DE2448218A1 - Zerhackerschaltung - Google Patents
ZerhackerschaltungInfo
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Description
München 22, Steinsdorfstraße 2--22, Telefon 089/20 34 62
B 6960
KABUSHIKI KAISHA MEIDENSHA No. 1-17, 2 Chome, Ohsaki, Shinagawa-ku,
Tokyo/ JAPAN
Die Erfindung betrifft eine Zerhackerschaltung und insbesondere eine
Zerhackerschaltung von dem Typ, welche eine Gleichspannung, die an
einen Verbraucher gelegt wird, steuert.
Ih den letzten Jahren haben Zerhackerschaltungen breite Anwendung gefunden
bei den verschiedensten Arten von Steueranordnungen, welche die an einen Verbraucher gelegte Gleichspannung steuern. Derartige Zerhackerschaltungen
enthalten Schalterlemente zur Steuerung des Stromes,
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der an den ¥erbraucher geliefert wird und andere Bauelemente, wie äußere Kommutatormittel zum Ein- und Ausschalten der Schalter elemente.
Hierbei ist es wünschenswert, daß die Anzahl der Schalterelemente verringert wird, um den Betrieb der Schaltung zu verbessern.
Insbesondere bei Zerhackerschaltungen, welche einen Thyristor als Schalter element verwenden, ist es notwendig, wenn der Durchlaßstrom,
dessen Wert L· ist? daß der resultierende Strom, der durch den Thyristor
fließt, zu Null wird. Dies erfolgt dadurch; daß ein Rückstrom, dessen Wert wenigstens L. ist, angelegt wird, um den Thyristor auszuschalten.
Da der Thyristor jedoch nicht ständig ausgeschaltet ist, indem der resultierende Strom auf den Wert Null gebracht wird, wird eine Kommutierungskapazität
im Zerhackerstromkreis benötigt, um einen Wert von höher als L, für den Rückstrom zu erhalten.
Ih den Fig. ί und 2 sind herkömmliche Zerhacker anordnungen dargestellt.
Insbesondere in der Fig, 1 ist eine Zerhackerschaltung CH gezeigt,
welche einen Hauptthyristor 10, einen ersten Hilfsthyristor 12, der über einen Kommutatorkondensator 14 parallel zum Hauptthyristor
geschaltet ist, -und einen zweiten Hilfsthyristor 16 (welcher auch durch
einen anderen Halbleiter, beispielsweise durch eine Diode, ersetzt sein kann), der über eine Kommutierungsspule 18 parallel zum Thyristor 12
geschaltet ist, aufweist. Die Zerhackerschaltung CH ist mit einer Gleichstromquelle,
beispielsweise einer Batterie 20, über einen Elektromotor 22 in Reihe verbunden. Der Motor 22 besteht aus einer Ankerwicklung
24, einer Feldwicklung 26 und einer Freilauf diode 28, welche parallel
zu einem Serienstromkreis, der aus der Ankerwicklung 24 und der
Feldwicklung 26 besteht, geschaltet ist.
Bei der Anordnung in der Fig. 1 kann die Zerhackerschaltung CH den
relativ größeren Verbraucherstrom steuern. Bei dieser Schaltung ist es
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jedoch notwendig, drei Schalterelemente, d.h. den Hauptthyristor 10,
den ersten Hilfsthyristor 12 und den zweiten Hilfsthyristor 16, wie es
in der Fig. 1 dargestellt ist, zu verwenden. Hierdurch wird die Schaltungsanordnung
relativ kompliziert und aufwendig.
In der Fig. 2 ist eine weitere bekannte Zerhackerschaltung dargestellt,
die ein Schalterelement, beispielsweise einen Hauptthyristor 10, einen Serienstromkreis, bestehend aus einer Drosselspule 18 und einem Kondensator
14, und eine in Serie geschaltete Diode 30, welche im wesentlichen
auch in Fortfall kommen kann, aufweist. In der Schaltung der Fig. ist lediglich ein Thyristor vorgesehen und daher ist im Vergleich zur
Zerhackerschaltung in der Fig. 1 ein geringerer Schaltungsaufwand vorhanden.
Die Kurvendarstellungen in der Fig. 3 zeigen die Betriebsart der Schaltung in der Fig. 2. Wenn beim Betrieb der Thyristor 10 in der Fig. 2
zum Zeitpunkt t=tQ, eingeschaltet wird, hat der Verbraucherstrom IR,
der in den Thyristor 10 fließt, den Wert L·. Es wird angenommen, daß
der Verbraucherstromwert i„ konstant ist, während der Thyristor 10
auf Durchlaß geschaltet ist. Andererseits sind die Ströme Ic (Icl und Ip2
welche durch den Kondensator 14 fließen, bestrebt, symmetrisch in beiden Richtungen zu fließen, da ihre Polarität zum Zeitpunkt t=t- umgekehrt
wird, wie das durch die Wellenform 1 der Fig. 3 dargestellt ist.
Demgemäß wird der Strom I0, der durch den Thyristor 10 fließt, zum
resultierenden Strom (Ip + IR), welcher sich aus der Summe des Kondensatorstromes
Ic und dem Strom I_, der durch den Verbrauchter fließt,
ergibt, wie es die Kurve 1 in der Fig. 3 darstellt.
Wenn der Scheitelwert i des Stromes In kleiner ist als der Wert in,
wird der Thyristorstrom I0 nicht zu Null, selbst wenn der Sperrstrom
bzw. umgekehrte Strom I™ bezüglich des Stromes I01 versucht, den
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Verbraucherstrom IR zu löschen. Demgemäß wird daher der Thyristor
nicht ausgeschaltet. Um den Hauptthyristor 10 auszuschalten, ist es notwendig,
daß der Scheitelwert i des Kondensatorstromes L-, größer ist
Cp v_<
als der Wert in des Verbraucherstromes I_. Wenn jedoch der Strom I0,
U ±3 D
der durch den Hauptthyristor 10 fließt, zum Zeitpunkt t„ zu Null wird,
wie das in der Fig. 3 dargestellt ist j wird der Kondensator strom In in
Durchlaßrichtung dem Verbraucherstrom 3L überlagert, während der
Hauptthyristor 10 sich im eingeschalteten Zustand befindet. Hieraus ergibt sich, daß der Scheitelwert des Thyristorstromes I0 größer wird als
der zweifache Wert i„. Da die Belastungsfähigkeit des Thyristors 10
größer sein muß als der doppelte Wert des Verbraucher stromes, wird das Schalterelement selbst äußerst kostspielig.
Wenn somit lediglich ein Thyristor in der Zerhackerschaltung der Fig.
verwendet wird, hat man zwar nur eine geringe Anzahl von Bauelementen
und man kann die Behandlung von niedrigen Strömen auch wirtschaftlich durchführen. Wenn jedoch höhere Ströme verarbeitet werden müssen,
fehlt der Schaltung in der Fig. 2 die Kommutierungs eigenschaft und sie
wird teuer und aufwendig, weil wegen der benötigten größeren Kapazität ein Kondensator verwendet werden muß, der teuer ist, um den Mangel
an Kommutierungseigenschaft wieder auszugleichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zerhackerschaltung zu zeigen,
bei der die vorstehenden Nachteile vermieden sind und bei der insbesondere eine hohe Leistungsfähigkeit erzielt wird und erhöhte Kosten vermieden
werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Zerhackerschaltung gelöst, welche einen
ersten Schalter, der den Strom der Gleichstromquelle ein- und ausschaltet, einen Serienstromkreis bzw. Reihenresonanzkreis, der parallel zum
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ersten Schalter liegt und eine Kapazität und Induktivität besitzt,und
einen zweiten Schalter, der parallel zur Induktivität liegt, aufweist.
Insbesondere zeigt die Erfindung eine wirtschaftliche und mit hoher Leistungsfähigkeit
arbeitende Zerhackerschaltung, bei der eine Verringerung
der Anzahl der Schalterelemente erreicht wird, und welche auch hohe Ströme unter Verwendung eines Kondensators steuern kann, dessen
Kapazität für einen vorgegebenen Stromwert klein ist.
Die Zerhackers chaltung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen
aus einer Schaltungsanordnung, die einen Hauptthyristor, einen Serienstromkreis,
der aus einer Induktivität und einem Kondensator besteht, aufweist. Der Kondensator ist parallel zwischen die Anode und die Kathode
des Hauptthyristors geschaltet. Ferner ist ein Hilfsthyristor zum Kurzschließen der Induktivität vorgesehen, wobei dieser Hilfsthyristor
bezüglich des Hauptthyristors in Durchlaßrichtung und parallel zur Induktivität geschaltet ist. In den beiliegenden Figuren sind bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und es soll anhand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 wie schon erwähnt, bekannte Zerhackerschaltungen;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die den oszillierenden Strom der
Schaltung in der Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 ■ eine Zerhackerschaltung gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine detaillierte Schaltung der Zerhackeranordnung gemäß
der Erfindung, welche mit einer Zerhackersteuerschaltung versehen ist;
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Fig. SA Kurvendarstellungen für die Schaltung in der Fig. 4;
bis 6C
Fig. 7 ein entsprechendes Schaltbild der Schaltung in der Fig. 4;
Fig. 8 modifizierte Schaltungen der in der Fig. 4 gezeigten Schal-
und 9 .
tung;
Fig. 10 weitere Ausführungsbeispiele der Zerhackerschaltung ge-
und 11 ..„ , „ j.. ,
maß der Erfindung.
In der Fig. 4 ist eine Schaltung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung
dargestellt» Mit 10 ist der Hauptthyristor bezeichnet und eine Anschlußklemme
einer Induktivität, beispielsweise einer Kommutierungsdrossel
18, ist mit einer Elektrode des Thyristors 10 verbunden. Ein Kondensator 14 ist zwischen den anderen. Anschluß der Drosselspule 18
und die Kathode des Thyristors 10 geschaltet. Ferner ist ein Hilfsthyristor
32 parallel zur Drosselspule 18 und bezüglich des Thyristors 10 in
Durchlaßrichtung geschaltet, /
Anhand der Fig. 5 soll nun der Betrieb bzw. die Wirkungsweise dieser
Schaltung noch näher beschrieben werden. Die Zerhackeranordnung, welche die oszillierende Steuerschaltung vorsieht, ist in der Fig. 5 dargestellt,
lh dieser Schaltungsanordnung ist die Zerhackerschaltung CH über den Motor 22 und eine Diode 90 mit der Batterie 20 in Reihe geschaltet.
Mit 34 ist eine konstante Spannungsquelle bezeichnet, welche eine Zener-Diode 36, einen Kondensator 38, der parallel zur Zener-Diode 36 liegt,
aufweist. Ein Einschaltimpulsoszillator 40 besitzt einen Widerstand 42, einen Transistor 44, dessen Emitter mit dem Widerstand 42 verbunden
ist, einen Kondensator 46, dessen einer Anschluß mit dem Kollektor des Transistors 44 verbunden ist, einen programmierbaren Unijunction-Transistor
(im folgenden PUT genannt) 48, dessen Anode mit einem Verbindungs-
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punkt A zwischen dem Kollektor des Transistors 44 und dem Kondensator
46 und dessen Gate mit einem Verbindungspunkt B zwischen den Widerständen 50 und 52 verbunden sind, sowie einen veränderlichen Widerstand
54, dessen Abgriff mit einer Basis des Transistors 44 verbunden ist. Ferner ist εΐηε Kathode des PUT 48 mit einem Gate des Hauptthyristors
10 der Zerhackerschaltung'CH über einen Widerstand 57 und eine
Diode 59 verbunden. Ein Ausschaltimpuls oszillator 60 enthält eine Zeitschaltung.
Diese Zeitschaltung besteht aus einem Widerstand 62 und einem Kondensator 64, welche in Reihe geschaltet sind, einem PUT 72, dessen
Anode mit einem Verbindungspunkt C zwischen dem Widerstand 62 und
dem Kondensator 64 verbunden ist, Widerständen 74 und 76 und einer Diode 78 zur Temperaturkompensation, welche zwischen einem Verbindungspunkt
D,. den Widerständen 74 und 76 und einem Gate des PUT 72 geschaltet ist. Ferner ist eine Kathode des PUT 72 mit einem Gate des
Hilfsthyristors 32 über einen Impulsübertrager 81, einen Widerstand 84
und eine Diode 86 verbunden. Eine Synchronisierschaltung besteht aus
einem Transistors 66, welcher parallel mittels· seines Kollektors und
seines Emitters zum Kondensator 64 liegt, einer Diode 68, welche zur Basis des Transistors 66 in Reihe geschaltet ist, und einem Widerstand 70,
der in Reihe zwischen die Diode 68 und einen Verbindungspunkt E zwischen der Kathode 48C des PUT 48 und des Gate des Hauptthyristors 10
geschaltet ist. .
Um den Betriebsablauf in Gang zu setzen, wird bei geschlossenem Schalter
92 der von der Batterie 20 gelieferte Strom an die konstante Spannungsquelle
34 über einen Widerstand 94 und eine Diode 96 geliefert. Demgemäß wird in der konstanten Spannungsquelle 34 eine konstante Spannung
erzeugt. Die Einschalt- und Ausschaltimpuls oszillatoren werden so verwendet, daß sie das Durchlaßverhältnis der Zerhackerschaltung CH und
damit die Durchschnittsspannung, welche an den Motor 22 gelegt wird, steuern. Wenn insbesondere der Widerstandswert des veränderlichen
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Widerstandes 54 auf einen geeigneten Wert eingestellt ist, ändert sich
der Leitungswert in Abhängigkeit vom festgesetzten Wert des veränderlichen Widerstandes 54. Hieraus resultiert, daß die Aufladezeit des
Kondensators 46 sich ändert. Die elektrische Ladung, welche zu einer bestimmten Zeit im Kondensator 46 vorhanden ist, wird vom Wert des
Widerstandes 42 dem Leitwert des Transistors 44 und der Kapazität des Kondensators 46 bestimmt. Wenn die Spannung des Kondensators 46 die
von den Widerständen 50 und 52 vorbestimmte Spannung erreicht, gelangt der PUT 48 in seinen leitfähigen Zustand und die elektrische Ladung
des Kondensators 46 wird über die Kathode 48C des PUT 48 entladen. Der Entladungsstrom des Kondensators 46 wird an den Hauptthyristor
10 über den Widerstand 57 und die Diode 59 als Steuerstrom gelegt. Ferner wird der Entladungsstrom des Kondensators an die Basis des
Transistors 66 über den Widerstand 70 und die Diode 68 gelegt, wobei der Hauptthyristor 10 und der Transistor 66 zusammen eingeschaltet
werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Einschaltimpulsoszillator 60 nicht in Betrieb, da der Kondensator 46 durch den Transistor 66 kurzgeschlossen
ist.
Wenn daraufhin der Kondensator 46 des EinschaltimpulsOszillators 40
den Entladungsvorgang beendet, wird der Transistor 66 ausgeschaltet, da kein weiterer Entladungsstrom mehr an ihn geliefert wird. Wenn der
Transistor 66 ausgeschaltet ist, wird die Aufladung am Kondensator 64
in Gang gesetzt, und zwar zu einem Zeitpunkt, der vom Widerstandswert
des Widerstandes 62 und der Kapazität des Kondensators 64 bestimmt ist. Wenn die Ladespannung des Kondensators 64 den durch die Widerstände
74 und 76 vorbestimmten Wert erreicht hat, gelangt der PUT 72 in seinen
leitfähigen Zustand ,und die elektrische Ladung im Kondensator 64 wird
über den Impulsübertrager 81, den Widerstand 84 und die Diode 86 an den Hilfsthyristor 32 als Zündstrom geliefert. Demzufolge wird mittels
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des Entladungsstromes aus dem Kondensator 64 der Hilfsthyristor 32
in den leitfähigen Zustand versetzt.
Bei der im vorstehenden beschriebenen Betriebsart wird bei nichtleitendem
Zustand des Hauptthyristors 10 der Kommutierungskondensat'or 14 bei der in der Fig. 4 dargestellten Polarität aufgeladen. Wenn zum Zeitpunkt
t=t~ der Hauptthyristor 10 eingeschaltet wird, wie das in den Fig. 6A
und 6B dargestellt ist, fließt mittels des Verbraucherstromes IR und des
Stromes Ip (Ip1 bzw. Ip?) der resultierende Strom durch den Hauptthyristor
10. Somit wird der resultierende Strom und/oder der Thyristorstrom
Ig an den Hauptthyristor 10 geliefert, wie das in der Fig. 6C durch
die schrägen Linien dargestellt ist.
In diesem Fall wird die Polarität des Stromes Ip, der durch den Kondensator
14 fließt, aufgrund der Resonanz der Drosselspule 18 und des Kondensators
14 nach einer vorgegebenen Zeit t=t (=; % V Co Lo) umgekehrt.
Diese Polaritätsumkehr wird vom Kapazitätswert Co des Kondensators 14
und der Induktivität Lo der Drosselspule 18 bestimmt. Die Zeit t ist
synchronisiert mit der Zeitschaltung des Ausschaltimpulsoszillators 60, der in der Fig. 5 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt, d.h. zum Zeitpunkt t=tj, der in den Fig. 6A, 6B und 6C bezeichnet ist, wird, wenn der
Hilfsthyristor 32 mittels geeigneter Mittel, wie beispielsweise Zeitgebermitteln
oder Nullstromdetektormitteln, die gespeicherte elektrische Ladung, welche eine zu der in der Fig. 4 dargestellten entgegengesetzte
bzw. Rückstrom
Polarität aufweist, als Sperrstromjjies Thyristors 10 entladen. Demgemäß
fließt der hohe Resonanzstrom Ip2 in den Hauptthyristor 10 über den
Hilfsthyristor 32. Daraufhin wird der Thyristor 10 in den ausgeschalteten Zustand versetzt, und zwar zu einem Zeitpunkt t=t4, wie das in den Fig.
6B und 6C dargestellt ist.
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Die in der Fig. 7 dargestellte Zerhackerschaltung ist ein Ersatzschaltbild
für die in der Fig. 4 dargestellte Schaltung. Es sind in dieser Figur im einzelnen die verteilten Induktivitäten der Schaltung dargestellt. In
der Schaltung der Fig. 7 wird angenommen, daß die verteilte Induktivität 98a und 98b in einem geschlossenen Stromkreis geschaltet sind, der
aus dem Hilfsthyristor 32, dem Kondensator 14 und dem Hauptthyristor besteht. Die verteilten Induktivitäten 98a und 98b besitzen äußerst geringe
Werte im Vergleich zur Induktivität der Drosselspule 18. Die verteilten Induktivitäten wirken zusätzlich so, daß sie den Einschaltstrom (di/dt)
begrenzen. In einigen Fällen ist es sogar ratsam, eine Drossel mit geringer Induktivität in den Stromkreis einzufügen, um den di/dt zu begrenzen.
Wenn der Hilfsthyristor 32 im eingeschalteten Zustand ist, wird die Drosselspule 18 kurzgeschaltet und der Resonanzstrom bzw. Schwingkreisstrom
Ip, welcher in der Fig. 6B bezeichnet ist, wird aufgrund der
Resonanz, die durch den Kondensator 14 und die verteilten Induktivitäten 98a und 98b hervorgerufen wird, erzeugt. Der Wert der verteilten Induktivitäten
ist bedeutend geringer als der der Drosselspule 18 und demgemäß beginnt der Sperrstrom zum Hauptthyristor 10 zu fließen. Obgleich der
Resonanzstrom Ip„ in Wirklichkeit ein steil ansteigender Strom mit
hohem Scheitelwert ist, wie das in der Fig. 6B dargestellt ist, kommudiert
der Kondensatorstrom Ip-, welcher bezüglich des Hauptthyristors
in Sperrichtung fließt, in Richtung auf die Batterieseite zum Zeitpunkt t=t.,
wenn der Wert i „ des Stromes Ip2 "^n wird. Der Kondensatorstrom
wird daraufhin zum Zeitpunkt t=t_ zu Null, wie das in der Fig. 6B dargestellt
ist. Demgemäß wird der Strom Ig = JL + L-, zum Zeitpunkt t. zu
Null, wie das aus den Fig. 6A bis 6C hervorgeht, und der Hauptthyristor wird in den ausgeschalteten Zustand versetzt. Befindet sich der Hauptthyristor
10 im ausgeschalteten Zustand, fließt der durch den Hauptthyristor hindurchfließende Verbraucherstrom ID weiterhin durch den Hilfsthyristör
32 und den Kondensator 14 während einiger Zeit. Daraufhin wird
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der Kondensator 14 wiederum mit der in der Fig. 4 gezeigten Polarität
aufgeladen. Nach einiger Zeit wird mittels des Einschaltimpulses vom Einschaltimpuls oszillator 40 der Anordnung in der Fig. 5 der
Hauptthyristor 10 wiederum in den eingeschalteten Zustand versetzt und der gleiche im vorstehenden beschriebene Betriebsablauf wiederholt
sich. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Durchschnittsspannung, welche an den Verbraucher gelegt wird, dadurch gesteuert werden
kann, daß man die Zeit vom Beginn des Ausschaltens des Hilisthyristors
bis zum Beginn des Einschaltens des Hauptthyristors ändert.. In
der in der Fig. 5 dargestellten Anordnung kann diese Zeit dadurch eingestellt
werden, daß man das Potential am Abgriff des veränderlichen Widerstandes
54 ändert.
Der Kondensätorstrom I„ (I_,. und I„2) ist asymmetrisch, wie das in
den Wellenformen der Fig. 6B dargestellt ist. Der Scheitelwert i 9 des
Rückstromes I„o, welcher einen Teil des Stromes I^ bildet, darf einen
größeren Wert aufweisen als der Scheitelwert i . des Stromes 1^1 in
Durchlaufrichtung, welcher äußerst klein sein kann. Dies beruht darauf, daß der Strom L-,j in Durchlaßrichtung bezüglich des Hauptthyristors 10
durch die Drosselspule 18 fließt. Die Blindwiderstandskomponente ist
äußerst gering, weil sie an die Stelle der verteilten Ihduktivitätskomponenten
bei Aktivierung des Hilfsthyristors 32 tritt. Der Scheitelwert χ .„
des Resonanzstromes I~,« in der Fig. 6B wird äußerst groß infolge des
Hilfsthyristors 32. Für diesen Fall ergibt sich der Scheitelwert i „ des
/Cö -P
Rückstromes aus der Beziehung i. « = Y τττ x Vco, wobei Vco die Spannung
des Kondensators 14 bei Beginn der Resonanz ,Lo die Kapazität des Kondensators 14 und Ld der Wert der verteilten Induktivität der Zerhakkerschaltung
sind. Aus der vorstehenden Gleichung i Q =/ -=-^- χ Vco ergibt
\ Cop JjQ
sich, daß bei einem konstanten Kapazitätswert Co und beispielsweise für
Ld = -jQu Lo (wobei Lo die Induktivität der Drosselspule 18 ist) der Schei-
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telwert des Resonanzstromes das Zehnfache des Scheitelwertes i . des
c Ip
Stromes Ip1 wird. Hieraus folgt, daß bei einer Schaltung gemäß der Erfindung
der zu behandelnde Strom im Vergleich zu der bekannten Schaltung, welche in der Fig. 2 gezeigt ist, einen erheblichen Anstieg zeigt.
Die Fig. 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für die Zerhackerschaltung
in der Fig. 4. lh der Schaltung der Fig. 8 ist ein Anschluß der Drosselspule 18, welche mit dem Kondensator 14 in Reihe geschaltet ist,
an die Anode des Hauptthyristors 10 angeschlossen. Die Anode des Hilfsthyristors
32 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und der Drosselspule 18 verbunden, während ein Verbindungspunkt zwischen
der Kathode des Hilfsthyristors 32 und der Drosselspule 18 mit der Kathode des Hauptthyristors verbunden ist.
Die Schaltung in der Fig. 8 hat etwa den gleichen Betriebsablauf und es
ergeben sich die gleichen Wirkungen. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß aufgrund der leitenden Verbindung der Kathoden des Hauptthyristors
10 und des Hilfsthyristors 32 die Schaltung, welche den Steuerstrom zu diesen Thyristoren liefert, äußerst einfach sein kann. Der
Impulsübertrager 81 (in Fig. 5) für die elektrische Trennung der Kathode
des Hilfsthyristors 32 von der Kathode des Hauptthyristors 10 ist dann nicht mehr notwendig.
In der Schaltung der Fig. 9 ist eine Diode 100 in Reihe und in Durchlaßrichtung
mit der Anode des Hauptthyristors 10 verbunden. Die anderen Bauelemente entsprechen im wesentlichen denen der Schaltung in der
Fig. 4. Der weitere Vorteilter bei dieser Schaltung noch erzielt wird,
besteht darin, daß nach Ausschalten des Hilfsthyristors 32 das Ausstoßen der im Kondensator 14 gespeicherten Energie und der Rückfluß des Stromes verhindert werden. Man erhält hierdurch eine Stabilisierung des
Kommutierungsbetriebes.
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In der gleichen Weise, wie bei den in den Fig. 4, 8 und 9 gezeigten Schaltungen
Luftspulen verwendet werden, können bei der Erfindung natürlich
auch Spulen mit Eisenkern zur Anwendung kommen.
Die Fig. IO zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zerhackerschaltung
gemäß der Erfindung, wobei die Unterschiede zwischen der Schaltung in der Fig. 10 und der Schaltung in der Fig. 4 darin bestehen,
daß eine Primärwicklung 102a eines Transformators in Reihe geschaltet
ist zwischen dem Hauptthyristor 10 und dem Verbraucher und eine Sekundärwicklung
102b dieses Transformators parallel zum HiKsthyristor geschaltet ist und die im vorstehenden beschriebene Drosselspule 18 ersetzt.
Der Betrieb läuft wie folgt ab: Wenn der Verbraucherstrom IR in die Primärwicklung
102a fließt, wird in die Sekundärwicklung 102b in Abhängigkeit von der Größe des Verbraucherstromes I_. eine Spannung induziert.
Jd
Diese induzierte Spannung in der Sekundärwicklung 102b wird dem Kondensator
14 als Kommutierungsenergie zuaddiert. Jede Wicklung 102a und 102b.sind durch die in der Zeichnung dargestellte Polarität miteinander
gekoppelt.
Die Fig. 11 zeigt ein weiteres Äusführungsbeispiel einer Zerhackerschaltung
gemäß der Erfindung. Die wesentlichen Merkmale der Schaltung in der Fig. 11 sind die, daß die Primärwicklung 102a des Transformators
im Verbraucherstromkreis zwischen die Feldwicklung 26 und die
Freilaufdiode 26 angeschlossen ist und die Sekundärwicklung 102b parallel zum Hilfsthyristor 32 anstelle der Drosselspule 18 geschaltet ist.
Ferner sind die Wicklungen 102a und 102b mit der in den Figuren dargestellten
Polarität verschaltet.
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In der Schaltung der Fig. 11 zirkuliert, nachdem der Hauptthyristor 10
in den nichtleitenden Zustand gekommen ist und der Hilfsthyristor 32 gleichfalls ausgeschaltet ist, der Strom, welcher durch den Motor 22
fließt, über die Primärwicklung 102a und die Freilaufdiode 28, und zwar aufgrund der Induktivität, d.h. aufgrund der Ankerwicklung 24 und der
Feldwicklung 26. Wenn der Hauptthyristor 10 eingeschaltet ist, wird der zirkulierende Strom L7, welcher über die Primärwicklung 102a und die
Freilauf diode 28 zirkuliert, zu Null und zu diesem Zeitpunkt wird eine
Spannung in die Primärwicklung 102a mit der gezeigten Polarität induziert. Wenn in die Primärwicklung 102a die Spannung induziert wird,
erzeugt diese in der Sekundärwicklung 102b ebenfalls eine induzierte Spannung mit der gezeigten Polarität. Die in die Sekundärwicklung 102b
induzierte Spannung wird dem Kondensator 14 als Kommutierungsenergie
hinzuaddiert.
Aus den Fig. 10 und 11 und dem vorstehenden ergibt sich, daß die Änderung
des Stromes im Verbraucherstromkreis von der Primärwicklung des Transformators als induzierte Spannung der Sekundärwicklung erfaßt
wird. Die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung bewirkt ein Ansteigen der im Kommutierungskondensator gespeicherten elektrischen
Ladung. Auf diese Weise wird die Kommut ierungsfähigkeit bzw. Kommutierungskapazität
erhöht.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung die folgenden
Vorteile erzielt werden.
Ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik ist insbesondere
darin zu sehen, daß die Schaltung gemäß der Erfindung nur einen geringen Schaltungsaufwand benötigt, da die Anzahl der Schalterelemente
stark verringert ist und der Kapazitätswert des Kommut ierungskondensators
außer Betracht bleiben kann. Obgleich es für diesen Fall erwünscht
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ist, daß der Wert der Induktivität hoch ist, ergibt sich keine allzu aufwendige
Schaltung.
Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß die Belastungsfähigkeit
des Thyristors klein sein kann aufgrund des geringen Wertes des Resonanzstromes,
der in Durchlaßrichtung vom Kondensator an den Hauptthyristor geliefert wird. Demgemäß ergeben sich geringe Kosten für die
Schaltung auch dann, wenn ein vorgegebener Verbraucherstrom zu verarbeiten
ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kommutierungsfähigkeit
bzw. die Kommutierungskapazität bei Verwendung eines gegebenen Kondensators und einer vorgegebenen Induktivität erhöht wird. Die Schaltung
gemäß der Erfindung zeigt somit eine hohe Wirksamkeit und eine gute Charakteristik. Der zu behandelnde Strom wird demgemäß auch
wesentlich erhöht.
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Claims (14)
1. Zerhackerschaltung zur Steuerung einer Spannung, welche an einen Verbraucher gelegt wird, mit einer Gleichspannungsquelle und
einem Schalter, der den Strom der Gleichspannungsquelle ein- und ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schalter (10) ein
aus einer Induktivität (18) und Kapazität (14) bestehender Reihenresonanzkreis und parallel zur Induktivität (18) ein weiterer Schalter (32) geschaltet
sind.
2. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalter (10), welcher die Gleichstromquelle ein- und ausschaltet, in einem Verbraucher eingebaut ist.
3. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalter (10), welcher zum Ein- und Ausschalten des Gleichstromes dient, sowie der weitere Schalter (32) als Thyristoren ausgebildet
sind.
4. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Reihenresonanzkreis einen Kondensator (14) und eine Drosselspule (18) aufweist.
5. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleichstromquelle (20) als Batterie ausgebildet ist.
6. Zerhackerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalter (10), der zum Ein- und Ausschalten der Gleichstromquelle (20) dient, mit dem Verbraucher (22) in Reihe geschaltet ist und daß der weitere
Schalter (32), der zur Induktivität (18) parallel geschaltet ist, mit dem Schalter (10), der zum Ein- und Ausschalten der Gleichstromquelle
dient, in einer Richtung wirkt.
509834/0543 6960
7. Zerhackers chaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kapazität (14) zwischen den Schalter (10), der zum Ein- und Ausschalten
der Gleichstromquelle dient, und einem Verbindungspunkt des weiteren
Schalters (32) und der Induktivität (18) geschaltet ist.
8. Zerhackerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle als Batterie und der Schalter (10) als Hauptthyristor ausgebildet sind, wobei der Hauptthyristor
mit der Batterie in Reihe geschaltet ist, daß der Reihenresonanzkreis den Kondensator (14) und die Drosselspule (18) aufweist, daß der
weitere Schalter (32) als Hilfsthyristor ausgebildet ist und der Hilfstyristor
die Drosselspule (18), zu der er parallel geschaltet ist, neben-· schließt, sobald der Strom vom Resonanzkreis zum Hauptthyristor in
umgekehrter Richtung bzw. Sperrichtung geliefert wird, und daß der Verbraucher (22) zwischen die Batterie (20) und den Hauptthyristor (10) geschaltet
ist.
9. Zerhackerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kondensator (14) zwischen die Anode des Hauptthyristors (10) und
einen Verbindungspunkt der Drosselspule (18) und der Anode des Hilfs thyristors (32) geschaltet ist, wobei der Hilfsthyristor parallel zur Drosselspule
liegt und bezüglich des Hauptthyristors in einer Richtung wirkt.
10. Zerhackerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kondensator (14) zwischen die Kathode des Hauptthyristors (10) und einen Verbindungspunkt der Drosselspule (18) und der Kathode des Hilfs thyristors
(32) geschaltet ist, wobei der Hilfsthyristor parallel zur Drosselspule
liegt und in Durchlaßrichtung bezüglich des Hauptthyrisfors geschaltet ist.
5 09 8 3-4/0 543 6960
11. Zerhackerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (22) eine Ankerwicklung (24) eines Elektromotors,
eine Feldwicklung (26), welche mit der Ankerwicklung in Reihe liegt sowie
eine Freilauf diode (28), welche parallel zu einem die Ankerwicklung und die Feldwicklung enthaltenden Serienstromkreis liegt, aufweist.
12. Zerhackerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel zur Verbesserung der Kommudierungs fähigkeit bzw- der Kommutierungskapazität des Kondensators (14) in Abhängigkeit
vom Verbraucherstrom des Verbraucherstromkreises vorgesehen sind.
13. Zerhackerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (102a)
parallel zum Verbraucherstromkreis (22) liegt, daß der Hauptthyristor (10) parallel zur Sekundärwicklung (102b) des Transformators geschaltet ist,
daß der Reihenresonanzkreis den Kondensator (14) und die Sekundärwicklung (102b) des Transformators aufweist und parallel zum Hauptthyristor (10)
geschaltet ist und daß der Hilfsthyristor (32) parallel zur Sekundärwicklung (102b) liegt.
14. Zerhackerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucherstromkreis (22) aus der Ankerwicklung (24), der Feldwicklung
(26) und der Freilauf diode (28), welche parallel zum aus der Ankerwicklung und der Feldwicklung bestehenden Serienstromkreis geschaltet
ist, besteht, daß die Primärwicklung (102a) des Transformators parallel zur Freilauf diode geschaltet ist, daß der Hauptthyristor (10) parallel
zum Verbraucherstromkreis geschaltet ist, daß der aus dem Kondensator (14) und der Sekundärwicklung (102b) des Transformators bestehende
Reihenresonanzkreis parallel zum Hauptthyristor (10) geschaltet
6960 S09834/0543
2 A A 8 2 T 8
ist und daß der Hilfsthyristor (32) parallel zur Sekundärwicklung (102b)
des Transformators liegt.
6960 B09834/0S43
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Technische Rundschau, Nr. 20, v. 05.05.61, S. 9, 11, 13 * |
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D2 | Grant after examination | ||
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