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Anordnung zur Steuerung der Spannung eines Gleichstromverbrauchers
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Spannung eines Gleichstromverbrauchers,
der über mindestens einen Thyristor mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden
ist, wobei dem Thyristor die Reihenschaltung eines Löschkondensators, eines Löschventils
und einer Induktivität parallelgeschaltet ist und dem Löschventil ein weiterer Thyristor
parallel liegt.
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Bekannt sind solche Anordnungen mit einem steuerbaren Löschventil
beispielsweise aus dem Buch: Thyristoren in der technischen Anwendung, Band t: Stromrichter
mit erzwungener Kommutierung, Herausgeber: Siemens Aktiengesellschaft, 1967, Seite
81.
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Bei diesen Gleichstromstellern kann durch periodisches Ein-und Ausschalten
des Stromes der Mittelwert der Spannung des Gleichstromverbrauchers verlustarm gesteuert
oder geregelt werden. Ist ein Gleichspannungsnetz, beispielsweise das Bordnetz eines
Schiffes oder eines Flugzeuges an eine Batterie angeschlossen, so kann die Netzspannung
konstant gehalten werden, auf einen Wert, der von der Batteriespannung mit zunehmender
Entladung nicht unterschritten wird. Beispielsweise kann auch der Erregerstrom von
Gleichstrommaschinen gesteuert werden.
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Bei der bekannten Anordnung lädt sich der Löschkondensator nach dem
Zünden des Löschthyristors über den angeschlossenen Verbraucher auf. Die Ladezeit
des Löschkondensators ist somit vom Verbraucherstrom, insbesondere der Induktivität
des Verbrauchers
abhängig. Bekannt ist beispielsweise aus dem Buch
Silicon Controlled Rectifier Designer Handbuch", Herausgeber: Westinghouse Electric
Corporation, 1967, Fig. 4.- 29 dem Verbraucher die Reihenschaltung des Löschkondensators
und eines Widerstandes parallel zu schalten. Bei dieser Einrichtung, bei der ein
Umschwingventil nicht vorgesehen ist, ist zwar die Ladezeit weitgehend unabhängig
vom Verbraucherstrom, aber der Widerstand verursacht dauernde Verluste.
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Bekannt ist es auch, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
1 538 979 in einer Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der ein Thyristor
das steuerbare Löschventil ist, dem Thyristor eine Diode nachzuschalten und die
Reihenschaltung von Löschkondensator, Löschventil und einem Widerstand dem Verbraucher
parallel zu legen. Bei dieser Einrichtung ist die Ladezeit des Löschkondensators
unabhängig vom Verbraucherstrom.
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Es besteht die Aufgabe, bekannte Einrichtungen mit laststromunabhängiger
Aufladung des Löschkondensators zu verbessern, insbesondere den wirtschaftlichen
Aufwand zu verringern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Löschventil
eine Diode ist und daß die Verbindungsleitung zwischen iiöschkondensator und Diode
über einen Widerstand mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist verhindert, daß ein nennenswerter
Strom über den Ladewiderstad fließt. Die Strom wärmeverluste in diesem Widerstand
werden daher sehr niedrig gehalten. Es ist das bekannte, steuerbare Löschventil
durch
eine Diode ersetzt. Der wirtschaftliche Aufwand, bedingt durch
einen Thyristor und seine Steuerungseinrichtung wird dadurch erniedrigt und insbesondere
die Betriebssicherheit der Sinrichtung erhöht, da einer, der in Gleichstromstellern
hart beanspruchten Thyristoren wegfällt. Vorteilhaft ist auch, daß der Löschkondensator
nicht nur während der stromlosen Pausen des Hauptthyristors, sondern auch bei gezündetem
Hauptthyristor über den Ladewiderstand nachgeladen ird.,Die Ladung des Kondensators
bleibt daher während der gesamten Betriebsdauer erhalten und die erfindungsgemäße
Anordnung kann auch zum Schalten eines Gleichstromes verwendet werden.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anordnung anhand der Figuren
1 und 2 beispielhaft näher erlautert. In beiden Figuren sind identische Bauteile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 ist ein ohmscher-induktiver Verbraucher 1 über ein steuerbares
Hauptstromrichterventil oder eine Gruppe von steuerbaren Stromrichterventilen 2,
die beispielsweise.Thyristoren sein können, und einen handelsüblichen Schalter 3
an die Klemmen 4 einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Gleichspannungsquelle
kann eine Batterie sein. Der Verbraucher 1 kann beispielsweise das Bordnetz eines
Flugzeuges oder ein Gleichstrommotor sein. Dem Verbraucher 1 ist eine Freilaufdiode
5 parallelgeschaltet, die den Verbraucherstrom während der stromlosen Pausen des
Thyristors 2 übernimmt. Dem Thyristor 2 ist eine Löscheinrichtung und eine in der
Fig. nicht dargestellte Steuereinrichtung zugeordnet. Die Löscheinrichtung besteht
aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators 6, einer Diode 7 und einer Umschwingdrossel
8, die dem Thyristor*2 parallelgeschaltet ist. Der Diode 7 ist ein steuerbares Stromrichterventil
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parallelgeschaltet, und der Verbindungspunkt des Löschkondensators 6 mit der Diode
7 ist über einen Widerstand 10 mit einer Klemme 4 der Gleichspannungsquelle verbunden,
so daß bei gezündetem Hauptventil 2 dem Verbraucher 1 die Reihenschaltung des Löschkondensators
6 und des Widerstandes 10 parallel liegt.
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Zur Inbetriebnahme wiid der Schalter 3 gegchlossen. Der Löschkondensator
6 lädt sich in vorgegebener Zeit über die Last 1 und zusätzlich über den Ladewiderstand
10 auf den Betrag der Spannung der Gleichspannungsquelle auf. Dabei ist der Ladewiderstand
10 so ausgelegt, daß der Löschkondensator 6 auch bei abgeschalteter Last ausreichend
geladen wird Wird der Hauptthyristor 2 gezündet, so wird die Spannung der Gleichspannungsquelle
an die Last 1 gelegt. Der Laststrom steigt nach einer e-Funktion entsprechend der
Zeitkonstanten der Last an. Die Löschdiode 7 und der gesperrte Umschwingthyristor
9 verhindern, daß fortwährend ein nennenswerter Strom von der Gleichspannungsquelle
über den Hauptthyristor 2 und den Ladewiderstand 10 fließt. Die Stromwärmeverluste
im Ladewiderstand 10 werden dadurch sehr niedrig gehalten, Zum Löschen des Hauptthyristors
2 wird der Umschwingthyristor 9.
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gezündet und der Löschkondensator 6 lädt sich über den Hauptthyristor
2, die Umschwingdrossel 8 und den Thyristor 9 um. Nach dem Umschwingvorgang hat
der Löschkondensator 6 die zur Löschung des Stromes im IIauptthyristor 2 erforderliche
Polarität. Da bei ist zu berücksichtigen, daß das Umladen des Löschkondensators
6 über den Hauptthyristor 2 vor sich geht und damit Strornführungszeiten des Hauptthyristors
2 ausgeschlossen sind, die kleiner als die Umladedauer sind. Im Anschluß an den
Umschwingvorgang
schwingt die Ladung des Löschkondensators 6 über
die Löschdiode 7, die Umschwingdrossel 8 und den Hauptthyristor 2 zurück. Nach einer
gewissen Zeit ist der Laststrom auf die Löschdiode 7 und die Umschwingdrossel 8
kommutiert, der Strom im Hauptthyristor 2 ist zu Null geworden.-In diesem Zeitpunkt
liegt die Differenz zwischen der Spannung am Löschkondensator 6 und an der Umschwingdrossel
8 als negative Anoden-Kathodenspannung am Hauptthyristor 2. Anschließend wird der
Löschkondensator 6 über die Last 1 und zusätzlich über den Ladewiderstand 10 umgeladen.
Hat -die Spannung am Löschkondensator 6 den Betrag der Spannung der Gleichspannungsquelle
erreicht, so beginnt der Laststrom vom Löschkreis 6, 7 und 8 auf die Diode 5 des
Preilaufkeises zu kommutieren. Dabei wird der Kondensator 6 wegen der in der Induktivität
8 gespeicherten Energie auf eine höhere Spannung als die Eingangsgleichspannung
aufgeladen. Ist der Strom im Löschkreis Null geworden, so führt die Preilaufdiode
5 den Laststrom, der aufgrund der in der Last 1 gespeicherten magnetischen Energie
weiterfließt und abgängig von der Lastkreiskonstanten exponentiell abklingt.
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Zündet man den Hauptthyristor 2 erneut, so kommutiert der aststrom
von der Diode 5 des Freilaufkreises auf den Thyristor 2.
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Erfolgt die erneute Zündung des Hauptthyristors 2 bevor der Löschkondensator
6 auf den Betrag der Batteriespannung geladen ist, so wird der Löschkondensator
6 über den Ladewiderstand 10 nachgeladen. Hierbei ist nochmals darauf hinzuweisen,
daß der Löschkondensator 6 selbst bei Laststrom Null in der zur Verfügung stehenden
Zeit bis zum nächsten Zünden des Umschwingthyristors 9 ausreichend geladen ist.
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Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 1. In Reihe
zu dem Widerstand 10 liegt eine weitere Diode 11, die wie
die Diode
7 gepolt ist Es wurde bereits erwähnt, daß sich der Iöschkondensator 6 beim Umladen
wegen der in der Umschwingcrossel 8 gespeicherten Energie auf eine höhere Spannung
als die Eingangsgleichspannung auflädt. Wegen der Dioden 7 und 11 bleibt diese höhere
Spannung des Löschkondensators 6 erhalten.
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Dies kann für einen stabilen Betrieb bei kleiner Eingangs-Spannung
oder kleiner Ausgangsfrequenz wesentlich sein Abschließend seien nochmals die Vorteile
zusammengefaßt, die der erfindungsgemäßen Anordnung neben dem geringen wirtschaftlichen
Aufwand eigen sind. Der Löschkondensator 6 wird über die Last 1 und zusätzlich über
den Ladewiderstand 10 aufgeladen.
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Diese Aufladung ist lastatromunabhängig. Der Löschkondensator 6 wird
nicht nur während der stromlosen Pausen des Hauptthyristors 2, sondern auch bei
gezündetem Hauptthyristor 2 über den Widerstand 10 nachgeladen. Außerdem kann der
Widerstandswert des Widerstandes 10 relativ groß gewählt werden. Dadurch erfolgt
bei größeren Last strömen die huffladung des Löschkondensators 6 vorwiegend über
die Last 1 und die Stromwärmeverluste im Ladewiderstand 1Q werden außerordentlich
klein 2 Patentansprüche 2 Figuren