DE2605164A1 - Elektrischer leistungsregler - Google Patents

Description

PATENTAIWVAL".Έ A. G^ÜNECKER

OF- 'NO.

H. KlNKEUDEY

W. STOCKMAIR

OR ING. A*E ICALTHCHl

K. SCHUMANN

DfI RER NAT - DIPU-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL-INa

G. BEZOLD

OH. RER NAT - CtF=L-CHEM

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER C€C ING

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

10. Feb. 1976 P 10 102

LINDAU

GOULD ING.

Gould Center, Rolling Meadows,

Illinois 60008, USA

Elektrischer leistungsregler

Die Erfindung betrifft elektrische Leistungsregler.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen elektrischen Leistungsregler zur Verbindung mit einer Hoehleistungsstromquelle, mit einer Zerhackerschaltung, die mehrere Zerhaekerzweige aufweist, die so geschaltet sind, daß sie mit dem Strom der Gleichstromquelle versorgt werden und yon denen jeder eine Schalteinrichtung zur Steuerung des durchfließenden Stromes aufweist, mit einer Steuerung zum An- und Abschalten der Schalteinrichtung in einer be-

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TELEFON (089) 22 28 62 TELEX OS-29 38Ο TELEGRAMME MONAPAT

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stimmten Reihenfolge und mit einem Regler für das Tastverhältnis zum Regeln der durch die Steuerung erlaubten Leitungszeit jeder Schalteinrichtung, der gekennzeichnet ist durch einen Schnittstellen- "bzw. Saugtransformator £interphase transformer^, der die Ausgangssignale aller Zerhackerzweige kombiniert und ein einziges Zerhackerausgangssignal erzeugt, wobei der Regler für das Tastverhältnis derart programmiert ist, daß er die Leitungszeit in jedem Zweig gleich groß hält, wodurch ein nahezu gleicher mittlerer Ausgangsgleichstrom in jedem Zweig erzeugt wird und eine Sättigung des Schnittstellentransformato rs damit verhindert wird.

Durch die Erfindung wird weiterhin ein leistungsregler geliefert, der gekennzeichnet ist durch einen Zerhacker, dessen Eingang mit einer Speicherbatterie verbunden ist, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern des Tastverhältnisses des Zerhackers zur Steuerung der mittleren Spannung an dessen Ausgang, wobei eine Last mit dem Ausgang des Zerhackers verbunden ist, die einen mittleren Strom in Abhängigkeit vom mittleren Spannungspegel am Ausgang des Zerhackers aufnimmt, der Zerhacker so geschaltet ist, daß er einen Effektivstrom von der Batterie über deren Innenwiderstand aufnimmt und den mittleren Strom der last liefert und wobei der Zerhacker zwei Zerhackerzweige aufweist, die außer Phase zueinander arbeiten sowie Einrichtungen vorgesehen sind, die die jeweiligen Aasgangssignale der außer Phase befindlichen Zweige kombinieren, um dadurch den mittleren Strom bezüglich des Effektivstromes zu erhöhen·

Gegenstand der Erfindung ist darüberhinaus ein elektrischer leistungsregler zur Verwendung mit einer Hochleistungsgleichstromquelle, der gekennzeichnet ist durch einen Doppelzerhacker mit einem ersten und einem zweiten Zerhackerkreis, in die jeweils ein erster und ein zweiter gesteuerter Thyristor geschaltet sind, wobei die Zweige mit der Gleichstromquelle verbunden sind, durch eine erste und eine

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zweite Kommutierungseinriclitung, die den jeweiligen Zweigen des Zerhackers zugeordnet sind und die Thyristoren des Zerhackers kommutieren, wobei jede Kommutierungsein- richtung einen kommutierenden gesteuerten Thyristor enthält, durch einen Schnittstellentransformator zum Kombinieren der Ausgangssignale der jeweiligen Zerhackerkreise zu einem einzigen Zerhaekerausgangssignal und durch eine ein Steuersignal erzeugende Einrichtung.zum Ansteuern aller Steuerelektroden der Thyristoren, wobei die ein Steuersignal erzeugende Einrichtung eine Einrichtung zum Ändern des Ein-/ Aus-Zeitverhältnisses des ersten Zerhackerzweiges und eine Einrichtung enthält, die bewirkt, daß das Ein-/Aus-Zeitverhältnis für den zweiten Zerhackerkreis dem des ersten Zerhackerkreises entspricht, wodurch das Tastverhältnis in den jeweiligen Zweigen synchron verändert wird, um zu vermeiden, daß ein mittlerer Gleichstrom zwischen den jeweiligen Zerhackerkreisen durch den Schnittstellentransformator.fließt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt das Sehaltbild der Zerhackerscnaltung·

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerung für die in Figur 1 dargestellte Zerhackerschaltung.

Figur 3a und 3b zeigen mehr ins Einzelne gehende Schalt- und Blockschaltbilder der Zerhackerschaltung und der Steuerung von Figur 1 und Figur 2.

Figur 4 zeigt die schematische Darstellung eines Schnittsteülentransformators der Zerhackerschaltung von Figur 1 una 3·

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In Fig. 1 ist eine Doppelzerhackerschaltung 20 dargestellt, die einen Schnittstellentransformator 21 aufweist, um die Ausgangssignale der jeweiligen Zweige 22, 23 der Zerhakkerschaltung zu kombinieren. Zur Steuerung der leitung in den jeweiligen Zweigen sind zwei Tyristoren vorgesehen, die in Figur 1 mit SCE 24-, 25 bezeichnet sind. Die Kommutierungselemente zum Unterbrechen der Stromleitung ' in den zugehörigen Schaltungszweigen bestehen aus einer Induktivität 26-1 und einer Diode 27 im Zweig 22 und aus einer Induktivität 28-1 und einer Diode 29 im Zweig 23.

Um die Ausgangssignale der Zweige 22, 23 des Zerhackers zu kombinieren, weist der Saugtransformator 21 zwei ¥ieklungen 30, 31 auf, die zwischen die jeweiligen Zweige und einen gemeinsamen Verbindungspunkt 32 geschaltet sind. Ein derartiger Saugtransformator kann die augenblicklichen Unterschiede in der Gleichspannung zwischen den Zweigen 22, 23 aufnehmen und ein mittleres Ausgangssignal erzeugen. Aus den folgenden Ausführungen wird sich jedoch ergeben, daß bei der Verwendung eines derartigen Saugtransformators die mittleren Gleichspannungsausgangssignale der Zweige 22 und 23 auf nahezu gleichem Pegel gehalten werden müssen, um zu vermeiden, daß ein mittlerer Gleichstrom durch die Wicklungen 30 und 31 fließt, der zur Sättigung des Saugtransformators führen würde.

Aus der Tatsache, daß die Umschaltung im Zerhacker 20 außerordentlich schnell erfolgt, ergibt sich, daß eine solche Schaltung hochfrequente Einschaltstöße erzeugt. Es ist im allgemeinen notwendig, zu verhindern, daß diese Einsehältstöße an bestimmten Arten der elektrischen lasten, beispielsweise an kapazitiven lasten oder Batterielasten liegen. Dazu ist eine Induktivität 33 zwischen dem Verbindungspunkt 32 und die schematisch mit 34 bezeichnete last

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geschaltet. Wie es im folgenden mehr im einzelnen beschrieben wird, besteht die Induktivität 33 nicht eigentlich aus einer Spule, sondern wird die Induktionswirkung durch einen magnetischen Nebenschluß im Saugtransformator 21 erzielt. Das hat zur 3?olge, daß der Saugtransformator die Funktion von drei getrennten magnetischen Elementen erfüllt, wodurch die Kosten, die G-röße und das Gewicht der gesamten Anlage verringert werden. Zur Erläuterung der Wirkung des magnetischen Nebenschlusses besteht die dargestellte Last 34 aus einer Ohm^schen Last 35 und einer induktiven Last 36 mit einer geringeren Gleichstromimpedanz als die Last 35 sowie einem Schalter 37» um wahlweise den Ausgang 38 des Zerhackers mit den jeweiligen Lasten zu verbinden.

Um eine Spannung in den Spulen 26-1 und 28-1 zum Kommutieren des SCR 24, 25 zu induzieren, ist eine Einrichtung vorgesehen, die einen Stromimpuls in einem magnetisch mit den Spulen gekoppelten Element erzeugt. Diese Einrichtung ist als kommutierender Inverter 40 dargestellt. Die Primärspulen für die Spulen 26-1 und 23-1, nämlich die Spulen 26-2 und 28-2 können in Resonanz zu den Kondensatoren 41, 42 unter der Steuerung der Tyristoren 43, 44 schwingen. Wenn beispielsweise der SCR 24 in der Zerhackerschaltung kommutiert werden soll, wird der SCR 43 angesteuert, was dazu führt, daß die Kondensatoren 41, 42 sich schnell über den SCR 43 und die Induktivität 26-2 entladen. Das Windungsverhältnis zwischen den Induktivitäten 26-1 und 26-2 ist derart gewählt und die Windungen sind derart zueinander in Phase gebracht, daß die in der Induktivität 26-1" erzeugte Spannung das Gleichspannungspotential der Energiequelle übertrifft, wodurch der SCR 24 in Sperrrichtung vorgespannt wird, so daß er kommutiert. In ähnlicher Weise dient ein Strompuls durch die Induktivität

23-2, der durch ein Ansteuern des kommutierenden SCR 44 verursacht wird, dazu, eine zum Kommutieren des SCR.25 ausreichende Spannung über der Induktivität 28-1 zu erzeugen. Um das Aufbauen einer übermäßig großen Spannung an den Kondensatoren 41, 42 zu verhindern, sind jeweils Klemmeinrichtungen vorgesehen, die Spulen 26-3 und 28-3 und ihre zugehörigen Klemmdioden 45» 46 einschließen. Das Windungsverhältηis zwischen den Primärwicklungen 26-2 und 28-2 und ihren jeweiligen Sekundärwicklungen 26-3 und 28-3 ist derart gewählt und die Wicklungen sind derart zueinander in Phase gesetzt, daß die über den Klemmspulen auftretende Spannung die Batteriespannung übertrifft und die Klemmdiode zu einem bestimmten Zeitpunkt in Sperrichtung vorspannt, nachdem eine ausreichende Energiemenge zur Durchführung der nächsten Kommutierung in der kommutierenden Schaltung gespeichert ist.

Wenn als Ausgangs element für einen Doppelzerhacker in der oben beschriebenen Weise ein Saugtransformator verwandt wird, ist es wichtig, die Ausgangssignale der jeweiligen Zweige des Zerhackers auf nahezu demselben Pegel zu halten. Wenn beispielsweise der mittlere Gleichspannungspegel am Ausgang des Zweiges 22 größer als der des Zweiges. 23 wäre, so würde eine Gleichstromkomponente auftreten, die vom Zweig 22 über die Spule 30 und die Spule 31 zum Zweig 23 fließen würde. Ein derartiger Gleichstrom würde zur Sättigung des Saugtransformators führen, so daß er seine Punktion nicht mehr richtig erfüllen könnte.

Da der Pegel des Ausgangssignals jedes Zweiges &es Zerhackers von dem Tastverhältnis abhängt, mit dem der darin enthaltene Tyristor arbeitet, ist eine Einrichtung vorgesehen, die die !astverhältnisse der jeweiligen Zweige aufeinander abstimmt. Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuerschaltung, die unter den oben ge-

nannten Beschränkungen arbeiten kann, ist in Figur 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die in Figur 2 dargestellte Schaltung mit einer konstanten Kommutierungsfrequenz arbeitet und das Tastverhältnis dadurch ändert, daß die Phase der Zerhackerzündung bezüglich der festen Frequenz des kommutierenden Inverters verstellt wird. Es ist jedoch festzuhalten, daß auch andere Arten von Steuerungen des Tastverhältnisses einschließlich frequenzveränderliche Steuerungen und Steuerungen auf der Grundlage analoger Prinzipien verwandt werden können.

Um eine Zeitbasis für die Steuerschaltung zu erhalten, ist ein Oszillator 50 vorgesehen, der auf einer relativ hohen Frequenz von beispielsweise 500 kHz arbeitet und dessen Ausgangsimpulssignal am Taktimpulseingang eines Zählers 51 und eines ähnlichen verzögerten Zählers 54 liegt. Die Zähler 51 und 54- sind im Auf bau identisch, der Unterschied in ihrer Arbeitsweise ergibt sich aus der Art, in der sie in die Schaltung geschaltet sind. Der Zähler enthält eine Anzahl binärer Stufen zum Teilen der Frequenz des Oszillators 50, um eine Grundarbeitsfrequenz für den Zerhacker zu liefern. Wenn beispielsweise zehn binäre Stufen vorgesehen sind, ist das Ausgangesignal des Zählers an seinem bedeutendsten binären Ausgang eine Rechteckwelle von annähernd 500 Hz. Da der Zähler 51 ohne Unterbrechungen periodisch arbeiten kann, ist sein Ausgangssignal eine reine rechteckförmige Welle mit einem jeder vollständigen Periode des Zählers entsprechenden Übergang. Zwei Steuerimpulstreiberschaltungen 52, 53 stehen mit dem Ausgang des Zählers 51 in Terbindung und werden über diesen betrieben, um die SCR 43, 44 jeweils anzusteuern. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, spricht die Steuerimpulstreiberschaltung 52 auf die abfallende Flanke des Zäh-

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lersignals an, während die Steuerimpulstreiberschaltung 53 auf die ansteigende Flanke anspricht. Daraus ergibt sich, daß die Zähler über die Steuerimpulstreiberschaltungen 52, 53 wechselweise die SCE 43, 44 ansteuern, um somit die Grundarbeitsfrequenz des Zerhackers festzulegen.

Wie bereits erwähnt, wird das Tastverhältnis des Zerhakkers dadurch bestimmt und verändert, daß der Zündzeitpunkt, an dem der SCH des Zerhackers gezündet wird, gegenüber dem Zündzeitpunkt des zugehörigen kommutierenden SCE vorverschoben wird. Wenn beispielsweise ein relativ geringes !Tastverhältnis erforderlich wäre, würde der SCE kurz vor dem Zünden des SCR 43 gezündet und würde der SCR 25 eine identische Zeitspanne vor dem Zünden des SCR 44 gezündet. Wenn das Tastverhältnis er&öht werden soll, werden die SCR 24 und 25 noch eher als die zugehörigen kommutierenden SCR gezündet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein am Eingang 55 geliefertes äußeres Steuersignal zur Steuerung des Tastverhältnisses des Zerhackers verwandt. Dieses Eingangssignal dient als erstes Eingangssignal eines phasenverzögerten !Comparators 56. Das zweite Eingangssignal für den Komparator 56 wird von einem Digitalanalogwandler 57 geliefert. Am Digitalanalogwandler 57 liegen die binären Ausgangssignale des Zählers 51» so daß er auf die fortlaufende Rückführung des Zählers 51 anspricht und ein sägezahnförmiges Rückführsignal in Porm einer sägezahnförmigen Welle erzeugt. Der phasenverzögerte Komparator 56 vergleicht das sägezahnförmige Signal am Eingang 58 und das Steuersignal am Eingang 55 und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn diese Signale einander entsprechen.

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Dieses Ausgangssignal liegt am verzögerten Zähler 54 und dient dazu, diesen Zähler aus seinem rückgesetzten Zustand zu bringen. Das Ausgangesignal liegt auch, an einer Steuerimpulstreiberschaltung 59, die zum Zünden des SCR 24 dient. Daraus ergibt sich, daß die Anzahl der Zählvorgänge, die erforderlich ist, um den Zähler 51 von dem Zeitpunkt an zu füllen, an dem der phasenverzögerte Komparator betätigt wird, ein Maß für die Zeit zwischen dem Zünden des SCR 24 und seines zugehörigen kommutierenden SCR 43 ist. Da der verzögerte Zähler 54 im rückgesetzten Zustand gehalten wird, bis der SCR 24 ausgelöst wird, ist der Zählerstand im verzögerten Zähler 54 um einen Wert kleiner als der Zählerstand im Zähler 51, der gleich dem Zählerstand im Zähler 51 zum Zeitpunkt des Zündens des SCR 24 ist. Wenn 'sich somit der Zähler 51 füllt, um den SCR 43 zu zünden, benötigt der verzögerte Zähler 54 noch eine Anzahl von Taktimpulsen, die gleich dem Zählerstand im Zähler 51 zum Zeitpunkt des Zündens des SCR 24 ist, bevor er gefüllt ist und an seinem bedeutendsten binären Ausgang ein Signal zum Erregen der Steuerimpulstreiberschaltung 60 erzeugt. Mit anderen Worten ist der Unterschied zwischen dem Zählerstand im Zähler 51 und dem Zählerstand im verzögerten Zähler 54 ein Maß für die Einschaltperiode des Zweiges 22. Der verzögerte Zähler dient dazu, die Einschaltperiode des Zweiges 23 digital an diesen Wert anzupassen. Als Polge davon wird die Vorverschiebung des Zeitpunktes der Zündung der SCR 24 und gleich groß gehalten, indem die Zähler 51 und 54 um einen Betrag außer Phase arbeiten, der der Torverschiebung entspricht. Die Größe der Vorverschiebung des Zündzeitpunktes des SCR 24 ist durch den Pegel des am Eingang 55 gelieferten Steuersignals bestimmt. Die Zählschaltung dient dazu, die Vorversehiebung des Zündzeitpunktes des SCR 25 an die Vorverschiebung des Zündzeitpunktes des SCR 24 anzupassen.

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In der mehr ins einzelne gehenden Darstellung der Schaltung in Figur 3a und 3 b ist eine Verbindung zwischen dem Steuerteil und dem Hetzteil dargestellt, um den Zerhacker mit seinen jeweiligen Hälften außer Phase, jedoch auf dem gleichen Tastverhältnis zu betreiben. Einige Bauelemente sind in den Figuren 3a und 3b nur schematisch, dargestellt, da diese Elemente üblich sind und in verschiedenster Weise ausgeführt werden können. In Figur 3b ist der Fetz- oder Leistungsteil der Schaltung mit dem Zerhakker 20 und dem kommutierenden Inverter 40 dargestellt. Während die Anordnung bestimmter Bauelemente sich von der in Figur 1 dargestellten Anordnung unterscheidet, um als Bezug die positive Sammelschiene zu verwenden, arbeitet die .Gesamtschaltung in der gleichen Weise, wie es oben beschrieben wurde.

Der Taktimpulsausgang des HauptOszillators 50 für die Zeitbasis in Figur 3 steht mit dem Zähler 51 und dem verzögerten Zähler 54· in Verbindung. Der bedeutendste binäre Ausgang 60 des Zählers 56 ist direkt an den Taktimpulseingang eines Flip-Flop 61 und über einen Inverter 62 an den Taktimpulseingang eines Flip-Flop 63 angeschaltet. Somit wird das Flip-Flop 63 an der abfallenden Flanke des Signals am Ausgang 60 ausgelöst, während das Flip-Flop 61 an der ansteigenden Flanke ausgelöst wird. Die ^-Ausgänge der Flip-Flops 61, 63 sind mit den Steuertreiberschaltungen 64, 65 jeweils verbunden. Die Steuertreiberschaltung 64 liefert ihrerseits ein Steuersignal dem kommutierenden SOR 43, während die Steuertreiberschaltung 65 in ähnlicher Weise den SCR 44 ansteuert. Bei dem beschriebenen Aufbau werden die SCR des kommutierenden Inverters mit einer festen Frequenz und um 180° außer Phase angesteuert, wie es im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde.

Die Ausgänge der "binären Stufen des Zählers 51 sind über jeweilige Widerstände 70 bis 76 mit einem summierenden Verbindungspunkt gekoppelt, der am invertierenden Eingang eines Verstärkers 78 gebildet ist. Die Widerstände 70 bis 76 sind binär bewertet und der Verstärker 78 ist derart vorgespannt, daß an seinem Ausgang ein sägezahnförmiges Signal erzeugt wird, das dem ansteigenden Zählerstand im "Zähler 51 entspricht und bei jedem Zyklus des Zählers zurückgeführt ist. Das auf diese Weise erzeugte sägezahnförmige Signal liegt über einen Widerstand 80 am summierenden Verbindungspunkt am invertierenden Eingang eines Verstärkers 81 des phasenverzögerten !Comparators. Eine ein Steuersignal erzeugende Einrichtung 82 liefert ein zweites Eingangssignal über einen Widerstand 83 zum summierenden Verbindungspunkt. Der Verstärker 81 ist derart vorgespannt, daß sein Ausgangssignal auf einem niedrigen Pegel bleibt, bis das von der Steuereinrichtung 82 erzeugte Steuersignal und das sägezahnförmige Signal über den Widerstand 80 die Spannung am invertierenden Eingang des Verstärkers 81 um einen Betrag verringern, der ausreicht, um das Ausgangssignal des Verstärkers auf einen hohen Pegel zu bringen. Ein Widerstand 84 liefert eine positive Rückkopplung, durch die das Ausgangssignal des Verstärkers 81 auf dem hohen Pegel gehalten wird. Dieses Hochpegelsignal liegt am Setzeingang eines Plip-ilop 85, der darauf anspricht, und dessen Q-Ausgangssignal daraufhin auf einen hohen Pegel kommt, wodurch ein Impulsstoßgenerator 86 betätigt wird. Der Impulsstoßgenerator 86 hat einen herkömmlichen Aufbau und kann eine Reihe von Steuerimpulsen im Abstand voneinander erzeugen, um sicherzustellen, daß der SCR 24 ia der strommäßig hoch belasteten Zerhackerschaltung bestimmt angesteuert wird. Dazu liegen die vom Impulsstoßgenerator 86 erzeugten Impulse über eine Steuertreibersehaltung 87 an der Steuerelektrode des SCR 24. Der SCR 25 ist mit einer ähnlichen Steuerschaltung versehen, die einen Impulsstoß-

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generator 83 und eine Steuertreibersclialtung 39 enthält.

Gleichzeitig mit der Ansteuerung des SCR 24 auf das Setzen des Flip-Flops 85 hin liegt vom Q-Ausgang des Flip-Flop ein Impuls am Rucksetζeingang eines Flip-Flop Der Q-Ausgang des Flip-Flop 90 ist mit dem Rücksetzeingang des verzögerten Zählers 54 verbunden. Daher löst •das Flip-Flop 90 auf das Auslösen des Flip-Flop 85 hin den rückgesetzten Zustand des verzögerten Zählers 54, der bis dahin beibehalten wurde. Der verzögerte Zähler kann nunmehr synchron mit dem Zähler 51 jedoch demgegenüber um eine Anzahl von Zählvorgängen verzögert mit dem Zählen beginnen, die zu dem Tastverhältnis oder Arbeitszyklus des Zweiges 22 in Beziehung steht.

Wenn der Zähler 51 seinen nächsten Zyklus vollendet, hat sein Ausgang 60 über den Inverter 62 die Wirkung, daß das Flip-Flop 63 umschaltet. Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flop löst über die Steuertreiberschaltung 64 den SCR 43 aus, wodurch der SCR 24 kommutiert wird. Der verzögerte Zähler 54, der im Zählerstand um einen Betrag verzögert ist, der der Phasenverschiebung des SCR 24 entspricht, zählt weiter, bis er seinen Zählzyklus vollendet hat. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt er ein Ausgangssignal, das am Setzeingang eines Flip-Flop 92 liegt. In einer der Kooperationen zwischen dem Flip-Flop 85 und dem Impulsstoßgenerator 86 ähnlichen Weise betätigt das Flip-Flop 92 den Impulsstoßgenerator 88, der eine Reihe von Impulsen erzeugt, die über die Steuertreiberschaltang 89 an der Steuerelektrode des SCR 25 liegen. Daher wird der SCR 25 zu einem angemessenen Zeitpunkt leitend, um das Tastverhältnis in den beiden Zweigen des Zerhackers gleich groß zu halten.

Die dargestellte Steuerschaltung erfüllt verschiedene Rücksetzfunktionen, um die Schaltung für die nachfolgenden Arbeitszyklen bereitzumachen. Beispielsweise wird der verzögerte Zähler 54 am Ende seines Arbeitszyklus über die Verbindung zwischen seinem Ausgang und dem Setzeingang des Flip-Flop 90 in seinen rückgesetzten Zustand zurückgeführt. Da, wie bereits erwähnt, der Q-Ausgang des Flip-Flop 90 mit dem Rücksetzeingang des verzögerten Zählers 54 verbunden ist, wird der Zähler im rückgesetzten Zustand immer dann gehalten, wenn das Flip-Flop gesetzt ist. Zum Rücksetzen der Flip-Flops, die die verschiedenen Steuertreiberschaltungen ansteuern, ist ein NAND-Glied 93 vorgesehen, dessen Eingang mit zwei der niedrigeren binären Ausgänge des Zählers 51 verbunden ist,· so daß das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 93 während des Arbeitszyklus des Zählers 51 sehr früh auf einen niederen Pegel kommt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes wird von einem Inverter 94 umgekehrt und an die Rücksetzeingänge der Flip-Flop 61 und 63 gelegt, deren Q-Ausgangssignale daraufhin auf einen niedrigen Pegel kommen. Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flop 63 liegt am Rücksetzeingang des Flip-Flop 85, um dieses Flip-Flop rückzusetzen und den Impulsstoßgenerator 86 zu entregen. In ähnlicher Weise liegt das Q-Ausgangssignal de3 Flip-Flop 61. am Rücksetzeingang des Flip-Flop 92, um dafür zu sorgen, daß das Flip-Flop das Eingangssignal vom Impulsstoßgenerator 88 abnimmt.

In Figur 3 ist lediglich die Verwendung einer Batterie 48 als Energiequelle für die oben beschriebene Zerhackerschaltung dargestellt. Bezüglich dieses Aufbaus ist darauf hinzuweisen, daß es sich gezeigt hat, daß ein Doppelzerhacker die Leistungsfähigkeit erhöht, wenn er als Batterielast arbeitet, da er die dem Innenwiderstand der Batterie zuzuschreibenden Verluste so klein wie möglich hält. Im einzelnen wird die Ausgangsleistung des Zerhackers dadurch moduliert, daß sein Tastverhältnis oder mit anderen Worten, das

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Yerhältnis seiner Ausgangsspannung zur Eingangsspannung verändert wird. Wenn ein Eintaktzerhacker und ein Doppelzerhacker über identische Eingangsspannungen betrieben werden, ist bei jeder geforderten Ausgangsspannung das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom bei einem Eintaktzerhaoker immer höher als bei einem Doppelzerhacker· Da der Innenwiderstand der Batterie nicht vernachlässigbar ist, und der mittlere Strom ein Maß für die der Last gelieferte Leistung ist, während der Effektivstrom die Batterieverluste bestimmt, ist es wünschenswert, das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom so klein wie möglich zu halten. Bei einer Zerhackerschaltung sind der Effektivstrom und der mittlere Strom bei einem Tastverhältnis von 100 $ gleich groß, so daß ihr Verhältnis gleich eins ist. Da bei anderen Tastverhältnissen die Impulshöhe relativ konstant bleibt, während die Impulsbreite abnimmt, steigt das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom mit abnehmendem Tastverhältnis an. Bei jedem Tastverhältnis, außer bei einem Tastverhältnis von 100 #, ist jedoch das Verhältnis des Effektivstromes zum mittleren Strom bei einem Doppelzerhacker immer kleiner als bei einem Eintaktzerhacker. Da die Batterieverluste von dem Quadrat des Effektivstromes abhängen, ist es ersichtlich, daß eine Verringerung dieses Verhältnisses dazu dient, die maximale Leistung bei minimalen Batterieverlusten zu liefern·

Der Aufbau des oben beschriebenen Saugtransformators ist schematisch in Figur 4 dargestellt, die einen Transformatorkern 100 mit zwei Wicklungen 101 und 102 zeigt, der mit zwei äußeren Sehenkeln 103, 104 und einem mittleren Schenkfei 105 ausgebildet ist. Der Eern ist so ausgebildet, daß die Breite aller Schenkel 103, 104 und 105 gleich groß ist. Zusätzlich sind zwischen den Schenkeln 103, 104 und 105 und dem überbrückungsteil 133 Zwischenräume 111, 112, 113 ausgebildet. Die Wicklungen 106, 107 sind an den äußeren Schenkeln 103, 104 angeordnet und weisen einen gemeinsamen Verbindungspunkt

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108 auf, der den Ausgang des Saugtransformators bildet. Die Eingänge des Saugtransformators sind an den freien Enden der Wicklungen 109, 110 ausgebildet.

Der Strom fließt in die jeweiligen Eingänge 109, 110 und aus dem Ausgang 108. Der auf den durchfließenden Strom hin entstehende Fluß im Kern koppelt die Wicklungen 106 und 107, was zu einer Mittlung der Welligkeitsanteile im Zerhackerausgangssignal führt. Der Schenkel 105 bildet einen magnetischen Nebenschluß für die Flußwege und erscheint für den in den Wicklungen fließenden Strom als eine Induktivität, die in Reihe zum Ausgang 108 geschaltet ist. Die durch diesen magnetischen Nebenschluß erreichte induktive Wirkung dient dazu, die last gegenüber hochfrequenten Einschaltstößen im Zerhacker abzutrennen. Der durch den Schenkel gelieferte magnetische Nebenschluß erübrigt dadurch die Notwendigkeit, eine getrennte Glättungsdrossel vorzusehen. Erforderlichenfalls kann der Nebenschluß unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise wenn eine Stromglättung nicht erforderlich ist, gesättigt werden. Da der Strom,an dem der Nebenschluß gesättigt ist, durch die Größe der Zwischenräume 111, 112 und 113 in Zusammenhang mit den anderen magnetischen Abmessungen des Transformators bestimmt ist, kann der Saugtransformator so ausgelegt werden, daß eine Sättigung des Nebenschlusses an irgendeinem gewünschten Strompegel erhalten wird· Das hat nicht nur den Vorteil, daß die Größe des !Transformators dann geringer ist, wenn die Sättigung hingenommen werden kann, sondern daß bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei schnell ansprechenden Servo-Anlagen, eine in Reihe geschaltete Induktivität bei • einem bekannten Strompegel überflüssig ist.

Eine weitere bevorzugte Anwendung eines Saugtransformators für einen Doppelzerhacker ist in der π3-Ρ3Ϊβηί3ηιηβ14ϊΐ2^ 548 911 beschrieben. Bei dem darin beschriebenen Fahrzeug

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wird ein DoppeIzerhacker beim Motorbetrieb zum Regeln des Motors und beim Aufladen zum Wiederaufladen einer Hauptbatterie verwandt. Der Saugtransformator ist so aufgebaut, daß der Nebenschluß während des Motorbetriebes gesättigt werden kann, während er bei den zum Batterieaufladen geforderten geringeren Stromstärken wirkungsvoll den Ausgangsstrom des Zerhackers glättet.

Claims (1)

1. Pat entanspräche

   \\ Elektrischer leistungsregler zur Verbindung mit einer Hochleistungsgleichstromquelle, mit einer Zerhackerschaltung, die mehrere Zerhackerzweige aufweist, die so geschaltet sind, daß sie mit dem Strom der Gleichstromquelle versorgt v/erden und von denen jeder eine Sehalt- . einrichtung zur Steuerung des durchfließenden Stromes aufweist, mit einer Steuerung zum An- und Abschalten der Schalteinrichtung in einer bestimmten Reihenfolge und mit einem Regler für das Tastverhältnis zum Regeln der durch die Steuerung erlaubten Leitungszeit jeder Schalteinrichtung, gekennzeichnet durch einen Schnittstellentransformator (30, 31, 33), der die Ausgangssignale aller Zerhackerzweige (24, 25) kombiniert und ein einziges Zerhackerausgangssignal erzeugt, wobei der Regler (50, 51, 54, 56» 57) für das Tastverhältnis derart programmiert ist, daß er die Leitungszeit in jedem Zweig (24, 25) gleich groß hält, wodurch ein nahezu gleicher mittlerer Ausgangsgleichstrom in jedem Zweig (24, 25) erzeugt wird und eine Sättigung des Schnittstellentransformators (30, 31, 33) damit verhindert wird.

   2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schalteinrichtung (24, 25) einen gesteuerten Gleichrichter umfaßt und daß die Steuerung (64, 65, 87, 89) einen Steuertransformator (26, 28) für jede Schalteinrichtung (24, 25) aufweist, die Sekundärwicklung (26-1, 28-1) jedes Steuertransformators (26, 28) in Reihe zu einem jeweiligen gesteuerten Gleichrichter (24» 25) geschaltet ist, der gesteuerte Gleichrichter (24, 25) auf einen Triggerimpuls an seiner Steuerelektrode durchschaltet und auf eine entgegengesetzte Spannung abschaltet, die durch die Sekundärwicklung (26-1, 28-1) des Steuertransformators (26, 28) induziert wird.

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   3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder gesteuerte Gleichrichter (24, 25) einen Thyristor umfaßt.

   4. Regler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerhacker (20) nur zwei Zerhackerzweige (22, 23) aufweist und daß der Schnittstellentransformator (30, 31, 33) einen Transformatorenkern mit einem ersten und einem zweiten Ausschnitt (101, 102), die zwei äußere Schenkel (103, 104) und einen mittleren Schenkel (105) bilden, und eine erste und eine zweite Wicklung (106, 107) enthält, die auf die jeweiligen äußeren Schenkel (103, 104) gewickelt sind, wobei ein Ende Jeder Wicklung mit dem entsprechenden Ende der anderen Wicklung zur Bildung des Ausganges des Schnittstellentransformators verbunden ist, das andere Ende (109, 110) jeder Wicklung (106, 107) einen Eingang des Schnittstellentransformators bildet und mit einem Zweig (22, 23) des Zerhackers verbunden ist, der mittlere Schenkel (105) einen magnetischen Nebenschluß für den in den jeweiligen äußeren Schenkeln (103, 104) erzeugten Fluß bildet, wo-' durch eine Induktivität (33) simuliert wird, die in Reihe zum Ausgang des Schnittstellentransformators geschaltet ist, und wobei der magnetische Nebenschluß die Wirkung hat, daß er hochfrequente Einschaltstöße begrenzt, die dann erzeugt werden, wenn der Zerhacker (20) an eine induktive . Last (36) gekoppelt ist, jedoch sättigt, wenn der Zerhacker an.eine hochohmige Last (35) angeschlossen ist.

   5. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, "dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (50, 51, 54, 56, 57) für das Tastverhältnis auf ein Signal anspricht, das einen ausgewählten Pegel des Ausgangssignals des Zerhackers (20) anfordert, um die Steuerung (64, 65, 87, 09) mit Steuersignalen zum Einstellen des Tastyerhältnisses der jewei-

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   ligen Zerhackerzweige (22, 23) zu beliefern und auf diese Weise ein Ausgangssignal Tom Zerhacker (20) mit einem Pegel zu erzeugen, der dem gewählten Pegel entspricht,

   6, Regler nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Regler für das Tastverhältnis einen. Oszillator (50) zum Erzeugen von Taktimpulsen und eine digitale Schaltung mit einem Zähler (51) und einem verzögerten Zähler (54) enthält, die auf die Taktimpulse ansprechen und die Steuersignale liefern,

   7- Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (50, 51, 54, 56, 57) für das Tastverhältnis einen Oszillator (50) zum Erzeugen eines Ausgang3signals mit fester Frequenz, einen ersten Zähler (51), der die Schwingungen des Oszillators zählt und ein rechteckförmiges Ausgangssignal mit einem Tastverhältnis von 50 io liefert, auf das die Steuerung (64, 65, 87, 89) anspricht, um wechselweise an den jeweiligen Obergängen im Zählerausgangssignal die beiden gesteuerten Gleichrichter (24, 25) anzusteuern, wodurch, die gesteuerten G-leieh-' richter (24, 25) mit einer festen Frequenz und um 180° phasenverschoben angeschaltet werden, einen Digitalanalogwandler (70 bis 78), der mit dem Zähler (51) verbunden ist und ein sägezahnförmiges Signal erzeugt, das sich in Abhängigkeit vom Zählerstand im Zähler (51) ändert, einen phasenverzögerten· Komparator (56), der das sägezahnförmige Signal mit dem Signal für das Tastverhältnis vergleicht und ein Steuersignal erzeugt, wenn er feststellt, daß die Signale einander in einer bestimmten Weise entsprechen, und einen zweiten Zähler (54), der auf dieses Steuersignal anspricht, die Schwingungen des Oszillators zählt und so angeordnet ist, daß er ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Ausgang des ersten Zählers (51) entspricht, diesbezüglich jedoch verzögert iBt, wobei die Steuerung (64, 65, 87, 89) auf das Steuersignal und dae

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   Ausgangssignal des zweiten Zählers (54) anspricht, um in den Sekundärwicklungen (26-1, 28-1), die dem ersten und zweiten gesteuerten Gleichrichter (24, 25) jeweils zugeordnet sind, Gegenspannungen zu erzeugen und dadurch die Gleichrichter (24, 25) abzuschalten.

   8. Elektrischer leistungsregler, gekennzeichnet durch einen Zerhacker, dessen Eingang mit einer Speicherbatterie verbunden ist, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern des !Eastverhältnisses des Zerhaekers zur Steuerung der mittleren Spannung an dessen Ausgang, ■wobei eine last mit dem Ausgang des Zerhackers verbunden ist, die einen mittleren Strom in Abhängigkeit vom mittleren Spannungspegel am Ausgang des Zerhackers aufnimmt, der Zerhacker so geschaltet ist, daß er einen. Effektivstrom von der Batterie über deren Innenwiderstand aufnimmt und den mittleren Strom der last liefert und wobei der Zerhacker zwei Zerhackerzweige aufweist, die außer Phase zueinander arbeiten, sowie Einrichtungen "vorgesehen sind, die die jeweiligen Ausgangssignale der außer !Phase befindlichen Zweige kombinieren, um dadurch äen mittleren Strom bezüglich des Effektivstromes zu erhöhen·

   9. Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombiniereinrichtung einen Schnittstellentransformator umfaßt, der eine erste und eine zweite Wicklung aufweist, die jeweils jeden Zerhackerzweig mit einer gemeinsamen Ausgangsklemme verbinden.

   10. Regler nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zerhackerzweig einen gesteuerten Gleichrichter und eine Einrichtung aufweist, die eine Gegenspannung in dem Zweig induziert, um den Gleichrichter, nachdem er wieder leitend gemacht worden ist, zu sperren.

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   11. Elektrischer Leistungsregler zur Verwendung mit einer Hochleistungsgleichstromquelle, gekennzeichnet durch einen Doppelzerhacker mit einem ersten und einem zweiten Zerhackerkreis,in die jeweils ein erster und ein zweiter gesteuerter !Thyristor geschaltet ist, wobei die Zweige mit der Gleichstromquelle verbunden sind, durch eine erste und eine zweite Eommutierungseinrichtung, die den jeweiligen Zweigen des Zerhackers zugeordnet sind und die Thyristoren des Zerhackers kommutieren, wobei jede Eommutierungseinrichtung einen kommutierenden gesteuerten Thyristor enthält, durch einen Schnittstellentran sf ο rinat or zum Kombinieren der Ausgangssignale der jeweiligen Zerhackerkreise zu einem einzigen Zerhackerausgangssignal und durch eine ein Steuersignal erzeugende Einrichtung, zum Ansteuern aller Steuerelektroden der Thyristoren, wobei die ein Steuersignal erzeugende Einrichtung eine Einrichtung zum Ändern des Ein-/Aus-Zeit-Verhältnisses des ersten Zerhackerzweiges und eine Einrichtung enthält, die bewirkt, daß das Ein-/Aus-Zeitverhältnis für den zweiten Zerhackerkreis dem des ersten Zerhackerkreises entspricht, wodurch das Tastverhältnis in den jeweiligen Zweigen synchron verändert wird, um zu vermeiden, daß ein mittlerer Gleichstrom zwischen den jeweiligen Zerhackerkreisen durch den Schnittstellentransformator fließt.

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