DE2346180A1

DE2346180A1 - Gleichstromstellerschaltung zur impulssteuerung der spannung eines induktiv behafteten verbrauchers

Info

Publication number: DE2346180A1
Application number: DE19732346180
Authority: DE
Inventors: Harald Heinicke
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1973-09-13
Filing date: 1973-09-13
Publication date: 1975-04-24
Also published as: NL7410733A; BE819789A; LU70882A1; JPS5055822A; SE7411167L; FR2244299A1

Description

Gleichstromstellerschaltung zur Impulssteuerung der Spannung eines induktiv behafteten Verbrauchers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromstellerschaltung zur Impulssteuerung der Spannung eines induktiv behafteten Verbrauchers mit einem steuerbaren Hauptventil, das zwischen dem Verbraucher und einer GIeichspannungsquelle angeordnet ist, mit einer Löscheinrichtung, die dem Hauptventil parallelgeschaltet ist und aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators mit mindestens einem steuerbaren Löschventil besteht, und mit einem Freilaufventil, das dem Verbraucher zugeordnet ist.

Gleichstromstellerschaltungen dieser Art sind bekannt (vergl. Siemens-Zeitschrift 43 (1969), H. 5 und 7, Seiten 458 bis 464 sowie 616 bis 622, insbesondere Bild 18, und deutsche Auslegeschrift 1 267 322). Als Preilaufventil wird dabei eine Diode verwendet. Diese ist dem Verbraucher i. a. parallelgeschaltet.

Der Löschkondensator wird in diesen Gleichstromstellerschaltungen mittels der Energie, die in den Induktivitäten zwischen Gleichstromsteller und Preilaufventil gespeichert ist, nachgeladen. Die Nachladung bricht ab, wenn die Kondensatorspannung die Versorgungsgleichspannung der Gleichspannungsquelle·erreicht hat. Hat die Gleichspannungsquelle, an die die Gleichstromstellerschaltung angeschlossen ist, nur eine kleine Versorgungsgleichspannung .und/oder ist der Laststrom sehr groß, so muß die Kapazität des Löschkondensators sehr groß bemessen sein, damit eine zur Löschung des Hauptventils ausreichende

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Ladungsenergie vorhanden ist, was einen erheblichen wirtschaftlichen Aufwand bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Aufwand bei der Bemessung des Löschkondensators zu verringern.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß das erreicht v/erden kann, wenn der Löschkondensator bei niederer Vers.orgungsgleichspannung gezielt auf eine höhere Spannung gebracht wird.

Die Erfindung besteht bei einer eingangs genannten Gleichstromstellerschaltung darin, daß als Freilaufventil ein steuerbares Ventil vorgesehen ist, das dann zündbar ist, wenn die Spannung am Löschkondensator einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der über dem Gleichspannungswert der Gleichspannungsquelle und unter der Durchbruchspannung des Hauptventils liegt. Als Freilaufventil kann insbesondere ein Thyristor vorgesehen sein.

Bei dieser Gleichstromstellerschaltung wird der Löschkondensator bei gesperrtem Preilaufventil über die Höhe der Eingangsgleichspannung hinaus durch den Laststrom aufgeladen. Die Aufladung des Löschkondensators wird durch das Zünden des Freilaufventils erst dann abgebrochen, wenn die Kondensatorspannung den vorgegebenen Grenzwert erreicht hat.

Ausführungsbeiapiele der Erfindung werden im folgenden anhand von zwei Figuren näher erläutert. Für entsprechende Bauelemente werden dabei dieselben Bezugs zeichen verwendet. Es zeigen:

Figur 1 einen Gleichstromsteller, der zur Speisung eines induktiv behafteten Verbrauchers verwendet wird, und Figur 2 einen Eintaktgleichspannungswandler.

Nach Figur 1 ist die positive Klemme einer GIeichspannungsquelle 2, z. B. die Klemme einer Batterie von U = 110 V Versorgungsgleichspannung, über ein steuerbares Hauptventil 3 an eine Klemme 4 eines Gleichstromverbrauchers 5 angeschlossen. Die negative

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ORIGINAL INSPECTED

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Klemme der Gleiehspannungsquelle 2 ist direkt mit der anderen Klemme 6 des (xleichstromverbrauchers 5 verbunden. Der- Gleichstromverbraucher 5 besitzt einen ohmschen Lastanteil 5a und einen induktiven Lastanteil 5b. Als Verbraucher 5 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung· jeder Verbraucher eingesetzt werden, ausgenommen ein solcher, der eine Gegenspannung erzeugt, wie z. B. eine Gleichstrommaschine im Generatorbetrieb. Als steuerbares Hauptventil 3 kann insbesondere ein Thyristor vorgesehen sein. Ss wird angenommen, daß die Versorgungsgleichspannung U sehr niedrig ist oder stark schwankt. Der Laststrom I ist im Mittel sehr hoch und beträgt z. B. 500 A.

Das steuerbare Hauptventil 3 ist Bestandteil einer Gleichstromsteller schaltung. Diese umfaßt auch eine Löscheinrichtung, die dem Hauptventil 3 parallel geschaltet ist. Mit ihrer Hilfe kann das Hauptventil 3 nach dem Zünden wieder gelöscht werden. Sie besteht nach Figur 1 aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators 7 mit einem gesteuerten Löschventil 8, die in der angegebenen Reihenfolge zwischen Anode und Kathode des Hauptventils 3 geschaltet sind. Dem Löschventil 8 ist ein ungesteuertes Umschwingventil 9 in Reihe mit einer Umschwingdrossel 10 gegenparallel geschaltet. Ein steuerbares Freilaufventil 11, insbesondere ein Thyristor, ist dem Verbraucher 5 zugeordnet. Es ist im vorliegenden Fall an der negativen Klemme der Gleichspannung squelle 2 einerseits und der Kathode des Hauptventils 3 andererseits angeordnet.

Um eine gezielte Nachladung des Löschkondensators 7 zu ermöglichen, ist eine Zündeinrichtung 12 für das steuerbare Freilaufventil 11 vorgesehen. Diese Zündeinrichtung 12 besteht im wesentlichen aus einem Grenzwertmelder, dem einerseits die Spanung U am Löschkondensator 7 und andererseits ein einstellbarer Grenzwert U* zugeführt ist. Der Grenzwert kann z. B. an einem

Potentiometer 13 abgegriffen sein. Damit die Spannung U nur mit der in Figur 1 am Löschkondensator 7 eingezeichneten Polarität zur Auswertung in die Zündeinrichtung 12 gelangt, ist dieser

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noch eine Diode 14- vorgeschaltet. Das Steuergerät für das Hauptventil 3 und das Löschventil 8 ist mit 15 bezeichnet. Es kann mit der Zündeinrichtung 12 in einer Baueinheit zusammengefaßt sein.

Es wird davon ausgegangen, daß der löschkondensator 7 zunächst mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen ist. Wird nun das Hauptventil 3 gezündet, so übernimmt es nicht nur den Laststrom I, sondern auch den Umladestrom des Löschkondensators 7, der über die Umladedrossel 10 und das Umladeventil 9 fließt. Erst wenn der Umladevorgang abgeschlossen ist, darf zur Einleitung der Löschung des Hauptventils 3 das Löschventil 8 durch das Steuergerät 15 gezündet werden. Der Löschkondensator 7 wird dabei umgeladen, d. h. er nimmt die in Figur 1 eingezeichnete Polarität wiederum an. Die dem Hauptventil 3 zugewandte Elektrode erhält also wiederum positives und die dem Löschventil 8 zugewandte Elektrode negatives Potential. Ist als Freilaufventil 11 eine Diode vorgesehen, so wird der Löschkondensator 7 dabei über das Löschventil 8 und die Last 5 auf den Betrag der Versorgungsgleichspannung U aufgeladen. Die Aufladung bricht also ab, wenn die Spannung U_ am Löschkondensator 7 gleich der Versorgungsgleichspannung U geworden ist. Im vorliegenden Fall ist das Preilaufventil 11 jedoch steuerbar. Es wird erst dann gezündet, wenn die Spannung U am Löschkondensator 8 den vorgegebenen Grenzwert U* überschreitet, der über dem Gleichspannungswert U der Gleichspannungsquelle 2 liegt. Der Grenzwert U* ist dabei auch so gewählt, daß er unter der Durchbruchsspannung des Hauptventils 3 liegt. Er kann dabei nur knapp, z. B. 5%, unter der Durchbruchspannung des Hauptventils 3 liegen. Solange das Freilaufventil 11 nicht gezündet ist, geht die Aufladung des Löschkondensators 7 unvermindert weiter. Erst wenn die Zündeinrichtung 12 feststellt, daß die Bedingung U = U*

erfüllt ist, gibt sie einen Zündimpuls an das steuerbare Freilaufventil 11 ab. In diesem Augenblick wird die Aufladung des Löschkondensators 7 durch den Laststrom I sehr schnell beendet. Bei niederer Versorgungsgleichspannung U ist der Löschkondensator 13 dann ausreichend überladen.

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Da das steuerbare Freilauf ventil 11 erst später eingreift als ein ungesteuertes Freilaufventil, wird der Löschkondensator 8 auf eine höhere Spannung gebracht. Dadurch wird der Aufwand für die Baugröße des Löschkondensators 7 vermindert.

Nach Figur 2 ist die Primärwicklung 21 eines Transformators über einen Gleichstromsteller mit dem Hauptventil 2 an die Klemmen einer Gleichspannungsquelle 2 mit der Versorgungsgleichspannung U angeschlossen. Der Aufbau des Gleichstromstellers entspricht demjenigen von Figur 1. Das Hauptventil 3 wird wieder während veränderbarer Zeitintervalle abwechselnd gezündet und danach wieder gesperrt.

An das eine Ende der Sekundärwicklung 22 des Transformators 20 ist' über eine Diode 23 und eine Drosselspule 24 die Klemme 4 einer Last 5 angeschlossen. Die andere Klemme 6 der Last 5 ist mit dem negativen Pol der Gleichspannungequelle 2 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 22 ist an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 2 gelegt. Feiner ist ein Steuer-' bares Freilaufventil 11 vorgesehen, das mit seiner Kathode in der Verbindung von Diode 23 und Drosselspule 24 einerseits und mit seiner Anode am Pluspol der Gleiohspmnnungaquelle 2 andererseits angeschlossen ist. Das Freilaufrentil 11 ist von einer Zündeinrichtung 12 zündbar.

Weiterhin enthält der Transformators 20 eine Rückmagnetieierungewicklung 25. Diese ist über einen Begrenzungewiderstand 26 und eine Drossel 27 ebenfalls an die beiden Klemmen der Gleichspannungsquelle 2 angeschlossen, und zwar so, daß der von der Gleichspannungsquelle 2 über diese Rückmagnetisierungswicklun« 25 getriebene Strom den Kern des Transformators 20 in entgegengesetzter Richtung magnetisiert wie der in die Primärwick lung 21 fließende Primärstrom.

Das steuerbare Freilaufventil 11 wird auch hier wiederum erst dann gezündet, wenn die Spannung U am Löschkondensator 7 des

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Gleichstromstellers einen vorgegebenen Grenzwert U* überschreitet, Dieser Grenzwert TJ* liegt über dem Gleichspannungswert der Gleichspannungs^uelle 2-und unter der Durchbruchspannung des Hauptventils 3. Dazu wird die Spannung U am Löschkondensator 7 über eine Entkopplungsdiode 14 abgegriffen und der Zündeinrichtung 12 zugeführt. Hier wird sie mit dem Grenzwert U* verglichen, der an einem Grenzwertgeber 13 abgegriffen ist. Der Ausgang der Zündeinrichtung 12 ist mit der Steuerelektrode des Freilaufventils 11 verbunden.

Die Funktion des Eintaktgleichspannungswandlers ist bekannt, vergl. deutsche Auslegeschrift 1 267 322. Die Funktion des Zündgeräts 12 entspricht derjenigen des Zündgeräts 12 in Figur 1. Auf eine nochmalige nähere Erläuterung kann daher verzichtet werden. Es ist jedoch anzumerken, daß auch hier nach Zünden des Löschventils 8 der Ladestrom für den Löschkondensator 7 weiterfließt, bis das Freilaufventil 11 gezündet wird. In diesem Moment wird die Aufladung des Löschkondensators 7 abgebrochen. Der Freilaufkreis schließt sich dann auf dea Wege über das Freilaufventil 11, die Drossel 24, die Last 5 und die Gleichepannungequelle 2. Mach dem Zünden dta Freilaufventile 11 hat die Spannung ü_ aa Löschkondeneator 7 einen Wert erreicht, der dea Grenzwert JJ* entspricht.

Se sei noch darauf hingewiesen, daß die gezeigte Verbindung der Anode des Freilaufventila 11 »it der positiven Klenae der Grleichspannungaquelle 2 und der spezielle Anschluß der Last •la« geringe Welligkeit der Auegangsspannung und daait eine verringerte BeugröÄe der Drossel 24 zur Folge haben.

Z figuren

3 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

ί 1.JGleichstromstellerschaltung zur Impulssteuerung der Span-— nung eines induktiv behafteten Verbrauchers mit einem steuerbaren Hauptventil, das zwischen dem Verbraucher und einer Gleichspannungsquelle angeordnet ist, mit einer Löscheinrichtung, die dem Hauptventil parallel geschaltet ist und aus der Reihenschaltung eines Löschkondensators mit mindestens einem steuerbaren Löschventil besteht, und mit einem Preilaufventil, das dem Verbraucher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Freilaufventil (11) ein steuerbares Ventil vorgesehen ist, das dann zündbar ist, wenn die Spannung (U_n) am Löschkondensator (7) einen vorgegebenen Grenzwert (U*) überschreitet, der über dem Gleichspannungswert der Gleichspannungsquelle (2) und unter der Durchbruchspannung des Hauptventils (3) liegt.
2. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Freilaufventil (11) ein Thyristor vorgesehen ist.
3. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Grenzwert (U*)

nur knapp unter der Durchbruchspannung des Hauptventils (3) liegt.

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