DE2951468A1

DE2951468A1 - Leistungssteuervorrichtung mit tastverhaeltnissteuerung

Info

Publication number: DE2951468A1
Application number: DE19792951468
Authority: DE
Inventors: Ronald Barry Bailey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-17
Also published as: BR7908535A; AU525059B2; JPS55114179A; FR2445655A1; US4284938A; FR2445655B1; AU5392479A; MX147879A; ZA796737B; ES487262A1

Description

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- 4 GENERALELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Leistungssteuervorrichtung mit Tastverhältnissteuerung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Betriebsanforderungen an elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere das gewünschte Drehmoment-Drehzahl-Verhalten, verlangen im allgemeinen die Verwendung von Gleichstrommotoren. Bei diesen kann es sich um an sich bekannte Gleichstrommotoren handeln, z.B. um einen Reihenschlußmotor, einen Compoundmotor (auch Doppelschluß- oder Verbundmotor genannt) oder um einen Motor mit Fremderregung. Üblicherweise wird der Ankerstrom eines Gleichstrommotors durch Hinzuschalten oder Kurzschließen ohmscher Widerstände im AnkerStromkreis entsprechend dem gewünschten Drehzahlverhalten des Motors geändert. Obwohl eine derartige Steuereinrichtung verhältnismäßig einfach ist, hat sie doch zahlreiche Nachteile, von denen der schwerwiegenste die Verschlechterung des Wirkungsgrades ist. Aus diesem Grunde ist man in letzter Zeit dazu übergegangen, diese Widerstände durch tastverhältnisgesteuerte Schalteinrichtungen oder "Zerhacker" zu ersetzen.

Bei einer Tastverhältnis-Steuervorrichtung liegt ein steuerbarer Schalter gewöhnlich zwischen der Gleichstromquelle und der Anker- bzw. Ständerwicklung. Durch zyklisches Öffnen und Schließen des Schalters läßt man den Motorstrom mit einem bestimmten Tastverhältnis pulsieren. In den Zeiten, in denen der Schalter geöffnet (unterbrochen) ist, kann der Ankerstrom über eine parallel zum Anker liegende Freilaufdiode weiterfließen. Die Ankerwicklungen wirken praktisch wie eine große induktive Last und glätten den pulsierenden Strom, so daß sich ein Gleichstrom mit einem Mittelwert ergibt, der das Drehmoment des Motors bestimmt. Bei Motoren mit geringerer Induktivität wird eine

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Glättungs-Drosselspule mit dem Motor in Reihe geschaltet. Weil der Schalter nur geöffnet oder geschlossen wird, ist der Leistungsverbrauch hauptsächlich durch die zum öffnen und Schließen des Schalters und die vom Motor benötigte Leistung bestimmt, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß bekannte Schalter nicht ideal sind und ebenfalls eine geringe Verlustleistung aufweisen.

Bei bekannten Tastverhältnis-Steuervorrichtungen ist der steuerbare Schalter gewöhnlich ein Thyristor bzw. steuerbarer Silicium-Gleichrichter, d.h. eine rückwärtssperrende Thyristortriode mit zwei Hauptanschlüssen (Anode und Kathode)und einem Steueranschluß (Tor) . Wenn der Thyristor an Durchlaßspannung liegt, d.h. sein Anodenpotential positiv gegenüber seinem Kathodenpotential ist, wird er durch ein seinem Steueranschluß zugeführtes Stromsignal durchgeschaltet (in den leitenden Zustand gesteuert), so daß er einen vernachlässigbar kleinen ohmsehen Anoden-Kathoden-Widerstand aufweist. Nachdem er auf diese Weise durchgeschaltet oder "gezündet" worden ist, kann er nur dadurch wieder gesperrt bzw. gelöscht werden, daß der über seine Hauptanschlüsse fließende Strom auf Null verringert und dann zwischen Anode und Kathode solange eine Sperrspannung angelegt wird, bis der Thyristor wieder seine Sperrfähigkeit (gegen einen Stromfluß in Durchlaßrichtung) erlangt hat. Um den Thyristor auszuschalten bzw. zu sperren, kann eine "Löschschaltung¹* parallel zu seinen Hauptanschlüssen geschaltet werden. Eine ausführliche Beschreibung der Thyristoren, Zerhackerschaltungen und Löschschaltungen findet sich in dem "SCR Manual" der General Electric Company, 5. Ausgabe 1972.

Eine typische Thyristor-Löschschaltung ist ein Schwingkreis mit einer Induktivität und einem Kondensator. Ferner kann die Löschschaltung beispielsweise einen Kondensator, eine Spule, mehrere Dioden und einen Lösch-Thyristor aufweisen. Die Zerhacker- oder Schaltfrequenz hängt von der Frequenz ab, mit der der den Motorstrom führende Thyristor und der Lösch-Thyristor

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gezündet werden, und der Mittelwert des Stroms hängt vom Tastverhältnis ab, d.h. dem Verhältnis von Einschaltdauer zur Periodendauer eines Schaltspiels des Hauptthyristors, wobei seine Ausschaltdauer durch die Einschaltdauer des Lösch-Thyristors bestimmt wird.

Jedes Bauelement in der Löschschaltung muß so bemessen bzw. ausgelegt sein, daß die Löschschaltung dem jeweiligen Betriebsstrom und Tastverhältnis des Zerhackers genügt. Die Auslegung jedes Bauelements hängt von der in der Schaltung umgesetzten Gesamtleistung ab, genauer gesagt von der Wattsekundenzahl pro Impuls multipliziert mit der Frequenz oder Anzahl der Impulse pro Sekunde . Die Bemessung dieser Bauelemente bzw. ihre Nennleistung bestimmt nicht nur die Kosten der Löschschaltung, sondern auch das Gewicht, den Wirkungsgrad und die räumlichen Abmessungen der Schaltung.

Da die Aufgabe der Löschschaltung darin besteht, den Hauptthyristor, d.h. den steuerbaren Schalter, auszuschalten bzw. zu löschen, muß bei der Auslegung in erster Linie berücksichtigt werden, daß die Löschschaltung diese Aufgabe erfüllen kann. Ein Maß für die Löschfähigkeit der Löschschaltung ist die Stärke des Stroms, die sie abgeben kann. Um einen Thyristor löschen zu können, muß die Löschschaltung in der Lage sein, einen Strom, der größer als der mittlere Belastungsstrom ist, solange abzugeben, bis der Thyristor wieder seine Durchlaßsperrfähigkeit erlangt hat. Für den maximalen Löschstrom läßt sich die Beziehung I = E Vc/L angeben, in der I der Nennstrom, E die Kondensatorspannung, C die Kapazität des Kondensators und L die Induktivität der Spule im Löschkreis ist. Da die Löschfähigkeit proportional dem maximalen Löschstrom ist, kann sie durch Änderung der Spannung E, der Kapazität C und der Induktivität L geändert werden.

Bei einem elektrischen Antrieb kann die elektrische Energie von einem durch einen Hauptantrieb angetriebenen Generator auf dem Fahrzeug oder aus einer äußeren Quelle über eine Ober-

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leitung, eine dritte Schiene oder ein Schleppkabel geliefert werden. Unabhängig von der Art der Spannungsquelle, ändert sich bei derzeitigen Systemen die gelieferte Spannung mit dem Belastungsstrom. So kann sich bei einem typischen Stromversorgung ssystem die Spannung im Verhältnis von 2 : 1 zwischen niedrigem und hohem Belastungsstrom ändern, wobei die geringste Spannung häufig beim maximalen BeIastungsstrom auftritt.

Um diese Spannungsänderung auszugleichen, ist es üblich, Löschschaltungen so auszulegen, daß sie in der Lage sind, einen Nennbelastungsstrom bei der niedrigsten erwarteten Spannung zu löschen. Diese Art der Auslegung ergibt Löschschaltungsbauteile mit verhältnismäßig großen Abmessungen, so daß die Löschschaltung mindestens so groß zu sein pflegt, wie die den Belastungsstrom führenden Bauelemente. Ferner könnte eine Löschschaltung, die auf den Nennbelastungsstrom bei halber Spannung ausgelegt ist, bei voller Spannung den doppelten Belastungsstrom löschen. Beispielsweise könnte eine auf die Löschung von 2000 Ampere bei 1000 Volt ausgelegte Löschschaltung einen Strom von 4000 Ampere bei 2000 Volt löschen. Bei einem typischen Fahrzeug kann eine Quellenspannung von 2000 Volt bei einem niedrigen Belastungsstrom auftreten, d.h. wenn der Hauptthyristor einen mittleren Belastungsstrom von weniger als 1000 Ampere führt. Die Löschschaltung muß daher auch in der Lage sein, die höhere Verlustleistung umzusetzen und in Form von Verlustwärme abzuführen, die mit höheren Löschschaltungsströmen bei 2000 Volt verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungssteuervorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die auch bei stärkeren Betriebsspannungsschwankungen funktionsfähig ist und dennoch eine geringere Verlustleistung und entsprechend kleinere Abmessungen aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche lehren vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung.

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Danach enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung einen tastverhältnisgesteuerten Thyristor-Schaltkreis mit einer Löschschaltung, die den Mittelwert des Stroms in einem Gleichstrom-Fahrzeugmotor steuern. Die Löschschaltung enthält einen Löschkondensator, der die zum Löschen des Hauptthyristors, der den Beiastungsstrom führt, erforderliche Energie liefert. Der zwangsläufig induktive Motor liegt im Ladestromkreis des Löschkondensators. Seine Induktivität erzwingt eine Fortsetzung des Ladestromflusses, obwohl die Löschkondensatorspannung grosser als die von der Betriebsstromquelle abgegebene Spannung wird. Parallel zum Motor (seiner Induktivität) liegt ein steuerbarer Schalter, der geschlossen (durchgeschaltet) wird, wenn die Löschkondensatorspannung einen vorbestimmten Wert erreicht. Das Schließen des Schalters ergibt einen niederohmigen Nebenschluß (Kurzschluß) und unterbricht dadurch das Aufladen des Löschkondensators.

Erfindungsgemäß wird die normalerweise parallel zum Motor liegende Freilaufdiode durch einen Thyristor ersetzt. Eine Regelschaltung überwacht die Löschkondensatorspannung und schaltet den Thyristor durch, wenn sie einen vorbestimmten Wert erreicht. Vorzugsweise wird dieser Wert in Abhängigkeit vom Motorstrom geändert, so daß Überströme bei schwacher Belastung vermieden werden, während bei hohem Belastungsstrom und niedriger Netzspannung dennoch die Löschung sichergestellt ist. Die Regelschaltung enthält eine Einrichtung zum Vergleichen der Löschkondensatorspannung mit einem Motorstrom-Istwertsignal und zum Erzeugen eines Durchschaltsignals für den Thyristor, wenn die Löschkondensatorspannung einen Wert erreicht hat, der zum Löschen des gemessenen Motorstroms ausreicht. Die Regelschaltung enthält weitere Schutzeinrichtungen für eine sd lange Verzögerung der Zündung des Thyristors bis die Löschkondensatorspannung mindestens ebenso groß wie die verfügbare Quellenspannung geworden ist, um sicherzustellen, daß der Thyristor im Augenblick der Zündung an Durchlaßspannung liegt. Eine weitere Schutzmaßnahme besteht darin, daß der Regler immer dann

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ein Durchschaltsignal abgibt, wenn die Löschkondensatorspannung eine vorbestimmte Maximalspannung überschreitet. Sodann wird eine Störunempfindlichkeit dadurch erreicht, daß dafür gesorgt ist, daß nur während einer vorbestimmten kurzen Zeitspanne Durchschaltsignale bzw. Zündsignale wirksam werden können.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Tastverhältnissteuerungs-Stromversorgungsschaltung für einen elektrischen Zugmotor,

Fig. 2 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 3 ein ausführlicheres schematisches Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Steuerschaltung, die einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet.

ί Nach Fig. 1 ist eine tastverhältnisgesteuerte Stromversorgungsschaltung 11, auch Zerhacker genannt, so geschaltet, daß sie

j . die Stromversorgung eines Gleichstrom-Zugmotors 10 regelt. Der Zugmotor 10 ist ein Reihenschlußmotor mit einem Anker 20 und einer in Reihe geschalteten Feldwicklung 22. Ein Thyristor 24, auch steuerbarer Halbleitergleichrichter genannt, eine Löschspule 26 und eine Motorspule 28 verbinden den einen Anschluß des Ankers 20 mit einer Betriebsgleichstrom-Zuleitung 30. Eine Betriebsgleichstromquelle 32 ist über einen Schalter S und eine Glättungsspule 34 mit der Zuleitung 30 verbunden. Der untere Anschluß der Feldwicklung 22 ist über die andere Betriebsgleichstrom-Zuleitung 36 mit dem negativen Pol der Betriebsgleichstromquelle 32 verbunden. Zwischen den Zuleitungen 30 und 36 liegt ein Glättungskondensator 38, um Spannungsschwankungen zu

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glätten, die durch den Schaltvorgang des Thyristors 24 auf der Zuleitung 30 auftreten.

Parallel zum Thyristor 24 und der Löschspule 26 liegt eine Löschschaltung 40. Die Löschschaltung 40 enthält einen Löschkondensator 42, eine Löschspule 44 und einen Löschthyristor Außerdem liegt antiparallel zum Thyristor 46 eine Diode 48, um das Sperren des Thyristors 46 zu ermöglichen. Eine weitere Diode 50 verbindet die Löschschaltung 40 mit dem kathodenseitigen Hauptanschluß des Thyristors 24. Die Thyristoren 24 und 26 werden von einer Zerhackersteuerschaltung 52 gesteuert, die Durchschalt- bzw. Zündsignale den Steueranschlüssen der beiden Thyristoren in der Weise zuführt, daß sie das Tastverhältnis des Thyristors 24 und damit den Mittelwert des durch den Motoranker 20 fließenden Stroms regelt. Parallel zum Motor 10 und zur Spule 28 liegt eine Freilaufdiode 56 für den Ankerstrom, wenn die Zerhackerschaltung 11 gesperrt ist.

Die Zerhacker-Steuerschaltung 52 regelt in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von einem Stromsollwertsignal I„ und einem Stromistwertsignal I das Tastverhältnis des Thyristors 24 so, daß die Differenz zwischen Stromsollwertsignal und Stromistwertsignal zu Null wird. Im einzelnen wird hierzu auf die US-Patentschrift 3 866 098 verwiesen. Im vorliegenden Falle wird das Stromistwertsignal I von einer Strommeßeinrichtung 54 geliefert, die in den AnkerStromkreis geschaltet ist. Bei dieser Strommeßeinrichtung kann es sich um eine an sich bekannte Gleichstrommeßeinrichtung handeln, z.B. einen Hall-Generator, einen Strommeßwiderstand oder eine Strommeßspule mit zugehöriger Schaltung zur Übertragung eines Stromistwertsignals. Das Stromsollwertsignal I wird von einer nicht dargestellten Bedienungseinrichtung in Abhängigkeit von der gewünschten Ausgangsleistung oder Drehzahl des Motors 10 geliefert.

Bekanntlich ist der Mittelwert des durch den Anker 20 und die Feldwicklung 22 fließenden Stroms proportional dem Tastverhält-

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nis oder der prozentualen Einschaltdauer des Thyristors 24 und der Drehzahl des Motors. Bezeichnet man die Einschaltdauer oder Durchschaltzeit des Thyristors 24 mit T . und die Ausschaltzeit oder Sperrzeit mit T , dann ist das Tastver-

aus

hältnis gleich ^T _ei_nA^T _ein ^{+ T}aus^* ^{Zur Auslösun}S ^der Einschaltdauer bzw. zum Zünden des Thyristors 24 wird dem Steueranschluß des Thyristors 24 von der Steuerschaltung 52 ein Durchschalt- oder Zündimpuls zugeführt. Um die Einschaltdauer zu beenden, wird dem SteueranSchluß des Thyristors 46 von der Steuerschaltung 52 ein Durchschalt- oder Zündimpuls zugeführt. Soweit es zur Erläuterung und zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist, sind an sich bekannte Bauelemente aus der Darstellung des Motor-Kreises weggelassen. So sind die zum elektrischen Bremsen oder zur Feldschwächung erforderlichen Bauelemente nicht dargestellt. Eine ausführlichere Beschreibung eines elektrischen Reihenschlußmotor-Kreises findet sich in der US-Patentschrift 3 525 027.

Bevor die Beschreibung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung fortgesetzt wird, wird nachstehend die Wirkungsweise des beschriebenen Motor-Kreises beschrieben. Bei geschlossenem Schalter S liegt zwischen den Zuleitungen 30 und 36 eine Betriebsspannung für den Motor 10 an. Ein dem Steueranschluß des Thyristors 24 von der Steuerschaltung 52 zugeführtes Zündsignal schaltet den Thyristor 24 durch, so daß ein Strom von der Zuleitung 30 über die Löschspule 26, den Thyristor 24, die Motorspule 28, den Motoranker 20 und die Feldwicklung 22 zur Zuleitung 36 fließt und auf den Anker 20 (Läufer) ein entsprechendes Drehmoment ausgeübt wird. Nach einer vorbestimmten Zeit, z.B. nach 0,001 Sekunden, wird der Thyristor 46 durch ein Zündsignal durchgeschaltet. Die im Löschkondensator 42 gespeicherte Energie entlädt sich über die Löschspule 44 und den Thyristor 46. Da der Kondensator 42 und die Spule 44 einen Schwingkreis bilden, lädt sich der Kondensator 42 mit umgekehrter Polarität wieder auf, so daß das Potential an der Verbindungsstelle von Diode 50 und Thyristor 24 innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeit positiver als das Potential der Zu-

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leitung 30 wird. Da somit das Kathodenpotential positiver als das Anodenpotential des Thyristors 24 ist, wird an die Spule 26 eine negative oder Sperrspannung angelegt, so daß die Kommutierung des Stroms von dem den Thyristor 24 aufweisenden Zweig auf den die Diode 50 aufweisenden Zweig beginnt. Innerhalb weniger Minuten ist die Kommutierung auf die Diode 50 abgeschlossen und der Thyristor 24 gesperrt worden. Nach einer durch das Verhältnis der Induktivität der Spule 44 zur Kapazität des Kondensators 42 bestimmten Zeit, kehrt sich die Richtung des durch die Spule 44 fließenden Stroms um, und es fließt ein Strom durch den Kondensator 42, die Diode 48 und die Spule 44. Der von dem durch die Diode 48 fließenden Strom hervorgerufene DurchlaßSpannungsabfall sperrt den Thyristor 46. Der durch den Anker 20 fließende Laststrom fließt solange durch den Kondensator 42 und die Diode 50 weiter, bis sich der Kondensator 42 auf eine Spannung aufgeladen hat, die gleich der Spannung zwischen den Leitungen 30 und 36 ist. In diesem Augenblick ist das Kathodenpotential des Thyristors 24 im wesentlichen gleich dem der Leitung 36. Aufgrund der Induktivität des Ankers 20 und der Feldwicklung 22 sowie der Motorwicklung 28 fließt der Strom danach weiter durch den Kondensator 42, die Diode 50, den Anker 20 und die Feldwicklung 22, so daß der Kondensator 42 weiter aufgeladen wird. Dieser Vorgang hat zur Folge, daß das Kathodenpotential des Thyristors 24 negativer als das Potential der Leitung 36 wird. Jetzt beginnt die Kommutierung des Motorstroms auf den Zweig mit der Freilaufdiode 56, der Motorwicklung 28, dem Anker 20 und der Feldwicklung 22. In dem Augenblick, in dem der Strom vollständig auf den Zweig mit der Freilaufdiode 56 kommutiert worden ist, ist der Kondensator 42 auf eine Überspannung aufgeladen. Diese Überspannung am Kondensator 42 ist direkt proportional dem Laststrom und der in dem Stromkreis liegenden Induktivität und umgekehrt proportional zur Kapazität des Kondensators 42. Sie wird jedoch im wesentlichen - bis auf einige Volt - auf die Spannung an der Leitung 36 begrenzt, weil die Diode 56 zu leiten beginnt, sobald sie an Durchlaßspannung liegt. Nach einigen Millisekunden, abhängig

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von der gewünschten Ausgangsleistung des Motors 10, wird dem Thyristor 24 wieder ein Durchschaltimpuls zugeführt, so daß sich der beschriebene Zyklus wiederholt.

Der Thyristor 24 wird folglich periodisch durchgeschaltet, so daß der Anker 20 und die Feldwicklung 22 mit Stromimpulsen aus der Quelle 32 gespeist werden. Die Bauelemente der Lösch- oder Kommutierungsschaltung müssen hierbei in der Lage sein, soviel Energie zu liefern, daß erstens der Strom zwangsweise vom Thyristor 24 auf den Kondensator 42 kommutiert wird, zweitens solange an den Thyristor 24 eine Sperrspannung gelegt wird, daß er seine Durchlaßsperrfähigkeit wiedererlangt, und drittens noch genügend restliche Energie im Kondensator 42 gespeichert bleibt, um durch die Diode 48 einen Strom zu treiben, durch den solange an den Thyristor 46 eine Sperrspannung gelegt wird, daß dieser wieder seine Sperrfähigkeit in Durchlaßrichtung erlangt. Wenn die Löschschaltung nicht in der Lage ist, diese Energie zu liefern, stellt sich ein Verriegelungszustand ein, in dem ständig die maximal verfügbare Spannung über den Thyristor 24 oder den Thyristor 46 an den Motor 10 gelegt wird. Die Auslegung auf eine hinreichende Löschenergie ist daher ein wesentlicher Faktor bei der Ausbildung der Löschschaltung.

Wie sich aus obigen Darlegungen ergibt, muß der Löschkondensator 42 in der Lage sein, einen Maximalstrom zu liefern, der wesentlich stärker als der über den Thyristor 24 fließende mittlere Motorstrom ist. Generell muß der maximale Löschstrom annähernd das Doppelte des maximalen Laststroms betragen. Da eine herkömmliche Gleichstromquelle 32 nicht in der Lage ist, bei allen Belastungsströmen eine konstante Spannung zu liefern, nimmt die Spannung auf der Leitung 30 mit zunehmendem Motorstrom ab. Bei einem typischen Zugmotoranwendungsfall kann sich die Spannung an der Zuleitung 30. über einen Bereich von 2 : 1 ändern, d.h. eine 2000 Volt betragende Nennspannung der Betriebsgleichstromquelle kann bei Belastung bis auf 1000 Volt abnehmen. Da die Energie, die der Löschkondensator 42 liefern kann, von

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der Größe des Kondensators und seiner Ladespannung abhängig ist, muß der Kondensator, um in der Lage zu sein, die maximale Löschenergie bei der geringsten Versorgungsspannung zu liefern, unter Berücksichtigung dieser Kriterien dimensioniert sein. So läßt sich zeigen, daß bei einem Schwingkreis mit konstanter Resonanzfrequenz die Kapazität verdoppelt und die Induktivität halbiert werden muß, um genügend Löschenergie zur Verfügung zu haben, wenn die Betriebsspannung auf die Hälfte ihres Nennwerts abgesunken ist. Bei Nennspannung hat dies zur Folge, daß die Löschfähigkeit doppelt so hoch ist wie es für eine sichere Löschung erforderlich ist.

Durch die nachstehend beschriebene Ausbildung der Löschschaltung ist es möglich, die Größe ihrer Bauelemente zu verringern und dennoch hinreichend Energie zum Löschen sowohl des Hauptthyristors als auch des Löschtyristors zur Verfügung zu stellen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt ein induktiver Kreis zwischen der Anode der Diode 50 und der negativen Versorgungsleitung 36. Der induktive Kreis enthält die Reihenschaltung einer Diode 58 und einer Spule 60, zu der ein Thyristor 62 antiparallel geschaltet ist. Die Diode 58 und die Spule 60 bilden einen alternativen Ladestrompfad für den Kondensator 42 und ermöglichen eine Aufladung des Kondensators auf eine Überspannung, die wesentlich größer als die verfügbare Versorgungs- bzw. Betriebsspannung ist, wobei der Wert dieser Überspannung steuerbar ist. Der Betrieb der Zerhackerschaltung ist im wesentlichen der gleiche, wie oben beschrieben. Wenn jedoch der Kondensator 42 sich zu entladen beginnt, d.h. sein unterer Anschluß positiv gegenüber dem Potential der Leitung 36 wird, liegt an der Diode 58 eine Durchlaß spannung, so daß ein Strom durch die Diode 58 und die in Reihe geschaltete Spule 60 fließt. Wenn die Spannung am Kondensator 42 während des Umladezyklus in Durchlaßrichtung anzusteigen beginnt, fließt der Strom nicht nur durch die Diode 50 und den Motorkreis 10, sondern auch durch die Diode 58 und die Spule 60. Wenn das Kathodenpotential des Thyristors 24 das Potential der Leitung 36 erreicht, beginnt der Motorstrom durch die Diode 56 zu fließen, so daß die Diode 50 gesperrt wird. Die Induktivität der Spule 60 erzwingt je-

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doch eine Fortsetzung des Stromflusses durch den Kondensator 42, die Diode 58 und die Spule 60 zur negativen Leitung 36. Dieser Strom zieht das Potential des unteren Anschlusses des Kondensators 42 nach unten auf einen negativen Wert, der wesentlich kleiner als das Potential der Leitung 36 ist. Bei richtig bemessener Induktivität der Spule 60 kann die Spannung am Kondensator 42 einen Viert erreichen, bei dem die mit dem Kondensator in Reihe liegenden Halbleiterbauelemente durchschlagen. Bevor diese Spannjung erreicht wird, kann dem Thyristor 62 Jedoch ein Durchschaltsignal zugeführt werden, so daß die Spule 60 kurzgeschlossen wird und der durch diese Spule fliessende Strom über den durchgeschalteten Thyristor 62 umlaufen kann. Praktisch bilden die Spule 60 und der Thyristor 62 eine Einrichtung zur Regelung des Betrags der Spannung, auf die sich der Kondensator 42 auflädt.

Eine "logische" Anpassungssteuerschaltung 63 zur Regelung der Größe der Spannung am Kondensator 42 enthält mehrere Vergleichseinrichtungen zur Überwachung des Betrags der Spannung am Kondensator und zum Vergleichen dieser Spannung mit einem gewünschten Bezugswert. Wie Fig. 1 zeigt, liegt ein erster Trennverstärker 64 mit zwei Eingängen an den Anschlüssen des Kondensators 42. Das Ausgangssignal V des Trennverstärkers 64 stellt ein Maß für die Spannung am Kondensator dar. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. 1 verschiedene ohmsche Widerstände, die normalerweise in einer solchen Schaltung vorgesehen sind, weggelassen. Der Ausgang des Verstärkers 64 ist mit dem einen Eingang eines Vergleichers 66 verbunden. Der andere Eingang des Vergleichers 66 ist mit dem Ausgang der Strommeßeinrichtung 54 verbunden. Der Vergleicher 66 vergleicht das am Ausgang des Verstärkers 64 auftretende Spannungsistwertsignal V_c mit dem Stromistwertsignal I der Strommeßeinrichtung 54 und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Verhältnis der Löschkondensatorspannung zum Motorstrom für eine bestimmte Auslegung der Anlage richtig ist. Um die Amplituden der jeweiligen Signale an irgendein gewünschtes Verhältnis anzupassen, können

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ohmsche Widerstände verwendet werden. Das richtige Verhältnis' von Spannung am Kondensator 42 zum Strom durch den Motor 10 stellt sicher, daß der Kondensator 42 eine zum Löschen des Thyristors 24 ausreichende Energie aufweist.

Ein zweiter Trennverstärker 67 ist an der Zuleitung 30 zur Überwachung der Spannung am Glättungskondensator 38 angeschlossen und erzeugt ein der Glättungskondensatorspannung proportionales Signal V-. Das Spannungssignal V- wird dem einen Eingang eines zweiten Vergleichers 68 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 64 verbunden ist. Der Vergleicher 68 liefert immer dann ein Freigabesignal, wenn die Spannung am Kondensator 42 die Glättungskondensatorspannung an der Leitung 30 überschreitet. Dieses Signal verzögert die Durchschaltung des Thyristors 62 solange, bis er an Durchlaßspannung liegt, da der Thyristor 62 nicht durch ein vorher zugeführtes Durchschaltsignal durchgeschaltet wird. Der Ausgang des Vergleichers 68 ist mit einem ersten Eingang eines UND-Verknüpfungsgliedes 70 verbunden. Ein zweiter Eingang des Verknüpfungsgliedes 70 ist mit dem Ausgang des Vergleichers 66 verbunden. Das Verknüpfungsglied 70 erzeugt nur dann ein Ausgangssignal, wenn seine beiden Eingangssignale den richtigen Zustand aufweisen. Das Verknüpfungsglied 70 erzeugt daher nur dann ein Signal, wenn die Spannung am Kondensator 42 größer als die Spannung an der Leitung 30 ist und außerdem die Spannung am Kondensator 42 einen Wert überschreitet, der im richtigen Verhältnis zur Stärke des durch den Motor 10 fließenden Stroms steht.

In einigen Fällen ist es möglich, daß die Anpassungseinrichtung, da sie auf die Größe des Belastungsstroms anspricht, bestrebt ist, den Kondensator 42 auf eine höhere Spannung aufzuladen, als sie zum Löschen erforderlich ist. Beispielsweise bewirkt die Anpassungseinrichtung bei einem zu hohen Strom, der einige tausend Ampere erreicht, eine entsprechend hohe Aufladung des Kondensators 42. Daher ist eine Schutzmaßnahme vorgesehen, die

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sicherstellt, daß der Kondensator 42 nicht so weit aufgeladen wird, daß die Halbleiterbauelemente in der Zerhacker-Löschschaltung durchschlagen. Diese Schutzmaßnahme ist in einer Anordnung verwirklicht, die die Anpassungseinrichtung übersteuert und dem Thyristor 62 zwangsweise ein Durchschaltsignal zuführt, wenn die Spannung am Kondensator 42 einen vorbestimmten Maximalwert und außerdem die Spannung am Kondensator 38 überschreitet.

Nach Fig. 1 besteht die erwähnte Schutzmaßnahme darin, daß das die Spannung am Kondensator 42 darstellende Spannungssignal V. mit einem Spannungsbezugssignal V , das die gewünschte Maximalspannung darstellt, durch einen dritten Vergleicher 74 verglichen wird. Daher ist der Ausgang des Verstärkers 64, an dem das Spannungssignal V auftritt, mit dem einen Eingang des Vergleichers 74 verbunden. Das Spannungsbezugssignal V_m wird dem zweiten Eingang des Vergleichers 74 aus einer nachstehend noch beschriebenen Spannungsquelle zugeführt. Der Vergleicher 74 erzeugt immer dann ein Freigabe- oder Auftastsignal (hier ein 1-Signal), wenn V_ den Betrag von V₁ überschreitet. Das Frei-

c m

gabesignal wird vom Ausgang des Vergleichers 74 dem einen Eingang eines UND-Verknüpfungsgliedes 75 zugeführt. Der zweite Eingang des UND-Verknüpfungsgliedes 75 ist mit dem Ausgang des Vergleichers 68 verbunden, so daß das UND-Verknüpfungsglied 75 ein 1-Signal erzeugt, wenn die Spannung am Kondensator 42 den Wert des Bezugssignals V überschreitet, jedoch nur, wenn die Spannung am Kondensator 42 die Spannung am Glättungskondensator 38 überschreitet.

Der Ausgang des UND-VerknUpfungsgliedes 75 ist mit einem Eingang eines ODER-Verknüpfungsgliedes 76 verbunden. Der zweite Eingang des ODER-Verknüpfungsgliedes 76 ist mit dem Ausgang des UND-Verknüpfungsgliedes 70 verbunden, so daß das ODER-Verknüpfungsglied 76 ein 1-Signal erzeugt, wenn das UND-Verknüpfungs¹ glied 70 und/oder das UND-Verknüpfungsglied 75 ein 1-Signal abgibt.

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Das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 76 kann zwar direkt zum Durchschalten des Thyristors 62 benutzt werden, doch hat sich gezeigt, daß im Istwertsignal auftretende Störimpulse zu einer unbeabsichtigten Durchschaltung bzw. Zündung des Thyristors 62 führen können. Daher ist ein weiteres Verknüpfungsglied 72 als Sperrglied vorgesehen. Dieses Verknüpfungsglied hat einen Eingang, dem das gewünschte Zündsignal vom Verknüpfungsglied 76 zugeführt wird, und einen zweiten Eingang, dem ein Taktsignal oder zeitlich gesteuertes Auftastsignal (Fensteroder Ausblendsignal) T zugeführt wird, d.h. ein Signal, das nur in einer vorbestimmten Zeit während jedes Betriebszyklus der Zerhackerschaltung vorhanden ist. Dieses Auftastsignal T wird vorzugsweise zu Beginn des Löschzyklus ausgelöst und solange aufrechterhalten, bis sich der Kondensator 42 mit Sicherheit hinreichend weit aufgeladen hat.

Das vom UND-Verknüpfungsglied 72 erzeugte Signal wird über ein ODER-Verknüpfungsglied 78 einer Thyristorzündschaltung 80 zugeführt. Die Zündschaltung 80 kann in an sich bekannter Weise so ausgebildet werden, daß sie das vom ODER-Verknüpfungsglied 78 erzeugte Signal in ein Signal mit hinreichender Leistung zur Durchschaltung des Thyristors 72 umwandelt. Das ODER-Verknüpfungsglied 78 dient zur Erzeugung zweier aufeinanderfolgender Zündimpulse für den Thyristor 62. Diese Doppelzündung erhöht die Sicherheit, mit der der Thyristor durchgeschaltet wird. Die Doppelzündung wird hier dadurch erreicht, daß der Ausgang des UND-Verknüpfungsgliedes 72 über ein Verzögerungsglied 82 mit dem zweiten Eingang des ODER-Verknüpfungsgliedes 78 verbunden ist. Da das ODER-Verknüpfungsglied 78 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn es entweder am einen und/oder am anderen Eingang ein Eingangssignal erhält, werden auf diese Weise zwei Signale erzeugt und der Thyristor-Zündschaltung 80 zugeführt.

Der Thyristor 62 ist normalerweise gesperrt und wird immer dann durchgeschaltet, wenn die Ladung des Kondensators 42 einen vorbestimmten Wert erreicht, der vom Laststrom abhängt, oder wenn die Ladung einen vorbestimmten Maximalwert erreicht. Da der

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Vergleicher 66 auf den Istwert des im Motor 10 fließenden Stroms anspricht, ändert er die zeitliche Lage des dem Thyristor 62 zugeführten Zündsignals in der Weise, daß er die Löschenergie an einen Idealwert anpaßt, der dem Laststrom proportional ist. Die Überschußenergie, die ansonsten in der Zerhacker-Löschschaltung in Verlustwärme umgesetzt wird, wird auf diese Weise minimisiert.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfordert zusätzlich eine Spule 60, einen Thyristor 62 und eine Diode 58, um die gewünschte Wirkung zu erreichen. Wenn es sich jedoch bei der Last bzw. dem Verbraucher, dessen Stromversorgung über die Zerhackerschaltung gesteuert bzw. geregelt wird, um einen Gleichstrom-Zugmotor handelt, insbesondere einen solchen, der eine zusätzliche Motorreaktanz, wie Reaktanz 28 erfordert, hat sich gezeigt, daß die Motorreaktanz und der Motor selbst anstelle der Spule 60 verwendet werden können.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die zusätzlichen Bauelemente weggelassen sind und die Freilaufdiode durch einen Thyristor 84 ersetzt worden ist. Die als Schaltwerk ausgebildete Steuerschaltung 63 zum Durchschalten des Thyristors 84 ist die gleiche, wie die in Fig. 1 dargestellte Steuerschaltung 63 zur Steuerung des Thyristors 62. Der einzige Unterschied der Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 ist daher der Ersatz der Freilaufdiode 56 durch den Thyristor 84 und das Fehlen der Diode 58, der Spule 60 und des Thyristors 62. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche, wie sie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. In Fig. 2 wird die Aufladung des Kondensators 42 jedoch durch den Laststrom bewirkt, der durch den Motor 10 fließt. Obwohl dieser Strom bestrebt ist, das Kathodenpotential des Thyristors 24 auf einen wesentlich niedrigeren Wert abzusenken, hat die niedrigere Spannung keinen wesentlichen Einfluß auf die Wirkungsweise der Zerhakkerschaltung, solange die Spannung an der Zerhackerschaltung nicht die Durchbruchspannung der Halbleiterbauelemente in dieser Schaltung überschreitet. Die zuvor beschriebene Schutzschaltung stellt sicher, daß der Thyristor 84 gezündet wird, bevor die

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Durchbruchspannung erreicht worden ist, d.h. die Bezugsspannung V stellt sicher, daß dem Thyristor 84 ein Zündsignal zur Durchschaltung zugeführt v/ird, wenn die Spannung am Kondensator 42 den maximal zulässigen Wert erreicht und größer ist als die Spannung am Kondensator 38.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Stromversorgungsschaltung wird bevorzugt, weil es mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen zur Steuerung bzw. Regelung eines Gleichstrom-Zugmotors auskommt. Es sind jedoch andere Ausführungsarten dieses Energieanpassungsprinzips möglich. So kann eine zusätzliche Versorgungsleitung vorgesehen sein, an die ein Anschluß des Kondensators über ein steuerbares Schaltelement angeschlossen sein kann, so daß der Kondensator 42 auf die Spannung einer getrennten Spannungsquelle aufgeladen werden kann.

Fig. 3 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der als Schaltwerk ausgebildeten Anpassungssteuerschaltung 63 zur Steuerung der Spannung am Kondensator 42 dar. Die Trennschaltung 64, die die Spannung am Kondensator 42 auf einen brauchbaren binären Wert verringert, aber gleichzeitig einen niedrigen Innenwiderstand und eine geringere Störempfindlichkeit sicherstellt, weist zwei in Reihe geschaltete Differenzverstärker 65 und 88 auf. Dabei ist der eine Anschluß des Kondensators 42 über einen ohmschen Widerstand 84 mit dem umkehrenden Eingang des Differenzverstärkers 65 verbunden. In ähnlicher Weise ist der andere Anschluß des Kondensators 42 über einen ohmschen Widerstand 86 mit dem nichtumkehrenden Eingang des Verstärkers 65 verbunden. Beide Widerstände 84 und 86 sind verhältnismäßig hochohmig, um die Verstärker 65 von den verhältnismäßig hohen Spannungen, die am Kondensator 42 auftreten, zu trennen. Der zweite Differenzverstärker 88 ist mit dem Verstärker 65 in Reihe geschaltet, um die Spannung am Kondensator 42 zu entkoppeln, bevor sie in ein Spannungssignal umgewandelt wird, das sich auf Massepotential bezieht. Der Verstärker 65 enthält zur Stabilisierung einen ohmschen Rückführwiderstand 90, der den Ausgang des Verstärkers mit dem umkehrenden Eingang verbindet. Zwischen dem positiven Pol

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einer Spannungsquelle mit dem Potential +V und Masse liegt ein Spannungsteiler aus ohmschen Widerständen 92 und 94. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 92 und 94 ist über einen weiteren ohmschen Widerstand 96 mit dem nichtumkehrenden Eingang des Verstärkers 65 verbunden. Am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 92 und 94 wird eine der Spannung am unteren Anschluß des Kondensators 42 proportionale Spannung erzeugt. Der Ausgang des Verstärkers 65 ist über einen ohmschen Widerstand 98 mit dem umkehrenden Eingang des Verstärkers 88 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 92 und 94 ist über einen ohmschen Widerstand 100 mit dem nichtumkehrenden Eingang des Verstärkers 88 verbunden. Der Verstärker 88 ist ein als Rechenverstärker ausgebildeter Differenzverstärker mit einem ohmschen Rückführwiderstand 102 zwischen seinem Ausgang und seinem umkehrenden Eingang. Ein weiterer ohmscher Widerstand 104 liegt zwischen seinem nichtumkehrenden Eingang und Masse. Der Verstärker 88 liefert das Spannungsbezugssignal V , das die Spannung am Kondensator 42 gegenüber Massepotential darstellt.

Das die Spannung am Glättungskondensator darstellende Spannungssignal V- wird in ähnlicher Weise wie das Spannungssignal V gebildet. Die Spannungsentkopplungsschaltung oder -trennschaltung 67 ist ebenso ausgebildet wie die Schaltung 64 und daher nur als Block dargestellt. Die Spannung am Glättungskondensator 38, die die verfügbare Quellen- bzw. Versorgungsspannung darstellt, wird von der Schaltung 67 überwacht, die das diese Spannung darstellende Signal V_f erzeugt.

Das von der Strommeßeinrichtung 54 erzeugte Signal I_ wird dem nichtumkehrenden Eingang des Vergleichers 66 über einen ohmschen Widerstand 106 zugeführt. Das Spannungsbezugssignal V_ der Schaltung 64 wird demselben nichtumkehrenden Eingang über einen ohmschen Widerstand 108 zugeführt. Die beiden Signale I und V werden daher am nichtumkehrenden Eingang des Vergleichers 66 summiert. Der umkehrende Eingang des Vergleichers 66 ist über einen ohmschen Widerstand 110 mit Masse verbunden. Um ein rasches

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Umschalten des Vergleichers 66 sicherzustellen, ist eine positive Rückführung vom Ausgang zum nichtumkehrenden Eingang über einen ohmschen Widerstand 112 vorgesehen. Ein ohmscher Anhebung swider st and 114 verbindet den Ausgang des Vergleichers 66 mit einer Spannung +V. Außerdem liegt ein Störsignal-Glättungskondensator 116 zwischen dem nichtumkehrenden Eingang und Masse. Der Verstärker 66 erzeugt ein 1-Ausgangssignal (ein positives Spannungssignal), wenn die Spannung am Kondensator 42 einen vorbestimmten Wert überschreitet, der eine Funktion des durch den Motor 10 fließenden Stroms ist.

Das Spannungsbezugssignal V. der Schaltung 64 wird dem nicht-» umkehrenden Eingang des Vergleichers 74 über einen ohmschen Widerstand 118 zugeführt. Der Vergleicher 74 ist im wesentlichen ebenso geschaltet wie der Vergleicher 66, d.h. er weist eine positive Rückführung in Form eines ohmschen Widerstands 120 zwischen seinem Ausgang und seinem nichtumkehrenden Eingang und einen ohmschen Anhebungswiderstand 122 zwischen der Spannungsquelle +V und dem Ausgang des Verstärkers auf. Ferner liegt ein Störsignal-Glättungskondensator 124 zwischen dem nichtumkehrenden Eingang und Masse. Das die maximal zulässige Spannung V_m am Kondensator 42 darstellende Signal wird einem Spannungsteiler in Form ohmscher Widerstände 126 und 128, die zwischen der Spannungsquelle +V und Masse liegen, zugeführt. Die Spannung V wird am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 126 und 128 abgenommen und dem umkehrenden Eingang des Vergleichers 74 zugeführt. Der Vergleicher 74 erzeugt daher immer dann ein 1-Ausgangssignal, wenn die Spannung am Kondensator 42 die vorbestimmte zulässige Maximal spannung an diesem Kondensator, die durch das Signal V dargestellt wird, überschreitet.

Der Ausgang der Schaltung 64 ist ferner über einen ohmschen Widerstand 130 mit einem nichtumkehrenden Eingang des Vergleichers 68 verbunden. Der Vergleicher 68 ist ebenfalls im wesentlichen ebenso wie die Vergleicher 74 und 66 geschaltet

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und hat eine positive Rückführung in Form eines ohmschen Widerstands 132 zwischen seinem nichtumkehrenden Eingang und seinem Ausgang. Ein ohmscher Anhebungswiderstand 134 liegt zwischen seinem Ausgang und einer positiven Spannungsquelle +V. Ein Störsignal-Glättungskondensator 136 liegt ebenfalls zwischen seinem nichtumkehrenden Eingang und Masse, um den Eingang vor Störimpulsen zu schützen. Um Toleranzen der Spannungstrennschaltungen für V und V- auszugleichen und sicherzustellen, daß V größer als V_f ist, hat es sich als notwendig erwiesen, am Eingang des Vergleichers 68 eine kleine Verschiebung vorzusehen. Diese Verschiebung wird durch ein negatives Spannungssignal bewirkt, das von einer negativen Spannungsquelle -V über einen ohmschen Widerstand 138 dem nichtumkehrenden Eingang des Vergleichers 68 zugeführt wird. Das Signal V-, d.h. das die Spannung an der Leitung 30 darstellende Signal, wird dem umkehrenden Eingang des Vergleichers 68 über einen ohmschen Widerstand 140 zugeführt. Ein weiterer Störsignal-Glättungskondensator 142 liegt zwischen diesem umkehrenden Eingang und Masse. Der Vergleicher 68 ist so geschaltet, daß er immer dann ein 1-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung am Kondensator 42 die Spannung am Glättungskondensator 38 um einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Wie bereits erwähnt wurde, wird das Ausgangssignal des Vergleichers 66 einem Eingang eines Verknüpfungsgliedes 70 zugeführt. Der andere Eingang des Verknüpfungsgliedes 70 erhält ein Freigabesignal vom Ausgang des Vergleichers 68. Obwohl das Verknüpfungsglied 70 in Fig. 1 als UND-Verknüpfungsglied dargestellt ist, ist es hier als NAND-Verknüpfungsglied ausgebildet. Die Verwendung eines NAND-Verknüpfungsgliedes anstelle von UND- oder ODER-Verknüpfungsgliedern gilt auch für die Verwirklichung der weiteren Verknüpfungsfunktionen des dargestellten Ausführungsbeispiels, da es wirtschaftlicher ist, Verknüpfungsglieder in NAND-Form herzustellen. Die in Fig. 1 jeweils als UND- und ODER-Verknüpfungsglied dargestellten Verknüpf ungsgl leder 75 und 76 sind hier daher durch zwei NAND-Verknüpfungsglieder 144 und 146 verwirklicht. Der Ausgang des

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Vergleichers 74 ist mit dem einen Eingang des NAND-V erknüpfungsgliedes 144 und der Ausgang des Vergleichers 68 mit dem anderen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 144 verbunden. Der Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 144 ist mit dem einen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 verbunden. Der zweite Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 ist mit dem Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 70 verbunden. Bekanntlich erzeugt ein NAND-Verknüpf ungsglied immer dann ein 1-Signal, wenn an seinen beiden Eingängen ein O-Signal ansteht. Durch die Umkehrung der von den Vergleichern 66, 74 und 68 erzeugten Signale wirkt das NAND-Verknüpfungsglied 146 im wesentlichen als ODER-Verknüpfung sgli ed.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist das UND-Verknüpfungsglied 72 durch zwei D-Flipflops 148 und 150 verwirklicht. Der Takteingang C und der D-Eingang des Flipflop 148 sind mit Masse verbunden, während seinem Setzeingang ein Taktsignal zugeführt wird, das mit dem Löschungs-Durchschaltsignal (dem Löschimpuls) synchronisiert ist, der von der Zerhackersteuerschaltung 52 erzeugt wird. Der Ausgang Q des Flipflop 148 ist mit dem Eingang D des Flipflop 150 verbunden. Der Setzeingang des Flipflop 150 ist mit Masse und sein Takteingang mit dem Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 verbunden. Die Rückstelleingänge R beider Flipflops 148 und 150 sind mit dem Ausgang eines Verzögerungsgliedes 155 verbunden, so daß sie ein Rücksetzsignal erhalten, das gegenüber dem Setzsignal um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist. Die Zeitspanne zwischen Setz- und Rücksetzsignal der Flipflops 148 und 150 stellt das anhand von Fig. 1 beschriebene Auftast- bzw. "Fenster"-Signal dar.

Wie Fig. 3 zeigt, besteht ein bevorzugtes Verfahren zur Erzeugung des Auftastsignals in der Zuführung des Löschungs-Durchschaltsignals (des Löschimpulses) über einen Kondensator 151 und einen ohmschen Widerstand 153 an den Setzeingang des Flipflop 148, um die Auftastzeit einzuleiten. Die Auftastzeit oder das "Fenster" wird dadurch beendet, daß der Löschimpuls über

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das Zeitglied 155 verzögert und dann den Rücksetzeingängen der Flipflops 148 und 150 zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Flipflop 148 immer dann "gesetzt", wenn dem Löschthyristor 46 ein Durchschalt- bzw. Zündsignal zugeführt wird. Dieses Signal löst daher die Zeitspanne aus, während der es zulässig ist, Steuersignale zur Einstellung der Größe der Spannung am Kondensator 42 durchzulassen. Das verzögerte Löschimpulssignal, das eine vorbestimmte Zeit nach dem Löschimpuls auftritt, beendet die Zeitspanne (das "Fenster"), während der die Impulse zugeführt werden können, um die Spannung am Kondensator 42 zu steuern.

Wenn das Flipflop 148 durch das Löschimpulssignal gesetzt wird, wird dem Eingang D des Flipflop 150 vom Ausgang Q des Flipflop 148 ein 1-Signal zugeführt. Wenn dem Takteingang C des Flipflop 150 vom NAND-Verknüpfungsglied 146 während der Zeit, in der am Eingang D ein 1-Signal ansteht, ein 1-Signal zugeführt wird, geht das Signal am Ausgang Q des Flipflop 150 von 0 auf 1 über. Auf diese Weise wirken die Flipflops 148 und 150 als UND-Verknüpfungsglied, um das Ausgangssignal des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 nur dann durchzulassen, wenn dieses Signal innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach Erzeugung des Löschungs-Durchschaltsignals auftritt.

Der Ausgang Q des Flipflop 150 ist mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 152 verbunden. Der Multivibrator 152 wird als Verzögerungsglied verwendet, das dem Verzögerungsglied 82 in Fig. 1 entspricht. Wie schon anhand von Fig. 1 erläutert wurde, dient das Verzögerungsglied zur Erzeugung eines Doppelimpulses zum Zünden des Freilaufthyristors 84. Das ODER-Verknüpf ungsglied 78 nach Fig. 1 ist in Fig. 3 als NAND-Verknüpfungsglied 154 ausgebildet, weil NAND-Verknüpfungsglieder leichter erhältlich sind. Der eine Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 ist mit dem Ausgang Q des Flipflop 150 und der andere Eingang mit dem Ausgang Ά des Multivibrators 152 verbunden. Der Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 ist mit dem Eingang eines weiteren monostabilen Multivibrators 156 verbunden.

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Der Multivibrator 156 gibt einen Durchschaltimpuls an die Zündschaltung 80 (siehe Fig. 1) ab, die ihrerseits Zündimpulse für den Freilaufthyristor erzeugt. Da die Zündschaltung 80 in an sich bekannter Weise ausgebildet ist, ist ihr Aufbau nicht im einzelnen dargestellt.

Während des Betriebs der Schaltung nach Fig. 3 wird das Signal

V„ den drei Vergleichern 66, 74 und 68 zugeführt. Wenn V_ das c c

Signal I überschreitet, kippt der Vergleicher 66, so daß er

el

dem einen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 70 ein 1-Signal zuführt. Sofern das Signal V jedoch nicht den Betrag des Signals V» überschreitet, spricht das NAND-Verknüpfungsglied 70 nicht auf das Ausgangssignal des Vergleichers 66 an, so daß das Ausgangssignal des NAND-Verknüpfungsgliedes 70 weiterhin ein 1-Signal bleibt. Wenn jedoch der Vergleicher 68 kippt (seinen Zustand wechselt), wodurch er anzeigt, daß die Spannung am Kondensator 42 die Spannung an der Leitung 30 überschreitet, wird dem anderen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 70 ein 1-Signal zugeführt, so daß sein Ausgangssignal von 1 auf 0 wechselt. Wenn dem einen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 ein O-Signal zugeführt wird, erscheint an seinem Ausgang sofort ein 1-Signal. Wenn die Spannung am Kondensator 42 jedoch die vorbestimmte maximal zulässige Spannung V und vor diesem Ereignis auch die Spannung am Kondensator 38 überschritten hatte, waren die Ausgangssignale der Vergleicher 68 und auf 1 übergegangen, so daß die Zuführung dieser 1-Signale an das NAND-Verknüpfungsglied 144 bereits ein O-Signal am zweiten Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 zur Folge hatte. Dieses O-Eingangssignal hätte ebenfalls das Ausgangssignal des NAND-Verknüpfungsgliedes 146 auf 1 umgeschaltet. Jede Kombination dieser Ereignisse hat daher zur Folge, daß dem Takteingang C des Flipflop 150 vom NAND-Verknüpfungsglied 146 ein Taktsignal zugeführt wird. Wenn das Taktsignal dem Flipflop 150 außerhalb der das "Fenster" bildenden Zeitspanne zugeführt wird, sind beide Flipflops 148 und 150 zurückgesetzt, so daß an ihren Ausgängen Q O-Signale auftreten. Da das Taktsignal

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lediglich das am Eingang D auftretende Signal auf den Ausgang Q schalten kann, bleibt das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flipflop 150 ein O-Signal. Wenn das NAND-Verknüpfungsglied 146 das Taktsignal jedoch während der vorbestimmten "Fenster"-Zeitspanne erzeugt, ist das Signal am Eingang D des Flipflop 150 ein 1-Signal, so daß das Taktsignal bewirkt, daß am Ausgang Q ein 1-Signal auftritt. Das 1-Signal am Ausgang Q des Flipflop 150 wird dem einen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154· und auch dem Eingang des monostabilen Multivibrators 152 zugeführt. Der andere Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 ist mit dem umkehrenden Ausgang des Multivibrators 152 verbunden, so daß dem NAND-Verknüpfungsglied 154 normalerweise ein 1-Signal zugeführt wird. Wenn daher das Signal am Ausgang Q des Flipflop 15O auf 1 übergeht, erhalten beide Eingänge des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 ein 1-Signal, so daß das Ausgangssignal des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 auf 0 übergeht. Dieser Übergang löst den monostabilen Multivibrator 156 aus, so daß der Thyristor-Zündschaltung 80 ein Durchschaltsignal zugeführt wird. Gleichzeitig wechselt der Multivibrator 152 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Flipflop 150 seinen Zustand, so daß das Signal am anderen Eingang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 ebenfalls - innerhalb von Mikrosekunden wieder auf 0 wechselt. Dies beendet das O-Signal am Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 während einer durch den monostabilen Multivibrator 152 bestimmten Zeit. Jedesmal wenn die Laufzeit des Multivibrators 152 abläuft, kehrt das Signal an seinem Ausgang Q auf 1 zurück, so daß ein zweiter ZUndimpuls in Form eines Übergangs von 1 auf 0 am Ausgang des NAND-Verknüpfungsgliedes 154 auftritt. Dies stellt sicher, daß der monostabile Multivibrator 156 erneut ausgelöst wird und der Thyristor-Zündschaltung 80 ein zweites ZUndsignal zuführt.

Zusammenfassend ergibt sich eine Vorrichtung zur Steuerung der Spannung an einem Löschkondensator in einer Thyristor-Tastverhältnissteuerungs-Stromversorgungsschaltung, so daß die in dem Kondensator gespeicherte Energie kontinuierlich auf einen Wert

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eingestellt werden kann, wie er zum Löschen erforderlich ist, so daß die Abmessungen der Löschschaltung erheblich verringert werden können. Der Kondensator wird induktiv aufgeladen, so daß er durch die kapazitive-induktive Wirkung über die verfügbare Betriebsspannung hinaus aufgeladen werden kann. Ein steuerbarer Schalter stellt einen Kurzschluß her, um das Aufladen des Kondensators zu beenden. Eine "logische" Schaltung überwacht die Kondensatorspannung, die Betriebsspannung und den Laststrom und schaltet den steuerbaren Schalter immer dann durch, wenn die Kondensatorspannung einen vorbestimmten Wert erreicht, der durch die logische Schaltung als zum Löschen des gemessenen Laststroms ausreichend vorgegeben wird.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht mithin eine Regelung der Spannung an einem Löschkondensator in einer Zerhacker-Löschschaltung. Diese Regelung ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Löschschaltungsabmessungen, weil die Löschschaltung nicht mehr auf den maximalen Strom bei der geringstmöglichen Spannung ausgelegt zu werden braucht.

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Claims

Patentansprüche

i.yLeistungssteuervorrichtung mit einer tastverhältnisgesteuerten Stromversorgungsschaltung zwischen einem elektrischen Verbraucher und zwei Betriebsgleichstrom-Zuleitungen, die jeweils mit dem positiven und negativen Pol einer Betriebsgleichstromquelle verbindbar sind, und zwar über ein elektrisches Filter, das mindestens einen Glättungskondensator zwischen den Zuleitungen aufweist, wobei die Stromversorgungsschaltung einen zyklisch gezündeten Hauptthyristor, der den Verbraucherstrom führt, und eine Löschschaltung aufweist, durch die der Thyristor periodisch löschbar ist und die einen Löschkondensator aufweist, der sich während des Löschvorgangs entlädt und in einem Kreis liegt, der die Betriebsgleichstromquelle aufweist und den Ladestrom bei gesperrtem Hauptthyristor leitet, sowie mit einem Motor als Verbraucher, der in dem Ladestromkreis liegt, mit einem steuerbaren Schaltglied, das parallel zum Motor liegt und einen hochohmigen Sperrzustand sowie einen verhältnismäßig niederohmigen leitenden Zustand aufweist, und mit einer nur in einer Richtung leitenden Einrichtung, die in dem Ladekreis liegt und so gepolt ist, daß sie den Ladestrom durchläßt, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die an den Löschkondensator und das Schaltglied angeschlossen ist und dieses in Abhängigkeit davon, daß die Löschkondensatorspannung einen vorbestimmten veränderbaren Wert erreicht, in den leitenden Zustand steuert und die so geschaltet ist, daß sie die Größe des Verbraucherstroms überwacht und den vorbestimmten veränderbaren Wert direkt abhängig von der Größe des VerbraucherStroms einstellt.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine an den Glättungskondensator angeschlossene Einrichtung zur Überwachung der zwischen den Zuleitungen liegenden Spannung und eine Einrichtung zum Verzögern des Durchschaltens des Schaltgliedes bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Löschkondensatorspannung mindestens so groß wie die Glättungskondensatorspannung ist, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine das Schaltglied dann durchschaltende Einrichtung aufweist, wenn die Löschkondensatorspannung einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, der unabhängig von dem vorbestimmten veränderbaren Wert ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so betreibbar ist, daß sie das Schaltglied nur während einer begrenzten Zeitspanne, die mit dem Löschvorgang der Löschschaltung beginnt, durchschaltet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Durchschaltsignals für das Schaltglied und danach eines zweiten Durchschaltsignals, das um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert ist, aufweist und daß das erste Durchschaltsignal in Abhängigkeit davon erzeugt wird, daß die Löschkondensatorspannung mindestens so groß wie die Glättungskondensatorspannung und nicht größer ist als der kleinere der beiden erwähnten Werte, (nämlich der vorbestimmte veränderbare Wert und der vorbestimmte Maximalwert) der die Glättungskondensatorspannung überschreitet.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Motor (10) eine Spule (60) liegt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied einen über einen Steueranschluß durchsteuerbaren Thyristor (eine rückwärtssperrende Thyristortriode) aufweist, der so gepolt ist, daß seine Durchlaßrichtung entgegengesetzt zur Ladestromrichtung ist.

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