DE2346229A1

DE2346229A1 - Gleichstromstelleranordnung zur impulssteuerung der spannung an einem induktiv behafteten verbraucher

Info

Publication number: DE2346229A1
Application number: DE19732346229
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: 1975-03-27
Also published as: JPS5055823A

Description

Gleichstromstelleranordnung zur Impulssteuerung der Spannung an einem induktiv behafteten Verbraucher

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromstelleranordnung r;ur Impulssteuerung der Spannung an einem induktiv behafteten Verbraucher mit einem steuerbaren Hauptventil, das zwischen lern Verbraucher und einer Gleich.3pannungsqu.elle angeordnet lot, mit einer Löscheinrichtung, die dem Hauptventil parallel geschaltet ist und aus ier 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, insbes. Bild 18, und deutsche Auslegeschrift 1 267 322). Als Freilaufventil wird dabei eine Diode verwendet.

Der Löschkor.densator wird in diesen Gleichstromstellerschaltungen stets mittels der Energie, die in den Induktivitäten zwischen Gleichstromsteller und Freilaufventil gespeichert ist, nachgeladen. Hat die Gleichspannungsquelle, an die die Gleichstromstellerschaltung angeschlossen ist, nur eine kleine Gleichspannung und/oder ist der Laststrom sehr groß, so muß die Kapazität des Löschkondensators sehr groß bemessen sein, damit eine zur Löschung des Hauptventils ausreichende Ladungsenergie vorhanden ist, was einen erheblichen wirtschaftlichen Aufwand bedeutet.

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

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß das erreicht werden kann, wenn der Löschkondensator insbesondere bei niederer Tersorgungsgleichspannung gezielt auf eine höhere Spannung gebracht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da^ zwischen dem G-leichstromsteller und dem Freilaufventil eine Sättigungsdrosselspule angeordnet ist, die die Kommutierung des Laststroms vom Löschventil auf das Preilaufventil verzögert und so bemessen ist, daß sie bei maximalem Laststrom in die Sättigung geht.

Es ist besonders zweckmäßig, die Sättigungsdrosselspule in zwei Teilspulen zu unterteilen, von denen nur die eine vom Ladestrom des LSachkondensators durchflossen wird. Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sioh daher dadurch aus, daß die Sättigungsdrosselspule aus einer ersten und einer zweiten Teilspule besteht, die auf einem gemeinsamen Magnetkern angeordnet sind, daß die erste Teilspule in dem aus Löschkondensator, Löschventil, Last und Gleichspannungsquelle gebildeten Löschkreis gelegt und daß die zweite Teilspule in Reihe zum Freilaufventil geschaltet ist.

Ist als Crleichstromstellerschaltung ein Gleichstromsteller vorgesehen, der den Verbraucher direkt speist, so wird man insbesondere so vorgehen, daß die erste Teilspule mit ihrem einen Ende an der Kathode des Hauptventils und mit ihrem anderen Ende an der Last angeschlossen ist. Die zweite Teilspule kann dann zwischen der Kathode des Freilaufventils und der last angeordnet sein.

Handelt es sich bei der Gleichstromstellerschaltung insbesondere um einen Gleichstromsteller, der über einen Transformator, welcher mit einer Rückmagnetisierungswicklung versehen ist,

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einen Verbraucher speist, so kann man zweckmäßigerweise so vergehen, daß beide Teilspulen auf der Sekundärseite angeordnet sind. Die erste Teilspule kann dann in Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators geschaltet sein, und die zweite Teilspule kann in Reihe mit dem Freilaufventil parallel zur Reihenschaltung von erster Teilspule und Sekundärwicklung angeordnet sein.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Gleiche Bauteile sind dabei mit demselben Bezugszeichen versehen. Ss zeigen:

Figur 1 einen Gleichstromsteller, der einen induktiv belasteten Verbraucher speist, und

Figur 2 einen Eintakt-Gleichsparmungswandler, der ebenfalls einen induktiv belasteten Verbraucher speist.

Nach Figur 1 ist die positive Klemme einer Gleichspannungsquelle 2, z. B. die Klemme eines ungesteuerten Gleichrichter der Versorgung sgleichspannung U = 110 V, über ein steuerbares Hauptventil 3 an eine Klemme 4 eines Gleichstromverbrauchers 5 angeschlossen. Die negative Klemme der Gleichspannungsquelle 2 ist direkt mit der anderen Klemme 5 des Gleichstromverbrauchers 5 verbunden. Der Gleichstromverbraucher 5 besitzt einen ohmschen Lastanteil 5a und einen induktiven Lastanteil 5b. Als Gleich-3tromverbraucher 5 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung .jeder Verbraucher eingesetzt werden, ausgenommen ein solcher, 3er eine Gegenspannung erzeugt, wie z. B. eine Gleichstrommaschine im Generatorbetrieb. Als steuerbares Hauptventil 3 kann insbesondere ein Thyristor vorgesehen sein. Es -wird angenommen, daS die Versorgungsgleichspannung U sehr niedrig werden kann oder stark schwankt. Der Laststrom I ist im Mittel sehr hoch und beträgt z. B. 500 A.

Das steuerbare Hauptventil 3 ist Bestandteil einer Gleichstromstellerschaltung. Diese umfaßt auch eine Löscheinrichtung, die dei:. Hauptventil 3 parallelgeschaltet ist. Mit ihrer

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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 zwischen Anode und Kathode des Hauptventils 3 geschaltet sind. Dem Löschventil 8 ist weiterhin ein ungesteuertes Umschwingventil 9 in Reihe mit einer Umschwingdrossel 10 gegenparallel geschaltet. Ein ungesteuertes Freilaufventil 11 ist dem Verbraucher 5 zugeordnet.

Zwischen dem Gleichstromsteller mit dem Hauptventil 3 und dem Freilaufventil 11 ist eine Sättigungsdrosselspule 12 angeordnet, die die Kommutierung des Laststroms I vom Löschventil 8 auf das Freilaufventil 11 verzögert und dabei so bemessen ist, daß sie bei maximalem Strom in die Sättigung geht.

Die Sättigungsdrosselspule 12 besteht gemäß Figur 1 aus einer ersten Teilspule 12a und einer zweiten Teilspule 12b, die auf einem gemeinsamen Magnetkern 13 angeordnet sind. Die erste Teilspule 12a ist in dem aus Löschkondensator 7, Löschventil 8, Last 5 und Gleichspannungsquelle 2 gebildeten Löschkreis gelegt. Die zweite Teilspule 12b ist in Reihe zum Freilaufventil 11 geschaltet. Sie bildet zusammen mit dem Freilaufventil und der Last 5 den Freilaufkreis.

Die Anordnung der Sättigungsdrosselspule 12 ist so getroffen, daß die erste Teilspule 12a mit ihrem einen Ende an der Kathode des Hauptventils 3 und mit ihrem anderen Ende an der Klemme 4 der Last 5 angeschlossen ist. Die zweite Teilspule 12b ist zwischen der Kathode des Freilaufventils 11 einerseits und der Klemme 4 der Last 5 andererseits angeordnet. Da das Freilaufventil 11 nach Zünden des Löschventils 8 wegen der gesättigten Sättigungsdrosselspule 12 einige Zeit lang den Laststrom I nicht übernehmen kann, wird der Löschkondensator 7 über den Wert der Versorgungsgleichspannung U hinaus durch den Laststrom I aufgeladen.

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Zur Abgabe von Zündimpulsen für das Hauptventil 3 und das' Löschventil 8 ist ein Steuergerät 14 vorgesehen» Das Einschaltverhältnis des G-leichstromstellers läßt sich mittels eines Signals, das dem Eingang 15 des Steuergeräts 14 zuführbar ist, verändern.

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 14 gezündet werden. Der Löschkondensator 7 wird dabe 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 wieder negatives Potential.

Ohne die Sättigungsdrosselspule 12 wird, da als Freilaufventil 11 eine Diode vorgesehen ist, der Löschkondensator 7 über das Löschventil 8 und die Last 5 bekanntlich auf den Betrag der Versorgungsgleichspannung U aufgeladen. Die Aufladung bricht also üblicherweise dann ab, wenn die Spannung U am Löschkondensator 7 gleich der Versorgungsgleichspannung U geworden ist. Anders dagegen im vorliegenden Fall. Die zusätzlich angeordnete Sättigungsdrosselspule 12 ist so bemessen, daß sie bei maximalem Laststrom I in die Sättigung geht. Die infolge des Laststroms I ebenfalls gesättigte Teilspule 12b wirkt daher als ein Sperrglied mit abnehmender Sperrfähigkeit, so daß der Strom vom Löschventil 8 nicht sofort voll auf das Freilaufventil 11 kommutieren kann. Da somit die Aufladung des Löschkondensators 7 nicht sofort durch den Freilaufkreis abgebrochen wird, wird der LSschkondensator 8 auf

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eine höhere Spannung gebracht. Dadurch wird der Aufwand für die Baugröße des löschkondensaotrs 7 vermindert.· Die Verzögerungszeit, mit der die Teilspule 12b ihre Sperrfähigkeit verliert, wird bestimmt durch die Induktivität der ungesättigten Sättigungsdrosselspule 12. Die je ist frei wählbar.

Figur 2 zeigt einen Eintaktgleichspannungswandler. Bei diesem ist die Primärwicklung 21 eines Transformators 20 über einen Gleichstromsteller mit dem Hauptventil 3 an die Klemmen einer Gleichspannungsquelle 2 mit der Versorgungsgleichspannung TJ angeschlossen. Der Aufbau des Gleichstromstellers entspricht demjenigen von Figur 1. Die Bezugszeichen des Gleichstromstellers entsprechen daher denjenigen 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 GIeichspannungsquelle 2 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 22 ist an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle 2 gelegt. Ferner ist ein ungesteuertes Freilaufventil 11 vorgesehen, das mit seiner Kathode in der Verbindung von Diode 23 und Drosselspule 24 einerseits und mit seiner Anode am Pluspol der Gleichspannungsquelle 2 andererseits angeschlossen ist.

Weiterhin enthält der Transformator 20 eine Rückmagnetisierungswicklung 25. Diese ist über einen Begrenzungswiderstand 26 und über eine Drossel 27 ebenfalls an die beiden Klemmen der GIeichspannungsquelle 2 angeschlossen, und zwar so, daß der von der Gleichspannungsquelle 2 über diese Rückmagnetisierungswicklung 25 getriebene Strom den Kern des Transformators 20 in entgegengesetzter Richtung magnetisiert wie der in die Primärwicklung 21 fließende Primärstrom.

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Auch hier ist wiederum eine Sättigungsdrosselspule 12' vorgesehen, die zwischen dem Gleichstromsteller mit dem Hauptventil 3 und dem Freilaufventil 11' angeordnet ist. Sie verhindert die Kommutierung des Laststroms vom Löschventil 8 auf das Freilaufventil 11' und ist wieder, so bemessen, daß sie bei maximalem Laststrom I in die Sättigung geht. Nach Figur 2 besteht die Sättigungsdrossel 12' aus einer ersten Teilspule 12a¹ und einer «weiten Teilspule 12b', die auf einem gemeinsamen Magnetkern 13' angeordnet sind. Die erste Teilspule 12a^f ist, unter Berücksichtigung des Transformators 20, in den aus Löschkondensator 7, Löschventil 8, Last 5 und Gleichspannungsquelle 2 gebildeten Löschkreis gelegt. Die zweite Teilspule 12b¹ ist in Reihe zum Freilaufventil 11' geschaltet. Aus Figur 2 ergibt sich somit, daß die erste Teilspule 12a' in Reihe mit der Sekundärwicklung 22 des Transformators 20 geschaltet ist, und da3 die zweite Teilspule 12b¹· in Reihe mit dem Freilaufventil 11' parallel zur Eeihenschaltung von erster Teilspule 12a¹ und Sekundärwicklung 22 angeordnet ist.

Die Funktion des Eintaktgleichapannungswandlers ist bekannt, vergl. deutsche Auslegeschrift 1 267 322. Auf eine nähere Erläuterung kann daher verzichtet werden. Es ist jedoch anzumerken, daß bei niederer Spannung des Löschkondensators 7 nach dem Zünden des Löschventils 8 der Laststrom I über die Primärwicklung 21, den Löschkondensator 7 und das Löschventil 8 weiterfließt und den Löschkondensator 7 nachlädt, da sich infolge der Anordnung der Teilspule 12b¹ im Freilaufkreis der Freilaufstrom nur verzögert ausbilden kann.

2 Figuren

5 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

/ 1.J Gleichstromstelleranordnung zur Impulssteuerung der Spannung an einem induktiv behafteten Verbraucher mit einem steuerbaren Hauptventil, das zwischen dem Verbraucher und einer Gleichspannungsquelle 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 Freilauf ventil, das dem Verbraucher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gleichstromsteller und dem Preilaufventil (11, 11') eine Sättigungsdrosselspule (12, 12') angeordnet ist, die die Kommutierung des Laststroms (I) vom Löschventil (8) auf das Preilaufventil (11, 11') verzögert und so bemessen ist, daß sie bei maximalem Laststrom in die Sättigung geht.
2. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungsdrosselspule (12, 12') aus einer ersten und einer zweiten Teilspule (12a, 12a'; 12b, 12b¹) besteht, die auf einem gemeinsamen Magnetkern (13, 13') angeordnet sind, daß die erste Teilspule (12a, 12a¹) in den aus Löschkondensator (7), Löschventil (8), Last (5) und Gleichspannungsquelle (2) gebildeten Löschkreis gelegt und daß die zweite Teilspule (12b, 12b¹) in Reihe zum Preilaufventil (11, 11') geschaltet ist.
3. Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilspule (12a) mit ihrem einen Ende an der Kathode des Hauptventils (3) und mit ihrem anderen Ende an der Last (5) angeschlossen ist.
4. Gleichstroms tellerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilspule (12b) zwischen der Last (5) und der Kathode des Freilaufventils (11) angeordnet ist.

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Gleichstromstellerschaltung nach Anspruch 2 mit einem Transformator, der mit einer Rückmagnetisierungswicklung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilspule (I2a^f) in Reihe mit der Sekundärwicklung (22) des Transformators (20) geschaltet ist, und'daß die zweite Teilspule (12b¹) in Reihe mit dem Freilaufventil (11 ·) parallel zur Reihenschaltung von erster Teilspule (I2a^f) und Sekundärwicklung (22) angeordnet ist.

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