DE1223916B - Gleichspannungsregler mit einem zwischen Gleichspannungsquelle und Verbraucher liegenden Thyristor - Google Patents

Description

• Gleichspannungsregler mit einem zwischen Gleichspannungsquelle und Verbraucher liegenden Thyristor Die Erfindung bezieht sich auf mit steuerbaren Gleichrichtern (Thyristoren) arbeitende Gleichstromschalter, wie sie häufig in Zweipunktreglern verwendet werden. Bekanntlich sperrt ein Thyristor ähnlich wie die bekannten gasgefüllten steuerbaren Gleichrichter zunächst die angelegte Spannung unabhängig von ihrer Polarität. Nach Zündung eines Thyristors wird dieser sehr niederohmig, und es fließt ein Laststrom, der im wesentlichen nur noch durch die Größe der Speisespannung und des Verbrauchers bestimmt ist, vorausgesetzt, daß auch an der Laststrecke des Thyristors eine Spannung geeigneter Polarität liegt: In den Sperrzustand geht der Thyristor erst wieder .über,. wenn der-Laststrom einen nahe bei-Null gelegenen Grenzwert, den sogenannten Haltestromwert unterschreitet. Auf Grund dieser Eigenschaft läßt sich ein. Thyristor nicht ohne weiteres zum Schalten von Gleichströmen verwenden, da er nach einer einmaligen_Zündung nichtmehr sperren würde. Es ist daher Bekannt, einem in einem Gleichstromkreis liegenden Thyristor einen Kondensator über einen Hilfsthyristor parallel zu schalten und den Kondensator so aufzuladen, daß er sich nach Zündung des Hilfsthyristors über den im Gleichstromkreis liegenden Thyristor so entlädt, daß dieser Entladestrom dem "fließenden Gleichstrom entgegengerichtet ist und diesen kompensiert.
• Bei diesen Gleichstromschaltern bereitet es Schwierigkeiten, den Löschkondensator während der Stromführungszeiten des Hauptthyristors auf den zur Löschung erforderlichen Spannungswert aufzuladen. Das gilt vor allem dann, wenn diese Stromführungszeiten des Hauptthyristors sehr klein sind.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungsregler mit einem zwischen Gleichspannungsquelle -und Verbraucher liegenden Thyristor, der periodisch gezündet und mit Hilfe eines Löschkondensators und eines Hilfsthyristors periodisch gelöscht wird, wobei als Gleichspannungsquelle ein Gleichrichter dient, der aus einem dreiphasigenNetz gespeist wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Löschstromkreis so auszubilden, daß der Löschkondensator in den Zündzeitpunkten des Hilfsthyristors immer eine für die Löschung des Hauptthyristors ausreichende Ladung aufweist.
• Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme des Verbrauchers, die mit dem Thyristor verbunden ist, über den Hilfsthyristor und den Löschkondensator direkt an eine der drei Wechselspannungsphasenleitungen angeschlossen ist und daß ein Ventil vorgesehen ist, über das der Kondensator mit einer weiteren Phasenleitung verbunden ist, so daß sich der mit dem Hilfsthyristor'verbundene Belag des Kondensators auf einnegatives potential auflädt.
• Die Zündimpulse für den Hilfsthyristor werden dabei vorzugsweise von einem Sättigungstransformator erzeugt, dessen Primärwicklung ebenfalls an zwei der Phasenleitungen des Wechselspannungsnetzes angeschlossen ist. Liegt beispielsweise der Löschkondensator einerseits unmittelbar an der Phase S, andererseits über das Ventil an der Phase R, dann ist die Primärwicklung des Sättigungstransformators an die Phasenleitungen S und T anzuschließen.
• Mit besonderem Vorteil läßt sich die Erfindung zur Regelung der Spannung eines Dreiphasengenerators verwerten, an dessen Klemmen R, ,S, T ein Gleichrichter inDreiphasen-Brückenschältung angeschlossen und dessen Erregerwicklung mit parallelgeschalteter Nullanode über einen Thyristor an die Gleichstromklemmen des Gleichrichters angeschlossen ist.
• Ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der F i g. 1 dargestellt, wobei zusätzlich angenommen ist, daß der Drehstrom'- generator mit stark wechselnder Drehzahl und -veränderbarer Drehrichtung angetrieben wird, wie- dies- beispielsweise der Fall ist, wenn er auf einem Fahrzeug montiert und mit dessen Achse gekuppelt ist: Mit 1 ist ein Drehstromgenerator bezeichnet, dessen Anker 2 auf drei Wechselstromklemmen R, S, T arbeitet. 3 stellt die zugehörige Erregerwicklung dar. Die Speisung der Erregerwicklung Erfolgt aus dem Gleichstromnetz. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, nicht den Drehstromanker, sondern den Erregerteil anzutreiben. Zur Erregerwicklung ist eine Diode 7 parallel geschaltet. Für die Steuerung des Erregerstromes ist ein Stromtor 8 mit einer Steuerelektrode 18 vorgesehen. Für die Löschung des Stromtores 8 ist ein Hilfselement in Form eines besonderen Hilfsstromtores 12 vorgesehen, das auf einer Seite über eine Diode 13 an der Wechselstromklemme R über einen Kondensator 14 an der Wechselstromklemme S angeschlossen ist, auf der anderen Seite aber an der positivenElektrode des Hauptstromtores 8 sowie an der Erregerwicklung 3 angeschlossen ist. Für die Steuerung des Hilfsstromtores 12 kann z. B. ein Sättigungstransformatör 15, dessen Primärwicklung an die Klemme S und über einen Widerstand 19 an T angeschlossen ist, vorgesehen werden, an dessen Sekundärwicklung die Steuerelektrode 16 des Stromtores 12 über eine Diode 17 angeschlossen ist. Hier ist also diese Phasenspannung als Hilfswechselspannung verwendet.
• Sobald das Stromtor 8 gezündet ist, liegt die Erregerwicklung 3 dauernd an einer Gleichspannung, so daß so lange Strom durch die Erregerwicklung 3 fließt, bis das Stromtor 8 gelöscht wird.
• Die Löschung des Stromtores erfolgt mit Hilfe des Kondensators 14, der unter Zwischenschaltung der Diode 13 zwischen den Phasen S und R liegt. Dieser Kondensator wird, solange das Potential von S in positiver Richtung höher als das Potential von R liegt, aufgeladen. Eine Entladung des Kondensators, wenn die Spannungsdifferenz zwischen R und S ihre Richtung ändert, ist jedoch durch die Sperrwirkung der Diode 13 verhindert.
• Der Verlauf des Potentials der unteren Elektrode des Kondensators 14 bzw. des Punktes 1 ist hierbei in F i g. 2 graphisch dargestellt. Mit R, S und T sind die Kurven der Phasenspannungen R, S und T dargestellt; eine dick ausgezogene Linie C zeigt den Verlauf des Potentials des Punktes 1. Dieses folgt zunächst dem Verlauf der Kurve R bis zu dem Schnittpunkt der Kurven R und S. Von dort an wird, solange als der Spannungsunterschied zwischen R und S zunimmt, der Kondensator aufgeladen. Sobald dieser wieder abnimmt, ist jedoch eine Entladung gesperrt, so daß der Kondensator praktisch voll geladen bleibt, wobei sein Potential sich jedoch etwa parallel mit dem Verlauf der Kurve S verschiebt.
• Auf diese Weise erhält der Punkt 1 ein negatives Potential, das etwa der doppelten Phasenspannung entspricht.
• Dieses Potential kann dann durch Zündung des Stromtores 12 auf die obere Seite des Stromtores 8 gelegt werden, wodurch das Stromtor 8 gelöscht wird.
• Für die Zündung des Hilfsstromtores 12 ist hierbei eine Hilfswechselspannung unter Verwendung des Sättigungswandlers 15 angewendet. Infolge der Sättigungseigenschaften des Wandlers wird auf der Sekundärseite des Wandlers nur so lange eine Spannung induziert, bis der Sättigungszustand erreicht wird. Es ergibt sich also an der Sekundärwicklung anschließend an jeden Nulldurchgang zunächst ein gewisser Spannungsanstieg, bis der Sättigungszustand erreicht ist, worauf die Spannung zusammenfällt. Von diesen etwa in Form von Zacken Z auftretenden Spannungsanstiegen wird aber über die Diode 17 nur jeder zweite auf die Steuerelektrode des Stromtores 12 durchgegeben. Nach dem Erlöschen des Stromtores 12 wird der Kondensator 14 wieder aufgeladen, bis die Spannung an 1 in die Nähe der Spannung der Phase R kommt. Dann geht der Strom wieder auf die Diode 7 über. Da die Schwellenwerte der hintereinanderliegenden Ventile 4, 5 oder 6 sowie 12 und 13 zusammen höher als der der Diode 7 ist, wird das Hilfsstromtor 12 wieder gelöscht. Der Zündwinkelbereich ist mit A angedeutet.
• Bei der neuen Anordnung sind besondere Entladungsglieder für den Löschkondensator erübrigt, weil durch die Hilfsspannung eine allmähliche Rückladung gesichert wird. Dadurch ist eine wertvolle Vereinfachung erreicht.
• Für die Zündimpulse des Stromtores 12 kann mit Vorteil ein Steuersatz verwendet werden, wie dieser in dem Patent 1206 065 angegeben ist, mit dessen Hilfe es möglich ist, nur einen Teilbereich einer Periode kontinuierlich anzusteuern.
• Ein besonderer Vorteil der neuen Steuerung des Stromtores 8 besteht darin, daß unabhängig von dessen Zustand die Löschschaltung in jeder Periode einmal zur Wirkung kommt. Bei hohen Drehzahlen bzw. Frequenzen kann hierbei der Strom in der Erregerwicklung 3 oder einem anderen an dieser Stelle liegenden Teil überwiegend bzw. fast ausschließlich durch die ständige Umladung des Kondensators 12 bedingt sein.
• In den Fällen, wo zu befürchten ist, daß dieser Strom zu hohe Werte annimmt, kann noch eine zusätzliche Hilfseinrichtung, die beispielsweise mit Transistoren arbeitet, vorgesehen werden, durch die der Zündimpuls für das Stromtor 12 - zweckmäßig nur dann, wenn das Stromtor 8 in gesperrtem Zustand ist - unterdrückt wird, wodurch die Regelung im Sinne eines Stromes Null in der Wicklung 3 beeinflußt wird. Auf diese Weise ist es möglich, unter Ausnutzung der vorhandenen Wechselspannung eine Speisung der Erregerwicklung in Zweipunktbetrieb ohne Taktgeber bei sehr einfachem Aufbau derLöschschaltung zu erhalten. Eine derartige Anordnung hat insbesondere den Vorteil, daß es möglich ist, den Erregerstrom von einem Maximalwert bis auf ein Drittel bzw. ein Sechstel herunter praktisch stufenlos zu verstellen.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Gleichspannungsregler mit einem zwischen Gleichspannnngsquelle und Verbraucher liegenden Thyristor, der periodisch gezündet und mit Hilfe eines Löschkondensators und eines Hilfsthyristors periodisch gelöscht wird, wobei als Gleichspannungsquelle ein Gleichrichter dient, der aus einem dreiphasigen Netz gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme des Verbrauchers (3), die mit dem Thyristor (8) verbunden ist, über den Hilfsthyristor (16) und den Löschkondensator (14) direkt an eine der drei Wechselspannungs-Phasenleitungen (S) angeschlossen ist und daß ein Ventil (13)-vorgesehen ist, über das der Kondensator (14) so mit einer weiteren Phasenleitung (R) verbunden ist, daß sich der mit dem Hilfsthyristor (16) verbundene Belag des Kondensators auf ein negatives Potential auflädt.
2. 2. Gleichspannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse für den Hilfsthyristor (16) von einem Sättigungstransformator (15) erzeugt werden, dessen Primärwicklung ebenfalls an zwei der Phasenleitungen des Wechselspannungsnetzes angeschlossen ist.
3. 3. Gleichspannungsregler nach Anspruch 2, dadurch :gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Sättigungstransformators (15) über einen Widerstand (19) an die Phasenleitungen (S und T) angeschlossen sind, wenn der Löschkondensator (14) über das Ventil (13) zwischen den Phasenleitungen (R und S) liegt.
4. 4. Gleichspannungsregler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Sättigungstransformators (15) über ein Ventil (17) an die Steuerstrecke des Hilfsthyristors (16) angeschlossen ist.
5. 5. Gleichspanungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter in Dreiphasenbrückenschaltung ausgeführt ist.
6. 6. Gleichspannungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Regelung der Spannung eines Dreiphasen-Generators (1), an dessen Klemmen (R, S, T) ein Gleichrichter in Dreiphasen-Brückenschaltung angeschlossen ist und dessen Erregerwicklung (3) mit parallelgeschalteter Nullanode (7) über einen Thyristor (8) an die Gleichstromklemmen des Gleichrichters angeschlossen ist.
7. 7. Gleichspannungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem dreiphasigen Gleichrichter eine zusätzliche Gleichspannungsquelle (20) parallel geschaltet ist.