die beschriebene Steueranordnung verwendet würden, Anschlüsse 31 und 32 diese mit einem Rückkopplungs- 40 wäre es unmöglich, den Gleichstrommotor 2 auf einem strom verglichen werden, der vom Gleichstrommotor 2 Punkt unterhalb des Strom-Mittelwertes I₀ genau zu zur Rückkopplungswicklung 24 rückgekoppelt ist, um steuern, mit dem Ergebnis, daß eine genaue Steuerung einen Ausgangsimpuls mit einer der Differenz zwischen des Fahrzeugbetriebs bei kleiner Drehzahl unmöglich dem Befehlsstrom und dem Rückkopplungsstrom wäre.

entsprechenden Phase zu erezugen. Der Ausgangsim- 45 Aus diesem Grund wird bei der erfindungsgemäßen puls wird in den Basisanschluß des Transistors 33 über Anordnung das Zerhacker-Ausschaltsignal blockiert, den Widerstand 30 und in den Steueranschluß des wenn der Zerhacker 3 im Ausschaltzustand ist. Ein Hauptthyristors 4 des Zerhackers 3 als Triggersignal einfacher Weg zur Erfassung des Ausschaltzustandes oder Zerhacker-Einschaltsignal eingespeist. Auf diese des Zerhackers 3 liegt in einer Messung dessen Weise dient der magnetische Phasenschieber 21 als 50 Anschlußspannung. Demgemäß ist eine Fühlereinheit Zerhacker-Einschaltsignal-Generator. Eine Energie- aus einem Transistor 48, einen Widerstand 47 und einer quelle für den magnetischen Phasenschieber 21 ist der Z-Diode 46 vorgesehen. Der Anodenanschluß der Multivibrator 13. Z-Diode 46 ist über den Widerstand 47 mit dem

Differenzierkondensatoren 36 und 37, Widerstände Basisanschluß des Transistors 48 verbunden, während 38 und 39 und Dioden 40 und 41 bilden eine 55 der Kathodenanschluß der Z-Diode 46 an die Anode des Differenzierglied 35, in dem die Ausgangssignale des Zerhackers 3 angeschlossen ist. Der Transistor 48 ist so magnetischen Phasenschiebers mittels der Kondensato- als Sperrglied vorgesehen, daß er einen Kurzschluß des ren 36 und 37 und der Widerstände 38 und 39 Ausgangsanschlusses des Differenziergliedes 35 oder differenziert werden, um eine logische Summe mittels Zerhacker-Ausschaltsignal-Generators ermöglicht. Die der Dioden 40 und 41 zu erzeugen. Auf diese Weise kann 60 Z-Diode 46 dient zur Gewährleistung der Schaltoperadas Differenzierglied 35 einen Impuls kleiner Impuls- tion und ist deshalb nicht unbedingt erforderlich,
breite bei einer gewünschten Impulsfrequenz zur Der Betrieb der so aufgebauten Steueranordnung

Steuerung des Zerhackers 3 bilden. Dieser Ausgangsim- wird im folgenden anhand der F i g. 3 näher erläutert:
puls wird in die Basis eines Verstärkungs-Transistors 43 Oas Ausgangssignal des Zerhacker-Ausschaltsignal-

über einen Widerstand 42 eingespeist, und sodann wird 65 Generators, d. h. die Spannung am Punkt a(F i g. 1), wird das Ausgangssignal des Transistors 43 in den Hilfsthyri- periodisch erzeugt, wie dies in der F i g. 3a gezeigt ist. stör 5 über einen Widerstand 44 als Triggersignal oder Wenn der Zerhacker 3 im Ausschaltzustand ist, liegt die Zerhacker-Ausschaltsignal eingespeist. Auf diese Weise in der Fig. 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 Triggersignai in den Hauptthyristor 4 (Fig.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 Ausschaltzustand gehalten wird, das Triggersignal den SteueranschluB des Hilfsthyristors 5 erreichen (Fig.3d). Auf diese Weise hat der Hauptstrom eine lange Schwingungsperiode bei kleinem Strom-Mittelwert F, wie dies is in der F i g. 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 Elektrofahrzeug oder einem Batterie-Gabelstapler, erreicht werder 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 (3)

Patentansprache:

1. Steueranordnung für einen Gleichstromzerhakker, der einen Hauptthyristor zum Zerhacken eines S Hauptstromes und einen Hilfsthyristor zum Ausschalten des Hauptthyristors aufweist, wobei, wenn der Hilfsthyristor eingeschaltet ist, während einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer der Hauptstrom über diesen fließt, mit einem unbeeinflußt von den Schaltzuständen des Zerhackers arbeitenden 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 verschiebar 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 Triggersignale 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.

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