DE2452121A1

DE2452121A1 - Strombegrenzungssystem fuer gleichstrommotorsteuerungen

Info

Publication number: DE2452121A1
Application number: DE19742452121
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Konrad
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1975-07-10
Also published as: BG44380A3; CA1021399A; GB1486817A; FR2256580B1; FR2256580A1; US3868554A; DE2452121C2; IT1027803B; BR7410793D0

Description

2452121 Dr. Horst Schüler _lm _November _19n

Wxmrnä Schu-Vo/LK-hö

β Frankfurt/Main 1

Nlddaetr. 62

29^O-21-IYE-2322

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Strombegrenzungssystem für Gleichstrommotorsteuerungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Gleichstrommotorsteuerungen nach dem Prinzip der Impulssteuerung und im einzelnen auf verbesserte Mittel zum Begrenzen des Stromflusses in einem System.

Schon lange sind Mittel zum Steuern der von einer Gleichstromquelle an einen Gleichstrommotor abgegebenen Leistung bekannt, und zahlreiche arbeitsfähige Methoden wurden entwickelt. Im letzten Jahrzehnt entstand jedoch die Entwicklung von stark verbesserten Gleichstrommotorsteuerungen der sogenannten Impulssteuerungstypen. Bei diesem Verfahren wird zwischen einem Gleichstrommotor und einer elektrischen Energiequelle eine Festkörpervorrichtung, wie ein Thyristor, angeordnet, die schnell von einem leitenden in einen nichtleitenden Zustand umschaltbar ist. Die prozentuale Durchschalt- bzw. Stromflußzeit der Schaltvorrichtung, auch als Tastverhältnis bezeichnet, bestimmt somit den Prozentsatz der an den Anschlüssen des Motors erscheinenden Quellenspannung. Gewöhnlich wird die Impulssteuerung nach einer von zwei Arten ausgebildet; durch Anschalten des Thyristors während einer festen Zeitperiode und durch Verändern der Frequenz, mit der die festen Durchschaltzeiten auftreten; oder durch Erregen des Thyristors mit einer festen Frequenz und durch Verändern seiner Durchschaltzeit. Während das erste Verfahren als Frequenzregelung

bezeichnet wird, handelt es sich bei dem zweiten Verfahren um eine Impulsbreitenregelung. Bei jeder Methode

ist es jedoch der zeitlich mittlere Prozentanteil der Leitfähigkeit, der die dem Motor zugeführte mittlere Leistung bestimmt.

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Die bisher verwendete günstigste Schaltvorrichtung für Impulssteuerungssysteme ist ein siliziumgesteuerter Gleichrichter oder SCR. Es wurde seit langem festgestellt, daß eine solche Vorrichtung dadurch zerstört werden kann, daß ein übermäßig hoher Strom durch den Thyristor fließen kann. Die Stromleitungsfähigkeit des Thyristors verändert sich jedoch in starkem Maße mit der Temperatur. Deshalb wurden zahlreiche Pläne zum Erfassen bzw. Anzeigen der Thyristortemperatur und zum Regeln des vom Kreis geführten Stromes als Funktion einer gemessenen Zellentemperatur entwickelt. Die meisten handelsüblichen Ausführungsformen enthielten Mittel zum Einstellen eines maximalen Strompegels, der als Funktion der erfaßten Thyristortemperatur verändert wird. Bei anderen Systemen wird der Strom durch eine Faktorenserlegung (factoring) sowohl des Stroms, als auch der Temperatur begrenzt. Ein solches Verfahren hat jedoch den Mangel, daß nicht zwischen einem Stromfluß kurzer Impulse sowie relativ großen Stromes und langen Impulsen geringeren Stromes unterschieden werden kann. Diese Methode ist nicht vollständig zufriedenstellend? da sie die Tatsache übergeht, daß die tatsächliche Erwärmung des Thyristors nicht nur eine Funktion des maximalen, zeitlich gemitcelten Stromes ist, sondern zumindest teilweise von dem Stromspitzenwert und der Dauer der Stromleitungsintervalle des Thyristors abhängt.

Es wurden auch andere Verfahren vorgeschlagen, bei denen der maximal zulässige Thyristorstrom mit Hilfe des Effektivstroms oder des mittleren Stromes verändert wird. Da jedoch der Äquivalent- bzw. Ersatzkreis eines typischen Thyristors mehr einer Reihenschaltung einer aktiven Spannungsquelle und eines üblichen Widerstandes als einem reinen Widerstand ähnelt, führt das Aufrechterhalten eines konstanten Thyristoreffektivstroms dazu, daß nicht die volle Stromkapazität des Thyristors ausgenutzt werden kann. Dieses verhindert eine optimale bzw„ vollständige Ausnutzung des Thyristors und führt au einer unnötigen Beschränkung der Systemleistungsfähigkeit. Wenn 5."äer?-rseits eier mittlere Strom als Kriterium benutzt wird, kann als Thjr:".i^!tGrtSj.iiperatur in einigen Fällen die zulässigen physikalischen Grenzen überschreiten _e so daß ein beträchtlicher Sicherheitsfaktor in das System eingebaut werden muß» Auch dieses Ver-

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fahren beschränkt wiederum den Betrieb des Thyristors unnötig. Es ist deshalb die Schaffung eines verbesserten Strombegrenzungssystems für ein Impulssteuerungssystem erwünscht, bei dem der Schaltthyristor maximal bzw. optimal ausnutzbar ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Strombegrenzungssystems für einen Impulssteuerungskreis.

Die gestellte Aufgabe wird nach einem Gesichtspunkt der Erfindung mit Hilfe einer ersten Vergleichsstufe erzielt, die die mittlere Leitfähigkeit bzw. Durchschaltung eines Thyristors als Funktion des erfaßten Laststromes und des Thyristortastverhältnisses begrenzt. Ein Stromerfassungselement wird in Reihe zur Last angeordnet und erfaßt den Laststrom unter Erzeugung eines repräsentativen Signals. Ein zweiter Kreis bildet ein Signal, das dem Tastverhältnis des Thyristors entspricht. Die'erhaltenen Signale werden der Vergleichsstufe zugeführt, deren Ausgang an eine Steuerung angekoppelt ist, die dazu dient, das maximale Tastverhältnis an einem Überschreiten eines geeigneten Wertes zu hindern. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine zweite Vergleichsstufe benutzt, um das dem Tastverhältnis entsprechende Signal als Funktion der Thyristortemperatur zu verändern. Und schließlich können zusätzliche Mittel zum Einstellen einer oberen Grenze vorgesehen sein, über die der Laststrom nicht ansteigen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems in Verbindung mit einer an einen Gleichstrommotor angekoppelten Impulssteuerung und

Figur 2 - eine graphische Darstellung der Wirksamkeit des Systems aus Figur 1.

Figur 1 zeigt in schematischer Form bestimmte Elemente eines typischen Impulssteuerungskreises, der für eine Verwendung mit einem Gleichstrommotor geeignet ist. Eine Gleichspannungsquelle, hier

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als Batterie Io dargestellt, ist mit einer Seite eines Ankers 12 eines Gleichstrommotors 13 über einen Shuntwiderstand 14 verbunden· Der dargestellte Motor ist vom Reihenwicklungstyp und enthält eine in Reihe zum Anker liegende Feldwicklung 16 und eine Rücklaufdiode 18. Der Energiekreis wird durch einen Thyristor vervollständigt, der als SCR 2o dargestellt ist. Die Größe der von der Batterie Io erzeugten und tatsächlich an den Anschlüssen des Motors 12 erscheinenden Spannung ist eine Funktion der mittleren Leitfähigkeitsrate oder dem Tastverhältnis des Thyristors 2o. Durch Verändern des Tastverhältnisses kann die Effektivspannung an den Anschlüssen des Motors von ο bis praktisch loo % verändert werden. Bei jedem Tasten des Thyristors in seinen leitenden Zustand fließt ein Stromimpuls von der Batterie Io durch die Wicklungen des Motors 13 und durch den Thyristor 2o. Beim Kommutieren bzw. Umschalten des Thyristors setzt sich aufgrund des induktiven Charakters des Motors der Stromfluß durch den Motor fort, und zwar infolge der Anwesenheit der Rücklaufdiode 18. Der Stromfluß durch die geschlossene Schleife der Wicklungen des Motors 12 und der Diode 18 steht somit in einem Zusammenhang mit der Größe des Stromflusses durch den gesamten Kreis, wobei er jedoch von diesem verschieden ist.

Um den Thyristor 2o in den geeigneten Intervallen zu betreiben, ist eine Taststeuerung 22 vorgesehen. Aus Gründen einer zeichnerischen Vereinfachung ist der Thyristor 2o mit einem Paar von Gate-Leitungen dargestellt, und zwar einer zum Erregen und einer anderen zum Umschalten des Thyristors. In der Praxis ist gewöhnlich für den Thyristor ein separater Kommutierungskreis vorgesehen, der verschiedenartig aufgebaut sein kann. Ein zufriedenstellend benutzter Kommutierungskreis ist im US-Patent 3 777 237 beschrieben. Gewöhnlich enthält ein solcher Kreis einen Kondensator, der vor einer Umschaltung des Thyristors in einer ersten Richtung geladen wird. Der Kondensator wird dann umgeladen, und die sich ergebende umgekehrte Spannung wird an die Anschlüsse des Thyristors 2o zum Vorspannen desselben in Sperrichtung angekoppelt, wodurch der Stromfluß unterbrochen und der Thyristor ausgeschaltet oder kommutiert wird. Es ist bekannt, daß die sich am Kondensator ergebende Span-

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nung eine Funktion der Strbmflußgröße im Kreis ist. Um die Kondensatorspannung zu begrenzen und so die schädlichen Einflüsse des Zustandes einer Überspannung zu verhindern, ist manchmal ein Strombegrenzungskreis vorgesehen.

Eine vorliegend als Potentiometer dargestellte Geschwindigkeitssteuerung 24 bildet eine einstellbare Spannung, die schließlich zum Regeln des Betriebes der Taststeuerung 22 benutzt wird. Zwischen der Geschwindigkeitssteuerung 24 und der Taststeuerung 22 befindet sich ein gesteuerter Beschleunigungskreis 26. Derartige Kreise sind vielfach in elektrischen Fahrzeugsteuerungssystemen vorhanden, um die Änderungsgeschwindig^/ einer einer Taststeuerung zugeführten Steuerungsspannung zu begrenzen und steile Veränderungen in der Leitfähigkeit des Thyristors 2o zu vermeiden.

Die gesteuerte Beschleunigungseinheit enthält einen Komparator 27 in Verbindung mit einer Reihenkombination aus einem Potentiometer 28 und einem Widerstand 29 sowie einem Entladungskreis mit einem Widerstand 3o sowie einer Diode 31. Ein zwischen den Ausgangsanschluß des Kreises und einen Referenpotentialpunkt eingeschalteter Kondensator 32 soll verhindern, daß die daran auftretende Spannung und entsprechend die der Thyristorsteuerung 22 zugeführte Spannung

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sich mit einer allzu schnellen Geschwindig'ändert. Während der Komparator 27 irgendeinen geeigneten Vergleichskreis darstellen kann, hat es sich als günstig erwiesen, einen Operationsverstärker JEDEC Nr. 741 aus der Vielzahl der integrierten Kreise zu benutzen. Ein solcher Operationsverstärker ist mit einem invertierenden sowie einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß versehen und erzeugt ein Signal, das repräsentativ für die Differenz zwischen den den Eingangsanschlüssen zugeführten Spannungen ist. Ein Rückführungskreis mit einer Diode 33 und einem Widerstand 34 koppelt den Ausgangsanschluß des gesteuerten Beschleunigungskreises an eine Grenzdetektorstufe 5o an.

Eine Grenzsignalstufe 36 ist ebenfalls an den Ausgangsanschluß des gesteuerten Beschleunigungsmoduls 26 über ein Paar von parallelen Kreisen bestehend aus einer ersten Diode 37 sowie einem Wi-

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derstand 38 und einer zweiten Diode 3 9 sowie einem Widerstand 4o angekoppelt= Das über die Dioden und ihre zugeordneten Widerstände gelangende Signal wird an einen invertierenden Anschluß eines Kornparators 41 angekoppelt, und zwar in Verbindung mit der an einem Spannungsteiler auftretenden Spannung, der eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 43 und einem Thermistor 44 darstellt· Der Thermistor oder Heißleiter 44 befindet sich in thermischer Verbindung mit dem Thyristor 2o, so daß der Widerstand des Thermistors 44 und daher die an ihm abfallende Spannung die Betriebstemperatur des Thyristors wiedergeben» Der Widerstand 42 verbindet das obere Ende des Thermistors 44 mit dem Komparator 41, dessen nichtinvertierender Anschluß an einen Bezugsspannungspunkt angeschlossen ist» Ein weiterer Widerstand 45 befindet sich zur Bildung einer Rückführungsschleife über dem Komparator 41.

Ein Spannungsteiler aus einem Widerstand 46 und einem Potentiometer 4 7 erzeugt eine vorbestimmte Spannung, die zum Bestimmen des maximal im System zulässigen Stromes benutzt wird. Trenndioden 48, 49 dienen zum Ankoppeln der von der Stromsignalbegrenzungsstufe 36 und dem Potentiometer 47 ausgegebenen Signale an die Grenzdetektorstufe 5o. Diese enthält einen Komparator 51, der vorzugsweise den oben beschriebenen Komparatoren ähnelt» Die von der Strombegrenzungsstufe 36 und dem Potentiometer 47 erhaltenen Signale werden über die Trenndioden 48 und 49 zum nichtinvertierenden Eingang des Komparators 51 geführt. Dieser Anschluß ist ferner über einen Filterkondensator 52 an einen Bezugsspannungspunkt angeschlossen, und ein Widerstand 53 bildet ein Rückführungssignal vom Ausgangsanschluß des Komparators zum invertierenden Eingang desselben. Ein dem Stromfluß durch den Gleichstrommotor 13 entsprechendes Signal wird über einen Widerstand 54 von einer Stromsignalverstärkungsstufe 55 empfangen.

Der Stromsignalverstärkungsstufe 55 wird-ein Spannungsabfall zugeführt, der an dem in Reihe zum Motor 13 liegenden ohmschen Shuntwiderstand .14 auftritt. Diese. Stufe enthält einen Komparator 56 der oben beschriebenen Art, wobei ein Widerstand 57 einen Rückführungspfad zwischen dem Ausgangsanschluß des Komparators und dem

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invertierenden Anschluß desselben bildet. Signale werden dem invertierenden Anschluß über einen Widerstand 58 und dem nichtinvertierenden Anschluß über einen Widerstand 59 zugeführt. Die invertierenden und nichtinvertierenden Anschlüsse werden an einen Bezugsspannungspunkt mittels entsprechender VorSpannungswiderstände ■ 6o und 61 angekoppelt.

Im Betrieb wird der Schieber bzw. Abgriff des Geschwindigkeitssteuerungspotentiometers 24 bis zu einer dem erwünschten Betriebspunkt entsprechenden Position nach oben verschoben. Durch das Anwachsen der zugeführten Spannung wird der Komparator 27 in die Sättigung getrieben, wobei an seinem Ausgangsanschluß das erhältliche Vorspannungspotential von 12 Volt auftritt. Dadurch wird ein im wesentlichen linearer Ladevorgang des Kondensators 32 bewirkt, bis die Spannung desselben derjenigen des Potentiometers 24 entspricht. Die vom Kondensator 32 und den Widerständen 28 sowie 29 gebildete Zeitkonstante bestimmt die maximale Rate, mit der die der Tast- oder Torsteuerung 22 zugeführte Spannung ansteigt, wes- · halb die Zeitkonstante somit die erforderliche gesteuerte Beschleunigungscharakteristik bildet.

Wenn der Abgriff oder Schieber des Potentiometers 24 nach unten verschoben wird, und zwar entsprechend einem Befehl für eine verminderte Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl, wird der Komparator 27 in die negative Sättigung getrieben. Am Ausgängsanschluß erscheint eine Spannung von minus 12 Volt, die ein Entladen des Kondensators 32 über den Widerstand 3o und die Diode 31 bewirkt. Auf diese Weise kann der Wert des Widerstandes 3o wesentlich kleiner als derjenige der Widerstände 28, 29 gemacht werden, um die Entladungsrate des Kondensators 32 zu beschleunigen. Die am Kondensator 32 erscheinende Spannung wird direkt zum invertierenden Eingang des Komparators 27 zurückgeführt, so daß der Komparator einen Ruhezustand einnimmt, wenn die Spannung am Kondensator 32 derjenigen am Potentiometer 24 gleicht.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die der Taststeuerung 22 zugeführte Steuerspannung bipolar, das heißt sie beginnt bei einem

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negativen Spannungswert und wächst progressiv bis zu einem maximalen, positiven Spannungswert. Während dieser Vorgang charakteristisch für einen erfolgreich getesteten Kreis ist, ist er nicht unbedingt erforderlich, und die Taststeuerung 22 kann auch zufriedenstellend in Abhängigkeit von irgendeinem geeigneten Signal betrieben werden.

Bei einem Wechsel des zugeführten Steuersignals ändert die Taststeuerung 22 die Tastung und Umschaltung des Thyristors 2o, um dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von dem zugeführten Steuersignal einzustellen. Bei der vorliegenden Ausführungsform bewirkt ein Spannungsanstieg der Geschwindigkeitssteuerung 24 eine relativ lineare Zunahme der Spannung am Kondensator 32, was wiederum zu einer entsprechenden Zunahme des Tastverhältnisses des Thyristors 2o führt. Hierdurch werden die dem Motor 13 zugeführte Effektivspannung vergrößert.und je nach dem Verwendungsfall eine Vergrößerung der vom Motor gelieferten Leistung erzielt.

Die Änderung des der Thyristorsteuerung 22 zugeleiteten Signalspannungspegels wird auch über eine der Dioden 37, 39 und einen der zugeordneten Widerstände 38 und 4o zum invertierenden Anschluß des Komparators 41 geführt« Bei der dargestellten Ausführungsform haben Änderungen der Steuerspannung bis zu einem Pegel entsprechend einem Tastverhältnis von etwa 5o % eine negative Polarität in bezug auf einen Bezugsspannungspunkt. Steuersignale im Zusammenhang mit einem größeren Tastverhältnis als 5o % haben eine positive Polarität. Aus diesem Grunde sind die Dioden 37 und 39 entgegengesetzt angekoppelt. Die Widerstände 38 und 4o haben jedoch wesentlich unterschiedliche Werte, so daß das Ansprechen des Komparators 41 auf Steuersignale entsprechend variiert, je nach dem, ob solche Signale oberhalb oder unterhalb des 5o % Tastverhältnisses liegen.

Bei einem Ansteigen des dem invertierenden Anschluß vom Komparator 41 zugeführten Spannungssignals fällt das Ausgangssignal des Komparators (bzw. steigt im negativen Sinne) in bezug auf den Spannungspegel des invertierenden Anschlusses vom Grenzdetektorkomparator 51. Gleichzeitig empfängt der invertierende Anschluß des Kom-

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parators 51 ein vom Stromsignalverstärker 55 abgegebenes Signal, das in Abhängigkeit vom Stromfluß durch den Motor 12 verändert wi-rd. Es ist somit ersichtlich, daß sich der Betrieb des Komparators 51 als Funktion des Tastverhältnisses vom Thyristor 2o und des erfaßten Stromflusses durch den Motor 13 verändert. Das vom Komparator 51 ausgegebene Signal steigt daher in negativem Sinne bei einer Zunahme des Motorstroms und einer Zunahme des Tastverhältnisses. Sofern die Kombination des Stromsignals und des Tastverhältnissignals das vom Komparator 51 ausgegebene Signal dazu veranlassen, unter die Spannung vom Kondensator 32 zu fallen, wird die Diode 33 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und es ergibt sich ein Entladungspfad des Kondensators 32 über den Widerstand 34. Aufgrund der RC-Zeitkonstante des sich ergebenden Entladungskreises wird die Änderung im Tastverhältnissteuersignal gedämpft, so daß eine Oszillation des Systems vermieden wird.

Durch geeignete Auswahl der Schaltkreiswerte kann eine erwünschte Beziehung zwischen dem erfaßten Motorstrom und dem Tastverhältnis erreicht werden, so daß sich die Spannung,■auf die der Kondensator 32 durch die Grenzdetektorstufe 5o begrenzt ist, als lineare Funktion sowohl des Motorstroms als auch des Tastverhältnisses ändert.

Wenn eine Anzahl von Kreisen zwischen dem Ausgang des Beschleunigungssteuerkreises 26 und dem Komparator 41 des Stromgrenzssignalkreises angeordnet wird, kann eine entsprechende Anzahl linearer Beziehungen für verschiedene Bereiche des Tastverhältnissteuersignals geschaffen werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine erste lineare Beziehung für Steuersignale mit negativer Polarität (unter 5o %) durch die Diode 39 und den Widerstand 4o gebildet. Eine zweite Beziehung für positive Steuersignale ergibt sich durch die Diode 37 und den Widerstand 38. Wenn der Wert des Widerstands 4o beträchtlich größer als derjenige des Widerstands 3 8 gewählt wird, ergibt sich ein Paar linearer Beziehungen, wobei das maximal zulässige Tastverhältnis mit zunehmendem Strom wesentlich stärker bei Tastverhältnissen unter ·5ο % als bei solchen über 5o % abnimmt.

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- Io -

Die obige Beziehung ergibt sich deutlicher aus der Darstellung in Figur 2, in der eine Reihe von Kurven T, ..-..T die linearen Verhältnisse zwischen dem Motorstrom und dem Tastverhältnis (entsprechend der prozentualen Durchschaltzeit) aufzeigt, woraus sich die Betriebsgrenzen des Schaltregulierungssystems ergeben. Eine mit 'absolutes Maximum¹ bezeichnete Kurve ergibt einen maximalen Stromwert, der zum Vermeiden einer Zerstörung der Kreiskomponenten einstellbar ist.

Gemäß Figur 1 liegt an einem zweiten Eingang des invertierenden Anschlusses vom Komparator 41 der Stromgrenzsignalstufe der am Thermistor 44 auftretende Spannungsabfall an. Der Thermistor 44 kann irgendein geeignetes handelsübliches Glied sein und hat vorzugsweise einen charakteristischen Widerstand, der beim Anstieg der Temperatur über einen vorbestimmten Wert plötzlich steigt. In jedem Fall bewirkt eine Vergrößerung der Betriebstemperatur des Thyristors 2o einen Spannungsanstieg am Thermistor 44, was wiederum zu einem Anstieg der dem invertierenden Anschluß des Komparator s 41 zugeleiteten Spannung führt. Das vom Komparator 41 über die Trenndiode 4 8 zum nichtinvertierenden Anschluß des Kornparators 51 geleitete, zunehmend negative Signal führt wiederum zu einem Anstieg des vom Komparator 51 erzeugten negativen Signals. Auf diese Weise wird das am Kondensator 32 erscheinende zulässige Tastverhältnissteuersignal auf einen niedrigeren Wert gezwungen, was den Anstieg der Thyristortemperatur wiedergibt. Der Thermistor 44 führt somit einen zusätzlichen Faktor in das System ein, der die charakteristische Kurve aus Figur 2 verlagert, was die zulässige Beziehung zwischen dem Strom und dem Tastverhältnis wiedergibt. Diese Verlagerung ergibt sich aus Figur 2, in der eine Reihe von mit T. bis T bezeichneten Kurven das maximal zulässige Tastverhältnis für einen gegebenen Motorstrom über einen Bereich progressiv zunehmender Thyristortemperaturen wiedergibt.

Ein weiterer Zwang für den Betrieb eines schaltenden Regelsystems vom Thyristortyp ist die maximale Spannung, die von der für das Kommutieren des Thyristors gebildeten Kapazität aufgenommen werden kann. Aus diesem Grunde hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,

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ein invariantes, maximales Stromsignal für das System zu bilden. Im dargestellten System wird dieses Signal vom Potentiometer 47 abgeleitet. Eine Isolations- bzw. Trenndiode 49, die das Potentiometer 47 an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Komparators 51 ankoppelt, soll sicherstellen, daß das am nichtinvertierenden Anschluß des Komparators 51 erscheinende·Potential nicht über einen vorbestimmten Wert ansteigt, nämlich über die am Potentiometer 47 eingestellte Spannung. Dieser voreingestellte Referenzpegel stellt sicher, daß der Motorstrom einen vorbestimmten maximalen Pegel nicht überschreitet, und zwar ohne Rücksicht auf das von der Geschwindigkeitssteuerung 24 geforderte Tastverhältnis.

Aus Figur 2 ergibt sich, daß die durch das Rückführungssystem, welches das Tastverhältnis und den Motorstrom überwacht, gebildete lineare Beziehung vorherrscht ymd zum Begrenzen des zulässigen Motorstromes bei Tastverhältnissen dient, die über etwa 25 % liegen und einen Wert unterhalb eines vorbestimmten absoluten Maximalwerts begründen. Wenn beispielsweise irgendeine invariante, absolute Maximalgrenze vorgegeben wird, kann diese nicht größer als der unter allen Zuständen zulässige Maximalstrom sein. Da sich der zulässige Strom mit dem Tastverhältnis ändert, würde das System, wenn der feste Maximalwert den maximal zulässigen Strom für große Tastverhältnisse wiedergeben würde, eine große Stromrate für kleine Tastverhältnisse verhindern, obwohl für solche Verhältnisse ein relativ großer Strom zulässig ist. In ähnlicher Weise würde dann, wenn ein absolutes Maximum entsprechend dem für relativ kleine Tastverhältnisse zulässig.. Strom eingestellt wird, ein solche's Maximum viel zu groß fü- axr.ei Betrieb während großer Tastverhältnisse des Thyristors sein. Da ferner der absolute Maximalstr Dir. von der Fähigkeit eines Kommutierungskondensators abhängt, ein·; Spannung auszuhalten, wobei diese Eigenschaft in keiner Bezienung zur Thyristortemperatur steht, ist es bevorzugt, einen maximalen Stromwert festzulegen und aufrechtzuerhalten, der nicht mit der Thyristortemperatur schwankt.

Mi -.eis eines 'Knicks' oder einer Unregelmäßigkeit in der den ma- :ϊγλ1 zulässigen Strom als Funktion des Tastverhältnisses dar-

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stellenden Kurve wird das äußerste Stromführungsvermögen des Thyristors nahezu vollständig ausgenutzt» Obwohl zwar die Steigungen der schneidenden Linien*,, die die Kurven darstellen, für jede bestimmte Anwendung verändert werden können, wurde gefunden, daß eine Kombination zweier solcher linearer Kurven das berechnete maximale Stromführungsvermögen der meisten handelsüblichen Thyristoren stark annähert. Insbesondere wurde durch mathematische Analyse gefunden, daß die Stromführungsfähigkeiten eines Thyristors bei vorgegebener Temperatur dadurch gut angenähert werden können, daß der maximale Motorstrom als Funktion des Tastverhältnisses durch zwei lineare und sich etwa bei einem Tastverhältnis von 50 % schneidende Kurven dargestellt wird. Die aufgezeigte Versetzung der Kurve als Punktion der Temperatur führt zu einer·Aufrechterhaltung des maximal zulässigen Stroms bei Änderungen der Thyristortemperatur.

Das beschriebene verbesserte Strombegrenzungssystem sorgt für eine zusammengesetzte Stromgrenze, wobei der Motorstrom und die prozentuale Einschaltzeit des schaltenden Rege.lthyristors berücksichtigt' werden, um eine Stromgrenzcharakteristik zu schaffen, die den berechneten maximalen Stromführungsfähigkeiten des Thyristors eng angenähert ist. Zusätzlich sind Mittel zum Verschieben der zuvor genannten Kurven ohne Änderung einer vorbestimmten, absoluten Grenze für den Stromfluß vorgesehen, wobei die absolute Grenze Begrenzungen von Teilen der Schaltungsanordnung wiedergibt, die vom Thyristor selbst getrennt sind.

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Claims

Patentansprüche

1» Strombegrenzungssystem für einen Impulsregler mit einer Festkörperschalteinrichtung zum Bemessen der einer Gleichstromlast von einer Gleichstromquelle zugeführten Leistung, gekennzeichnet durch Mittel (14) zum Erfassen des Laststromes und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals, durch eine Taststeuerung (22) zum Steuern des Tastverhältnisses der Festkörperschalteinrichtung (2o) als Funktion eines Steuersignals, durch einen Leistungssteuerkreis zum Zuführen eines Steuersignals entsprechend einem erwünschten Tastverhältnis zur Taststeuerung, durch eine Stromgrenzsignalstufe (36), ferner durch Mittel zum Ankoppeln des Leistungssteuerkreises an die Stromgrenzsignalstufe (36) und durch einen Stromgrenzdetektor (5o) zum Aufnehmen von Signalen von der Laststromerfassungseinrichtung und der Stromgrenzsignalstufe, wobei der Grenzdetektor ein Signal an den Leistungssteuerkreis zur Betriebsbeeinflussung desselben abgibt.
2. System nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine sich in thermischer Beziehung zur Festkörperschalteinrichtung (2o) befindende Temperaturabtasteinrichtung (44), die an die Stromgrenzsignalstufe (36) angekoppelt ist, um deren Ausgangssignal in Abhängigkeit von Temperaturänderungen der Festkörperschalteinrichtung zu verändern.
3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Maximalgrenzsignalkreis (46, 47) zum Erzeugen eines einem maximal zulässigen Stroms entsprechenden Signals und durch Mittel zum Ankoppeln dieses Kreises an den Stromgrenzdetektor (5o).
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromgrenzsignalstufe (36) Ausgangssignale erzeugt, die in einem ersten Bereich in einer ersten Beziehung und in einem zweiten Bereich in einer zweiten Beziehung zu. den Steuersignalen stehen.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fest-

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körperschalteinrichtung (2o) einen Thyristor enthält und daß die Stromgrenzsignalstufe (36) ein sich in Abhängigkeit vom Tastverhältnis änderndes Pilotgrenzsignal erzeugt.
6. System nach Ansprüchen 2 und 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Ankoppeln des Temperatursignals an den Stromgrenzsignalkreis, damit sich das Pilotgrenzsignal in teilweiser Abhängigkeit von der Thyristortemperatur verändert-
7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das

Pilotgrenzsignal für Tastverhältnisse unter einem vorbestimmten

Geschwindigkeit . ■ . , ■ Wert mit einer ersten "v/ und für Tastverhaltnisse über dem

Geschwindigkeit vorbestimmten Wert mit einer zweiten ^^ ändert«
8. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (24) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssteuersignals und durch einen gesteuerten sowie auf das Geschwindigkeitssteuersignal ansprechenden Beschleunigungskreis (2.6) zum Erzeugen eines Steuersignals, das ein gewünschtes Tastverhältnis dar- · stellt.

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