DE2611512C2 - Thyristor-Nebenschlussschaltung für die Erregerwicklung eines Gleichstrom-Reihenschlussmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Thyristor-Nebenschluß-Schaltung für die Erregerwicklung eines Reihenschluß-Gleichstrommotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Schaltung ist aus der FR-PS 2151 747 bekannt

Das Nebenschließen einer Erregerwicklung dient dazu, die Drehzahl eines Motors oder seine Ankerstromstärke zu verändern, indem der Erregerstrom variiert wird. Dies erreicht man dadurch, daß mehr oder weniger Strom in eine parallel zur Erregerwicklung geschaltete Nebenschlußschaltvorrichtung geleitet wird. Dieses Problem weiß man mit einem thyristorbesetzten Zerhacker zu lösen, jedoch ergibt sich dabei als Nachteil, daß das Nebenschließen nur in geringem Maße möglich ist, wenn man nicht die Zerhackerfrequenz verringern will, woraus sich als nachteilige Folge eine Erhöhung der Welligkeit des Erregerstroms und infolgedessen des Ankerstroms ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Thyristor-Nebenschlußschaltung so zu verbessern, daß eine Steigerung der Dauer der Nebenschlußphase ohne Zunahme der Welligkeit des Erreger- und des Ankerstroms möglich wird. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichnett Schaltung gelöst. Die zum Hauptthyristor antiparallele Diode hat die Wirkung, daß bei Zündung des Löschthyristors der Hauptthyristor durch die Diode kurzgeschlossen wird, so daß der Strom im Hauptthyristor rasch absinkt und letzterer rasch gelöscht wird. Erst wenn sich dann der Strom in der Diode aufgrund der Resonanzschwingung umkehrt, gerät auch der Löschthyristor in den Sperrzustand. Die Diode verzögert also das Sperren dieses Thyristors.

Da der Löschthyristor zugleich den Ladeschaltkreis für den Ladekondensator im gesperrten Zustand vom Nebenschlußwiderstand abtrennt, wird keine Gleichzeitigkeit der Ansteuerung des Hauptthyristors und des Inversionsthyristors mehr erforderlich. Der Hauptthyristor kann somit je nach den Erfordernissen früher oder später gezündet werden.

Anschließend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. In der Zeichnung stellt
F i g. 1 das Schaltbild der erfindungsgemäßen Nebenschluß-Schaltungsanordnung dar, während die F i g. 2a bis 2d die verschiedenen Stromstärken und Spannungskurven in Abhängigkeit von der Zeit darstellen.

In F i g. 1 sieht man den Anker einer elektrischen Maschine M, der von einem Strom / durchflossen wird. In Reihe mit dem Anker M ist die Erregerwicklung / geschaltet durch den ein Strom j fließt und an dem eine Spannung e liegt An die Anschlußklemmen der Erregerwicklung / ist die von einem abgeleiteten Strom id = i—j durchflossene Nebenschlußschaltungsanordnung angeschlossen. Das Nebenschlußverhältnis beträgt id/i und ist umso größer, je höher der abgeleitete Strom id ist Zur Nebenschlußvorrichtung gehören ein parallel zu den Klemmen der Erregerwicklung / liegender Widerstand R und eine Aufeinanderfolge von fünf parallelen Zweigen und zwischen diesen Zweigen vorhandene Verbindungselementen. Der erste Zweig umfaßt einen Hauptthyristor Thp, dessen Anode zum gemeinsamen Anschlußpunkt zwischen dem Anker M und der Erregerwicklung /führt Die Aufgabe des Hauptthyristors Thp besteht darin, die Erregerwicklung /kurzzuschließen und den Strom j auf einen Steuerbefehl hin abzuschwächen. Der zweite Zweig umfaßt eine Diode D, deren Kathode mit der Anode des Hauptthyristors und deren Anode mit der Kathode des Hauptthyristors verbunden ist. Eine Masche, die aus dem zweiten und einem dritten Zweig sowie einem Verbindungselement zwischen dem zweiten und dritten Zweig besteht, enthält im dritten Zweig eine Umschaltinduktivität L in Reihe mit einem Kondensator C, dessen mit der Induktivität L gemeinsame Klemme die Klemme B und dessen entgegengesetzte Klemme die Klemme A ist. In der Verbindung zwischen der Klemme A und der Anode der Diode D liegt ein Löschthyristor The, dessen Anode mit der Klemme A verbunden ist Ein vierter Zweig enthält einen Umkehrthyristor Thi, dessen Anode mit einem Ende der Induktivität L und dessen Kathode mit der Klemme A verbunden ist. Der Kondensator C, die Induktanz L und der Umkehrthyristor Thi bilden eine weitere Masche. Der fünfte Zweig wird aus einer Gleich-Spannungsquelle £ gebildet, bei der es sich um eine Akkumulatorbatterie oder einen Kondensator handeln kann. Die negative Klemme der Spannungsquelle E führt zur Anode des Umkehrthyristors Thi, während die positive Klemme mit einer Aufladeinduktivität Lr mit nachfolgendem Aufladethyristor Thr verbunden ist, dessen Kathode an die Kathode des Umkehrthyristors Thi angeschlossen ist.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn der Thyristor Thp gezündet ist, so muß er gelöscht werden, indem man durch die Diode D einen Strom in umgekehrter Richtung fließen läßt. Hierzu wird der Steueranschluß des Thyristors The gezündet, und ein von der Induktivität L kommender Stromimpuls

b^r> fließt durch den Kondensator C und über den Thyristor The und die Diode D, wie es durch den Pfeil ic angedeutet wird. Herkömmlicherweise besagt der Pfeil Vc (Spannung an den Klemmen des Kondensators C), daß

die Spannung am Kondensator C negativ ist, da das Potential auf der Klemme A größer als das auf der Klemme B ist Am Ende des Ladevorgangs ist die Spannung Vc positiv und der Thyristor The wird gelöscht Das Zünden der folgenden Thyristoren ist notwendig für die Wiederherstellung des Anfangszustands des Kondensators C Wenn anschließend der Zünd^nschluR des Umkehrthyristors TZm gezündet wird, so fließt ein zu ic entgegengerichteter Strom, und die Spannung Vc nimmt ab und wird wieder negativ. Weist der Kondensator C ein ausreichend hohes umgekehrtes Potential auf, so erlischt der Thyristor Thi. Jedoch wird die Spannung am Kondensator C nicht in dem Maße negativ, wie sie es im ursprünglichen Zustand war. Eine zusätzliche negative Aufladung wird dadurch erreicht, daß der Steueranschluß des Aufladethyristors Thr gezündet wird, an der Masche Lr, Thr, A, C, B, L, £ stellt sich dann ein Strom ein. Denn die zusätzliche Spannung.!? lädt den Kondensator C auf, der somit in ausreichendem Maße aufgeladen ist und das Löschen des Thyristors Thr bewirkt

In F i g. 2a werden die Zündimpulse für die Steueranschlüsse der verschiedenen Thyristoren gezeigt: ii entspricht der Zündung des Thyristors The, fs der Zündung des Thyristors Thp, fe der Zündung des Thyristors Thi und f₈ der Zündung des Thyristors Thr.

Die Zeitpunkte f2, f* U, f7, fs entsprechen dem Löschen des Hauptthyristors Thp, der Diode D, des Löschthyristors The, des Umkehrthyristors Thi bzw. des Aufladethyristors Thr.

Der Zünd- und Löschzyklus wiederholt sich gemäß einer Periode T. Die Zeitpunkte t\ bis fg liegen fest mit Ausnahme von fs, der variabel ist Eine in F i g. 1 nicht dargestellte Steuerelektronik erlaubt das Abgeben der verschiedenen, den Zeitpunkten fi, t<*, tg entsprechenden Zündimpulse, und der gesteuerte Impuls fs ermöglicht eine Einstellung des Spannungsimpulses e, der auf den Induktor /gegeben wird.

Die Kurve 2b stellt die Veränderung des Stroms ic in Abhängigkeit von der Zeit f ab, die der aus Fig. 2a entspricht. Der Strom ic wächst von der Zündung des Thyristors The ab an, und da es sich um einen Entladestrom handelt, überschreitet er den Wert des Stroms id. Danach fällt der Wert des Stroms ic unter den des Stroms id, wodurch das Löschen der Diode D bewirkt wird. Anschließend löscht sich der Strom ic, 'vas das Löschen des Thyristors The hervorruft.

Die Kurve 2cstellt die Veränderung der Spannung Vc an den Klemmen des Kondensators in Abhängigkeit von der Zeit f dar, die wiederum der Zeit aus F i g. 2a entspricht. Die Spannung Vc wird als negativ betrachtet, wenn das Potential an der Klemme A größer als das an der Klemme B ist. Zum Zeitpunkt fi ist die Spannung Vc absolut größer als die Spannung E der Aufladegleichspannungsquelle. Sie nimmt denselben Wert wieder an zum Zeitpunkt ig, in dem der Thyristor Thr gelöscht wird.

Die Kurve 2d stellt die Veränderung der Spannung e an den Klemmen des Induktors in Abhängigkeit von der Zeit dar, die wiederum der Zeit in Fig.2a entspricht, to Die Spannung e ist zwischen den Zeitpunkten fi und f3 sowie zwischen den Zeitpunkten fs und fi der folgenden Periode etwas größer als 0. Vom Zeitpunkt f₃, d. h. vom Löschen der Diode D, ab bis zum Zeitpunkt f4, dem Löschen des Thyristors The, wächst diese Spannung an. Beim Zünden des Hauptthynsiors Thp (Zeitpunkt /5) fällt sie auf ihren normalen Wert zurück. Indem man den Zeitpunkt fs für das Zünden des Hauptthyristors Thp variiert, kann der Wert des auf die Erregerwicklung / gegebenen Impulses beliebig verringert oder erhöht werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Nebenschlußvorrichtung kann insbesondere die gestrichelt eingezeichnete Fläche unter der Kurve der Spannung e auf einen Wert von angenähert Null gesenkt werden, wodurch das verfolgte Ziel erreicht werden kana

Die Nebenschluß-Schaltungsanordnung für die Erregerwicklungen von elektrischen Maschinen im Motorbzw. Generatorbetrieb kann jedesmal dann eingesetzt werden, wenn der Erregerstromfluß der Maschine erheblich gesenkt werden soll, ohne daß eine Störwelligkeit im durch den Anker fließenden Strom dabei entsteht

Anwendungsgebiete sind Eisenbahn- und U-Bahn-Antriebe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Thyristor-Nebenschlußschaltung für die Erregerwicklung eines Gleichstrom-Reihenschlußmotors, bestehend aus der Parallelschaltung eines Widerstands und eines Hauptthyristors sowie eines ILöschkreises für den Hauptthyristor, wobei der Lösehkreis einen Löschthyristor in Reihe mit einem Kondensator enthält und eine Induktivität vorgesehen ist, die mit dem Kondensator bei leitendem Löschthyristor einen Senenresonanzkreis parallel zum Hauptthyristor bildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (D) antiparallel zum Hauptthyristor (Thp) angeordnet ist, daß parallel zum Serienresonanzkreis (L, C) ein Umkehrthy.istor (Thi) se, angeordnet ist, daß die Anoden von Haupt- und Umkehrthyristor miteinander verbunden sind, und daß parallel zum Umkehrthyristor die Reihenschaltung einer Batterie (E), deren negativer Pol mit der Anode des Umkehrthyristors (Thi) verbunden ist, einer Induktivität (Lr) und eines Ladethyristors (Thr) angeordnet ist, dessen Kathode mit der Kathode des Umkehrthyristors verbunden ist, wobei für einen Schaltzyklus nacheinander zu festen Zeitpunkten der Löschthyristor, der Umkehrthyristor und der Ladethyristor gezündet werden, während der Zündzeitpunkt des Hauptthyristors zwischen den Zündzeitpunkten des Lösch- und des Umkehrthyristors gemäß einer Steuergröße verschiebbar ist.