SE436387B - Anordning for att astadkomma tendsignaler till en fasstyrd likriktare i en styranordning for en elmotor - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 35 sätta att leda till dess att strömmen i ledriktningen i det 1s1oo1s~7 2 Värdet på utspänningen från likriktarkretsen kan varieras genom ökning eller minskning av tändvinkeln efter önskan, dvs senareläggning eller tidigareläggning av tändtidpunkten. d När väl en ventil är tillslagen, kommer den att fort- följande minskas under en given hâllströmsnivå genom ver- kan av den yttre kretsen, i vilken ventilen är inkopplad.

I en enkel likriktarkrets kan ventilen slås från genom växelströmsinspänningens verkan, när denna spänning blir mindre än likströmsutspänningen, så att ventilen blir för- spänd i backriktningen och strömmen genom ventilen minskar under det nödvändiga hållströmsvärdet. Om filtret emeller- tid innefattar en seriespole, vilken är kopplad mellan- ventilen och kondensatorn, kommer ventilen ej att slås från förrän spolströmmen blir noll. Alternativt kan en frånslag- ning inträffa när växelströmsnätspänningen kastar om pola- ritet och överför ström från ventilen till en frigångsbana.

Frigângsbanan kan innefatta ett ensriktat ledande don, som är kopplat över likriktarens likströmsanslutningar, eller' kan innefatta en del av själva likriktarkretsen..' I vissa tillämpningar är den till likriktarkretsens likströmsanslutningar kopplade lasten variabel. Om lasten är relativt låg, varvid likriktarströmmen är diskontinuer- lig, kommer spänningen på likströmsfiltreringskondensatorn att sträva efter att närma sig toppvärdet för växelströms- inspänningen. En ventilen påtryckt triggsignal kan följ- aktligen uppträda vid en tidpunkt, vid vilken ventilen är backförspänd (katoden har positiv potential relativt ano- den), och ventilen kommer ej att triggas till ledning.

Under förhållanden med lätt last är den erforderliga_lik- riktarströmmen liten och tändvinkeln för att upprätthålla -den önskade likspänningen har en benägenhet att öka, dvs tändtidpunkten fördröjes och ventilernas ledningsfasvinkel så blir liten och strömmen genom seriespolen till filterkon- densatorn blir diskontinnerlig. Utan strömflöde genom spo- len minskar spänningsfallet över den till väsentligen noll och spänningen på kondensatorn reflekteras till den fas- __styrda likriktarkretsen. När lasten ökar och därmed åstad- 10 15 20 25 30 35 7810018-7 3 kommer en begynnande minskning hos likspänningen, kommer anordningen att försöka korrigera spänningsminskningen genom att minska tändvinkeln, dvs tidigarelägga tändtid- punkten. En minskad tändvinkel kan emellertid resultera i att en tändpuls uppträder vid en tidpunkt, vid vilken ven- tilerna i den fasstyrda likriktarkretsen är backförspända.

Likspänningen kan följaktligen ej byggas upp från ett till- stånd med läti; last. ' ' Ett sätt enligt tidigare teknik att övervinna det problem som sammanhör med att en ventil ej reagerar för en triggsignal är att åstadkomma en kontinuerlig trigg- signal från den önskade tändtidpunkten fram till växel- - strömsinspänningens nästa nollgenomgång. Den kontinuerliga triggsignalen kan antingen vara en likspänning eller en serie pulser av relativt hög frekvens. Båda typerna av triggsignaler användes allmänt. Kontinuerlig triggning av ventilen medför emellertid åtskilliga problem utöver en ökad kostnad. Som exempel måste triggkretsen med använd- ning av pulstransformatorer isoleras från strömomformar- kretsen. För kontinuerlig triggning måste pulstransforma-_ torerna kunna avleda ungefär 100 gånger mer energi i watt- sekunder än vad som erfordras för en enda puls. Den ström- I källa som erfordras för tillförsel av den kontinuerliga triggsignalen är också kraftig. Halvledarventiler har dessutom en benägenhet för ökad läckström i backriktning- en, när de triggas under förhållanden med förspänning i backriktningen, och utöver överhettning kan de utsättas för termisk rusning. I Ett ändamål med föreliggande uppfinning är följakt- ligen att åstadkomma en styranordning, innefattande en fasstyrd likriktarkrets, med säkerställd tändning utan kontinuerlig triggning.

Enligt uppfinningen är en styranordning âstadkommen för en från en växelspänningskälla driven elmotor, vilken anordning innefattar en fasstyrd likriktarkrets med växel- strömsingångsanslutningar avsedda att anslutas till växel- spänningskällan, ett par 1ikströmsutgângsanslutningar och organ, innefattande ett flertal styrbara, elektriska ven- 7810018-7 10 15 20 25 .3O 35 4 tiler för sammankoppling av ingångs- och utgångsanslut- ningarna, vilka ventiler är anordnade att tändas cykliskt vid tändvinklar, vilka är varierbara för styrning av medel- värdet av likspänningen över utgångsanslutningarna, en fil- terkrets med en shuntkondensator kopplad över likströms-» _ anslutningarna, effektreglerorgan för koppling av filter- ' É kretsen till motorn och för styrning av motoreffekten samt_ styrorgan för periodisk tillförsel av tändsignaler till likriktarkretsen i och-för tändning av ventilerna vid variabla tändvinklar, vilken styranordning enligt uppfin- ningen kännetecknas därav} att styrorganen innefattar första organ för alstring av ett tåg av första tändsigna- ler synkront med växelspänningen på ingângsanslutningarna, vilka första organ är anordnade att som gensvar på lik- spänningen över kondensatorn variera de.första tändsigna- lernas tändvinklar i nödvändig utsträékning för att i huvud- sak upprätthålla ett'önskat värde på kondensatorspänningen,_ andra organ för att som gensvar på såväl kondensatorspän- ningen som växelspänningen på ingångsanslutningarna alstra andra tändsignaler varje gång den senare spänningens mo- mentanvärde blir större än kondensatorspänningens faktiska värde samt organ för att till likriktarkretsen koppla de första tändsignalerna och dessutom varje andra tändsignal som alstras efter en- första tändsignal under varje halv- period av växelspänningen.

I en utföringsform av uppfinningen innefattar ventil- triggningsanordningen organ, som är kopplade att jämföra likspänningen på likriktarkretsens likströmsanslutningar med en referensspänning. Jämförelseorganen åstadkommer en spänningssignal, vars amplitud representerar summan av referenssignalens storlek och skillnaden i storlek mellan referenssignalen och likströmsanslutningsspänningen. Spän- ningssignalen jämföres med en sågtandssignal, vilken är synkroniserad med likströmsinspänningen. Denna senare jäm- förelse åstadkommer en ventiltändsignal, när sågtandssigna- lens värde korsar spänningssignalens värde. För säker- ställande av att ventilen triggas innefattar anordningen enligt uppfinningen organ för jämförelse av likströmsanslut- 10 20 25 ao, 35 1s1oo1s-7 5 ningsspänningen med växelströmsanslutningsspänningen och för alstring av en återtändningssignal, när växelspän- ningens värde blir större än likspänningens värde. Anord- ningen innefattar vidare organ för att hindra tillför- seln av återtändningssignalen till ventilen, såvida ej âtertändningssignalen föregicks av en tändningssignal un- der den halvperioden av växelspänningen. Denna anordning erbjuder fördelen av att åstadkomma en triggsignal med relativt kort varaktighet samtidigt som den säkerställer att ventilen kommer att triggas under en tid då den är förspänd i ledriktningen.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig. l'är ett blockschema över en styranordning för en elektrisk motor, vilken styranordning innefattar en fasstyrd likriktarkrets, tillsammans med vilken ventilåtertändningsanordningen en- ligt uppfinningen med fördel kan användas. Fig. 2 åskådlig- _gör spännings- och strömvågformer, som uppträder i valda punkter i anordningen enligt fig. l. Fig. 3 visar hur fig. 3A och 3B skall sammanställas. Fig. 3A är ett förenklat kretsschema över strömförsörjningskretsen för en dragmotor, tillsammans med vilken föreliggande uppfinning med fördel kan användas. Fig. 3B är ett förenklat kretsschema över föreliggande uppfinning. i I fig. l, vartill nu hänvisas, visas ett blockschema över en styranordning för en elmotor 10, vilken styranord- 2 ning innefattar föreliggande uppfinning. Motorn l0 kan ut- göra del av ett kraftsystem för ett dragfordon, såsom ett lokomotiv eller en rälsbuss. Ström till motorn kan till- föras från en växelströmskälla 12, vilken exempelvis kan inbegripa ett hängledningssystem eller ett tredje sken- system för tillförsel av relativt högspänd växelström till dragfordonet. Växelspänningens effektivvärde kan exempel- vis vara 25000 V. Växelspänningen kopplas medelst led- ningar l4 och 16 från källan 12 till växelströmsingångs- anslutningar till en fasstyrd likriktarkrets 18. Källan 18 innefattar typiskt en ej visad transformator, vilken transformerar ned spänningen från 25 kV till ett nominellt 10 15 20 25 30 25 7ë810018~7 6 effektivvärde på l800 V, Likriktarkretsen 18 är före- trädesvis en helvâgsbrygglikriktarkrets av en inom tek- niken välkänd typ, vilken innefattar sådana styrbara ven- tiler som tyristorer eller styrda kisellikriktare (SCR), vilka är belägna i valda armar i bryggkretsen. Likriktar- kretsen 18 omformar växelspänningen till en helvågslikrik- tad likspänning på sina 1ikströmsutgångsanslutningar. Lik- spänningen kopplas via ledningar 20 och 22 till en filter- I krets 24. Filterkretsen 24 är av en inom tekniken välkänd typ och kan innefatta antingen en enda, över ledningarna 20 och 22 kopplad kondensator eller, vilket är mer vanligt, en seriespole/shuntkondensatorkrets, vilken tjänar till att minimera pulsationsspänningsinnehållet i likspänningen och strömmen från likriktarkretsen 18. ' över filterkretsens 24 utgångsanslutningar är en effektregulatorkrets 26 kopplad. Regulatorkretsen 26 kan innefatta en tidsförhållandestyrnings- eller hackarkrets' av inom tekniken välkänd typ, vilken reglerar motorströmmen genom att periodiskt koppla motorn till respektive koppla bort motorn från filterkretsens 24 likströmsutspänning, i' vilket fall motorn 10 skulle utgöra en likströmsmotorl Kretsen 26 styr strömmen och därmed motorns 10 uteffekt genom variation av sitt pulstidsförhållande, dvs kvoten mellan dess ledningstid och dess blockeringstid. Kretsens 26 styrning påverkas medelst en strömstyrningskrets 28, vilken i den åskådliggjorda utföringsformen jämför den aktuella ström som flyter i motorn 10 med en strömreferens- signal samt matar grindstyrsignaler till regulatorkretsen 26 för att variera dennas pulstidsförhållande i och för minimering av skillnaden mellan den faktiska strömmen och 'strömreferenssignalen. Strömreferenssignalen kan tillföras från en ej visad operatörspanel. En strömstyrningskrets för styrning av arbetssättet för_en hackareffektregulator- krets, som strömmatar en motor, finns beskriven i US patent- skriften 3 see oss. * 2 ' I en alternativ utföringsform kan regulatorkretsen 26 innefatta en växelriktare, exempelvis en pulskommuterad växelriktare, vilken drives i ett arbetssätt med pulsbredds~ 10 15 20 25 30 35 7810018-7 7 modulering. När regulatorkretsen 26 innefattar en växel- riktare, skulle motorn 10 utgöra en.växelströmsmotor. 7 För föreliggande användning lämpade växelriktare finns be- skrivna i "Principles of Inverter Circuits", av B.D. Bedford och R.G. Hoft, publicerad 1964 av John Wiley & Sons, Inc., New York, N.Y. En typisk växelriktare finns också visad i US-patentskriften 3 207 974. Realiseringen av strömstyr- anordningen 28 för åstadkommande_av tändsignaler till en växelriktare finns på likartat sätt avslöjad i ovannämnda bok av Bedford och Hoft.

I en typisk 1ikströmsdragfordonstillämpning, vid vil- ken motorn 10 är en dragmotor, drives denna nominellt vid en likspänning på 1000 V. Värdet på spänningen från växel- strömskällan 12 kan emellertid vara så stort som 3000 V.

För att begränsa nivån för den motorn 10 och hackarkretsen 26 påtryckta spänningen är den fasstyrda likriktarkretsen 18 så fasstyrd vid uppträdande av diskontinuerlig ström, att likspänningen ligger inom regulatorkretsens 26 och motorns 10 spänningsgräns. Likströmsutsignalen från den fasstyrda likriktarkretsen 18 styres genom variation av tändvinkeln för ventilerna i likriktarkretsen. Tändvin- keln styres genom tillförsel av triggningssignaler till ventilerna vid förutbestämda tidpunkter inom varje halv- period av den växelspänning som påtryckes kretsens 18 växelströmsingângsanslutningar. Triggningssignalerna till- föres från en anordning, som jämför filterkretsens 24 lik- strömsutspänning med en referensspänning och tillför signa- ler vid lämpliga tidpunkter i varje halv driftsperiod för att grindstyra ventilerna till ledning i och för minime- ring av skillnaden mellan likströmsutspänningen och spän- ningsreferenssignalen. Denna anordning innefattar en noll- genomgångsdetekter 30 av en inom tekniken välkänd typ, vilken detektor detekterar varje nollgenomgâng i växel- spänningsvågformen. Nollgenomgångsdetektorn lämnar däref- ter en pulssignal vid varje nollgenomgâng till en sågtands- generatorkrets 32 av en inom tekniken välkänd typ. Såg- tandsgeneratorkretsen 32 återställes till sitt begynnelse- värde av var och en av pulserna från nollgenomgångsdetek- 7810018-7 10 15 20 25 30 35 8 torn 30. Efter varje âterställning åstadkommer sågtands- generatorkretsen 32 en linjärt varierande sågtandsutsignal, vilken via en ledning 34 tillföres en jämförelsekrets 36.

Den på filterkretsens 24 utgång utvecklade likspänningen kopplas också till en ingångsanslutning till en spännings- styrkrets 38, vilken innefattar en förstärkarkrets med . § integrerande och proportionell funktion. En referens- signal VÉÉF, som representerar likspänningens önskade värde, tillföres en andra ingångsanslutning till spän- ningsstyrkretsen 38 för generering av en felsignal, som representerar den förstärkta skillnaden mellan referens- signalen och likspänningen. Styrkretsen 38 åstadkomer en utsignal, som representerar den erforderliga tändvinkeln för ventilerna i den styrda likriktarkretsen 18 för mini- mering av skillnaden mellan den faktiska likspänningen voch spänningsreferenssignalen. Den av styrkretsen 38 ut-. vecklade utsignalen kopplas till en andra ingångsanslut-_ ning till jämförelsekretsen 36; I den âskâdliggjorda ut- föringsformen är sågtandsfunktionssignalen från sågtands- generatorkretsen 32 en i negativ riktning gående signal.

När sågtandsfunktionssignalens amplitud blir mindre än värdet på spänningssignalen från styrkretsen 38, kommer jämförelsekretsen 36 att ändra sitt utgångstillstånd. Den- na ändring i utgångstillstånd detekteras av en logisk I NAND-grind 40, vilken även är kopplad att ändra sitt ut- gångstillstånd och därmed åstadkomma en signal till en pulsformare 42. Pulsformaren 42 kan exempelvis vara en monostabil multivibrator. De av pulsformaren 42 utveckla- de triggningssignalerna tillföres en tyristortändkrets' 44, vilken lämnar tillräcklig effekt för triggning av ventilerna i likriktarkretsen 18. De av tyristortändkret- sen-44 utvecklade signalerna kopplas via ledningar-46 och 47 till ventiler i likriktarkretsen 18.

Om tändsignalerna från tändkretsen 44 uppträder vid en tidpunkt då likspänningen på likriktarkretsens 18 lik- strömsutgångsanslutningar är större än växelspänningen på likriktarkretsens växelströmsingångsanslutningar, kommer tändsignalerna ej att kunna trigga ventilerna till ledning, 10 15 20 25 30 35 ve1oo1a-7 9 efterson ventilerna är förspända i backriktningen. Efter- som denna oförmåga att trigga kan resultera i ej önskade systemtransienter, är en återtändningskrets anordnad för säkerställande av att en återtändningssignal kommer att uppträda så snart växelspänningen överstiger likspänning- en, dvs när ventilerna blir förspända i framriktningen eller ledriktningen. Denna återtändningskrets innefattar en andra jämförelsekrets 50, vilken jämför växelspänning- ens momentanvärde med likspänningens värde. Växelspänning- en kopplas till jämförelsekretsen 50 via en kopplingskrets 48. När växelspänningen är större än likspänningen, ändrar ~jämförelsekretsen 50 sitt utgångstillstånd och avger en signal till en andra pulsformare 52. Pulsformaren 52 kan också innefatta en monostabil multivibrator, vilken lämnar en utpulssignal av förutbestämd tidslängd som gensvar på signalen från jämförelsekretsen 50. Signalen från puls- formaren 52 kopplas till en andra ingångsanslutning till NAND~grinden 40, i vilken den kombineras (som en logisk OCH) med den normala tändsignalen och därefter kopplas I via pulsformaren.42 och tyristortändkretsen 44 till ven- , tilerna i likriktarkretsen l8, Återtändningssignalen_sä-1 kerställer att en triggsignal kommer att tillföras lik- riktarkretsen 18 vid en tidpunkt då ventilerna är förspän~ da i framriktningen. _ _ För en bättre förståelse av arrangemanget enligt upp- finningen i fig. l hänvisas till de åskådliggörande våg- formerna, som är karakteristiska för kretsen i fig. l och är visade i fig. 2. Växelspänningssignalen från växel- strömskällan 12 reduceras till sin amplitud samt helvågs- likriktas för tillförsel till jämförelsekretsen 50. Den likriktade växelströmsvågformen är âskådliggjord vid hän- visningsnumret 54 i fig. 2. Den streckade linjen 56 repre- senterar det idealiserade värdet på likströmssignalen på filterkretsens 24 utgång, varvid det skall påpekas att den faktiska likspänningen skulle ha ett mätbart pulsations- spänningsinnehåll. En vågform 58 representerar sågtands- signalen, vilken utvecklas av sâgtandsfunktionsgeneratorn 32. Det framgår att sågtandssignalen är synkroniserad med 7810018-7. 10 15 20 25 30 35 l0 växelströmsvågformens 54 nollgenomgångar. Den på såg- tandssignalen 58 överlagrade kurvan 59 representerar den analoga felsignalen från spänningsstyrkretsen 38.

En kurva vid hänvisningsnumret 60 representerar de utsignaler som utvecklas av jämförelsekretsen 36. Jämfö- _ relsekretsens 36 utgång har normalt en logisk nollnivå och 1 Ä kopplar om till en logisk ettnivå, när spänningsfelsigna- I § len från styrkretsen 38 får ett högre värde än momentan- A värdet hos sågtandssignalen 58. Signalen 60 från jämförel- sekretsen 36 matas till en ingångsanslutning till NAND- grinden 40, som då alstrar den vid hänvisningsnumret 62 åskådliggjorda vågformen. NAND-grinden 40 har en ingångs- anslutning kopplad att mottaga signalen 60 och en andra ingångsanslutning kopplad att mottaga den signal som ut- vecklas av pulsformaren 52. Under ett normaltillstånd, dvs före utlösning av någon tändslgnal, är insignalerna till NAND-grinden 40 valda att vara en logisk 0 från jämförelsekretsen 36 och en logisk 1 från pulsformaren 52. När jämförelsekretsen_50 ändrar tillstånd som följd av att växelspänningens värde blir större än likspänning-v ens värde, alstras en signal av pulsformaren 52 av_den vid hänvisningsnumret 64 angivna typen. Såsom tidigare i påpekats kan pulsformaren 52 innefatta en monostabil multivibrator och såsom sådan alstrar den en utpuls av fast tidslängd, såsom visat med vågformen 64.

Så länge utsignalen från pulsformaren 52 förblir på logisk ettnivå kommer, såsom de på området erfarna inser, en ändring i tillståndet hos utsignalen från jämförelse- kretsen 36 att resultera i en ändring i det logiska till- ståndet för den av NAND~grinden 40 utvecklade utsignalen.

En ändring i tillståndet från pulsformarens 52 utsignal från en logisk l till en logisk 0 kommer emellertid ej att ha någon inverkan på tillståndet för den av NAND-grin- den 40 utvecklade utsignalen så länge tillståndet för _ ; signalen från jämförelsekretsen 36 förblir på logisk noll-H . nivå. Verkan av denna särskiljning mellan de två insigna- lerna till NAND-grinden 40 framgår av en vågform 66, som *utmärker de kombinerade tändsignaler som tillföres ty- l0 15 20 250 30 äs 73104018-7 ll ristortändkretsen 44 från pulsformaren 42. Vid en tid- punkt tl ändrar jämförelsekretsen 36 tillstånd och bringar utsignalen från NAND-grinden 40 att ändra tillstånd, så- som visat i vågformen 62. När utsignalen från NAND-grinden 40 övergick från logisk ettnivå till logisk nollnivå, åstadkom denna övergång triggning av pulsformaren 42, vil- ket resulterar i en tändsignal, vilken uppträder vid tid- punkten tl, såsom visat i vågformen 66. Vid en tidpunkt tg blir växelspänningsvågformens 54 amplitud större än lik- spänningens 56 amplitud, vilket bringar pulsformaren 52 att utveckla en mot logisk 0 svarande signal, vilket resulterar i en ändring av utgångstillståndet hos NAND-grinden 40 från en logisk 0 till en logisk l. Pulsformaren 42 reage- rar emellertid endast för i negativ riktning gående trigg- signaler och alstrade därmed ej någon tändsignal vid tid- punkten t2. Vid en tidpunkt t3 gick pulsformarens 52 puls- tid ut och dess utsignal återgick till logisk ettnivå, vilket resulterar i att utsignalen från NAND-grinden 40 övergår tillbaka till logisk nollnivå. Den i negativ rikt- ning gående triggsignalen från NAND-grinden 40 triggar pulsformaren 42 och åstadkommer alstring av en återtänd- ningssignal vid tidpunkten tå. Kretsen resulterade såle- des i att en återtändningssignal alstrades en förutbestämd tidsperiod efter det att växelspänningen blev större än likspänningen, varigenom säkerställes att en triggsignal tillföres den fasstyrda likriktarkretsen 18 vid en tid- punkt då dess ventiler är förspända i ledriktningen. Vid början av den andra halvperioden av växelströmsvågformen 54 inträffar en likartad serie händelser. Under en tredje halvperiod har likspänningen emellertid minskat avsevärt och den av jämförelsekretsen 36 utvecklade tändsignalen inträffar ej förrän växelspänningsvâgformens 54 värde har ökat över värdet av den vid hänvisningsnumret 56 angivna likspänningen. Pulsformaren 52 utvecklade en utsignal vid en tidpunkt t5, såsom angivet i vågformen 64. Vid tidpunk- ten t5 var emellertid utsignalen från jämförelsekretsen 36 fortfarande på logisk nollnivâ och det förhållandet att den andra insignalen till NAND-grinden 40 övergick till en 5 10 15 20 25 30 35 isánnißfli 12 logisk nollnivå hade ingen inverkan på den av NAND-grinden 40 utvecklade utsignalen» Den av NÄND-grinden 40 utvecklade utsignalen ändrade således ej tillstånd vid den tidpunkt då växelspänningsvågformen ökade i värde över likspänningen.

Vid en tidpunkt t6 ändrade komparatorn 36 tillstånd, vilket_ resulterar i att logiska ettsignaler tillföres NAND-grindens 40 båda ingângsanslutningar och bringar utsignalen från NAND-grinden 40 att övergå till ett logiskt nolltillstånd.

Pulsformaren 42 triggades därmed ochwm1tändpuls tillfördes tyristortändkretsen 44. Det är därmed klart, att kretsen enligt uppfinningen säkerställer tillförsel av en återtänd- ningssignal till ventilerna i den fasstyrda likriktarkret- sen l8, förutsatt att en tändsignal hade inträffat i en halvperiod av växelspänningsvågformen som föregår tidpunk- ten, då växelspänningens värde ökade över likspänningens värde. I händelse av att växelspänningen stiger över lik- spänningen före utlösningen av en tändsignal kommer åter- w tändningssignalen vid övergångstidpunkten att spärras och kommer ej att passera till tyristortändkretsen 44.

Fig. 3 åskådliggör sambandet mellan fig. 3A och 3B.

Efterföljande detaljerade beskrivning lämnas under hän- visning till fig. 3A och 3B, sammanställda på det i fig, 3 visade sättet. Anordningen enligt uppfinningen är i fig. 3A och 3B åskådliggjord i en styranordning för en likströms- motorsl _ .

I fig. 3A och 3B, till vilka nu hänvisas, visas ett förenklat krets/blockschema över den uppfinningsenliga anordningen i fig. 1, såsom tillämpad på ett likströms- motorsystem, varvid regulatorkretsen 26 är en hackarkrets.

Växelströmskällan l2 matar en växelspänning via ledningar- na l4 och 16 till den fasstyrda likriktarkretsen 18, vil- ken är visad såsom innefattande en helvågsbrygglikriktar- krets, inbegripande halvledardioder 70 och 72 samt veh- tiler 74 och 7É, vilka kan utgöras av styrda halvledar- - likriktare (SCR) eller andra lämpliga, styrbara ström- ställardon. Tyristortändkretsen 44 tillför styrsignaler till ventilerna 74 och 76 för att styra storleken av den ensriktade ström som alstras på likriktarkretsens 18 ut- 10 15 20 '25 30 35 7e1øo1aèv l3 gângsanslutningar. Både brygglikriktararrangemanget och tändkretsen 44 är välkända inom tekniken och finns be- skrivna i detalj i kapitel 9 i “GE SCR Manual", Fifth Edition, publicerad 1972 av Semiconductor Products Depart- ment, General Electric Company, Syracuse, New York. _ Likströmsfiltret 24 är âskâdliggjort såsom innefattan- de en seriespole 78 och en shuntkondensator 80. Filter- utspänningen VLS utvecklas över kondensatorn 80 och på- tryckes seriekombinationen av effektregulatorkretsen 26 och motorn 10. I den åskådliggjorda utföringsformen anta- ges motorn 10 vara en serielindad motor, innefattande seriekopplade ankar- och fältlindningar. Motorn 10 skulle emellertid kunna representera ett ankare i en shuntlindad f motor, varvid fältlindningen magnetiseras separat. Regula- torkretsen 26 är åskådliggjord såsom innefattande en hackarkrets med en huvudtyristor 82, vilken styr strömmen till motorn 10. Kommuteringskretsen för tyristorn 82 in- nefattar en kondensator 84, en spole 86 och en hjälptyris- tor 88. En diod 90 förbinder kommuteringskretsen med tyristorns 82 katod. En detaljerad beskrivning av en sådan hackarkrets som den åskådliggjorda finns i US-patentskrif- ten 4 017 777. Strömstyrkretsen 28, som reagerar för en strömreferenssignal för matning av styrsignaler till' hackartyristorerna 82 och 88, finns beskriven och disku- terad närmare i detalj i ovan nämnda US-patentskrift 3 866 098. I ett dragfordon tillföres strömreferenssigna- len typiskt av en operatör från en "gaspedal" eller annat inom tekniken välkänt effekt- eller hastighetsstyrorgan.

En motorströmmen representerande signal tillföres en styr- krets 28 från en strömshunt 29 i motorströmbanan. En fri- svängande diod 87 åstadkommer en motorströmbana, när hacka- ren 26 är oledande. ' Kopplingskretsen 48 innefattar en transformator 92 med en primärlindning, som är kopplad till källans 12 växel- strömsutgångsanslutningar, och en sekundärlindning, som är kopplad till en helvågslikriktare 93 med dioder 94 och 96. Helvågslikriktarens 93 utgång ger en likriktad växel- strömssignal av lägre spänning, vilken spänning via en 15' 20 25 30 35 7-*810018-7 14 buffertresistor 98 tillföras en komparators 100 icke-in- verterande ingångsanslutning. Signalen Vis, som represen- terar kondensatorns 80 spänning, kopplas via en ledning 102 från kondensatorns 80 övre anslutning till en spän- ningsdelarkrets, som innefattar resistorer 104 och-106.» En anslutning 107 mellan resistorerna 104 och 106 är kopp- lad till en inverterande ingângsanslutning till kompara-' g _ Å torn 100. En resistor 109, som är kopplad mellan anslut- ningen 107 och en spänningskälla +V, åstadkommer-en liten förskjutningsspänning till komparatorn l00._ ' Komparatorn 100 är anordnad att jämföra signalen, som representerar Vis, med det momentana värdet av växel- _strömssigna1en från likriktaren 93. Komparatorn 100 är så kopplad, att den kopplar om från ett normalt utsignalstill- stånd med låg spänning (logisk 0) till ett utsignalstill- stånd med högre spänning (logisk 1), när den likriktade växelströmssignalens värde blir större än värdet på signa- len vid anslutningen 107. För säkerställande av en snabb omkoppling är en bana för positiv återkoppling âstadkommen via en resistor 112 från komparatorns utgângsanslutning till dess icke-inverterande ingångsanslutning. Den ovan beskrivna komparatorn 100 med tillhörande komponenter är i huvudsak ekvivalent med komparatorn 50 i fig. 1. ' _ V Av komparatorn-100 utvecklade signaler kopplas via en resistor 118 och en inverterare 113 till en klock- ingångsanslutning (CL) till en monostabil multivibrator 120 samt till en första ingångsanslutning till en logisk NOR-grind 122, En icke-inverterad utgångsanslutning eller en Q-utgångsanslutning från multivibratorn 120 är kopplad till en andra ingångsanslutning till NOR-grinden 122.

NOR-grindens 122 utgângsanslutning är kopplad till en klock- ingångsanslutning (CL) till en andra monostabil multivibra- torl40. En inverterad utgângsanslutning eller §-utgångs- anslutning från multivibratorn 140_är kopplad till en första ingångsanslutning till NAND-grinden 40. Kombina- 3 tionenzmfde två multivibratorerna 120 och 140 med NOR- k grinden 122 åstadkommer en dubbelpulsningsverkan, dvs två tändpulser, vilka i.tiden är skilda åt med ett belopp, som lO 20 25 30 35 f tillstånd. d7a1oo1a-7 15 är lika med tidslängden för den av multivibratorn l20 ut- vecklade pulsen, tillföres NAND-grinden 40. De dubbla pul- serna uppkommer som följd av att den första signal som al- stras på inverterarens 119 utgângsanslutning kopplas di- rekt via NOR-grinden l22 till multivibratorns 140 klock- och bringar den senare att ändra sitt utgångs- Signalen från inverteraren ll9 tillföras emel- lertid också multivibratorn 120 och bringar denna att änd- ra sitt utgångstillstånd. När denna sista händelse inträf- anslutning far, tvingas signalen på NOR-grindens 122 utgångsanslut- I ning tillbaka till en logisk nivå 0. Eftersom den tid som erfordras för multivibratorn 120 att ändra tillstånd som gensvar på en signal på dess klockanslutning är rela- tivt kort, kommer den första signal som alstras av NOR- grinden 122 att ha relativt kort varaktighet, dvs väsent- ligen vara en pulsutsignal. Därefter kommer multivibra- torn 120 att hålla NOR-grinden 122 i dess logiska till- stånd 0 under en förutbestämd tidsperiod, dvs multi- vibratorn l20 kommer att avge en utsignal av relativt hög spänning eller logisk l under den förutbestämda tids-_ perioden. Vid slutet av den förutbestämda tidsperioden kommer signalen på multivibratorns 120 Q-utgångsanslut- ning att återgå till ett tillstånd med låg spänning eller logisk 0, vilket bringar signalen på NOR-grindens 122 ut- gångsanslutning att övergå från logisk 0 till logisk l.

Multivibratorn 140 är kopplad att triggas av en klocksignal med en övergång i positiv riktning. Eftersom två sådana klocksignaler alstras av NOR-grinden 122 varje gång komparatorn 100 alstrarrett signaltillstånd av lo- gisk l, triggas multivibratorn 140 tvâ gånger och alstrar två konsekutiva ventiltändsignaler. Det påpekas, att multi- vibratorn l20 triggas av en klocksignal med övergång i negativ riktning, medan multivibratorn 140 triggas av en klocksignal med övergång i positiv riktning. Multivibra- ' torer med förmåga att triggas av vardera typen av signal är välkända inom tekniken, varvid ett sådant typiskt multivibratordon tillverkas av Motorola Corporation under detaljnummer 14528. Det inses, att multivibratorerna 120 vs1oo1s¥7 , 10 15 20 25 30 35 16 och l40 samt NOR-grinden 122 bildar pulsformaren 52'i É fig. 1. _ _ 3 ' En andra ingångsanslutning till NAND-grinden 40 är kopplad att mottaga den normala ventiltändspänning som utvecklas genom jämförelsen av spänningsfelsignalen från styrkretsen 38 med den synkroniserade sågtandsgenerator- signalen. Spänningsstyrkretsen 38 innefattar en föstärka- re med integrerande och proportionell verkan, inbegripet en förstärkare 128, en resistor 132-och en kondensator 134. För alstring av spänningsfelsignalen jämföres först referensspänningssignalen VREF med likspänningssignalen, som representerar VLS. Denna jämförelse åstadkommes genom koppling av signalen VREF via en resistor 130 till en summeringspunkt 124 vid en inverterande ingångsanslutning till förstärkaren 128. En resistor 126 förbinder anslut- . ningen l07 med summeringspunkten 124 och kopplar därmed den V representerande signalen till pun ten 124. šârstärkaren 128 har integrerande och proportionell verkan som följd av âterkopplingsresistorn l32 och den integrerande kondensatorn 134, varvid resistorn 132 och kondensatorn 134 är parallellkopplade mellan förstärkarens 128 inverterande ingånqsanslutning och dess utgångsanslut- ning. Den icke-inverterande ingångsanslutningen till för- - stärkaren 128 är kopplad till jordpotential. Med de åskåd- liggjorda och beskrivna kopplingarna är förstärkaren 128* inrättad att åstadkomma en analog felutsignal, som rep- resenterar den fasledningsvinkel som ventilerna 74 och 76 erfordrar förxninimering av skillnaden mellan det önskade, värdet på VLS, såsom representerat av VREF, och det fak- tiska värdet pâ Vi . A _ Förstärkarens 128 utgângsanslutning är kopplad till en icke-inverterande ingångsanslutning till en komparator 136, vilken är i huvudsak ekvivalent med komparatorn 36 i fig. l. En inverterande ingångsanslutning till kompara-' torn l36 är kopplad till en utgångsanslutning från en _sågtandsgeneratorkrets 38 för mottagning av sågtandssigna- len. Såsom framgår av de ovan beskrivna kopplingarna kommer komparatorn l36 att avge en utsignal med relativt hög spän- 10 15 20 25 30 35 7810018-7 17 ning (logisk 1) så länge spänningsvärdet för signalen på dess inverterande ingângsanslutning är större än spän- ningsvärdet för signalen på dess icke-inverterande ingångs- anslutning. När den större av'detvå spänningarna uppträder på den icke-inverterande ingångsanslutningen, kommer emel- lertid komparatorn 136 att avge en utsignal med relativt låg spänning (logisk 0). I den åskådliggjorda utföringsfor- men är sågtandssignalen en i negativ riktning gående signal.

Under förutsättning av en normal felsignal från förstärka- ren 128 kommer sågtandssignalen att från början ha större värde än felsignalen och komparatorn 136 kommer att avge en utsignal av relativt hög spänning (logisk 1). Allt efter- som sågtandssignalens amplitud avtar kommer en punkt att uppnås, i vilken felsignalen har ett större värde än såg- tandssignalen, och förstärkaren 136 komer att alstra en utsignal av relativt låg spänning (logisk 0).

Komparatorns 136 utgångsanslutning är kopplad via en resistor 138 till den andra ingångsanslutningen till NAND-logikgrinden 40. NAND-grindens 40 utgàngsanslutning är kopplad till en klockingångsanslutning (CL) till en monostabil multivibrator 142. En tillståndsändring hos komparatorn 136 bringar NAND-grinden 40 att ändra till- stånd och därmed åstadkomma en utsignal till den monosta- bila multivibratorn 142. Multivibratorn 142 är ekvivalent med pulsformaren 42 i fig. l. När multivibratorn 142 änd- rar tillstånd, sändes en signal via en ledning 144 till tändkretsen 44, som då åstadkommer lämpliga triggnings- eller tändsignaler till ventilerna 74 och 76.

Såsom diskuterats ovan skiljer NAND-grinden 40 mellan tändsignaler, vilka alstrats av återtändningskretsen, dvs den krets som jämför växelspänningen med spänningen VLS, och tändsignaler, vilka alstras som gensvar på den ana- 2 loga felspänningen. En sådan särskiljning är uppnådd i den åskâdliggjorda utföringsformen genom att signalen från multivibratorn 140 är en logisk signal 1, som övergår till en logisk 0, när man önskar alstra en tändsignal, medan-signalen från komparatorn 136 är en logisk signal O; som övergår till en logisk l, när man önskar alstra en .,__--v-.i_ '7810018-'7 10 15 20 25 30 18 tändsignal. Utan ändring av tillståndet hos signalen från komparatorn 136 kommer således signalen från multivibratorn 140 ej att ha någon inverkan på tillståndet hos signalen från NAND-grinden 40. 7 .

Såsom klart framgår av ovanstående beskrivning har en styranordning för en helvågstyristorlikriktarkrets åskådliggjorts, vilken likriktarkrets matas från en växel- spänningskälla samt medger tändning av tyristorerna vid lämpliga tidpunkter i arbetscykeln utan_hänsyn till even- tuell spänningsskillnad mellan likriktarkretsens utgångs- anslutningar och_ingångsanslutningar. Systemet eliminerar nödvändigheten av att åstadkomma en kontinuerlig tänd-a signal och minimerar effektbehoven, vilka normalt åtföljer en sådan krets. _ ä Sammanfattningsvis har det i det föregående beskrivits en anordning för åstadkommande av tändsignaler till en fas- styrd likriktarkrets vid en tidpunkt då ventilerna i lik- riktarkretsen är förspända i ledriktningen utan behov av' att kontinuerliga tändsignaler åstadkommesl-Anordningen övervakar den spänning som pålägges över likriktarventi- . lerna och avger en signal, när en ventil är förspänd i ledriktningen. Denna signal tillföres en grindkrets, vil- ken fastställer huruvida en normal fasstyrningständinstruk- .tion utlöstes före den tidpunkt då ventilen blev förspänd i ledriktningen. Om en sådan instruktion utlöstes, släpper grindkretsen fram signalen till en ventiltändkrets, som åstadkommer tändsignaler till likriktarkretsen. Om tändin- struktionen ej var utlöst tidigare, blockeras signalen och tändsignaler tillföres i det följande till likriktarkret- sen vid mottagning av en tändinstruktion.

Claims (5)

1. l0 15 20 25 30 1810018-v ,l¶ PATENTKRAV l. Styranordning för en från en växelspänningskälla (12) driven elmotor (10), vilken anordning innefattar en fasstyrd likriktarkrets (18) med växelströmsingångsanslut- ningar (14, 16) avsedda att anslutas till växelspännings- källan, ett par likströmsutgångsanslutningar (20, 22) och organ (70-76), innefattande ett flertal styrbara elektriska ventiler (74, 76) för sammankoppling av ingångs- och ut- gângsanslutningarna, vilka ventiler är anordnade att tändas cykliskt vid tändvinklar, vilka är varierbara för styrning av medelvärdet av likspänningen (VLS) över utgångsanslut- ningarna; en filterkrets (24) med en shuntkondensator (80) kopplad över likströmsanslutningarna (20, 22); effektreg- lerorgan (26, 28, 29) för koppling av filterkretsen (24) 2 till motorn (10) och för styrning av motoreffekten samt styrorgan (30-52) för periodisk tillförsel av tändsígna- ler (62, 66) till likriktarkretsen (18) i ning av ventilerna (74, 76) vid variabla tändvinklar, k ä n n e t e c k n a d därav, att styrorganen (30-52) innefattar första organ (30-38) för alstring av ett tåg och för tänd- av första tändsignaler (60) synkront med växelspänningen (Vvs) på ingångsanslutningarna (14, 16), vilka första organ är anordnade att som gensvar på likspänningen över kondensatorn (80) variera de första tändsignalernas (60) tändvinklar i nödvändig utsträckning för att i huvudsak upprätthålla ett önskat värde på kondensatorspänningen (VLS); andra organ (50, 52) för att som gensvar på såväl kondensatorspänningen (VLS) som växelspänningen (VVS) på ingångsanslutningarna (14, 16) alstra andra tändsignaler (64) varje gång den senare spänningens momentanvärde blir större än kondensatorspänningens (VLS) faktiska värde samt organ (40, 42, 44) för att till likriktarkretsen (18) koppla de första tändsignalerna (60) och dessutom varje andra tändsignal (64) som alstras efter en första tändsignal (60) under varje halvperiod av växelspänningen 0 ve1oo1s-7 10 15 20 25 30 20

2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e- t e c k n a d därav, att filterkretsen (24) innefattar en spole (78), som är införd mellan en av likströmsut- gångsanslutningarna (20) och shuntkondensatorn (80).

3. Anordning enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e- t e c k n a d därav, att styrorganen (30~52) innefattar organ (38) för jämförelse av kondensatorspänningen (VLS) med en referensspänning (VREF) och för alstring av en första signal (59), som representerar den erforderliga tändvinkeln för minimering av skillnaden mellan dem; organ (32) för alstring av en repetitiv sågtandssignal (58) synkront med växelspänningen (VVS) från växelspän- ningskällan (l2); organ (36) för jämförelse av den första signalen (59) med sågtandssignalen (58) och för alstring av de första tändsignalerna (60) varje gång sågtandssigna- lens värde korsar den första signalens värde; organ (50, 52) för jämförelse av kondensatorsgänningens (Vis) värde med växelspänningens (Vvs) momentanvärde och för alstring av de andra tändsignalerna (64) varje gång växelspänning-g en blir större än kondensatorsnänningen samt sammankopp- lingsorgan (40, 42, 44) för koppling av de första och sandra tändsignalerna (60, 64) till likriktarkretsen_(l8), vilka sammankopplingsorgan innefattar organ (40) för att hindra överföring av den andra tändsignalen (64), när den andra tändsignalen föregår den första tändsignalen under någon halvperiod av växelspänningen (VV ).

4. Anordning enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att effektreglerorganen (26, zs, 29) innefattar en tidsförhållanaesáyrningstyris- torkrets (82-90) och att motorn är en likströmsmotor.

5. Anordning enligt något av patentkraven l*3, k ä n n e t_e c k n a d därav, att effektreglerorganen innefattar en växelriktarkrets och att motorn (10) är en växelströmsmotor.