DE1513122B2 - Anordnung zur Regelung des von einer Wechselspannungsquelle über in Zweiwegschaltung geschaltete steuerbare Gleichrichterzellen gelieferten Gleichstroms - Google Patents

Description

stromsteuernden Magnetverstärkers aufgebauter Gleichstromwandler verwendet ist und der Steuereingang der Kippschaltung mit den Ausgangsklemmen des Gleichstromwandlers so verbunden ist, daß die Kippschaltung durch die in jeder Halbwelle der Speisespannung auftretende kurze Unterbrechung der Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers in den Arbeitszustand und beim Überschreiten eines Schwellwerts dieser Ausgangsspannung in den Ruhezustand

wicklungen 9 eines Gleichstromwandlers 7 an sich bekannter Bauart. Diese Erregerwicklungen, welche in Gegenschaltung auf zwei außerdem durch den Strom / erregten sättigbaren Drosselspulen 8 angeordnet sind, sind in Reihe mit einer Gleichrichterbrücke in Grätzschaltung 5 geschaltet, welche an einen Widerstand 10 angeschaltet ist, dessen positive Klemme über eine Verbindung 4 in der dargestellten Weise mit dem negativen Pol des konstanten Abschnitts des Widerstands 1

gebracht wird, und daß die Steuerelektroden der io verbunden ist.
steuerbaren Gleichrichterzellen so mit dem Ausgang Schließlich speist die Wechselspannung U noch über

der Kippschaltung verbunden sind, daß diese entsperrt einen Transformator S₃ und zwei gesteuerte Gleichwerden, wenn sich die Kippschaltung am Beginn einer richter, und zwar Halbleiterthyratrons G₁ und G_a, in Halbwelle im Arbeitszustand befindet. Gegentaktschaltung die Erregerwicklung e der Erre-

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme 15 germaschine, an deren Klemmen eine Diode 12 anauf die Zeichnung in ihrer Anwendung auf die Wider- geschlossen ist.

Standsbremsung eines Bahnmotors beispielshalber Die Kippschaltung 11 wird in bekannter Weise

durch zwei Transistoren T₁ und T₂ gebildet, wobei der Kollektor dieses letzteren Transistors mit den Steuerelektroden C₁ und C₂ der Halbleiterthyratrons G₁ ■und G₂ verbunden ist. Die Kippschaltung 11 ist so ausgebildet, daß T₁ leitend und T₂ gesperrt wird, wenn die Eingangsspannung U_a unter einen bestimmten Wert U₀ fällt. Dagegen wird T₁ gesperrt und T₂ lei

erläutert.

F i g. 1 zeigt die Prinzipschaltung der Hauptstromkreise;

F i g. 2 zeigt die allgemeine Schaltung der Regelanordnung;

Fig. 3 sind Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise;

F i g. 4 zeigt einen abgewandelten Teil der Regel- 35 tend, wenn U_a einen Wert erreicht, welcher größer als anordnung. U₀ + / ist, wobei / die Hysterese der Kippschaltung

In F i g. 1 sieht man einen Bahnmotor M, welcher darstellt. Wie in F i g. 2 dargestellt, ist die Eingangsais Stromerzeuger auf einen veränderlichen Wider- spannung U_a gleich der Differenz zwischen der durch stand R zur Bremsung eines Fahrzeugs mit einer kon- den Spannungsteiler 1 gegebenen Spannung U₀ und stanten Kraft arbeitet. Diese letztere Bedingung wird 30 der zwischen den Klemmen des Widerstands 10 abgedadurch erfüllt, daß auf einem festen Wert gleichzeitig nommenen gleichgerichteten Spannung j.
der von dem Stromerzeuger gelieferte Strom Y und Die Arbeitsweise der Regelschaltung ist nachsein Erregerstrom J gehalten werden, welcher von einer stehend unter Bezugnahme auf F i g. 3 erläutert.
Erregermaschine E mit Fremderregung geliefert wird, Die Signale zur Sperrung und Entsperrung der

welche von einem nicht dargestellten Hilfsmotor ange- 35 Halbleiterthyratrons G₁ und G₂ werden von der trieben wird. Kippschaltung 11 geliefert, welche durch den Gleich-

Die Regelung des Stroms Y erfolgt in bekannter stromwandler 7 gespeist wird, welcher mit der Gleich-Weise durch Verringerung des Widerstands R nach richterbrücke 5 und dem Widerstand 10 kombiniert Maßgabe der Abnahme der Drehzahl, und die Erfin- ist. Wenn die beiden Halbleiterthyratrons leitend sind, dung bezieht sich auf die Anordnung zur Einregelung 40 nimmt der Strom I gemäß einer Gesetzmäßigkeit zu, des Stroms / auf einen gegebenen Wert J_c. welche von dem Widerstand und der Selbstinduktion

Diese Regelanordnung ist schematisch in F i g. 1 bei H₁ und H₂ dargestellt. Sie wirkt auf den Erregerstrom/der Erregermaschine ein, während der Strom J₀ durch die Schaltwalze A festgelegt wird.

Die Stromquelle für den Strom / wird durch eine in dem dargestellten Beispiel als einphasig angenommene Wechselspannung U gebildet.

In den nachstehenden Ausführungen sind diese

Spannung U sowie die Drehzahl der Erregermaschine 5° außer in der Nähe des Scheitelwerts einer jeden als konstant angenommen, sie können sich jedoch auch Halbwelle der Spannungsquelle Ua, wo sie eine kurze

Unterbrechung erfährt, welche durch eine geeignete Einstellung des Phasenschiebers 6 zu den Zeitpunkten I₁, t₂, t_s usw. (F i g. 3) kurz vor dem Ende einer jeden der Halbwellen EZ₁, U₂, U₃ usw. auftritt. Die Halbleiterthyratrons G₁ und G₂ werden also systematisch kurz vor dem Ende einer jeden Halbwelle zu den Zeitpunkten t_x, t₂, t₃ usw. bei beliebiger Größe des Stroms J entsperrt, so daß diese Thyratrons leitend

Weise mit einem Kondensator 3 und einer Zenerdiode ⁶° werden und die Erregerwicklung e kurz vor dem Ende Z verbunden ist, um eine stabilisierte Spannung U_s zu einer jeden Halbwelle speisen.

Andererseits wird die ein Abbild des Stroms J bildende Spannung j mit der Bezugsspannung U_c verglichen, welche von dem Widerstand 1 (F i g 2) aus der stabilisierten Gleichspannung U_s geliefert wird, und die Differenz U_a speist den Eingang der Kippschaltung 11, welche zu Beginn einer jeden Halbwelle folgende Wirkungen hat:

des die Erregerwicklung e enthaltenden Stromkreises abhängt. Wenn sie gesperrt sind, nimmt der Strom I in entsprechender Weise ab, wobei er sich über die Diode 12 schließt.

Bekanntlich hat die durch die Teile 7, 5 und 10 gebildete Schaltung die Eigenschaft, an den Klemmen des Widerstands 10 eine Spannung j zu erzeugen, welche zu dem zu messenden Strom / proportional ist,

ändern, z. B. infolge von Änderungen der Fahrdrahtspannung, ohne die Arbeitsweise zu beeinträchtigen, vorausgesetzt, daß die Erregermaschine und die Regelorgane entsprechend bemessen sind.

F i g. 2 zeigt die Schaltung der in F i g. 1 bei H_x und H₂ dargestellten Regelanordnung. Die Wechselspannung U speist zunächst über einen Transformator S₁ eine Gleichrichterbrücke 2, welche in üblicher

erhalten, welche eine elektronische Kippschaltung 11 und einen Widerstand 1 speist, welcher durch die Schaltwalze A einstellbar ist und teilweise von einem Kondensator C überbrückt wird.

Die Wechselspannung U speist ferner über einen Transformator S₂, dessen Primärphase mittels eines Phasenschiebers 6 eingestellt werden kann, Erreger-

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Wenn J zu klein ist (/ kleiner j_c und U_a größer als Man kann eine große einstellbare Phasenver-

ZJ₀), wie dies bei den Halbwellen CZ₁, CZ₅, U₆ der Fall Schiebung vermeiden und ein richtiges Arbeiten trotz

ist, bleiben die Thyratrons entsperrt, und der Strom der Oberwellen durch Wahl der in Fig. 4 darge-

nimmt zu. Wenn jedoch J zu groß ist (Halbwellen stellten abgewandelten Schaltung erhalten, welche

CZ₂, CZ₃, U^) werden die Thyratrons, von Beginn der 5 dem Teil H₂ der F i g. 2 entspricht, wobei außerdem

nächsten Halbwelle an gesperrt, und der Strom I der Phasenschieber 6 fortfällt,

nimmt ab. Sie werden wieder am Ende der Halbwelle Infolge dieses Fortfalls tritt die kurze systematische

leitend, wie oben ausgeführt, jedoch so kurzzeitig und Unterbrechung der Spannung/in voller Halbwelle auf,

bei einer so niedrigen Spannung, daß der Strom / so daß der Ausgang der Kippschaltung 11 systematisch

sehr klein bleibt. io in voller Halbwelle Strom liefert. Diese Stromlieferung

Die kurze Unterbrechung von j bei jeder Halb- ist jedoch nur kurzzeitig, wenn J zu groß ist. Wenn /

welle erzeugt somit die systematische Entsperrung der zu klein ist, bleibt sie dagegen bestehen, bis J zu

Thyratrons am Ende einer jeden Halbwelle, worauf groß wird.

diese Entsperrung aufrechterhalten oder aufgehoben Dieser Ausgangsstrom entsperrt wiederum die

wird, je nachdem, ob / zu Beginn der nächsten Halb- 15 Thyratrons G₁ und G₂, jedoch über zwei Hilfsthyra-

welle zu klein oder zu groß ist. So geht z. B. aus trons g₁ und g₂, vorausgesetzt, daß diese leitend sind.

Fig. 3 hervor, daß zu den Zeitpunkten O₁, b₂ und b₃ Nun werden diese Hilfsthyratrons durch eine Hilfs-

die Halbwellen U₂, U_z und U₄ nicht gezündet werden, wicklung α des Transformators S₃ entsperrt, welche so

weil unter diesen Bedingungen die Spannung/ zu groß geschaltet ist, daß g_x durch seine Steuerelektrode ent-

ist, während während der auf die Zeitpunkte b_i und b₅ 20 sperrt wird, wenn G₁ mit Sperrspannung gespeist wird

folgenden Halbwellen U₅ und CZ₆ die Thyratrons leiten, und somit keinen Strom führen kann. Das Gleiche

da die Spannung j und infolgedessen der Strom J gilt für g₂ und G₂.

zu klein ist. Wenn daher J zu groß ist, hat die augenblickliche

Die Kippschaltung 11 ist, wie oben ausgeführt, so Stromlieferung der Kippschaltung keine Wirkung

eingestellt, daß die Thyratrons gesperrt werden, wenn 25 auf G₁ und G₂, welche von Beginn der gerade arbei-

der Strom / eine solche Größe hat, daß U_a kleiner tenden Halbwelle an sperren und gesperrt bleiben,

als CZ₀ ist. Infolge ihrer obenerwähnten Hysterese / Wenn / zu klein wird, bleibt die systematische

kann die Kippschaltung 11 die Entsperrung nur be- Stromlieferung der Kippschaltung bestehen, da g_x

wirken, wenn j einen solchen Wert hat, daß U_a leitend bleibt, wenn T₂ leitend ist, und G₁ ebenfalls

größer als U₀-\- f ist, d. h., wenn CZ₀ die Ordinaten 30 leitend wird, sobald es mit einer der Durchlaßrichtung

d_v d₂, d₃ usw. der Fig. 3 übersteigt. Im allgemeinen ' entsprechenden Spannung gespeist wird. Ebenso erzeugt

erfordert die Genauigkeit des Arbeitens der Kipp- g₂ in der gleichen Weise jedoch mit einer Verschiebung

schaltung einen geringen Wert von /. Infolge der um eine Halbwelle die Leitfähigkeit von G₂ · G₁ und

systematischen Aufhebung von j in jeder Halb welle G₂ bleiben also entsperrt und liefern von Beginn der

hat jedoch der Wert von / keinerlei Bedeutung mehr, 35 gerade arbeitenden Halbwelle an abwechselnd Strom,

so daß die Vorgänge so verlaufen, als ob eine ideale . Man erhält also das gleiche Ergebnis wie bei der

Kippschaltung mit der Hysterese Null vorhanden ersten Lösung, d. h., eine von der Hysterese der

wäre. Kippschaltung unabhängige Regelung. Es bleibt

Der große Vorteil einer derartigen Anordnung jedoch keine Reststromlieferung der Thyratrons "besteht darin, daß eine Regelung des Stroms / ohne 40 bestehen, wenn J zu groß ist. Dieser Vorteil ist Anwendung anderer Kunstgriffe ohne Pendelungen vernachlässigbar gegenüber der gewünschten Vererzielt werden kann. Die Pendelungen rühren nämlich besserung, welche in dem Fortfall des Phasenschiebsrs zum großen Teil von dem Unterschied zwischen den und einem stets richtigen Arbeiten trotz der möglichen Stromwerten her, welche seine Vergrößerung oder Verformungen der Spannung U besteht, welche mit der seine Verkleinerung bewirken, wobei dieser Unterschied 45 Belastung besonders fühlbar werden, wenn die Stromeben die Hysterese der Steuervorrichtung ist. quelle ein einphasiger Wechselstromerzeuger ist.

Wie angegeben, erfordert das Arbeiten der Vor- In den beiden betrachteten Fällen hat die Kapa-

richtung eine richtige Phasenverschiebung der den zität C die Hauptaufgabe, ein etwaiges Pendeln zu

Meßtransformator 7 speisenden Spannung Ua- Diese verhindern, welches durch die Zeitkonstante der

Phasenverschiebung liegt in der Nähe von π/2 bei einer 5° Erregerstromkreise erzeugt werden könnte. Diese

sinusförmigen Spannung, sie kann jedoch von diesem Kapazität erzwingt nämlich so langsame Änderungen

Wert vollständig verschieden sein, wenn die Spannung der Bezugsspannung, daß die Regelung ohne merkliche

wesentliche Oberwellen enthält. Verzögerung folgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche· schaltung und einer nach Art eines Magnetverstärkers aufgebauten Strommeßeinrichtung, welche das An-

1. Anordnung zur Regelung des von einer sprechen der Kippschaltung in Abhängigkeit von dem Wechselspannungsquelle über in Zweiwegschaltung zu regelnden Strom steuert.

geschaltete steuerbare Gleichrichterzellen geliefer- S Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (franten Gleichstroms mit einer die Gleichrichterzellen zösische Patentschrift 1 254 460) erfolgt die Steuerung steuernden elektronischen Kippschaltung und einer des Ansprechpunktes der Kippschaltung dadurch, daß nach Art eines Magnetverstärkers aufgebauten der abgegebene Gleichstrom einen Magnetverstärker Strommeßeinrichtung, welche das Ansprechen der steuert, dessen Ausgangsspannung einem elektroni-Kippschaltung in Abhängigkeit von dem zu re- io sehen Relais zugeführt wird. Sobald die von dem gelnden Strom steuert, dadurch gekenn- Magnetverstärker abgegebene Spannung einen bezeichnet, daß als Strommeßeinrichtung ein stimmten zulässigen Wert überschreitet, spricht das nach Art eines stromsteuernden Magnetverstärkers elektronische Relais an, das dann die Kippschaltung aufgebauter Gleichstromwandler (7) verwendet ist außer Betrieb setzt. Dadurch wird ein Überstrom ab- und der Steuereingang der Kippschaltung (11) mit 15 geschaltet. Eine solche mit elektronischen Kippden Ausgangsklemmen des Gleichstromwandlers(7) schaltungen arbeitende Anordnung weist grundsätzlich so verbunden ist, daß die Kippschaltung (11) durch eine gewisse Schalthysterese auf, weil das Umschalten die in jeder Halbwelle der Speisespannung auftre- vom Arbeitszustand in den Ruhezustand bei einem tende kurze Unterbrechung der Ausgangsspannung anderen Wert der Steuerspannung erfolgt als das (J) des Gleichstromwandlers (7) in den Arbeits- 20 Umschalten vom Ruhezustand in den Arbeitszustand, zustand und beim Überschreiten eines Schwellwerts Es ist andererseits eine Anordnung bekannt (The

dieser Ausgangsspannung (J) in den Ruhezustand Marconi Review, 1. Quartal 1962, S. 85 bis 87), bei gebracht wird, und daß die Steuerelektroden der der die Ausgangsspannung des von dem Gleichstrom steuerbaren Gleichrichterzellen (G₁, G₂) so mit dem gesteuerten Magnetverstärkers eineijSägezahnspannung Ausgang der Kippschaltung verbunden sind, daß 25 überlagert wird, die dem Eingang eines Schmittdiese entsperrt werden, wenn sich die Kipp- Triggers zugeführt wird, von dessen Ausgangssignal schaltung am Beginn einer Halbwelle im Arbeits- Zündimpulse für die steuerbaren Gleichrichterzellen zustand befindet. abgeleitet werden. Dadurch wird der Zündzeitpunkt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- der steuerbaren Gleichrichterzellen in Abhängigkeit kennzeichnet, daß die Sekundärspannung (J) des 30 von dem abgegebenen Gleichstrom verschoben. Diese Gleichstromwandlers (7) gegensinnig in Serie mit bekannte Anordnung arbeitet also mit Phasenanschnitteiner einstellbaren stabilisierten Gleichspannung steuerung, wodurch keine Schalthysterese auftritt. (Uc) an den Steuereingang der Kippschaltung (11) Man muß jedoch die Nachteile der Phasenanschnittgelegt ist. steuerung in Kauf nehmen, insbesondere dauernde

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 35 Störsignale großer Amplitude und einen ungünstigen gekennzeichnet, daß dem Eingang des Gleich- Leistungsfaktor. Im Gegensatz dazu arbeiten die Stromwandlers (7) ein Phasenschieber (6) vorge- eingangs angegebenen Anordnungen in ganzen Halbschaltet ist, welcher die kurze Unterbrechung der wellen.

Ausgangsspannung (J) des Gleichstromwandlers Es sind auch Gleichstromwandler bekannt, die nach

zum Ende der Halbwelle hin verschiebt. 40 Art von stromsteuernden Magnetverstärkern aufge-

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch baut sind und zwei sättigbare Magnetkerne enthalten, gekennzeichnet, daß in die Verbindungen zwischen die einerseits von dem zu messenden Gleichstrom den Steuerelektroden der steuerbaren Hauptgleich- durchflutet werden und andererseits zwei gegensinnig richterzellen (G₁, G₂) und dem Ausgang der Kipp- geschaltete Wicklungen tragen, die an einer Erregungsschaltung (11) steuerbare Hilfsgleichrichterzellen 45 wechselspannung liegen.

(iv 82) eingefügt sind, deren Steuerelektroden von Die Ausgangsspannung eines solchen Gleichstrom-

der zur Erregung der Erregermaschine (E) be- Wandlers geht bei jedem positiven und negativen nutzten Wechselspannung gegenphasig so gesteu- Scheitelwert der Erregungsspannung kurzzeitig auf ert werden, daß sie jeweils während der Halbwellen Null und steigt dann wieder schnell auf einen Wert an, entsperrt sind, in denen die zugeordnete Haupt- 50 der durch den zu messenden Gleichstrom bestimmt gleichrichterzelle (G₁ bzw. G₂) in der Sperrichtung ist.
beaufschlagt ist. Es ist bekannt (britische Patentschrift 618 247),

5. Anordnung nach Anspruch 4 mit einem solche Gleichstromwandler in Spannungsregelschal-Speisetransformator für die Hauptgleichrichter- tungen zu verwenden, doch wird dabei der zuvor angezellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- 55 gebene besondere Verlauf der Ausgangsspannung des elektroden der Hilfsgleichrichterzellen (g_v ^₂) ^an Gleichstromwandlers nicht ausgenutzt, sondern diese die Außenklemmen einer mit einer Mittelanzapfung steuert zwei gegensinnig geschaltete Gleichrichteranversehenen Zusatzwicklung (a) des Speisetransfor- Ordnungen, deren Ausgangsspannungen addiert und mators (S₃) der Hauptgleichrichterzellen (G₁, G₂) als Steuerspannung verwendet werden,
angeschlossen sind. 60 Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer

Gleichstromregelanordnung der eingangs genannten Art, die bei Steuerung in ganzen Halbwellen ohne Schalthysterese arbeitet und dadurch bei einfachem

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Aufbau ein sehr genaues Einhalten eines bestimmten Regelung des von einer Wechselspannungsquelle über 65 Stromwerts ermöglicht.

in Zweiwegschaltung geschaltete steuerbare Gleich- Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein-

richterzellen gelieferten Gleichstroms mit einer die gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, Gleichrichterzellen steuernden elektronischen Kipp- daß als Strommeßeinrichtung ein nach Art eines