DE1815610C3 - Anordnung zur Steuerung von Verbrauchern aus einer Gleichspannungsquelle mit Impulsfolgen veränderlicher Frequenz - Google Patents

Description

Abstand von At= —y aufeinanderfolgenden Im-

" Vo

60 pulsen besteht, wenn die Frequenz dieser Impulsfolge

den Grenzwert η · /₀ unterschreitet.

Unter der »Frequenz dieser Impulsfolge« ist dabei der Frequenzmittelwert gemeint, also die Frequenz,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur die sich bei einer gleichmäßigen zeitlichen Verteilung Steuerung von einem oder mehreren Verbrauchern, 65 der zu Gruppen zusammengefaßten Impulse ergeben die über steuerbare Schaltelemente aus einer Gleich- würde.

Spannungsquelle mit Impulsfolgen veränderlicher Fre- Unter dem zeitlichen Abstand zwischen den Im-

quenz gespeist werden. pulsen versteht man die Zeit zwischen zwei Schließun-

gen des in Reihe mit der Belastung angeschlossenen Schaltelementes.

Durch die Anordnung nach der Erfindung wird in einer einfachen Weise eine besonders wirksame Unterdrückung der unerwünschten Wechselstromkomponente erzielt. Bei zwei Impulsen in jeder Gruppe erzeugen diese zwei um 180° phasenverschobene Wechselstromkomponenten der genannten Frequenz, und diese heben sich in jedem Augenblick auf. Mit drei Im-Impulsfolgefrequenz bei unveränderter Impulslänge doppelt so groß wie wenn alle vier Motoren parallel geschaltet wären. Dies ist vorteilhaft, da es bei höherer Frequenz weniger wahrscheinlich ist, daß eine Oberwelle mit der Frequenz auftritt, die man vermeiden will.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Verbraucher über einen Thyristor mit zugeordnetem Impulsgenerator an die Gleichspannungs-

verschobene Ströme, deren Summe immer gleich Null ist. Die einfachste Anordnung ist die, bei der jede Gruppe zwei Impulse enthält, die dann einen Zeitabstand -1 / =■ -.;■■,- haben.

Bei steigender Aussteuerung von einem niedrigen Wert, d. h. bei zunehmendem Mittelwert des Belastungsstromes, nimmt deT Abstand zwischen den Impulsgruppen ab. Wenn dieser Abstand gleich groß

pulsen injeder Gruppe erhältman drei um 120° phasen- io quelle angeschlossen ist, besteht darin, daß an den

Impulsgenerator eingangsseitig eine Steuereinrichtung angeschlossen ist, die nach jedem der (w-1) ersten Impulse in einer Gruppe eine -I r entsprechende Steuersignalspannung und nach dem Iet7ten Impuls in jeder Gruppe eine dem gewünschten Zeitabstand zwischen den Impulsgruppen entsprechende Steuersignalspannung liefert. Besteht jede Impulsgruppe aus zwei Impulsen, so sind die beiden Steuersignalspannungen

ii.._Ku.-_B.~,-_r>.. -~ . .~„ _{b to}— über je eine Diode an den Eingan?, des Impulsgene-

wie der Abstand zwischen den Impulsen in der Gruppe so rators angeschlossen, wobei in der Zuleitung der einen ist, erhält man denselben Abstand zwischen .Ilen Im- Steuersignalspannung ein elektrische! Schalter liegt.

der von einer Kippstufe betätigbar ist, die eingangsseitig mit dem Ausgang des Impulsgenerator verbunden ist.

An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 zwei einer Gleichspannungsquelle entnommene Impulsfolgen als Funktion der Zeit,

F i g. 2 eine Anordnung zur Steuerung eines Verbrauchers gemäß der Erfindung,

F i g. 3 und 4 Schaltungsanordnungen zum Erzeugen der Zündimpulse für die Thyristoren der Anordnung gemäß der F i g. 2 und

F i g. 5 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Steuerung von zwei Verbrauchern, die je über ein Schaltelement von der Gleichspannungsquelle gespeist werden.

Im Diagramm la der Fig.! ist der der Spannungs

pulsen und die Impulsfrequenz« ·/₀. Bei weiter steigender Aussteuerung wird der gleiche Abstand zwischen allen Impulsen beibehalten, wobei der Aussteuerungsgrad in bekannter Weise durch Vermindern des Abstandes zwischen den Impulsen, Erhöhen der Impulslänge oder eine Kombination dieser Maßnahmen erhöht wird. Beispielsweise kann zunächst die impulslänge im wesentlichen konstant gehalten werden, wenn der Mittelwert der Impulsfrequenz einen gewissen Wert unterschreitet, der größer als η ■ /₀ ist. K'.-i weiter zunehmender Aussteuerung wird dann die impulslänge bei im wesentlichen konstanter Impulsfrequenz vergrößert. Die genannte maximale Impulsfrequenz wird zweckmäßig so gewählt, daß sie verschieden von m ■ η · f ist, wobei m eine kleine ganze Zahl ist.

Bei Speisung eines Gleichstrommotors erhält man

bei niedriger Aussteuerung und damit langer Zeit .... _o ■ „

zwischen den Gruppen leicht Vibrationen und einen 40 quelle entnommene Strom als Funktion der Zeit bei ungleichmäßigen Lauf des Motors wegen der großen gleichem Abstand zwischen allen Impulsen gezeigt. Ungleichmäßigkeit des Belastungsstromes. Um dies _{ßei einem issen Abstand} } _{zwiscnen den} Impulsen zu vermeiden, wird in Weiterbildung der Erfindung ° /..

vorgeschlagen, daß die Schaltelemente derart steuerbar hat der Strom eine starke Wechselstromkomponente sind, da3 bei Mittelwerten der Impulsfolgefrequenz, 45 mit der Frequenz/0. Wenn die Impulsfrequenz kontidie den genannten Grenzwert erheblich unterschreiten, nuierlich variabel ist, bekommt diese Komponente

jedesmal, wenn die Impulsfrequenz gerade /₀ ist, eine hohe Amplitude. Diese Komponente wird vermieden, indem man gemäß dem Diagramm 1 b der F i g. 1 die Impulse in Gruppen von zwei Impulsen mit einem

der Zeitabstand der Imnulse innerhalb der Impulsgruppen größer als Λ t ist. Auf diese Weise wird der Spitzenwert des Stromes vermindert und ein gleichmäßigerer Lauf des Motors erhalten.

Sind mehrere Verbraucher, z. B. eine Anzahl Gleichstrommotoren, vorhanden, so können diese parallel geschaltet und über ein gemeinsames Schaltelement aus der Gleichspannungsquelle gespeist werden. Die Verbraucher können aber auch in bekannter Weise jeweils über ein steuerbares Schaltelement an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sein. In diesem Falle sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Schaltelemente abwechselnd derart konstanten Zeitabstand T₁ — r-- zusammenführt.

A/u

Der Abstand T₂ zwischen den Gruppen ist variabel von =y- an aufwärts. Der Mittelwert des Stromes ist

Afu

in den Diagramrren la und Ib derselbe. In der F i g. 2 ist ein Thyristor 1 in Reih

g. I ist ein ι nyristor 1 in Reihe mit einem Gleichstromreihenschlußmotor mit einem Anker 2 und einer Feldwicklung 3 an eine Gleithspannungs-

steuerbar, daß den Verbrauchern jeweils ein Impuls 60 quelle 4 angeschlossen. Eine Freilaufdiode 5 liegt pro Impulsgruppe zugeführt wird. parallel zum Motor. Ein Impulsgenerator 6 gibt Zünd-

So wird beispielsweise bei der Speisung von vier impulse an den Thyristor mit einem von einem ein-Antriebsmotoren eines Schienenfahrzeuges die Be- treffenden Steuersignal bestimmten Intervall. Ein lastung in zwei Teilbelastungen aufgeteilt, die aus je Löschkreis, der aus einem Hilfsthyristor 7, einer zwei parallelgeschalteten Motoren bestehen, und jeder 65 Drosselspule 8, einem Kondensator 9 und einem Teilbelastung wird ein Impuls pro Impulsgruppe züge- Löschthyristor 10 besteht, löscht der. Thyristor I eine führt. Bei einem bestimmten Mittelwert der Gleich- gewisse Zeit nach der Zündung. Diese Zeit wird von spannung am Motor wird also der Mittelwert der einem Steuerimpulsgerät 11 bestimmt, das einen

Impuls empfängt, wenn der Hauptthyristor 1 gezündet basisdiode 61 ist.Die Aufladungsgeschwindigkeit eines hat und nach einer veränderbaren Verzögerungszeit Kondensators 64 wird von Transistoren 62 und 63 einen Zündimpuls an den Thyristor 10 gibt. Der gesteuert. Ein höheres positives Eingangssignal am Gleichstrommotor wird also von einem pulsierenden Eingang a, der an die Dioden 15 und 16 angeschlossen Gleichstrom durchflossen. 5 ist, ergibt einen kürzeren Abstand zwischen den Imbcr Mittelwert des Stromes wird in Abhängigkeit pulsen. Der Oszillator ist so abgestimmt, daß der von einer Sleuersignalspannung U_r gesteuert, die an Transistor 62 bei einer solchen Eingangsspannung einem an einer Spannungsquelle 12 angeschlossenen voll ausgesteuert ist, bei der die Impiilsfolgefrequenz Widerstand abgegriffen wird. Die Spannung U_r wird etwa 3,5 / beträgt, so daß die Impulsfolgefrequenz bei über eine Diode 16 dem Impulsgenerator 6 zugeführt, io weiter erhöhter Eingangsspannung konstant wird. Die wobei eine höhere Spannung eine höhere Impuls- Zündimpulse werden in einem Verstärker 66 verstärkt frequenz ergibt. An einem an eine Spannungsquelle 12' und über Sekundärwicklungen 651 bis 654 eines Transangeschlossenen Widerstand 13' wird eine Steuer- formators 65 an den Thyristor 1, den Hilfsthyristor 7, signalspannung Uk abgegriffen, mittels der eine Im- das Steuerimpulsgerät 11 des Löschthyristors 10 und pulsfolgefrequenz erzeugt wird, bei welcher der Ab- 15 die Kippstufe 20 gegeben.

ι . .. ., . . Iu.a. Die F^; i g. 4 zeigt das Steuerimpulsgerät 11 des

stand zw,schen zwei Impulsen gerade ^ beträgt, L_öschthyrislors 10. Ein Kondensator IU,dessen Auf-

wobei /o die Frequenz ist, die man vermeiden will. ladungsgeschwindigkeit von einem Transistor 115 be-Diese Spannung Uk wird über einen elektrischen stimmt wird, bildet zusammen mit einer Doppelbasis-Schalter 14 und eine Diode 15 dem Impulsgenerator 6 ao diode 116 einen Relaxationsoszillator mit dem Auszugcfühtt. Der Schalter wird von einer Kippstufe 20 gang α. Ferner sind Transistoren 111 und 112 vorgebetätigt und ist geschlossen, wenn die Kippstufe 20 . sehen, die eine bistabile Kippstufe bilden. Der Tranin ihrer 1-Lage steht. Die Kippstufe wird von den Im- sistor 112 ist normalerweise leitend und schließt über pulsen des Impulsgenerators 6 abwechselnd in ihre eine Diode 113 den Kondensator 114 kurz. Ein vom beiden Lagen gebracht. »5 Impulsgenerator 6 des Hauptthyrislors 1 erhaltener. Wenn U_r kleiner .iK Ut. ist, was bei niedriger Aus- negativer Impuls am Eingang b macht den Transistor steuerung der Fall ist, und die Kippstufe 20 in der 111 leitend. Der Kondensator 114 wird geladen, und 0-Lage steht, wird der nächste Impuls vom Impuls- nach einer gewissen Zeit erhält man einen positiven generator 6 die Kippstufe in die 1-Lage kippen. Der ZUndimpuls für den Löschthyristor 10 am Ausgang α. Gehälter 14 wird geschlossen, und die Steuersignal- 30 Gleichzeitig erhält man einen negativen Impuls über spannungen Ua und U_r werden der aus den Dioden 15 einen Widerstand 117, der über eine Diode 118 den und 16 bestehenden Wählschaltung zugeführt, die die Transistor 111 löscht. Die Spannung am Eingänge größere dieser beiden Spannungen, also Uk, an den bestimmt die Verzögerung zwischen den Ein- und Impulsgenerator durchschaltet. Nach einem bestimm- Ausgangsimpulsen. Eine höhere positive Spannung

. „ /„ l , · , j tu · » 1 ■ 35 ergibt über einen Transistor 119 eine niedrigere Aus-

ten Intervall (r, _2/ ) w.rd an den Thyristor 1 em _st*_{uerung des Transistors 115 und somit ein}* _größere

Zündimpuls gegeben, die Kippstufe in ihre 0-Lage Verzögerung, was einer größeren Impulslänge des

gebracht, der Schalter 14 geöffnet und die Steuer- Belastungsstromes entspricht.

signalspannung U_r dem Impulsgenerator 6 zugeführt, Die F i g. 5 zeigt eine Anordnung zum Steuern von der nach einem von U_r bestimmten, längeren Inter- 40 vier Gleichstromreihenschlußmotoren 2 und 2'. Die vail [T₁) von neuem einen Zündimpuls an den Thy- Motoren sind in zwei gleiche Gruppen aufgeteilt. Die ristor 1 abgibt. Motoren 2 bzw. 2' mit Feldwicklungen 3 bzw. 3' sind Wenn U_T zunimmt, wird allmählich U_T gleich C/*, parallel geschaltet und in Reihe mit einer Glättungsund alle Impulsintervalle werden gleich groß und drossel 25 bzw. 25', einer Freilaufdiode 5 bzw. 5'und

, , l ... ,, .. . . . . . j . 45 mit einem Thyristor 1 bzw. Γ an eine Gleichspannunes-

gle.ch _2/o . Wenn U_r weiter zun.mmt, steigt die Im. _{queHe4 ange}'_schlossen. _{Ein Kondensator} J_{1 glci}|_ht

pulsfrequenz, aber mit gleichbleibendem Abstand die Spannungsschwankungen der Quelle 4 aus. Ein

zwischen allen Impulsen. Bei einer gewissen Impuls- Löschkondensator 9 bzw. 9' wird in bekannter Weise

frequenz, z. B. etwa 3,5 /, nimmt die Frequenz nicht mit Hilfe einer Drosselspule 8 bzw. 8' und eines

mehr zu, sondern es wird über eine Zenerdiode 19 So Hilfsthyristors 7 bzw. T geladen, der gleichzeitig mit

ein solches Signal zum Steuerimpulsgerät 11 des Hilfs- dem Hauptthyristor 1 bzw. I' einen Zündimpuls be-

Ihyristors7 gegeben, daß die Impulslänge bei kon- kommt, und entlädt sich, wenn ein Steuerimpuls-

stanter Impulsfrequenz mit steigendem U_r zunimmt, gerät 11 bzw. 11' eine gewisse Zeit t nach der Zündung

bis schließlich der Gleichstrom durch den Motor des Hauptthyristors 1 bzw. 1' einen Löschthyristor 10

kontinuierlich wird. 55 bzw. 10' zündet. Ein Impulsgenerator 6 sendet Zünd-

Bei niedrigen Werten von U_r wird der Abstand impulse an die Hauptthyristoren 1 und 1' mit einem

zwischen zwei Impulsgruppen und die Ungleich- Zeitintervall zwischen den Impulsen, das mit zu-

förmigkeit des Motorstromes groß. Dies wird durch nehmendem Wert der von Dioden 15 und 16 erhaltenen

einen Verstärker 18 verhindert, dessen Ausgangs- Eingangssignale sinkt. Eine Kippstufe 20 führt mit

spannung bei niedriger Aussteuerung niedriger als Uk ⁶° Hilfe von elektrischen Schaltern 24 und 24' die Zünd-

isl. Eine aus Dioden 21 und 22 sowie aus einem Wider- impulse abwechselnd zu den Thyristoren 1 und 1'.

stand 23 bestehende Wählschaltung wählt den nie- Bei niedriger Aussteuerung ist U_T kleiner als Ut,

drigslcn dieser Werte aus, was einen größeren Abstand und die Steuersignatspannung U_T bestimmt die Länge

zwischen den Impulsen in jeder Gruppe ergibt. Der der Intervalle, die den Abstand zwischen zwei Impuls-

Spil/cnwcrl des Molorslromes wird dabei gesenkt, 65 gruppen bilden. Die anderen Intervalle werden von

was einen gleichmäßigen Lauf des Motors ergibt. der Steuersignalspannung Ut bestimmt, die so einge-

Dic I- i g. 3 zeigt den Impulsgenerator 6, der ein an stellt ist, daß die Länge dieser Intervalle, die den Ab-

sich bekannter Rclaxaticmsoszillator mit einer Doppel- stand zwischen den zwei Impulsen in einer Gruppe

bilden, -=-.- wird, wobei /₀ die Frequenz der Wechsel-

Stromkomponente ist, die man vermeiden will.

Wenn U_r größer als Ut ist, werden alle Intervalle gleich lang und sind von U_r bestimmt. Steigt U_r' so weit, daß die Durchbruchsspannung von Zenerdioden

19 und 19' erreicht ist, wird über diese ein Signal an die Steuerimpulsgeräte U und 1Γ gegeben, so daß diese bei weiterer Zunahme von U_r die Impulslänge erhöhen. Der Impulsgenerator 6 ist so abgestimmt, dal! seine Frequenz in diesem Falle nur unbedeutend odei gar nicht zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 3<

Claims (5)

Es ist bekannt, einen Verbraucher, z. B. einen Gleichstrommotor, aus einer Gleichspannungsquelle über ^ Schaltelement) z B einen Thyristor, zu speisen, das abwechselnd leitend und nichtleitend ist, so daß

1. Anordnung zur Steuerung von einem oder 5 dem Verbraucher Gleichstromimpulse zugeführt wermehreren Verbrauchern, die über steuerbare Schalt- den (ETZ-B, 1962, S. 369 bis 374). Durch Variieren der elemente aus einer Gleichspannungsquelle mit Im- Impulslänge oder Impulsfrequenz kann der Mittelwert pulsfolgen veränderlicher Frequenz gespeist werden, des Belastungsstromes verändert werden,
dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß zurVer- Es ist ferner bei einer Anordnung zur Speisung meldung einer bestimmten Wechselstromkompo- io zweier Motoren mittels Impulsfolgen aus einer genente der Frequenz /₀ in dem der Gleichspannungs- meinsamen Gleichspannungsquelle bekannt (schweizequelle (4) von den Verbrauchern (2, 2') entnomme- rische Patentschrift 430 841), die Impulsfolgen beider nen, resultierenden Strom die Schaltelemente (1, V) Verbraucher derart zeitlich gegeneinander zu verderart steuerbar sind, daß die der Gleichspannungs- schieben, daß niemals zur selben Zeit in beiden Verquelle(4) von den Verbrauchern (2,2') entnommene 15 brauchern der Strom ein- oder ausgeschaltet wird. Impulsfolge aus Impulsgruppen von je η in einem Diese bekannte Maßnahme hat den Zweck, Spannungs-

·,,- , * u j < l <· ■ spitzen herabzusetzen, die infolge der vorhandenen

ze.tl.chen Abstand von A t = ^- aufemander- _L ^P _{eitungsindukt}-_Ivitälen' _bei Stromänderungen induziert

folgenden Impul ^n besteht, wenn die Frequenz werden und die Ventilstrecken belasten. Die Impulse dieser Impulsfolge den Grenzwert/:■/„ unter- 20 der in der gemeinsamen Leitung fließenden Impulsschreitet, folge sind bei dieser bekannten Anordnung zeitlich

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- gleichmäßig verteilt.

kennzeichnet, daß die Schaltelemente (I, Γ) derart In manchen Verwendungsfällen kann bei bestimmten

steuerbar sind, daß bei Mittelwerten der Impuls- Impulsfrequenzen der Belastungsstrom Störungen in

folgefrequenz. die den genannten Grenzwert erheb- 25 anderen mit diesen Frequenzen oder ihren Ober- oder

lieh unterschreiten, der Zeitanstand der Impulse Unterwellen arbeitenden Anlagen verursachen. Dies

innerhalb der Impulsgruppen größer als A t ist. kann bei Schienenfahrzeugen der Fail sein, wenn die

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der nur ein Schienen einerseits als Rückleiter für den Belastungs-Verbraucher über einen Thyristor mit zugeord- strom und andererseits als Leiter eines mit einem netem Impulsgenerator an die Gleichspannungs- 30 Wechselstrom mit relativ niedriger Frequenz arbeiquelle angeschlossen ist, da-iurch ^kennzeichnet, tenden Signalsystems benutzt werden. In solchen daß an den Impulsgenerator f6) eirgangsseitig Fällen ist es wichtig, daß eine Wechselstromkompoeine Steuereinrichtung angeschlossen ist, die nach nente einer bestimmten Frequenz des dem Netz entjedem der (n-1) ersten Impulse in einer Gruppe nonimenen Belastungsstromes unterdrückt wird. Dies eine 1 / entsprechende Steuersignalspannung (Ut) 35 kann z. B. mit Hilfe von Kondensatoren oder eines und nach dem letzten Impuls in jeder Gruppe eine auf die betreffende Frequenz abgestimmten Filters dem gewünschten Zeitabstand zwischen den Im- geschehen. Bei den hohen Strömen und niedrigen pulsgruppen entsprechende Steuersignalspan- Frequenzen, um die es sich oft handelt, sind Filter nung(i/_r) liefert. sehr aufwendig und beanspruchen viel Raum, wenn

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der jede 40 sie ohne zusätzliche Vorkehrungen das Auftreten der Impulsgruppe aus zwei Impulsen besteht, dadurch betreffenden Wechselstromkomponente verhindern gekennzeichnet, daß die beiden Steuersignalspan- sollen.

nungen (i/*, U_r) über je eine Diode (15, 16) an den Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuEingang des Impulsgenerators (6) angeschlossen gründe, bei der Speisung eines oder mehrerer Verbrausind und daß in der Zuleitung der einen Steuer- 45 eher mittels veränderbarer Impulsfolgen das Auftreten Signalspannung (i/jt) ein elektrischer Schalter (14) bestimmter Wechselstromkomponenten in der geliegt, der von einer Kippstufe (20) betätigbar ist, meinsamen Zuleitung zwischen der Gleichspannungsdie eingangsseitig mit dem Ausgang des Impuls- quelle und den Verbrauchern zu vermeiden,
generators (6) verbunden ist. Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein-

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der 50 gangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, mehrere Verbraucher jeweils über ein steuerbares daß zur Vermeidung einer bestimmten Wechselstrom-Schaltelement an die Gleichspannungsquelle ange- komponente der Frequenz/₀ in dem der Gleichschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle von den Verbrauchern entnommenen, Schaltelemente (1, Γ) abwechselnd derart steuerbar resultierenden Strom die Schaltelemente derart steuersind, daß den Verbrauchern (2,2') jeweils ein 55 bar sind, daß die der Gleichspannungsquelle von Impuls pro Impulsgruppe zugeführt wird. den Verbrauchern entnommene Impulsfolge aus

Impulsgruppen von je η in einem zeitlichen