CH620070A5

CH620070A5 -

Info

Publication number: CH620070A5
Application number: CH741676A
Authority: CH
Inventors: Stanislaw Staruch; Bogdan Fijalkowski; Janusz Zawilinski
Original assignee: Politechnika Krakowska
Priority date: 1975-06-24
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1980-10-31
Also published as: ATA449776A; JPS523131A; NL171113C; DE2627913A1; US4068293A; FR2315795A1; FR2315795B1; NL7606810A; PL113027B1; CA1068338A; AT357640B; BE843290A; DK284876A; NL171113B; SE7607089L

Description

Die Erfindung betrifft einen Thyristor-Gleichstrom-Zerhak-ker zur Schaltung zwischen eine Gleichstromquelle und einem Gleichstromverbraucher oder -erzeuger.

Zum Beispiel aus den Publikationen «Thyristoren in der 5 Antriebssteuerung und -regelung», Vogel-Verlag, Würzburg, sowie «Schaltungen mit Thyristoren und Transistoren», Verlag Frech, Stuttgart-Botnang, sind bereits mehrphasige Thyristor-Gleichstrom-Zerhacker bekannt, deren einzelne Phasen als Modulatoren der Impulswiderholfrequenz mit verschiedener 10 Phasenverschiebung arbeiten, und die zur Regulierung der durch einen Empfänger von Elektroenergie, insbesondere einer aus einer Gleichstromquelle gespeisten Elektromaschine aufgenommenen oder abgegebenen Leistung, verwendet werden können.

15 Es sind auch mehrphasige Thyristor-Gleichstrom-Zerhak-ker bekannt, deren einzelne Phasen als Modulatoren der Impulsbreite arbeiten. Diese erfordern jedoch die Anwendung komplizierter Steuerschaltungen und zusätzlicher Kommuta-tions-Thyristoren, die das Gewicht und die Kosten des Zerhak-20 kers erhöhen.

Es sind auch Thyristor-Gleichstrom-Zerhacker ohne Kom-mutationsthyristoren bekannt. Diese sind jedoch Einphasen-Thyristor-Gleichstrom-Zerhacker, welche als Modulatoren der Impulswiederholfrequenz arbeiten und mit einem oder mehre-25 ren parallel angeschlossenen Thyristoren ausgestattet sind, die als Modulatoren der Impulsfrequenz aber ohne Phasenverschiebung, also einphasigerweise arbeiten. Diese besitzen einen dem Thyristor parallel angeschlossenen Kommutationszwei-pol, der aus einer Drosselspule (Indiktivität) und einem Kon-30 densator (Kapazität) oder einem Stromtransformator, der die Funktion eines Autotransformators erfüllt, und einem Kondensator, besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Thyristor-Gleichstrom-Zerhackers, welcher einfach im Aufbau 35 und billig in der Herstellung ist, und einen guten Wirkungsgrad aufweist.

Der erfindungsgemässe Thyristor-Gleichstrom-Zerhacker zur Schaltung zwischen eine Gleichstromquelle und einen Gleichstromverbraucher oder -erzeuger ist dadurch gekenn-40 zeichnet, dass er mehrere gleiche, parallel geschaltete Phasenzweige aufweist, die in Abhängigkeit von ihrer Phasenverschiebung eine Impulsfolge erzeugen, von welchen Phasenzweigen jeder eine gleiche Reihenschaltung von mindestens einem Thyristor und mindestens einer Absperrdiode umfasst, ferner je « einen Kommutationsdreipol, welcher durch die Sternschaltung einer Drossel, eines Kondensators und einer Diode gebildet wird, wobei die Kommutationsdrosseln an die Kathoden der Thyristoren und an die Anoden der Absperrdioden angeschlossen und die Anoden der Thyristoren und die Kommutations-50 kondensatoren zur Verbindung mit dem Pluspol der Gleichstromquelle und die Kathoden der Kommutationsdioden gemeinsam über einen Kommutationswiderstand und einen Hilfsschütz zur Verbindung mit dem Minuspol der Gleichstromquelle bestimmt sind; dass eine Hilfsdiode und eine erste 55 Freilaufdiode vorhanden sind, wobei die Kathode der Hilfsdiode mit der Kathode der Kommutationsdioden verbunden ist und die Anode der ersten Freilaufdiode zur Verbindung mit dem Minuspol der Gleichstromquelle bestimmt ist und dass der Zerhacker eine zweite Freilaufdiode aufweist, deren Kathode 60 an die Kathoden der Absperrdioden und deren Anode an die Anode der Hilfsdiode und die Kathode der ersten Freilaufdiode angeschlossen ist.

Der erfindungsgemässe Thyristor-Zerhacker ermöglicht an seinem Ausgang eine, nur durch den Spannungsabfall im Thyri-65 stor und in der Diode verminderte, volle Spannung der Gleichstromquelle zu erreichen und zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine Herabsetzung des harmonischen Inhalts des Ausgangsstroms aus.

3 620070

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Ver- in den Nichtleitzustand führt. Der Ausgangsstrom io des Zer-

wendung des erfindungsgemässen Thyristor-Gleichstrom-Zer- hackers hört auf zu fliessen, der Strom im Kreislauf des Motors hackers, zur Steuerung eines durch eine Gleichstrommaschine M fliesst jedoch, dank der in seinen Wicklungen eingespeichergebildeten Gleichstromverbrauchers oder -erzeugers. Dabei ist ten elektromagnetischen Energie, weiter und durchfliesst die es zweckmässig, wenn zur Steuerung einer durch einen Gleich- 5 Diode Db- Auf diese Weise nimmt während des Nichtleitens der strommotor gebildeten Gleichstrommaschine der Gleich- Thyristoren Thi-Thm der Strom des Motors M sukzessiv ab.

strommotor mit in Serie geschalteter Erregerwicklung und Gleichzeitig erfolgt die Umladung der Kondensatoren Ci-Cm, Ankerwicklung über einen Hauptschütz mit der ersten Freilauf- auf denen sich die auf der Zeichnung unter dem Kondensator diode und mit der mit ihr in Serie geschalteten zweiten Freilauf- Cm gezeigte Polarität ergibt. Daraufhin werden die Thyristoren diode parallelgeschaltet ist, wobei die Kathoden der ersten 10 Thi-Thm ausgelöst und der Prozess wiederholt sich. Das Auslö-

Freilaufdiode und die Anode der zweiten Freilaufdiode an die sen und das Sperren der Thyristoren wird beim Erreichen der miteinander verbundenen Anschlüsse der Erregerwicklung und maximalen und der minimalen durch die Steuereinrichtung des der Ankerwicklung angeschlossen sind. Zerhackers gegebenen Momentanwerte des Stroms erzielt. Im

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich- bestimmten Zustand des Motors hat der Umschaltprozess nung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. 15 einen stabilen Charakter und der Stromverlauf in der Zeitfunk-

Der Zerhacker ist zwischen die Gleichstrom-Energiequelle tion setzt sich aus sich wiederholenden Abschnitten des BA und den Gleichstrom-Motor M eingeschaltet und setzt sich Anwachsens und des Abnehmens des Stroms zusammen. Wäh-aus einer beliebigen Zahl m gleicher, parallel geschalteter, rend des Nichtleitens der Thyristoren Thi-Thra laden sich die autonomer Phasenzweige zusammen, von welchen jeder eine Kommutationskondensatoren aperiodisch in bestimmter Aufgleiche Reihenschaltung der Thyristoren Thi-Thm und der Dio- 20 einanderfolge, mit einer Phasenverschiebung gleich 2 it/m, bis den Di-Dm umfasst, wobei die sterngeschalteten Kommuta- zum Spannungswert der Gleichstrom-Energiequelle BA, das tionsdreipole reihengeschaltete Kommutationskondensatoren heisst der Akkumulatorenbatterie auf. Im Augenblick des Aus-Ci-Cm und Kommutationsdrosseln Li-Lm besitzen. Die Kom- lösens der Thyristoren dagegen entladen sie sich oszillatorisch, mutationsdrosseln sind einerseits mit den Kathoden der Thyri- mit einer Phasenverschiebung gleich 2 71/m, durch die Thyristo-storen Thi-Thm und den Anoden der Absperrdioden Di-Dm, 25 ren Thi-Thm und die Kommutationsdrosseln mit Ferritkernen und andererseits mit den Anoden der Kommutationsdioden Li-Lm. Im Augenblick des Einschaltens der Thyristoren (di-dm) verbunden. Die Kathoden der Kommutationsdioden Thi-Thm werden die Spannungen der vorher geladenen Konsind gemeinsam über den Kommutationswiderstand Ro und densatoren von einem Wert, welcher der Spannung der Gleich-den Hilfsschütz AC mit dem Minuspol der Gleichstrom-Ener- Stromquelle BA nahezu gleich ist, zu den Kommutationsdros-giequelle BA, sowie mit der Kathode der ersten Freilaufdiode 30 seispulen mit einer Phasenverschiebung gleich 2 7t/m abgeführt Da und der Anode der zweiten Freilaufdiode Df verbunden. Bei und sättigen ihre Ferritkerne in der Richtung, welche konven-den reihengeschalteten Dioden Da-Df wird die Anode der tionell als negativ angenommen wird, wobei die magnetischen ersten Freilaufdiode Da mit dem Minuspol der Gleichstrom- Flüsse sich vom Anfangswert Oo zum Schlusswert ®s ändern. Energiequelle BA verbunden, die Kathode der ersten Freilauf- Bis zum Augenblick, wo die negative Sättigung erreicht wird, diode Da und die Anode der zweiten Freilaufdiode Df mit der 35 kann diese Spannung als konstant angenommen werden. Nach Verbindung der Ankerwicklung AB und der Erregerwicklung der Zeitspanne der Sättigung beginnt die Periode der Reso-EF zusammengeschaltet. Die Kathode der zweiten Freilauf- nanzumladung der Kondensatoren. Die Spannungen der Kondiode Df ist mit der Erregerwicklung EF und den Kathoden der densatoren wechseln die Richtung auf eine entgegengesetzte, Absperrdioden Di-Dm verbunden. Zwischen der Anode der mit einer Phasenverschiebung gleich 2 7t/m, die Drosselspulen zweiten Freilaufdiode Df und dem Pluspol der Gleichstrom- 40 dagegen gehen aus dem Zustand der negativen Sättigung Energiequelle BA ist der zum Kurzschliessen des Zerhackers heraus und werden nach einiger Zeit in der positiven Richtung dienende Kurzschlussschütz SC eingeschaltet. Zwischen dem gesättigt. Der durch den Ausgang der Drosselspulen aus dem Gleichstrom-Motor M und dem mit der Anode der ersten Frei- Zustand der negativen Sättigung unterbrochene Oszillationslaufdiode Da verbundenen Minuspol der Gleichstrom-Energie- prozess kann während einer gewissen Zeit fortgesetzt werden, quelle BA ist der Hauptschütz MC eingeschaltet. Zwischen « Die Kondensatorenströme fliessen in den Thyristoren Thi-dem Gleichstrom-Motor M und der Gleichstrom-Energiequelle Thm, mit einer Phasenverschiebung gleich 2 7t/m, in einer dem BA ist die Diode Db eingeschaltet, wobei die Anode der Diode Strom des Motors M entgegengesetzter Richtung und nach-Db zwischen den Gleichstrom-Motor M und das Hauptschütz dem sie 1/m des Mittelwertes dieses Stroms überschritten MC eingeschaltet, die Kathode der Diode Db dagegen mit dem haben, verwandeln sie sich in einen Rückstrom und schalten die Pluspol der Gleichstrom-Energiequelle BA verbunden ist. Die 50 Thyristoren Thi-Thm aus. Diese Prozesse wiederholen sich Erregerwicklung EF ist durch den Widerstand Rs geshuntet. periodisch im Takt der die Thyristoren Thi-Thm auslösenden Die Gleichstrom-Energiequelle BA setzt sich aus einer Akku- Impulse, mit einer Phasenverschiebung gleich 2 71/m; der Motor mulatorenbatterie und einem Filter-Kondensator Co zusam- M wird daher durch eine Impulsfolge gespeist, deren Wiedermen. holungsfrequenz gleich mf ist, was dem Produkt der Phasen-

Der erfindungsgemässe Thyristor-Zerhacker arbeitet fol- 55 zahl des Zerhackers und der die Thyristoren Thi-Thm auslösen-

gendermassen. Während der Gleichstrommotor M angelaufen den Frequenz (0 der Impulse entspricht. Ihre Breite hängt wird, werden die Thyristoren Thi-Thm durch Impulsgabe auf hauptsächlich von der Spannung der Gleichstromquelle, der ihre Steuerelektroden (Gatter) ausgelöst. Im Stromkreis des Kapazität der Kondensatoren, der Windungszahl der Drossel-

Motors M beginnt ein schnell zuwachsender Strom zu fliessen, spulen und dem Querschnitt des Ferritkernes ab. Bei einer wobei sich gleichzeitig auf den Kommutations-Kondensatoren 60 gegebenen Drosselspulenkonstruktion und einer konstanten

Ci-Cm die auf der Zeichnung über dem Kondensator Cm Auslösefrequenz verändert sich der Mittelwert der Spannung gezeigte Polarität ergibt und die Umladung der Kondensatoren auf den Klemmen des Gleichstrom-Motors M linear mit der

Ci-Cm beginnt. Der Strom der Oszillationsüberlastung soll Auslösefrequenz.

grösser als der durch die Thyristoren Thi-Thm bis zum Aus- Im Zustand des elektrischen Bremsens schaltet sich das schaltaugenblick fliessende Strom sein, was durch die Wahl der 65 Hauptschütz MC aus, der Reversor AR dagegen schaltet sich

Kapazität der Kondensatoren Ci-Cm gewährleistet wird. Wäh- in seine zweite Lage um. Beim Auslösen der Thyristoren rend der Umladung der Kondensatoren erfolgt die Änderung Thi-Thm erregt sich selbst der Gleichstrom-Motor M im Kurz-

der Polarität auf den Thyristoren Thi-Thm, was zum Übergang schlusszustand, wobei der Strom durch die Thyristoren Thi-

620 070

Thm, die Dioden Di-Dm und die Diode Db fliesst. Wenn der Wert imax erreicht wird, leiten die Thyristoren Thi-Thm nicht und der Bremskreislauf wird unterbrochen. Der Strom im Kreislauf des Gleichstrom-Motors M erhält sich jedoch dank der in seinen Wicklungen eingespeicherten elektromagnetischen Energie. Dieser Strom fliesst durch die Freilaufdioden Da und Df, die Erregerwicklung EF und die Ankerwicklung AB, die Diode Db und wird durch die Akkumulatorenbatterie der Gleichstrom-Energiequelle BA geschlossen, was eine Nachladung der Batterie ermöglicht. Hierauf beginnen die Thyristoren Thi-Thm und die Dioden Di-Dm wieder zu leiten und der Prozess wiederholt sich. Die zweite Freilaufdiode Df shuntet die Erregerwicklung und stabilisiert somit den Bremszustand, wenn die elektromotorische Kraft der Rotation des Motors M die Spannung der Akkumulatorenbatterie übersteigt. Dank dessen ist die weitere Selbsterregung des Motors M durch die Akkumulatorenbatterie möglich.

Eine beliebige Zahl von m-gleichen, parallel geschalteten, autonomer Phasen mit gleichen Frequenzen f und Phasenverschiebung 2 nlm arbeitet auf einen Gleichstrom-Motor M. Der bis zur Belastung fliessende Ausgangsstrom io des Zerhackers entspricht der Summe der Ströme der einzelnen Phasen, deren

Ein- und Ausschaltung in einer bestimmten Reihenfolge mit der Phasenverschiebung, gleich 2 nlm, stattfinde. Die Pulsationsam-plitude des Ausgangsstroms io ist kleiner und die Pulsationsfre-quenz m mal grösser, als die entsprechenden Grössen der 5 Stromkomponenten des Zerhackers. Die Verlaufgestalt des Eingangsstroms id in der Zeitfunktion ist den Rechteckimpulsen ähnlich, deren Wiederholungsfrequenz gleich mf und die Amplitude - 1/m vom Mittelwert des Ausgangsstroms ist. Im Eingangsstrom id treten nur harmonische Komponenten mit n 10 = m, 2m, 3m... auf. Für die übrigen Werte n werden harmonische Komponenten nicht auftreten. Folglich vermindert sich mit der Vergrösserung der Phasenzahl des Zerhackers der Inhalt von harmonischen Komponenten im Eingangsstrom id und infolgedessen auch sein Wirkungswert.

15

Der gemeinsame Kommutationsdreipol, welcher die Kommutationskondensatoren Ci-Cm und die Kommutationsdrosseln mit Ferritkernen Li-Lm enthalten, gewährleistet dem Zerhacker einen einfachen Bau mit gleichzeitiger Erhaltung der 20 Vorzüge der Schaltungen mit künstlicher Kommutation, solcher wie eine kleine Speicherenergie im Kommutationskreis-lauf und gute dynamische Charakteristiken.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

620070 PATENTANSPRÜCHE

1.Thyristor-Gleichstrom-Zerhacker zur Schaltung zwischen eine Gleichstromquelle und einen Gleichstromverbraucher oder -erzeuger, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere (m) gleiche, parallel geschaltete Phasenzweige aufweist, die in Abhängigkeit von ihrer Phasenverschiebung (2 7t/m) eine Impulsfolge erzeugen, von welchen Phasenzweigen jeder eine gleiche Reihenschaltung von mindestens einem Thyristor (Thi-Thm) und mindestens einer Absperrdiode (Di-Dm) umfasst, ferner je einen Kommutationsdreipol, welcher durch die Sternschaltung einer Drossel (Li-Lm), eines Kondensators (Ci-Cm) und einer Diode (di-dm) gebildet wird, wobei die Kommuta-tionsdrosseln an die Kathoden der Thyristoren (Thi-Thm) und an die Anoden der Absperrdioden (Di-Dm) angeschlossen und die Anoden der Thyristoren (Thi-Thm) und die Kommutations-kondensatoren (Ci-Cm) zur Verbindung mit dem Pluspol der Gleichstromquelle (BA) und die Kathoden der Kommutations-dioden (di-dm) gemeinsam über einen Kommutationswider-stand (Ro) und einen Hilfsschütz (AC) zur Verbindung mit dem Minuspol der Gleichstromqulle bestimmt sind; dass eine Hilfsdiode (db) und eine erste Freilaufdiode (Da) vorhanden sind, wobei die Kathode der Hilfsdiode mit der Kathode der Kom-mutationsdioden verbunden ist und die Anode der ersten Freilaufdiode zur Verbindung mit dem Minuspol der Gleichstromquelle bestimmt ist und dass der Zerhacker eine zweite Freilaufdiode (Df) aufweist, deren Kathode an die Kathoden der Absperrdioden (Di-Dm) und deren Anode an die Anode der Hilfsdiode (db) und die Kathode der ersten Freilaufdiode angeschlossen ist.

2. Verwendung des Thyristor-Gleichstrom-Zerhackers nach Anspruch 1 zur Steuerung eines durch eine Gleichstrommaschine (M) gebildeten Gleichstromverbrauchers oder -erzeu-gers.

3. Verwendung nach Anspruch 2 zur Steuerung einer durch einen Gleichstrommotor (M) gebildeten Gleichstrommaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (M) mit in Serie geschalteter Erregerwicklung (EF) und Ankerwicklung (AB) über einen Hauptschütz (MC) mit der ersten Freilaufdiode (Da) und mit der mit ihr in Serie geschalteten zweiten Freilaufdiode (Df) parallelgeschaltet ist, wobei die Kathode der ersten Freilaufdiode (Da) und die Anode der zweiten Freilaufdiode (Df) an die miteinander verbundenen Anschlüsse der Erregerwicklung (EF) und der Ankerwicklung (AB) angeschlossen sind.

4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (M) über den Hauptschütz an den Minuspol der Gleichstrom-Energiequelle (BA) angeschlossen ist.

5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diode (Db) mit ihrer Anode an den Anschluss des Hauptschützes (MC), welcher mit dem Gleichstrommotor (M) verbunden ist, angeschaltet ist, die Kathode dieser Diode (Db) dagegen mit dem Pluspol der Gleichstromquelle (BA) verbunden ist.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (Rs) zur Erregerwicklung (EF) des Gleichstrommotors parallelgeschaltet ist.

7. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromquelle (BA) ein Filterkondensator (Co) parallelgeschaltet ist.

8. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kurzschliessen der Zerhackerschaltung zwischen den Kathoden der Absperrdioden (Di-Dra) und dem Pluspol der Gleichstromquelle (BA) ein Kurzschliessschütz (SC) vorhanden ist.

9. Verwendung nach Anspruch 2, zur Regulierung der durch die Gleichstrommaschine (M) aufgenommenen oder abgegebenen Leistung.