-
Anordnung zur Steuerung einer Wechselspannung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zur Steuerung einer Wechselspannung mit Hilfe von in Abhängigkeit
von der Wechselspannung und einer ihr überlagerten Gleichspannung während der ersten
Hälfte einer Wechselspannungshalbwelle gezündeten und während der zweiten Hälfte
derselben Halbwelle gelöschten steuerbaren elektrischen Ventilen.
-
Es ist bekannt, zur stufenlosen Wechselspannungssteuerung eine Anschnittsteuerung
vorzunehmen. Bei dieser Anschnittsteuerung wird beispielsweise mittels elektronischer
Schalter eine Wechselspannung erst nach dem Nulldurchgang eingeschaltet, so daß
sie bereits eine bestimmte, vom Zeitpunkt des Einschaltens abhängige Amplitude besitzt.
Es ist weiterhin bekannt, die Anschnittsteuerung mittels einer Horizontal- oder
einer Vertikalsteuerung durchzuführen.
-
Die Wirkleistung eines Wechselstromes ergibt sich aus dem Produkt
von Spannung, Strom und Leistungsfaktor. Enthalten Strom und Spannung Oberwellen,
sind praktisch nur die Amplituden und die Phasenverschiebung der Grundwellen für
die Wirkleistung maßgebend. Bei der übertragung eines Wechselstromes ist es aber
wichtig, daß die Grundwellen von Strom und Spannung wenig gegeneinander phasenverschoben
sind. Eine zusätzliche Phasenverschiebung ergibt sich aber bei der Anschnittsteuerung.
Die aus der einseitig angeschnittenen Sinushalbwelle ausgesiebte Grundwelle ist
gegenüber der ursprünglichen phasenverschoben. Zu der an sich meistens vorhandenen
Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung kommt somit eine zusätzliche Phasenverschiebung
hinzu, so daß der Wirkanteil der übertragenen Leistung geringer wird.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der stufenlosen
Wechselspannungssteuerung, wie sie bei Anschnittsteuerung möglich ist, die zusätzliche
Phasenverschiebung auszuschalten, indem die einzelnen Sinushalbwellen nicht nur
einseitig angeschnitten, sondern auch vor dem Nulldurchgang abgeschnitten werden.
-
Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der zur Steuerung der von
einer Wechselspannungsquelle über einen Transistor als steuerbares elektrisches
Ventil gelieferten Leistung dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors eine diesen
sperrende steuerbare Gleichspannung zugeführt wird und Mittel vorgesehen sind, um
auch die Wechselspannung im Basis-Emitter-Kreis wirken zu lassen, so daß der Transistor
in Abhängigkeit von der Wechselspannung und einer ihr überlagerten Gleichspannung
während der ersten Hälfte einer Wechselspannungshalbwelle vom sperrenden in den
leitenden Zustand und während der zweiten Hälfte derselben Halbwelle wieder in den
sperrenden Zustand gelangt.
-
Bei einer derartigen eingangs genannten Anordnung ist die Erfindung
darin zu sehen, daß ein spannungssteuernder Transduktor mit einem ihm nachgeschalteten
Zweiwegegleichrichter an die Wechselspannung angeschlossen ist und daß die an dem
Zweiwegegleichrichter abgenommene Gleichspannung über einen an der Wechselspannung
liegenden Spannungsteiler an den Eingang eines die Zündimpulse und die Löschimpulse
für die steuerbaren elektrischen VenÜle liefernden Impulsformers angeschlossen ist.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß sie für alle Spannungen
verwendbar ist, bei denen die Spannungszeitfläche, d. h. # u
- d t, konstant ist. Die Verwendung der Anordnung nach der Erfindung
ist also nicht an eine Wechselspannung konstanter Frequenz gebunden, sondern auch
für alle Anordnungen möglich, bei denen die Frequenz und die Amplitude der Wechselspannung
sich gegenläufig ändern. Ein solches Verhalten zeigt beispielsweise die Rotorspannung
eines Ansynchronmotors mit Schleifringen. Mit besonderem Vorteil läßt sich daher
die Anordnung nach der Erfindung zur Steuerung der dreiphasigen Wechselspannung
im Läuferkreis eines Drehstrom-Schleifringläufermotors anwenden. Die steuerbaren
elektrischen Ventile sind dazu paarweise antiparallel an die Schleifringe des Motors
angeschlossen.
-
Mit einer solchen Anordnung werden beide Halbwellen der Läuferspannung
nicht nur an-, sondern auch abgeschnitten. Dadurch werden die Spannungshalbwellen
nicht mehr nur einseitig mit steigendem Phasenwinkel bis 180' angeschnitten,
wodurch sich die Phasenlage der Grundwelle der angeschnittenen Spannung und damit
des Rotorstromes gegenüber dem Statorfluß proportional zum Anschnittwinkel verschiebt,
sondern von beiden Seiten her gleichmäßig an- bzw. abgeschnitten.
Die
aus der Wechselspannung an- und abgeschnittenen Spannungszeitflächen sind bei konstanter
Aussteuerung des Transduktors praktisch konstant. Dieses Verhalten wird erreicht,
da der spannungssteuernde Transduktor die Eigenschaft hat, immer eine konstante
Spannungszeitfläche der Wechselspannung anzuschneiden. Bei bestimmter Aussteuerung
des Transduktors wird somit eine konstante Wechselspannungszeitfläche angeschnitten,
und es ergibt sich nach Gleichrichtung dieser angeschnittenen Spannung eine Gleichspannung,
die proportional der Wechselspannung ist. Diese Gleichspannung wird der zu steuernden
Wechselspannung überlagert, und in den Zeitpunkten, in denen der Augenblickswert
der Amplitude der Wechselspannung gleich der Gleichspannung ist, werden die Lösch-
bzw. Zündimpulse für die die Wechselspannung steuernden elektrischen Ventile gegeben.
-
Als Impulsformer ist vorzugsweise eine bistabile Transistorkippstafe
und als steuerbare elektrische Ventile sind vorzugsweise Thyristoren vorgesehen.
Zum Löschen ist eine an sich bekannte, aus einem weiteren Thyristor und einem Löschkondensator
bestehende Anordnung vorgesehen.
-
An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Anordnung näher beschrieben.
Dabei zeigt F i g. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfuidung,
F i g. 2 den Spannungsverlauf an den in F i g. 1
mit A bis H
bezeichneten Stellen und F i g. 3 schematisch ein Anwendungsbeispiel entsprechend
Anspruch 2.
-
Zu steuern ist die zwischen einer Phase U und dem Mittelpunktleiter
Mp eines Wechselspannungsnetzes liegende Wechselspannung. An die Phase
U ist ein spannungssteuernder Transduktor 1 gelegt, der die Arbeitswicklungen
la und 1 b sowie eine Steuerwickhing 1 c und eine Vonnagnetisierungswicklung
1 d besitzt. Außerdem sind zwei Gleichrichter 2 und 3 antiparallel
zueinander und in Reihe mit je einer Arbeitswicklung la, 1 b
geschaltet. Durch die im Transduktor erfolgende Anschnittsteuerung erhält die Grundwelle,
wie sie in F i g. 2, A, dargestellt ist, den Verlauf nach F i
g. 2, B. In einer Drosselspule 4, die dem Transduktor nachgeschaltet
ist, erfolgt die Unterdrückung der durch den Anschnitt entstandenen Oberwellen,
bevor die Wechselspannung einen Zweiv#egegleichrichter 5 erreicht. Der Punkt
C hat dann cm Potential, das gegenüber dem Potential im Punkt A um
den Phasenwinkel (p verschoben ist (F i g. 2, C).
-
Nach Gleichrichtung der Wechselspannung im Gleichrichter
5 und Glättung der Gleichspannung in einem Kondensator 6 liegt an
einem Potentiometer 7
eine Gleichspannung, deren Höhe von der Amplitude der
Wechselspannung zwischen U und Mp abhängig ist und die in F i g. 2,
D angegeben ist. Diese Gleichspannung wird der ursprünglichen Wechselspannung,
die an einem Spannungsteiler 8 liegt, entgegengeschaltet, so daß die Gleichspannung
und die Wechselspannung sich so überlagem, daß jeweils eine Kuppe der Wechselspannung
abgeschnitten wird (F i g. 2, E).
Der Phasenwinkel des Nulldurchganges
dieser resultierenden Spannung ist bei konstanter Aussteuerung des Transduktors
1, unabhängig von der Frequenz der Wechselspannung, immer konstant. Die Schnittpunkte
von Wechselspannung und Gleichspannung werden als Zündeinsatz und als Löscheinsatz
für die die Wechselspannung steuernde Anordnung verwendet. Zu diesem Zweck wird
die resultierende Spannung auf einen Impulsformer 9 gegeben, der beispielsweise
eine bistabile Transistorkippstufe sein kann. Der von einem Transistor dieser Transistorkippstufe
erzeugte Impuls wird zur Zündung der steuerbaren elektrischen Ventile verwendet,
der von einem zweiten Transistor gelieferte Impuls zum Löschen der Ventile.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel ist als steuerbares elektrisches Ventil
ein erster Thyristor 10 a verwendet. Bei Abgabe des Zündimpulses wird der
Thyristor 10a gezündet, d. h., die Wechselspannung wird an einen Verbraucher
V geschaltet, der zwischen den Leitungen H und M, liegt. Gleichzeitig erfolgt dabei
die Aufladung eines Kondensators 10 c, der zusammen mit dem Spartransformator
10d einen Schwingkreis bildet. Gelangt ein Impuls zu einem weiteren, zur
Löschung des ersten Thyristors 10 a vorgesehenen Thyristor 10b, so
entlädt sich der Kondensator 10e
über den weiteren Thyristor 10 b.
An der Kathode des ersten Thyristors 10a entsteht eine erhöhte Spannung, die ihn
löscht, d. h., die Wechselspannung wird wieder von dem Verbraucher weggeschaltet.
Der Impuls für den weiteren Thyristor kann somit als Löschimpuls für den ersten
Thyristor 10 bezeichnet werden. Der Spartransformator 10 d bewirkt,
daß die am Kondensator 10c liegende Spannung den Sollwert übersteigt, wenn ein großer
Ladestrom fließt, d. h., daß bei erhöhtem Ladestrom frühzeitig eine Sperrspannung
für den ersten Thyristor 10 a vorhanden ist. Die freien Klemmen der Anordnung
10 können entweder als Meßklemmen oder für den Anschluß einer parallelen
Grundlast benutzt werden.
-
Der Verlauf der ausgeschnittenen Spannung ist in F i g. 2,
H dargestellt. Die Phasenverschiebung der Grundwelle dieser ausgeschnittenen Spannungshalbwelle
gegenüber der auszuschneidenden Spannung ist nur gering, d. h., daß der Leistungsfaktor
bei dieser Anordnung nur eine kleine Veränderung erfährt, die nur von der Trägheit
der Steuerelemente abhängt.
-
In F i g. 3 sind im Läuferkreis einer zu steuernden Asynchronmaschine
mit Schleifringläufer 11 Thyristoren 12 a und 12 b, die antiparallel
geschaltet sind, vorgesehen. Es ist auch, wie an sich bekannt, möglich, nur einen
Thyristor im Parallelkreis nicht steuerbarer Gleichrichter, z. B. in Dreiphasenbrückenschaltung,
anzuordnen. Mit 13 ist ein Belastungswiderstand im Rotorkreis der Asynchronmaschine
11
bezeichnet. Mit Hilfe der Thyristoren wird die Rotorspannung gesteuert,
wobei die Thyristoren selbst wie in der in F i g. 1 dargestellten Anordnung
gesteuert werden. Hiermit ist wieder ein Verlauf der ausgeschnittenen Spannung erzielbar,
wie er in F i g. 2, H
dargestellt worden ist.