DE2448218A1

DE2448218A1 - Zerhackerschaltung

Info

Publication number: DE2448218A1
Application number: DE19742448218
Authority: DE
Inventors: Susumu Yoshida
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1974-10-09
Publication date: 1975-08-21
Also published as: DE2448218C2; US3968420A; GB1486586A; JPS5063434A

Description

Patentanwälte Lied!, Dl Pontani_s Nöth, Zeitler

München 22, Steinsdorfstraße 2--22, Telefon 089/20 34 62

B 6960

KABUSHIKI KAISHA MEIDENSHA No. 1-17, 2 Chome, Ohsaki, Shinagawa-ku,

Tokyo/ JAPAN

Zerhackers chaltung

Die Erfindung betrifft eine Zerhackerschaltung und insbesondere eine Zerhackerschaltung von dem Typ, welche eine Gleichspannung, die an einen Verbraucher gelegt wird, steuert.

Ih den letzten Jahren haben Zerhackerschaltungen breite Anwendung gefunden bei den verschiedensten Arten von Steueranordnungen, welche die an einen Verbraucher gelegte Gleichspannung steuern. Derartige Zerhackerschaltungen enthalten Schalterlemente zur Steuerung des Stromes,

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der an den ¥erbraucher geliefert wird und andere Bauelemente, wie äußere Kommutatormittel zum Ein- und Ausschalten der Schalter elemente. Hierbei ist es wünschenswert, daß die Anzahl der Schalterelemente verringert wird, um den Betrieb der Schaltung zu verbessern. Insbesondere bei Zerhackerschaltungen, welche einen Thyristor als Schalter element verwenden, ist es notwendig, wenn der Durchlaßstrom, dessen Wert L· ist_? daß der resultierende Strom, der durch den Thyristor fließt, zu Null wird. Dies erfolgt dadurch; daß ein Rückstrom, dessen Wert wenigstens L. ist, angelegt wird, um den Thyristor auszuschalten. Da der Thyristor jedoch nicht ständig ausgeschaltet ist, indem der resultierende Strom auf den Wert Null gebracht wird, wird eine Kommutierungskapazität im Zerhackerstromkreis benötigt, um einen Wert von höher als L, für den Rückstrom zu erhalten.

Ih den Fig. ί und 2 sind herkömmliche Zerhacker anordnungen dargestellt. Insbesondere in der Fig, 1 ist eine Zerhackerschaltung CH gezeigt, welche einen Hauptthyristor 10, einen ersten Hilfsthyristor 12, der über einen Kommutatorkondensator 14 parallel zum Hauptthyristor geschaltet ist, -und einen zweiten Hilfsthyristor 16 (welcher auch durch einen anderen Halbleiter, beispielsweise durch eine Diode, ersetzt sein kann), der über eine Kommutierungsspule 18 parallel zum Thyristor 12 geschaltet ist, aufweist. Die Zerhackerschaltung CH ist mit einer Gleichstromquelle, beispielsweise einer Batterie 20, über einen Elektromotor 22 in Reihe verbunden. Der Motor 22 besteht aus einer Ankerwicklung 24, einer Feldwicklung 26 und einer Freilauf diode 28, welche parallel zu einem Serienstromkreis, der aus der Ankerwicklung 24 und der Feldwicklung 26 besteht, geschaltet ist.

Bei der Anordnung in der Fig. 1 kann die Zerhackerschaltung CH den relativ größeren Verbraucherstrom steuern. Bei dieser Schaltung ist es

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jedoch notwendig, drei Schalterelemente, d.h. den Hauptthyristor 10, den ersten Hilfsthyristor 12 und den zweiten Hilfsthyristor 16, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, zu verwenden. Hierdurch wird die Schaltungsanordnung relativ kompliziert und aufwendig.

In der Fig. 2 ist eine weitere bekannte Zerhackerschaltung dargestellt, die ein Schalterelement, beispielsweise einen Hauptthyristor 10, einen Serienstromkreis, bestehend aus einer Drosselspule 18 und einem Kondensator 14, und eine in Serie geschaltete Diode 30, welche im wesentlichen auch in Fortfall kommen kann, aufweist. In der Schaltung der Fig. ist lediglich ein Thyristor vorgesehen und daher ist im Vergleich zur Zerhackerschaltung in der Fig. 1 ein geringerer Schaltungsaufwand vorhanden.

Die Kurvendarstellungen in der Fig. 3 zeigen die Betriebsart der Schaltung in der Fig. 2. Wenn beim Betrieb der Thyristor 10 in der Fig. 2 zum Zeitpunkt t=t_Q, eingeschaltet wird, hat der Verbraucherstrom I_R, der in den Thyristor 10 fließt, den Wert L·. Es wird angenommen, daß der Verbraucherstromwert i„ konstant ist, während der Thyristor 10 auf Durchlaß geschaltet ist. Andererseits sind die Ströme I_c (I_cl und Ip₂ welche durch den Kondensator 14 fließen, bestrebt, symmetrisch in beiden Richtungen zu fließen, da ihre Polarität zum Zeitpunkt t=t- umgekehrt wird, wie das durch die Wellenform 1 der Fig. 3 dargestellt ist. Demgemäß wird der Strom I₀, der durch den Thyristor 10 fließt, zum resultierenden Strom (Ip + I_R), welcher sich aus der Summe des Kondensatorstromes I_c und dem Strom I_, der durch den Verbrauchter fließt, ergibt, wie es die Kurve 1 in der Fig. 3 darstellt.

Wenn der Scheitelwert i des Stromes I_n kleiner ist als der Wert i_n, wird der Thyristorstrom I₀ nicht zu Null, selbst wenn der Sperrstrom bzw. umgekehrte Strom I™ bezüglich des Stromes I₀₁ versucht, den

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Verbraucherstrom I_R zu löschen. Demgemäß wird daher der Thyristor nicht ausgeschaltet. Um den Hauptthyristor 10 auszuschalten, ist es notwendig, daß der Scheitelwert i des Kondensatorstromes L-, größer ist

Cp v_<

als der Wert i_n des Verbraucherstromes I_. Wenn jedoch der Strom I₀,

U ±3 D

der durch den Hauptthyristor 10 fließt, zum Zeitpunkt t„ zu Null wird, wie das in der Fig. 3 dargestellt ist j wird der Kondensator strom I_n in Durchlaßrichtung dem Verbraucherstrom 3L überlagert, während der Hauptthyristor 10 sich im eingeschalteten Zustand befindet. Hieraus ergibt sich, daß der Scheitelwert des Thyristorstromes I₀ größer wird als der zweifache Wert i„. Da die Belastungsfähigkeit des Thyristors 10 größer sein muß als der doppelte Wert des Verbraucher stromes, wird das Schalterelement selbst äußerst kostspielig.

Wenn somit lediglich ein Thyristor in der Zerhackerschaltung der Fig. verwendet wird, hat man zwar nur eine geringe Anzahl von Bauelementen und man kann die Behandlung von niedrigen Strömen auch wirtschaftlich durchführen. Wenn jedoch höhere Ströme verarbeitet werden müssen, fehlt der Schaltung in der Fig. 2 die Kommutierungs eigenschaft und sie wird teuer und aufwendig, weil wegen der benötigten größeren Kapazität ein Kondensator verwendet werden muß, der teuer ist, um den Mangel an Kommutierungseigenschaft wieder auszugleichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zerhackerschaltung zu zeigen, bei der die vorstehenden Nachteile vermieden sind und bei der insbesondere eine hohe Leistungsfähigkeit erzielt wird und erhöhte Kosten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Zerhackerschaltung gelöst, welche einen ersten Schalter, der den Strom der Gleichstromquelle ein- und ausschaltet, einen Serienstromkreis bzw. Reihenresonanzkreis, der parallel zum

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ersten Schalter liegt und eine Kapazität und Induktivität besitzt,und einen zweiten Schalter, der parallel zur Induktivität liegt, aufweist.

Insbesondere zeigt die Erfindung eine wirtschaftliche und mit hoher Leistungsfähigkeit arbeitende Zerhackerschaltung, bei der eine Verringerung der Anzahl der Schalterelemente erreicht wird, und welche auch hohe Ströme unter Verwendung eines Kondensators steuern kann, dessen Kapazität für einen vorgegebenen Stromwert klein ist.

Die Zerhackers chaltung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Schaltungsanordnung, die einen Hauptthyristor, einen Serienstromkreis, der aus einer Induktivität und einem Kondensator besteht, aufweist. Der Kondensator ist parallel zwischen die Anode und die Kathode des Hauptthyristors geschaltet. Ferner ist ein Hilfsthyristor zum Kurzschließen der Induktivität vorgesehen, wobei dieser Hilfsthyristor bezüglich des Hauptthyristors in Durchlaßrichtung und parallel zur Induktivität geschaltet ist. In den beiliegenden Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und es soll anhand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 wie schon erwähnt, bekannte Zerhackerschaltungen;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die den oszillierenden Strom der

Schaltung in der Fig. 2 darstellt;

Fig. 4 ■ eine Zerhackerschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine detaillierte Schaltung der Zerhackeranordnung gemäß

der Erfindung, welche mit einer Zerhackersteuerschaltung versehen ist;

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Fig. SA Kurvendarstellungen für die Schaltung in der Fig. 4; bis 6C

Fig. 7 ein entsprechendes Schaltbild der Schaltung in der Fig. 4;

Fig. 8 modifizierte Schaltungen der in der Fig. 4 gezeigten Schal-

und 9 .

tung;

Fig. 10 weitere Ausführungsbeispiele der Zerhackerschaltung ge-

und 11 ..„ , „ j.. ,

maß der Erfindung.

In der Fig. 4 ist eine Schaltung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung dargestellt» Mit 10 ist der Hauptthyristor bezeichnet und eine Anschlußklemme einer Induktivität, beispielsweise einer Kommutierungsdrossel 18, ist mit einer Elektrode des Thyristors 10 verbunden. Ein Kondensator 14 ist zwischen den anderen. Anschluß der Drosselspule 18 und die Kathode des Thyristors 10 geschaltet. Ferner ist ein Hilfsthyristor 32 parallel zur Drosselspule 18 und bezüglich des Thyristors 10 in Durchlaßrichtung geschaltet, /

Anhand der Fig. 5 soll nun der Betrieb bzw. die Wirkungsweise dieser Schaltung noch näher beschrieben werden. Die Zerhackeranordnung, welche die oszillierende Steuerschaltung vorsieht, ist in der Fig. 5 dargestellt, lh dieser Schaltungsanordnung ist die Zerhackerschaltung CH über den Motor 22 und eine Diode 90 mit der Batterie 20 in Reihe geschaltet. Mit 34 ist eine konstante Spannungsquelle bezeichnet, welche eine Zener-Diode 36, einen Kondensator 38, der parallel zur Zener-Diode 36 liegt, aufweist. Ein Einschaltimpulsoszillator 40 besitzt einen Widerstand 42, einen Transistor 44, dessen Emitter mit dem Widerstand 42 verbunden ist, einen Kondensator 46, dessen einer Anschluß mit dem Kollektor des Transistors 44 verbunden ist, einen programmierbaren Unijunction-Transistor (im folgenden PUT genannt) 48, dessen Anode mit einem Verbindungs-

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punkt A zwischen dem Kollektor des Transistors 44 und dem Kondensator 46 und dessen Gate mit einem Verbindungspunkt B zwischen den Widerständen 50 und 52 verbunden sind, sowie einen veränderlichen Widerstand 54, dessen Abgriff mit einer Basis des Transistors 44 verbunden ist. Ferner ist εΐηε Kathode des PUT 48 mit einem Gate des Hauptthyristors 10 der Zerhackerschaltung'CH über einen Widerstand 57 und eine Diode 59 verbunden. Ein Ausschaltimpuls oszillator 60 enthält eine Zeitschaltung. Diese Zeitschaltung besteht aus einem Widerstand 62 und einem Kondensator 64, welche in Reihe geschaltet sind, einem PUT 72, dessen Anode mit einem Verbindungspunkt C zwischen dem Widerstand 62 und dem Kondensator 64 verbunden ist, Widerständen 74 und 76 und einer Diode 78 zur Temperaturkompensation, welche zwischen einem Verbindungspunkt D,. den Widerständen 74 und 76 und einem Gate des PUT 72 geschaltet ist. Ferner ist eine Kathode des PUT 72 mit einem Gate des Hilfsthyristors 32 über einen Impulsübertrager 81, einen Widerstand 84 und eine Diode 86 verbunden. Eine Synchronisierschaltung besteht aus einem Transistors 66, welcher parallel mittels· seines Kollektors und seines Emitters zum Kondensator 64 liegt, einer Diode 68, welche zur Basis des Transistors 66 in Reihe geschaltet ist, und einem Widerstand 70, der in Reihe zwischen die Diode 68 und einen Verbindungspunkt E zwischen der Kathode 48C des PUT 48 und des Gate des Hauptthyristors 10 geschaltet ist. .

Um den Betriebsablauf in Gang zu setzen, wird bei geschlossenem Schalter 92 der von der Batterie 20 gelieferte Strom an die konstante Spannungsquelle 34 über einen Widerstand 94 und eine Diode 96 geliefert. Demgemäß wird in der konstanten Spannungsquelle 34 eine konstante Spannung erzeugt. Die Einschalt- und Ausschaltimpuls oszillatoren werden so verwendet, daß sie das Durchlaßverhältnis der Zerhackerschaltung CH und damit die Durchschnittsspannung, welche an den Motor 22 gelegt wird, steuern. Wenn insbesondere der Widerstandswert des veränderlichen

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Widerstandes 54 auf einen geeigneten Wert eingestellt ist, ändert sich der Leitungswert in Abhängigkeit vom festgesetzten Wert des veränderlichen Widerstandes 54. Hieraus resultiert, daß die Aufladezeit des Kondensators 46 sich ändert. Die elektrische Ladung, welche zu einer bestimmten Zeit im Kondensator 46 vorhanden ist, wird vom Wert des Widerstandes 42 dem Leitwert des Transistors 44 und der Kapazität des Kondensators 46 bestimmt. Wenn die Spannung des Kondensators 46 die von den Widerständen 50 und 52 vorbestimmte Spannung erreicht, gelangt der PUT 48 in seinen leitfähigen Zustand und die elektrische Ladung des Kondensators 46 wird über die Kathode 48C des PUT 48 entladen. Der Entladungsstrom des Kondensators 46 wird an den Hauptthyristor 10 über den Widerstand 57 und die Diode 59 als Steuerstrom gelegt. Ferner wird der Entladungsstrom des Kondensators an die Basis des Transistors 66 über den Widerstand 70 und die Diode 68 gelegt, wobei der Hauptthyristor 10 und der Transistor 66 zusammen eingeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Einschaltimpulsoszillator 60 nicht in Betrieb, da der Kondensator 46 durch den Transistor 66 kurzgeschlossen ist.

Wenn daraufhin der Kondensator 46 des EinschaltimpulsOszillators 40 den Entladungsvorgang beendet, wird der Transistor 66 ausgeschaltet, da kein weiterer Entladungsstrom mehr an ihn geliefert wird. Wenn der Transistor 66 ausgeschaltet ist, wird die Aufladung am Kondensator 64 in Gang gesetzt, und zwar zu einem Zeitpunkt, der vom Widerstandswert des Widerstandes 62 und der Kapazität des Kondensators 64 bestimmt ist. Wenn die Ladespannung des Kondensators 64 den durch die Widerstände 74 und 76 vorbestimmten Wert erreicht hat, gelangt der PUT 72 in seinen leitfähigen Zustand ,und die elektrische Ladung im Kondensator 64 wird über den Impulsübertrager 81, den Widerstand 84 und die Diode 86 an den Hilfsthyristor 32 als Zündstrom geliefert. Demzufolge wird mittels

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des Entladungsstromes aus dem Kondensator 64 der Hilfsthyristor 32 in den leitfähigen Zustand versetzt.

Bei der im vorstehenden beschriebenen Betriebsart wird bei nichtleitendem Zustand des Hauptthyristors 10 der Kommutierungskondensat'or 14 bei der in der Fig. 4 dargestellten Polarität aufgeladen. Wenn zum Zeitpunkt t=t~ der Hauptthyristor 10 eingeschaltet wird, wie das in den Fig. 6A und 6B dargestellt ist, fließt mittels des Verbraucherstromes I_R und des Stromes Ip (Ip₁ bzw. Ip_?) der resultierende Strom durch den Hauptthyristor 10. Somit wird der resultierende Strom und/oder der Thyristorstrom Ig an den Hauptthyristor 10 geliefert, wie das in der Fig. 6C durch die schrägen Linien dargestellt ist.

In diesem Fall wird die Polarität des Stromes Ip, der durch den Kondensator 14 fließt, aufgrund der Resonanz der Drosselspule 18 und des Kondensators 14 nach einer vorgegebenen Zeit t=t (=; % V Co Lo) umgekehrt. Diese Polaritätsumkehr wird vom Kapazitätswert Co des Kondensators 14 und der Induktivität Lo der Drosselspule 18 bestimmt. Die Zeit t ist synchronisiert mit der Zeitschaltung des Ausschaltimpulsoszillators 60, der in der Fig. 5 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt, d.h. zum Zeitpunkt t=tj, der in den Fig. 6A, 6B und 6C bezeichnet ist, wird, wenn der Hilfsthyristor 32 mittels geeigneter Mittel, wie beispielsweise Zeitgebermitteln oder Nullstromdetektormitteln, die gespeicherte elektrische Ladung, welche eine zu der in der Fig. 4 dargestellten entgegengesetzte

bzw. Rückstrom

Polarität aufweist, als Sperrstromjjies Thyristors 10 entladen. Demgemäß fließt der hohe Resonanzstrom Ip₂ in den Hauptthyristor 10 über den Hilfsthyristor 32. Daraufhin wird der Thyristor 10 in den ausgeschalteten Zustand versetzt, und zwar zu einem Zeitpunkt t=t₄, wie das in den Fig. 6B und 6C dargestellt ist.

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Die in der Fig. 7 dargestellte Zerhackerschaltung ist ein Ersatzschaltbild für die in der Fig. 4 dargestellte Schaltung. Es sind in dieser Figur im einzelnen die verteilten Induktivitäten der Schaltung dargestellt. In der Schaltung der Fig. 7 wird angenommen, daß die verteilte Induktivität 98a und 98b in einem geschlossenen Stromkreis geschaltet sind, der aus dem Hilfsthyristor 32, dem Kondensator 14 und dem Hauptthyristor besteht. Die verteilten Induktivitäten 98a und 98b besitzen äußerst geringe Werte im Vergleich zur Induktivität der Drosselspule 18. Die verteilten Induktivitäten wirken zusätzlich so, daß sie den Einschaltstrom (di/dt) begrenzen. In einigen Fällen ist es sogar ratsam, eine Drossel mit geringer Induktivität in den Stromkreis einzufügen, um den di/dt zu begrenzen. Wenn der Hilfsthyristor 32 im eingeschalteten Zustand ist, wird die Drosselspule 18 kurzgeschaltet und der Resonanzstrom bzw. Schwingkreisstrom Ip, welcher in der Fig. 6B bezeichnet ist, wird aufgrund der Resonanz, die durch den Kondensator 14 und die verteilten Induktivitäten 98a und 98b hervorgerufen wird, erzeugt. Der Wert der verteilten Induktivitäten ist bedeutend geringer als der der Drosselspule 18 und demgemäß beginnt der Sperrstrom zum Hauptthyristor 10 zu fließen. Obgleich der Resonanzstrom Ip„ in Wirklichkeit ein steil ansteigender Strom mit hohem Scheitelwert ist, wie das in der Fig. 6B dargestellt ist, kommudiert der Kondensatorstrom Ip-, welcher bezüglich des Hauptthyristors in Sperrichtung fließt, in Richtung auf die Batterieseite zum Zeitpunkt t=t., wenn der Wert i „ des Stromes Ip₂ "^n wird. Der Kondensatorstrom

wird daraufhin zum Zeitpunkt t=t_ zu Null, wie das in der Fig. 6B dargestellt ist. Demgemäß wird der Strom I_g = JL + L-, zum Zeitpunkt t. zu Null, wie das aus den Fig. 6A bis 6C hervorgeht, und der Hauptthyristor wird in den ausgeschalteten Zustand versetzt. Befindet sich der Hauptthyristor 10 im ausgeschalteten Zustand, fließt der durch den Hauptthyristor hindurchfließende Verbraucherstrom I_D weiterhin durch den Hilfsthyristör 32 und den Kondensator 14 während einiger Zeit. Daraufhin wird

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der Kondensator 14 wiederum mit der in der Fig. 4 gezeigten Polarität aufgeladen. Nach einiger Zeit wird mittels des Einschaltimpulses vom Einschaltimpuls oszillator 40 der Anordnung in der Fig. 5 der Hauptthyristor 10 wiederum in den eingeschalteten Zustand versetzt und der gleiche im vorstehenden beschriebene Betriebsablauf wiederholt sich. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Durchschnittsspannung, welche an den Verbraucher gelegt wird, dadurch gesteuert werden kann, daß man die Zeit vom Beginn des Ausschaltens des Hilisthyristors bis zum Beginn des Einschaltens des Hauptthyristors ändert.. In der in der Fig. 5 dargestellten Anordnung kann diese Zeit dadurch eingestellt werden, daß man das Potential am Abgriff des veränderlichen Widerstandes 54 ändert.

Der Kondensätorstrom I„ (I_,. und I„₂) ist asymmetrisch, wie das in den Wellenformen der Fig. 6B dargestellt ist. Der Scheitelwert i ₉ des Rückstromes I„_o, welcher einen Teil des Stromes I^ bildet, darf einen größeren Wert aufweisen als der Scheitelwert i . des Stromes 1^₁ in Durchlaufrichtung, welcher äußerst klein sein kann. Dies beruht darauf, daß der Strom L-,j in Durchlaßrichtung bezüglich des Hauptthyristors 10 durch die Drosselspule 18 fließt. Die Blindwiderstandskomponente ist äußerst gering, weil sie an die Stelle der verteilten Ihduktivitätskomponenten bei Aktivierung des Hilfsthyristors 32 tritt. Der Scheitelwert χ .„

des Resonanzstromes I~,« in der Fig. 6B wird äußerst groß infolge des Hilfsthyristors 32. Für diesen Fall ergibt sich der Scheitelwert i „ des

/Cö -P

Rückstromes aus der Beziehung i. « = Y τττ ^x Vco, wobei Vco die Spannung des Kondensators 14 bei Beginn der Resonanz ,Lo die Kapazität des Kondensators 14 und Ld der Wert der verteilten Induktivität der Zerhakkerschaltung sind. Aus der vorstehenden Gleichung i _Q =/ -=-^- χ Vco ergibt

\ Cop JjQ

sich, daß bei einem konstanten Kapazitätswert Co und beispielsweise für

Ld = -jQu Lo (wobei Lo die Induktivität der Drosselspule 18 ist) der Schei-

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telwert des Resonanzstromes das Zehnfache des Scheitelwertes i . des

c Ip

Stromes Ip₁ wird. Hieraus folgt, daß bei einer Schaltung gemäß der Erfindung der zu behandelnde Strom im Vergleich zu der bekannten Schaltung, welche in der Fig. 2 gezeigt ist, einen erheblichen Anstieg zeigt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für die Zerhackerschaltung in der Fig. 4. lh der Schaltung der Fig. 8 ist ein Anschluß der Drosselspule 18, welche mit dem Kondensator 14 in Reihe geschaltet ist, an die Anode des Hauptthyristors 10 angeschlossen. Die Anode des Hilfsthyristors 32 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und der Drosselspule 18 verbunden, während ein Verbindungspunkt zwischen der Kathode des Hilfsthyristors 32 und der Drosselspule 18 mit der Kathode des Hauptthyristors verbunden ist.

Die Schaltung in der Fig. 8 hat etwa den gleichen Betriebsablauf und es ergeben sich die gleichen Wirkungen. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß aufgrund der leitenden Verbindung der Kathoden des Hauptthyristors 10 und des Hilfsthyristors 32 die Schaltung, welche den Steuerstrom zu diesen Thyristoren liefert, äußerst einfach sein kann. Der Impulsübertrager 81 (in Fig. 5) für die elektrische Trennung der Kathode des Hilfsthyristors 32 von der Kathode des Hauptthyristors 10 ist dann nicht mehr notwendig.

In der Schaltung der Fig. 9 ist eine Diode 100 in Reihe und in Durchlaßrichtung mit der Anode des Hauptthyristors 10 verbunden. Die anderen Bauelemente entsprechen im wesentlichen denen der Schaltung in der Fig. 4. Der weitere Vorteilter bei dieser Schaltung noch erzielt wird, besteht darin, daß nach Ausschalten des Hilfsthyristors 32 das Ausstoßen der im Kondensator 14 gespeicherten Energie und der Rückfluß des Stromes verhindert werden. Man erhält hierdurch eine Stabilisierung des Kommutierungsbetriebes.

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In der gleichen Weise, wie bei den in den Fig. 4, 8 und 9 gezeigten Schaltungen Luftspulen verwendet werden, können bei der Erfindung natürlich auch Spulen mit Eisenkern zur Anwendung kommen.

Die Fig. IO zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zerhackerschaltung gemäß der Erfindung, wobei die Unterschiede zwischen der Schaltung in der Fig. 10 und der Schaltung in der Fig. 4 darin bestehen, daß eine Primärwicklung 102a eines Transformators in Reihe geschaltet ist zwischen dem Hauptthyristor 10 und dem Verbraucher und eine Sekundärwicklung 102b dieses Transformators parallel zum HiKsthyristor geschaltet ist und die im vorstehenden beschriebene Drosselspule 18 ersetzt.

Der Betrieb läuft wie folgt ab: Wenn der Verbraucherstrom I_R in die Primärwicklung 102a fließt, wird in die Sekundärwicklung 102b in Abhängigkeit von der Größe des Verbraucherstromes I_. eine Spannung induziert.

Jd

Diese induzierte Spannung in der Sekundärwicklung 102b wird dem Kondensator 14 als Kommutierungsenergie zuaddiert. Jede Wicklung 102a und 102b.sind durch die in der Zeichnung dargestellte Polarität miteinander gekoppelt.

Die Fig. 11 zeigt ein weiteres Äusführungsbeispiel einer Zerhackerschaltung gemäß der Erfindung. Die wesentlichen Merkmale der Schaltung in der Fig. 11 sind die, daß die Primärwicklung 102a des Transformators im Verbraucherstromkreis zwischen die Feldwicklung 26 und die Freilaufdiode 26 angeschlossen ist und die Sekundärwicklung 102b parallel zum Hilfsthyristor 32 anstelle der Drosselspule 18 geschaltet ist. Ferner sind die Wicklungen 102a und 102b mit der in den Figuren dargestellten Polarität verschaltet.

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In der Schaltung der Fig. 11 zirkuliert, nachdem der Hauptthyristor 10 in den nichtleitenden Zustand gekommen ist und der Hilfsthyristor 32 gleichfalls ausgeschaltet ist, der Strom, welcher durch den Motor 22 fließt, über die Primärwicklung 102a und die Freilaufdiode 28, und zwar aufgrund der Induktivität, d.h. aufgrund der Ankerwicklung 24 und der Feldwicklung 26. Wenn der Hauptthyristor 10 eingeschaltet ist, wird der zirkulierende Strom L₇, welcher über die Primärwicklung 102a und die Freilauf diode 28 zirkuliert, zu Null und zu diesem Zeitpunkt wird eine Spannung in die Primärwicklung 102a mit der gezeigten Polarität induziert. Wenn in die Primärwicklung 102a die Spannung induziert wird, erzeugt diese in der Sekundärwicklung 102b ebenfalls eine induzierte Spannung mit der gezeigten Polarität. Die in die Sekundärwicklung 102b induzierte Spannung wird dem Kondensator 14 als Kommutierungsenergie hinzuaddiert.

Aus den Fig. 10 und 11 und dem vorstehenden ergibt sich, daß die Änderung des Stromes im Verbraucherstromkreis von der Primärwicklung des Transformators als induzierte Spannung der Sekundärwicklung erfaßt wird. Die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung bewirkt ein Ansteigen der im Kommutierungskondensator gespeicherten elektrischen Ladung. Auf diese Weise wird die Kommut ierungsfähigkeit bzw. Kommutierungskapazität erhöht.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung die folgenden Vorteile erzielt werden.

Ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik ist insbesondere darin zu sehen, daß die Schaltung gemäß der Erfindung nur einen geringen Schaltungsaufwand benötigt, da die Anzahl der Schalterelemente stark verringert ist und der Kapazitätswert des Kommut ierungskondensators außer Betracht bleiben kann. Obgleich es für diesen Fall erwünscht

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ist, daß der Wert der Induktivität hoch ist, ergibt sich keine allzu aufwendige Schaltung.

Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß die Belastungsfähigkeit des Thyristors klein sein kann aufgrund des geringen Wertes des Resonanzstromes, der in Durchlaßrichtung vom Kondensator an den Hauptthyristor geliefert wird. Demgemäß ergeben sich geringe Kosten für die Schaltung auch dann, wenn ein vorgegebener Verbraucherstrom zu verarbeiten ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kommutierungsfähigkeit bzw. die Kommutierungskapazität bei Verwendung eines gegebenen Kondensators und einer vorgegebenen Induktivität erhöht wird. Die Schaltung gemäß der Erfindung zeigt somit eine hohe Wirksamkeit und eine gute Charakteristik. Der zu behandelnde Strom wird demgemäß auch wesentlich erhöht.

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Claims

2U8218 Patentansprüche

1. Zerhackerschaltung zur Steuerung einer Spannung, welche an einen Verbraucher gelegt wird, mit einer Gleichspannungsquelle und einem Schalter, der den Strom der Gleichspannungsquelle ein- und ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schalter (10) ein aus einer Induktivität (18) und Kapazität (14) bestehender Reihenresonanzkreis und parallel zur Induktivität (18) ein weiterer Schalter (32) geschaltet sind.

2. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (10), welcher die Gleichstromquelle ein- und ausschaltet, in einem Verbraucher eingebaut ist.

3. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (10), welcher zum Ein- und Ausschalten des Gleichstromes dient, sowie der weitere Schalter (32) als Thyristoren ausgebildet sind.

4. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenresonanzkreis einen Kondensator (14) und eine Drosselspule (18) aufweist.

5. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle (20) als Batterie ausgebildet ist.

6. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (10), der zum Ein- und Ausschalten der Gleichstromquelle (20) dient, mit dem Verbraucher (22) in Reihe geschaltet ist und daß der weitere Schalter (32), der zur Induktivität (18) parallel geschaltet ist, mit dem Schalter (10), der zum Ein- und Ausschalten der Gleichstromquelle dient, in einer Richtung wirkt.

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7. Zerhackers chaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (14) zwischen den Schalter (10), der zum Ein- und Ausschalten der Gleichstromquelle dient, und einem Verbindungspunkt des weiteren Schalters (32) und der Induktivität (18) geschaltet ist.

8. Zerhackerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle als Batterie und der Schalter (10) als Hauptthyristor ausgebildet sind, wobei der Hauptthyristor mit der Batterie in Reihe geschaltet ist, daß der Reihenresonanzkreis den Kondensator (14) und die Drosselspule (18) aufweist, daß der weitere Schalter (32) als Hilfsthyristor ausgebildet ist und der Hilfstyristor die Drosselspule (18), zu der er parallel geschaltet ist, neben-· schließt, sobald der Strom vom Resonanzkreis zum Hauptthyristor in umgekehrter Richtung bzw. Sperrichtung geliefert wird, und daß der Verbraucher (22) zwischen die Batterie (20) und den Hauptthyristor (10) geschaltet ist.

9. Zerhackerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (14) zwischen die Anode des Hauptthyristors (10) und einen Verbindungspunkt der Drosselspule (18) und der Anode des Hilfs thyristors (32) geschaltet ist, wobei der Hilfsthyristor parallel zur Drosselspule liegt und bezüglich des Hauptthyristors in einer Richtung wirkt.

10. Zerhackerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (14) zwischen die Kathode des Hauptthyristors (10) und einen Verbindungspunkt der Drosselspule (18) und der Kathode des Hilfs thyristors (32) geschaltet ist, wobei der Hilfsthyristor parallel zur Drosselspule liegt und in Durchlaßrichtung bezüglich des Hauptthyrisfors geschaltet ist.

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11. Zerhackerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (22) eine Ankerwicklung (24) eines Elektromotors, eine Feldwicklung (26), welche mit der Ankerwicklung in Reihe liegt sowie eine Freilauf diode (28), welche parallel zu einem die Ankerwicklung und die Feldwicklung enthaltenden Serienstromkreis liegt, aufweist.

12. Zerhackerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verbesserung der Kommudierungs fähigkeit bzw- der Kommutierungskapazität des Kondensators (14) in Abhängigkeit vom Verbraucherstrom des Verbraucherstromkreises vorgesehen sind.

13. Zerhackerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (102a) parallel zum Verbraucherstromkreis (22) liegt, daß der Hauptthyristor (10) parallel zur Sekundärwicklung (102b) des Transformators geschaltet ist, daß der Reihenresonanzkreis den Kondensator (14) und die Sekundärwicklung (102b) des Transformators aufweist und parallel zum Hauptthyristor (10) geschaltet ist und daß der Hilfsthyristor (32) parallel zur Sekundärwicklung (102b) liegt.

14. Zerhackerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucherstromkreis (22) aus der Ankerwicklung (24), der Feldwicklung (26) und der Freilauf diode (28), welche parallel zum aus der Ankerwicklung und der Feldwicklung bestehenden Serienstromkreis geschaltet ist, besteht, daß die Primärwicklung (102a) des Transformators parallel zur Freilauf diode geschaltet ist, daß der Hauptthyristor (10) parallel zum Verbraucherstromkreis geschaltet ist, daß der aus dem Kondensator (14) und der Sekundärwicklung (102b) des Transformators bestehende Reihenresonanzkreis parallel zum Hauptthyristor (10) geschaltet

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2 A A 8 2 T 8

ist und daß der Hilfsthyristor (32) parallel zur Sekundärwicklung (102b) des Transformators liegt.

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