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System und Vorrichtung zur Stromsteuerung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein System und eine Vorrichtung zur
Stromsteuerung, bei denen eine Vielzahl von Verbrauchern oder Lasten unabhängig
voneinander gespeist wird.
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Ublicherweise ist eine Wechselrichtereinheit oder eine Zerhacker-Steuereinheit
mit einem jeden Verbraucher verbunden, wenn die Versorgung einer Vielzahl von Verbrauchern
oder Lasten, die unabhängig voneinander von einem Wechselrichter oder einem Zerhacker
gespeist werden können, gesteuert werden soll.
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Bei einem solchen System ist für jeden geschalteten elektrischen
Ventilzweig jeweils eine Abschalteinrichtung erforderlich, was sehr unwirtschaftlich
ist.
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Wenn eine Vielzahl elektrischer Ventile im Rahmen einer Wechselrichteranordnung
oder einer Zerhacker-Steuereinrichtung Verwendung findet, ist es somit unwirtschaftlich,
für jedes elektrische Ventil eine Abschalteinrichtung vorzusehen. Aus diesem Grunde
ist bereits vorgeschlagen worden, eine gemeinsame Abschalteinrichtung zur Abschaltung
sämtlicher elektrischer Ventile vorzusehen.
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Bei dem bekannten gemeinsamen Abschaltsystem wird jedoch die elektrische
Ventilgruppe durch die Ladung einesKommutierungskondensators in Sperrichtung vorgespannt,
wodurch die Leitungsimpedanz der Verdrahtung bzw. Beschaltung usw. derart beeinflußt
wird, daß ein unqleichmäßiges Abschalten der elektrischen Ventile auftritt und die
Genaui;-keit der Sperr-Vorspannung nachteiligerweise verringert wir1, wenn die Anzahl
der abzuschaltenden elektrischen Ventile erhöht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neuartiges System und eine
neuartige Vorrichtuna zur Strom-bzw.
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Leistungssteuerung zu schaffen, die sich zur Steuerung einer Vielzahl
unabhängig speisbarer Verbrauchergruppen eignen und eine präzise, genau dimensionierte
Sperr-Vorspannung bei einer Vielzahl von elektrischen Ventilen erzeugen. Außerdem
soll ein Abschaltsystem für eine elektrische Ventile aufweisende Strom-bzw. Leistungssteuereinrichtung
geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Strom-bzw. Leistungssteuersystem
gelöst, das eine Unterbrechereinrichtung aufweist, die eine Spannung mit intermittierendem
oder impulsförmigem Verlauf Anschlüssen für die inter-
mittierend
verlaufende Spannung zuführt, wobei die Unterbrechereinrichtung mit einem Gleichstromanschluß
und zumindest einem Paar von Anschlüssen für die intermittierend verlaufende Spannung
versehen ist, mehrere Paare von gegenläufig in Reihe geschalteten Einrichtungen
aufweist, die elektrische Steuerventile und weitere elektrische Ventile umfassen,
wobei die gegenläufig in Reihe geschalteten Einrichtungen den Anschlüssen für die
intermittierend verlaufende Spannung parallel geschaltet sind, und eine Vielzahl
von Verbrauchern oder Lasten aufweist, die jeweils mit den Reihenschaltungskontakten
der mehreren Paare von gegenläufig in Reihe geschalteten Einrichtungen verbunden
sind und unabhängig voneinander gespeist werden.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 a ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 1 b einen Signalplan bzw. ein Betriebszeitdiagramm zur Veranschaulichung der
Wirkungsweise der Schaltungsanordnuna gemäß Fig. 1a, Fig. 2 a bis 2 c Schaltbilder
weiterer Ausführungsformen der Erfindung, Fig. 2 d ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung
elektrischer Ventile, Fig. 3 ein Schaltbild, das die Betriebssteuerung gemäß der
Erfindung veranschaulicht,
Fig. 4 a bis 4 d Signaipläne bzw. Betriebszeitdiagramme,
die die Betriebssteuerung gemäß der Erfindung (Operationszeitplan) veranschaulichen,
Fig. 5 bis 8 jeweils Schaltbilder der Ausführungsformen der Erfindung, Fig. 9 a
und 9 b jeweils Schaltbilder der weiteren Ausführungsform an der Erfindung und Fig.
10 a und 10 b ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und den
zugehörigen Signalplan bzw. das zugehörige Betriebszeitdiagramm.
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In der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung sind identische
oder entsprechende Teile und Schaltungselemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Fig. 1 stellt ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung
dar, bei welchem die Bezugszahl 1 eine Gleichstromquelle bezeichnet, während mit
der Bezuqszahl 2 eine Unterbrechereinrichtung bezeichnet ist, die ein Transistor,
ein abschaltbarer Thyristor oder sog. GTO-Thyristor, ein Thyristor-Zerhacker oder
ein durch eine Kombination dieser Bauelemente gebildeter Festkörperschalter sein
kann. Die Unterbrechereinrichtung 2 führt ein Potential mit intermittierendem Verlauf
dem Wechselpotentialpunkt SP zu, um den Durchlaßstrom zu dem Wechselpotentialpunkt
SP zu unterbrechen.
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Wenn die Stromabschalteigenschaften der Unterbrechereinrichtung 2
nicht ausreichen, um ein sofortiges Abschalten eines elektrischen Steuerventils
4 zu bewirken
(der Leck-oder Verluststrom im AUS-Zustand ist größer
als der Dauerstrom des elektrischen Steuerventils), oder wenn das Abschalten des
Durchlaßstromes zu dem Wechselpotentialpunkt SP beschleunigt oder das Abschalten
des elektrischen Steuerventils beschleunigt wird, wird eine Sperrpotential-Hilfsunterbrechereinrichtung
3 geschaltet. Die Hilfsunterbrechereinrichtung 3 hält das Sperrpotential an dem
Wechselpotentialpunkt SP während der Zeit t0FF zum Abschalten des elektrischen Ventils
4 aufrecht.
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Die Ausführunsform der Erfindung gemäß Fig. 1 weist einen Festkörper-Hilfsschalter
34 und eine Hilfsstromquelle 35 auf.
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Die Unterbrechereinrichtung 2 führt somit das Durchlaßpotential dem
Wechselpotentialpunkt SP zu, und der Durchlaßstrom i wird während der bzw. über
die vorgegebene Zeit t0FF periodisch abgeschaltet bzw. unterbrochen. Dieser Vorgang
ist in Fig.lb unter a dargestellt.
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Während der Abschaltzeit führt die Hilfsunterbrechereinrichtung 3
das Sperrpotential dem Punkt SP als Potential zu, um das Fließen eines gewissen
Sperrstromes - ispzu ermöglichen.
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Dementsprechend liegt das Durchlaßpotential während der Hauptzeiten
an, während ein Nullpotential oder ein bestimmtes Sperrpotential während periodischer
kurzer Zeiten t0FF anliegt.
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Mehrere Paare der gegenläufig bzw. gegensinnig in Reihe geschalteten
Kombinationen des elektrischen Steuerventils 4 und des elektrischen Ventils 5 sind
jeweils dem Festpotentialpunkt N und dem Wechselpotentialpunkt SP parallelgeschaltet.
Eine Vielzahl von Verbrauchern 6a, 6b, wie etwa Motoren, die unabhängig voneinander
gespeist werden sollen, sind jeweils mit den Anschlüssen der Reihen-
schaltungsknotenpunkte
Qa Qb und der Gleichstromquelle verbunden.
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In Fig. 1 sind die Schaltverbindung während der Speisungssteuerung
mit 6a und die Schaltverbindung während der regenerativen oder rückgekoppelten Steuerung
mit 6b bezeichnet. Das elektrische Steuerventil 4a übernimmt die Steuel-ung während
der Einschalt-Anstiegszeit toC bis zum Zeitpunkt des Abschaltens durch die Unterbrechereinrichtung
2, wie dies in Fig. 1 b unter b dargestellt ist, wodurch die Spannung der Gleichspannungsquelle
dem Verbraucher 6a während der Einschalt-Anstiegszeit t& zugeführt wird, was
unter v6a dargestellt ist. Die Spannung des elektrischen Steuerventils 4a ist unter
v 4a dargestellt. Das elektrische Steuerventil 4a wird während der Abschaltzeit
t0FF der Unterbrechereinrichtung 2 abgeschaltet, wodurch die Speisespannung an dem
Einschalt-Anstiegpunkt tdD während des Durchlaßpotentialabschnittes gesteuert wird.
Wenn die Hilfsunterbrechereinrichtung 3 geschaltet wird, wird die Sperrspannung
vr über das elektrische Ventil Sa an das elektrische Steuerventil 4a während der
Abschaltzeit angelegt, wodurch ein genaues Abschalten mit höherer Geschwindigkeit
erzielt wird.
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Im Regenerations-oder Rückkopplungsbetrieb des Verbrauchers 6 b steuert
dagegen das elektrische Steuerventil 4b die Abschalt-Verzögerungszeit tt nach dem
Abschalten (tal= T-t«5; T:Unterbrechungsdauer), wie dies in Fig. 1b unter c durch
4b dargestellt ist, wobei die Last bzw. der Verbraucher 6b während der Einschaltzeit
td des elektrischen Steuerventils 4b zur Vergrößerung des Stromes i6b über die Strecke
4b-6b-2 kurzgeschlossen ist, während der Verbraucher 6b während der Einschalt-Verzögerungszeit
tt zur Verringerung des Stromes i6b über die Strecke 5b-6b-1 rückgekoppelt ist.
Hierdurch ergeben sich
die Verbraucheranschlußspannung v6b und
die Spannung v4b des elektrischen Steuerventils jeweils derart, wie dies in Fig.
lb unter c dargestellt ist.
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Die Speisungssteuerung oder die regenerative Steuerung mehrerer gewünschter
Verbraucher oder Lasten läßt sich somit in der vorstehend beschriebenen Weise mittels
der gemeinsamen Unterbrechereinrichtung 2 erzielen.
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Der Wechselpotentialpunkt SP und der Festpotentialpunkt N oder P können
mit den anderen elektrischen Ventileinrichtungen 45 und den Verbrauchern 6 verbunden
werden, die unabhängig voneinander gesteuert werden können, wie der von der üblichen
Wechselstromquelle betriebene Gleichrichter.
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Die Steuerung dieser elektrischen Ventileinrichtungen kann somit ohne
die Verwendung irgendeiner Kommutierunoseinrichtung lediglich durch die Steuerung
des Einschaltpunktes erfolgen, was sehr wirtschaftlich ist.
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Die Steuerung vieler Verbraucher oder Lasten, die sich in verschiedenen
Betriebszuständen befinden, läßt sich somit mit bemerkenswerter Effizienz durchführen.
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Die Fig. 2a bis 2c stellen jeweils Schaltbilder weiterer Ausführungsformen
der Erfindung dar, bei denen Wechselstrom-Verbraucher oder reversible bzw. umpolbare
Gleichstrom-Verbraucher gesteuert werden.
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Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, sind Unterbrechereinrichtungen 2a und
2b mit den positiv und negativ gepolten Leitungen verbunden, so daß die Wechselpotentialpunkte
SP und SN und die Festpotentialpunkte P und N erhalten werden.
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Die elektrischen Steuerventile 4 (z.B. eine dreiphasige Schaltungsanordnung
) bilden eine Brückenschaltung, die gemeinsam die Gleichstromanschlüsse A4 und K4
mit den Wechselpotentialpunkten SP und 9N verbinden. Die
elektrischen
Ventile 5 bilden eine Brückenschaltung, die gemeinsam die Gleichstromanschlüsse
K5 und A5 mit den Festpotentialpunkten P und N verbindet, wie Fig. 2d zu entnehmen
ist. Drei umpolbare Ausgangsanschlüsse der elektrischen Ventilbrücken sind mit dem
Verbraucher 6 bz. den Verbrauchern verbunden.
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Die Hilfsunterbrechereinrichtung 3 kann zwischen die Punkte SP und
N und zwischen die Punkte FN und P geschaltet sein, wie dies in Fig. 2 b dargestellt
ist, oder sie kann zwischen die Punkte SP und SN geschaltet sein, wie dies Fig.
2c zu entnehmen ist.
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Im folgenden soll diese Ausführungsform der Erfindung im einzelnen
beschrieben werden.
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Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung mit zwei Ausgangsanschlüssen
(einphasige Brückenschaltung), die die grundsätzliche Wirkungsweise der elektrischen
Ventilbrückenschaltung veranschaulicht.
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Wie der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, führen
Hilfsstromquellen 31a und 31b, die den Festkörper-Unterbrecherschaltern 2a und 2b
parallel geschaltet sind, elektrischen Hilfsventilen 32a und 32b während der Abschaltzeit
der Festkörperschalter 2a und 2b einen Strom Ic zu. Mittels des Spannungsabfalls,
der von in Reihe geschalteten, einen Spannungsabfall bewirkenden Bauelementen 33a
und 33b verursacht wird, wird das Umkehrpotential an den Wechselpotentialpunkten
SP und SN gebildet.
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Dementsprechend üben sie eine Funktion aus, die derjenigen der Hilfsspannungsquellen
35a , 35b und der Hilfsschalter 34a, 34b der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2b äquivalent
ist. Die Hilfsschalter 34a und 34b können wie
im Falle der Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 2c ein gemeiamer Hilfsschalter 34 sein. Der gemeinsame Hilfsschalter
34 oder aber der passive Hilfsschalter 32 können den Strom zuführen, indem sie einen
der Unterbrecherschalter 2a, 2b abschalten.
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Im Falle der Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 3 können verschiedene
Steuermaßnahmen oder Steueroperationen in Betracht gezogen werden. Die entsprechenden
Signalpläne bzw. Operationszeitdiagramme sind in den Fig. 4a bis 4d veranschaulicht.
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Fig. 4a zeigt das Zeitdiagramm für eine einfache Gleichstromsteuerung.
In Fig. 4a sind unter a und b das Zeitdiagramm des Hilfsunterbrecherschalters 34
(oder des passiven Hilfsschalters 32) und das Zeitdiagramm der Unterbrecherschalter
2a und 2b dargestellt, wobei diese gleichzeitig ein-bzw. abgeschaltet werden, wie
der Fig.
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zu entnehmen ist.
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Wenn bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 3 die Steuerung
des Leitungs-oder Durchlaßzustandes der elektrischen Steuerventile 4AP und 4BP für
den positiven Laststrom 16>0 in der in Fig. 4c dargestellten Weise erfolgt, ergibt
sich die Spannung v6 des Verbrauchers bzw. der Last 6, wie dies in Fig. 4 dargestellt
ist. D.h., die positive Spannung wird über die Strecke 1-2a-4 AP -6-4 BN -2b zur
Speisung des Verbrauchers während der Zeit zugeführt, in der die elektrischen Steuerventile
4AP und 4BN gespeist werden, während die negative Spannung über die Strecke 5AN-6-5Bp-l
zur Regeneration bzw. Rückkopplung der Last während der Einschalt-Verzögerunszeit
(Nichtspeisungszeit) der elektrischen Steuerventile 4AP und 4BN zugeführt wird.
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Wenn das Verhältnis der Einschalt-Anstiegszeit toL zu der Periode
T (ob = tob /T) größer als 1/2 (eD > 1/2) ist, so ist der eingespeiste bzw. zugeführte
zeitliche Mittelwert v6 der Verbraucherspannung positiv (v6 > O).
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Wenn dagegen oil < 1/2 ist, wie dies in Fig. 4d veranschaulicht
ist, ergibt sich ein zeitlicher Mittelwert v v64 O-Wenn der Last-oder Verbraucherstrom
i6 negativ ist (i6 < 0), wird die Einschaltzeit der elektrischen Steuerventile
4BP und 4AN gesteuert.
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Der Einspeisungszustand (q-> 1/2, v6 < 0) des Sperrverbraucherstromes
(i6 < O) ist in Fig. 4a unter e dargestellt, während der regenerative oder Rückkopplungszustand
(d < 1/2, v6 > O) in Fig. 4a unter f dargestellt ist.
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Die einzelnen Abschnitte von Fig. 4d stellen Operationszeitdiagramme
für die einfachste Wechselstromerzeugung dar, wobei die Steuerung der maximalen
Einspeisungszeit unter c und die Steuerung der Impulsdauer unter d dargestellt sind.
In Fig. 4b werden gemäß dem Signalplan C die elektrischen Steuerventile 4AP und
4BP gleichzeitig ein-bzw. durchgeschaltet. Ferner werden die Ventile 4BP und 4AN
gleichzeitig derart durchgeschaltet, daß die Ventile 4BPt 4AN und 4AP' 4BN abwechselnd
ein-bzw. durchgeschaltet werden. Die Verbraucherspannung v6 weist zu dem Verzögerungsleistungsfaktor
des Verbrauchers die durch die ausgezogene Linie dargestellte Impulsform und zu
dem Anstiegsleistungsfaktor die durch die gestrichelte Linie dargestellte Impulsform
auf. Der Unterschied ergibt sich aus der Polaritätsdifferenz des Verbraucherstromes
i6 während der Abschaltzeit t0FF des Unterbrecherschalters 2.
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Wenn die Ausgangswechselspannung v6 über die Steuerung der Impulsdauer
gesteuert wird, wird der Einschaltpunkt tot2 eines der Ventile 4AP 4BN in der in
Fig. 4b 2 unter d (i) dargestellten Weise verzögert, während der Einschaltpunkt
eines der Ventile 4BP' 4AN in der in Fig. 4b unter b (ii) dargestellten Weise verzögert
wird, wobei die in Fig. 4b unter d (iii)dargestellte Impulsform von v6 in dem Widerstandsverbraucher
auftritt.
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In Fig. 4c ist das Operationszeitdiagramm einer unsymmetrischen Steuerung
dargestellt. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 befindet sich eines der elektrischen
Steuerventile 4APt 4BN während sämtlicher Abschnitte im EIN-Zustand, während der
Einschaltpunkt des jeweils anderen Ventils 4APt 4BN im Zuführungs-oder Einspeisungsbetrieb
des Last-bzw. Verbraucherstromes i6> 0 und der Verbraucherspannunq v6 > 0
verzögert wird. Dieser Betrieb ist in Fig. 4c unter c dargestellt.
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Eines der elektrischen Steuerventile 4BN' 4 AP befindet sich während
sämtlicher Abschnitte im AUS-Zustand, während der Einschaltpunkt des jeweils anderen
Ventils 4BNt 4AP im regenerativen bzw. rückgekoppelten Betrieb bei i6> 0 und
v6< 0 gesteuert wird. Dieser Betrieb ist in Fig. 4c unter d veranschaulicht.
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Eines der elektrischen Steuerventile 4BP' 4AN befindet sich während
sämtlicher Abschnitte im EIN-Zustand, während der Einschaltpunkt des anderen Ventils
im Sperrstrom-Zuführungsbetrieb bei i6 < 0 und v6 < 0 gesteuert wird. Dieser
Betrieb ist in Fig.4c unter e dargestellt.
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Eines der elektrischen Steuerventile 4AN' 4BP befindet sich während
sämtlicher Abschnitte im AUS-Zustand, während der Einschaltpunkt des anderen Ventils
im Sperrstrom-Regenerativbetrieb bzw. Sperrstrom-Rückkopplungsbetrieb bei i6 <
0 und v6> 0 gesteuert wird. Dieser Betrieb ist in Fig. 4c unter f dargestellt.
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Bei der unsymmetrischen Steuerung gemäß Fig.4c wird eine Verbraucheranschluß-Kurzschlußzeit
(Abschnitt von V6 = 0) vorgegeben, um die Verbraucherstromwelligkeit im Vergleich
zu der Betriebsart gemäß Fig. 4a zu verringern.
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Fig. 4d stellt ein Operationszeitdiagramm für eine Steuerung mit
zweiphasiger Unterbrechung durch die Unterbrecherschalter 2a, 2b (Abschaltung bei
einer Phasenverschiebung um eine halbe Periode zueinander) dar. Die Unterbrecherschalter
2a, 2b werden in der in Fig. 4d unter b dargestellten Weise ein -und abgeschaltet.
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Die Einschaltpunkte der Ventile 4AP' 4BN werden dagegen entsprechend
den Abschaltpunkten der Unterbrecherschaltung 2a, 2b in dem Verbraucherstrom i6>
0 gesteuert, wie dies in Fig. 4d unter c dargestellt ist, wobei die Zuführung oder
Einspeisung der Verbraucherspannung v6 > 0 bei dem Verhältnis von 05 = = oS/T
> 1/2 erfolgt und der regenerative Betrieb der Verbraucher spannung v6 < 0
bei dem Verhältnis von CL = toL/T < 1/2 erfolgt.
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Die Einschaltpunkte beider Ventile 4AN' 4BP werden jeweils während
der Betriebsart des Ladestromes i6< 0 gesteuert, wie dies in Fig. 4b unter d
dargestellt ist, wobei der Zuführungs-oder Einspeisungsbetrieb für v6 < O bei
dem Verhältnis von oC =tsS/T > 1/2 und der regenerative Betrieb für v6> O
bei dem Verhältnis von d = tS/T ( 1/2 erfolgen. Bei dieser zweiphasigen Steuerung
weist die
Puls-oder Impulsfolgefrequenz der Verbraucherspannung
den zweifachen Wert der Unterbrecherfrequenz der Unterbrechereinrichtung auf. Aufgrund
des Kurzschlußbetriebes ist die Welligkeit des Verbraucherstromes minimal.
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Wie vorstehend beschrieben, eignen sich diese Steuerverfahren zur
Steuerung von Gleichstromverbrauchern, zur Modulationssteuerunq des Zeitverhältnisses
von Wechselstromverbrauchern sowie zur Steuerung eines Gleichstrommotors und eines
Wechselstrommotors, wobei sie in Form mehrphasiger Brückenschaltungen Verwendung
find en können.
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In den Fig. 5 a und 5 b ist eine Ausführungsform der Erfindung im
Detail dargestellt. Fig. 5a veranschaulicht die passive Ililfsunterbrechereinrichtung,
die gemeinsam positive und negative Anteile des von der Stromauelle 31 zugeführten
Stromes verwendet. Ein Widerstand 315 begrenzt den Strom auf einen vorgegebenen
Stromwert IC während derjenigen Zeit, in der Strom von den Unterbrecherschaltern
2a, 2b zugeführt wird. Im AUS-Zustand eines der beiden Schalter wird der Strom über
eine Induktivität 314 einem passiven Hilfsschalter 32 zugeführt, wodurch sich das
Sperrpo-tential aufgrund der Spannungsabfallkomponente an einem einen Spannungsabfall
verursachenden Bauelement 33 ergibt, das ein Widerstand, ein Kondensator, eine Induktivität
oder ein nichtlineares Bauelement sein kann.
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Eine elektrische Ventileinrichtung 45 umfaßt die elektrischen Steuerventile
in einer mehrphasigen Brückenschaltung 4 und die elektrischen Ventile in einer mehrphasigen
Brückenschaltung 5. Die mehrphasige Last 6 ist hiermit verbunden.
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Fig. 5 b ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung
zur Durchführung dieser Steuerungen, die einen Frequenzteiler 101 aufweist , der
Taktimpulse PT erhält und zweiphasige synchrone Signale Sy1, Sy2 zur Steuerung der
Unterbrecherschaltung 2a und 2b abgibt, eine Einrichtung zur Erfassung eines jeden
Phasenausgangsstromes io oder einer jeden Phasenausgangsspannung v0 (nicht dargestellt)
aufweist, einen Bezugswellengenerator oder Bezugssignalgenerator 102 aufweist, der
jeweils eine Phasenausgangsstrom-Bezugswelle i oder jeweils eine Phasenaus-5 gangsspannungs-Bezugswelle
v5 erzeugt, eine Einschaltpunkt-Steuereinrichtung 103p aufweist, die die Einschaltpunkte
der positiven Gruppe der elektrischen Ventile 4 von bis 4WP synchronisiert zu dem
Synchronsignal 5y1 steuert, und eine Einschaltpunkt-Steuereinrichtung 103N aufweist,
die die Einschaltpunkte der negativen Gruppe der elektrischen Ventile 4UN bis 4WN
synchronisiert durch das Synchronsignal Sy2 steuert.
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In Fig. 5 b bezeichnet das Symbol
die mehrphasigen Signalleitungen.
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Die reversible bzw. umpolbare Gleichstromsteuerung läßt sich erzielen,
indem eine einphasige Brücke der elektrischen Ventileinrichtung gemäß Fig. 5a und
eine einzelne Phase der Steuereinrichtung gemäß Fig. 5b gebildet werden und ein
Bezuasgleichstrom der Bezuaswelle verwendet wird.
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Die variable Frequenzsteuerung der Wechselstrommaschine läßt sich
erzielen, indem ein Bezugswellengenerator oder Bezugssignalgenerator mit einer variablen
Frequenz verwendet wird. Diese lassen sich für verschiedene Zwecke verwenden.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 6 findet ein Thyristor-Zerhacker
als Unterbrechereinrichtung Verwendung. Gemäß Fig. 6a weist die Schaltungsanordnung
Sperrstrom-oder Rückstrom-Einschaltthyristoren 23a und 23b, einen Sperrstrom-oder
Rückstrorn-Kornmutierunasein schaltthyristor 24, einen Kommutierungskondensator
25, eine Kommutierungsdrossel 26 und einen Hilfsunterbrecherschalter 34 auf. Fig.
6b stellt das zugehörige Betriebszeitdiagramm dar, in welchem die Bezugszeichen
Iq23a, 1g23b jeweils die Steuersignale der Sperrstrom-oder Rückstromeinschaltthyristoren
23a, 23b bezeichnen, während die Bezugszeichen 1 und In34 jeweils Steuersignale
der g24 1q34 Thyristoren 24 und 34 bezeichnen.
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Der Kondensator 25 wird leicht über die Strecke 34-25-26-24 umgekehrt
gepolt aufgeladen, indem ein Anfangszündthyristor eingeschaltet wird.
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Die Iiauptthyristoren 23a und 23b werden eingeschaltet, so daß SP
und SN ein Durchlaßpotential zugeführt wird.
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Zum Abschalten dieser Thyristoren wird der Kommutierungsthyristor
24 zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet, wodurch sich die Kondensatorspannung v25 und
der Kondensatorstrom i25 in der in dem Zeitdiagramm dargestellten Weise durch Zuführung
über die Strecke 1-23a-24-26-25-23b ergeben.
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Die Hauptthyristoren 23a und 23b werden während des negativen Sperr-oder
Rückstromimpulsabschnittes tcl des Kondensatorstromes i25 abgeschaltet. Der llilfsschalter
34 wird zum Zeitpunkt t3 eingeschaltet, wenn der Kondensatorstrom i25 ein negativer
Strom ist und die Kondensatorspannung v25 sich nahe dem Nullwert befindet oder eine
geringfügig positive Polarität aufweist, so daß die Spannung zwischen SP und SN
die Sperrspannung E zur Aufrechterhaltung der c Zeit tc2 zum Abschalten des elektrischen
Steuerventils 4
darstellt. Die Kondensatorspannung v25 wird über
die Strecke 35-34-25-26-24 oszillierend auf die in Sperrrichtung gepolte Spannung
v 25r aufgeladen, wie dies in Fig. 6b dargestellt ist, und der llilfsschalter 34
wird vom Zeitpunkt t4 abgeschaltet. Wenn vor > Ec ist, wird der Hilfsschalter
34 sofort abgeschaltet, obwohl er ein Thyristor ist.
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Die Hauptthyristoren 23a und 23b werden zum Zeitpunkt t nach der
Abschaltzeit tc3 für den Hilfsschalter 34 eingeschaltet.
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Im Betrieb reicht die wesentliche Abschaltzeit tOFF vom Einschalten
des Hilfsschalters 34 bis zum Einschalten des Hauptthyristors (t3 bis t5).
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Wenn der Hilfsschalter 34 eine Selbstabschaltungsfunktion wie im
Falle der Verwendung eines Transistors aufweist, ist es möglich, daß tc3 = o ist,
so daß die Abschaltzeit tOF lediglich die Zeit tC2 zum Absahalten der elektrischen
Steuerventile 4 umfaßt. Während des anderen Zeitabschnittes t1 bis t3 befindet sich
der Hauptthyristor 23 entweder in positiver oder in negativer Richtung im EIN-Zustand,
so daß der Zeitabschnitt t1 bis t3 entsprechend im wesentlichen die Einschaltzeit
darstellt.
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Bei der weiteren Ausführungsform der Erfindung kann für die verschiedenen
Abschalteinrichtungen ein Thyristor-Zerhacker Verwendung finden.
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In Fig. 7 ist die weitere Ausführunqsform der elektrischen Ventilanordnung
detailliert dargestellt, wobei eine Koppeldrosselspulenwicklung 74P zwischen den
Gleichstrom-Eingantsanschluß A4 der elektrischen Steuerventilbrücke 4 und den Wechselpotentialpunkt
SP geschaltet ist,
eine Koppeldrosselspulenwicklunq 74N zwischen
K4 und SN cieschaltet ist, eine Koppeldrosselspulenwicklung 75p zwischen den Gleichstromanschluß
K5 der elektrischen Ventil brücke und den Festpotentialpunkt P geschaltet ist, und
eine Koppeldrosselspulenwicklung 75N zwischen A5 und N geschaltet ist, wobei einerseits
die Koppeldrosselspulenwicklungen 7 und 75ru miteinander fest gekoppelt sind und
andererseits die Koppeldrosselspulenwicklungen 74N und 7 zueinander in fester Kopplung
stehen. Die feste Kopplung kann durch eine bifilare Wicklung erzielt werden. nie
Drosseln bzw.
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Drosselspulen 7a und 7b können einen gemeinsamen Eisenkern aufweisen.
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Die Potentialdifferenz zwischen A4 und A5 ist gleich derjenigen,
die vorliegt, wenn keine Drosselspule 7a durch die feste Kopplung erhalten wird,
da die Potentialdifferenz zwischen SP und A4 gleich der Potentialdifferenz zwischen
N und A5 ist (die Spannung an der Wicklung 74p ist gleich der Spannung an der Wicklung
75N), so daß dementsprechend die Potentialdifferenz zwischen A4 und A5 gleich der
Potentialdifferenz zwischen SP und N im Falle des Nichtvorhandenseins einer Drosseispule
ist. Die Potentialdifferenz zwischen K4 und K5 ist die gleiche. Dementsprechend
wirken die Drosselspulen 7a und 7b hinsichtlich des Abschaltens der elektrischen
Ventile 4 in der gleichen Weise wie die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.
2.
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Wenn sich z.B. das elektrische Steuerventil 4p im positiven Zustand
befindet, wird der Last-oder Verbraucherstrom als i5N gleichmäßig zu dem elektrischen
Ventil 5N koxmutiert während dies für die Drosselspulenwicklung 75N im negativen
Zustand durch Abschalten des Unterbrecherschalters 2a erfolgt. Die Sperrvorspannung
wird dem elektrischen Steuerventil 4p durch ein bestimmtes SDcrrpotential zugeführt,
das durch die Hilfsunterbrechereinrichtung 3 vorgegeben wird.
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Die Sperrvorspannung wird über dieS trecke N-75N-5N-4P-7 p-3-2b-N
erhalten.
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Wenn der passive Hilfsschalter 32 (Diode) Verwendung findet und die
in der Diode enthaltenen Ladungsträger die in den elektrischen Ventilen 4 enthaltenen
Ladungsträger überwiegen, wird das Abschalten der elektrischen Ventile 4 beschleunigt.
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Bei der Ausführungsorm der Erfindung gemäß Fig.7 werden die der Last
bzw. dem Verbraucher 6 zugeführten Gesamtströme i4p + 5N durch die Koppeldrosselspule
7a geglättet, während die abgegebenen Gesamtströme i i4N + i 5P von der Koppeldrosselspule
7b geglättet werden. Dementsprechend wird der geglättete Gleichstrom oder der rechteckförmige
Wechselstrom den Verbrauchern 6 wie von einer Stromquelle zugeführt. Die Lasten
bzw. Verbraucher weisen die gemeinsamen Potentialpunkte SP, SN, N und P auf, und
können zusammen mit der elektrischen Ventilanordnunq der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung betrieben bzw. gespeist werden.
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In Fig. 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei
der Drosselspulen 2"a, 2"b und Dioden 2'a.
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2'b als Unterbrechereinrichtunz 2a, 2b Verwendung finden.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die Potentiale der
Wechselpotentialpunkte SP, SN während einer vorqegebenen kurzen Zeitdauer t0FF umgekehrt.
Die elektrischen Ventile 45a und 45b sind die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Drosselspulen 2"
ständig mit der Leitung in Reihe geschaltet, wodurch ein einfacher Schutz des Strombegrenzungseffektes
im Falle eines Fehlers der Kurzschlußschaltung erhalten wird.
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Fig. 9a stellt einen Schaltplan einer weiteren AusfUhrunqform der
Erfindung dar, bei der as elektrische Steuerventil 4 mit dem Festpotentialpunkt
P und das nichtsteuernde elektrische Ventil 5 mit dem Wechselpotentialpunkt SN verbunden
sind. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9a führt der ilfsunterbrecherschalter
34 während einer vorgegebenen kurzen Zeitdauer tOF einen Strom zum Abschalten des
elektrischen Steuerventils 5 zu, wodurch das Potential an dem Wechselpotentialpunkt
SN auf der nichtsteuernden elektrischen Ventilseite in Richtung des Durchlaßpotentials
verschoben wird, um eine Hilfsspannung Ec an dem Festpotentialpunkt E auf der elektrischen
Steuerventilseite zu erhalten, so daß das elektrische Steuerventil abgeschaltet
wird.
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Das elektrische Steuerventil 4 steuert die Zuführungs-oder Einspeisungszeit
des Verbraucherstromes durch Steuerung der Einschalt-Verzögerunqszeit nach dem Abschalten.
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Während der Einschalt-Verzögerungszeit des elektrischen Steuerventils
4 wird der Strom über den passiven Unterbrecherschalter 2' (elektrisches Ventil)
und das nichtsteuernde elektrische Ventil 5 zugeführt bzw. eingespeist.
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In Fig. 9b ist eine Modifikation der Ausführungsform der Erfindung
gemäß Fig. 9a dargestellt, die die Umpolung von Gleichstrom-Verbrauchern oder die
Steuerung von Wechselstron.-Verbrauchern ermöglicht. In Fig. 9b bezeichnet die Bezugszahl
45 eine elektrische Ventileinrichtung, die aus einer m-phasisen elektrischen Steuerventilbrücke
4 und einer m-phasigen Anordnung aus nichtsteuernden elektrischen Ventilen 5 besteht.
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In Fig. 10a ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei der der lSauptunterbrecherschalter 2 in Sperrichtung parallel geschaltete nichtsteuernde
elektrische Ventile 2' aufweist und sowohl die umpolbaren Gleichstrornverbraucher
als auch die Wechselstromverbraucher durch einen in Reihe geschalteten Unterbrechungsschalter
2 gesteuert werden können, indem die Dauer des Impulsstromes des Hilfsunterbrecherschalters
34 und der Hilfsstromquelle 35 erhöht wird.
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Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 10a sind die nichtsteuernden
elektrischen Ventile 5 den elektrischen Steuerventilen 4 gegensinnig parallel geschaltet,
und einzImpulsimpedanzelement 9 (z.B. eine Drosselspule) ist mit der gemeinsamen
Gleichstromleitung der gegensinnig parallel geschalteten Brücke in Reihe geschaltet.
Das Impulsimpedanzelement 9 weist eine Induktivität 1 und einen Leitungswiderstand
r auf und kann eine Beschaltungsimpedanz für eine gewünschte Anordnung bei der Konstruktion
bzw. Herstellung sein.
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Fig. 10b stellt das Zeitdiagramm dieser Ausführungsform der Erfindung
dar. Der Hilfsunterbrecherschaltung 34 führt den Strom während einer vorgegebenen.
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kurzen Zeitdauer t0FF im AUS-Zustand des Unterbrecherschalters 2 zu,
wodurch die Hilfsversorgungsspannung E c zwischen SP und N in Sperrichtung als Spannung
Vsp N anliegt. Die Sperrimpulsströme pa und iRb werden durch die Sperrspannung und
die Impulsimpedanz 9 den elektrischen Ventilbrücken 45 zugeführt. Die Gesamtströme
werden dem Festkörper-Hilfsschalter 34 und der Hilfsstromquelle 35 zugeführt. Das
elektrische Steuerventil 5 der elektrischen Ventilbrücken 45 wird von dem Sperrspannungsimpuls
Ec und dem Sperrstromimpuls iR abgeschaltet.
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Während der Periode T der Abschaltzeit tOFF wird der
Abschaltpunkt
des elektrischen Ventils 5 gesteuert, wodurch eine Vielzahl von Verbrauchern in
der gleichen Weise wie im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der
Erfindung gesteuert werden kann.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.10 kann der Hauptunterbrecherschalter
2 durch die Strombegrenzungsdrosselspule 2" ersetzt werden.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführunasformen der Erfindung
ist eines der Bingangsanschlußpotentiale der elektrischen Ventile das Festpotential
an der Gleichstromquelle. Wie Fig. 10 zu entnehmen ist, ist die relative Unterbrechungspotentialbeziehung
vorgegeben. Dementsprechend ist es möglich, daß ein Potential als festes Bezugspotential
festgelegt wird, während das andere Potential das Wechselpotential darstellt. Das
elektrische Ventil 5 ist mit dem anderen Wechselpotentialanschluß verbunden, so
daß die Steuerfunktion über die Steuerung des Einschaltpunktes erfolgt. In diesem
Falle kann das elektrische Ventil das elektrische Steuerventil sein.
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Erfindungsgemäß kann die eine Selbstabschaltfunktion aufweisende
Unterbrechereinrichtung 2 oder 3 ein einfacher Zerhacker usw. sein, während die
elektrische Ventileinrichtung 45, die Verbrauchern zugeordnet ist, welche unabhängig
voneinander gesteuert werden sollen, keine Selbstabschaltfunktion noch eine zwangsweise
wirkende Abschalteinrichtung aufzuweisen braucht. Dementsprechend sind die elektrische
Ventileinrichtung und das gesamte Stromsteuersystem äußerst wirtschaftlich.
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Ferner wird die Sperrspannung von der ilfsstromquelle über den Festkörper-Hilfsschalter
den elektrischen Ventilen zugeführt, wodurch die Sperrvorspannung
assrelcnend
hoch und die Dauer der Sperrvorspannung aus reichend lang bemessen werden können.
Die Sperrvorpannung kann darüberhinaus NuSerst genau zugeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird somit ein System zur Strom-bzw. Leistungssteuerung
vorgeschlaten, das eine Unterbrechereinrichtung aufweist, die Wechselspannungsanschlüssen
eine Spannung mit intermittierendem Verlauf zuführt, wobei die Unterbrechereinrichtung
mit einem Glelchstrom-Eingangsanschluß und zumindest einem Paar von Unterbrecheranschlüssen
versehen ist, mehrere Paare von geqensinnig in Reihe geschalteten Einrichtungen
aufweist, die elektrische Steuerventile und weitere elektrische Ventile umfassen,
wobei die gegensinnig in Reihe geschalteten Einrichtungen den Wechselspannungsanschlüssen
parallel geschaltet sind, und eine Vielzahl von Verbrauchern oder Lasten aufweist,
die jeweils mit den Rßihenschaltungsverbindungspunkten der einzelnen Paare der gegensinn
in Reihe geschalteten Einrichtungen verbunden sind,
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