DE3048684C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern gegenparalleler Stromrichter, bestehend aus zwei Thyristorbrücken, die eine Gleichstrommaschine speisen. Sie betrifft außerdem ein Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art zeigt die unten erörterte BBC Druckschrift "D GHS 40694 D, VERITRON-Umkehrstromrichter, Typenreihe CAD . . ." 1974/1975.

In fortschreitendem Maße werden in der Technik anstelle rotierender Gleichrichter und Stromwandler statische Komponenten eingesetzt, die insbesondere mit Hilfe von Thyristoren aufgebaut sind. Diese neue Schaltungstechnologie besitzt einige Nachteile, an deren Beseitigung gearbeitet wird. Zu diesen Nachteilen gehört die Pausenperiode, während der das gesamte System sich im Nullstromzustand befindet. Diese Pausenperiode tritt auf, wenn der Laststrom aus dem positiven in den negativen Bereich oder umgekehrt übergeht. Dabei wird von einer Thyristorbrücke auf die andere geschaltet.

Während dieser Pause ist das System unkontrolliert (nicht angesteuert). Bei einer Anwendung etwa in Fahrstuhlantrieben führt die Pause zu nichttolerierbaren Vibrationen. Ebenfalls bei Fahrstühlen kommt es darüber hinaus zu schlechten Starteigenschaften, was von den Benutzern als unangenehme Stöße oder Sprünge empfunden wird. Dies ist natürlich in hohem Maße unerwünscht und störend, insbesondere da beispielsweise Fahrstuhlantriebe mit Gleichstrom verhältnismäßig kostspielig sind und deshalb hohen Anforderungen unterliegen.

Die Grundlagen für diese Probleme sind beispielsweise von B. R. Pelly in dem Buch "Thyristor Phase-Controlled Converters and Cycloconverters. Operation, Control and Performance" (1971, John Weller & Sons), insbesondere auf den Seiten 114-126 angegeben. Dabei wird ein System ohne Kreisstrom diskutiert, worauf sich auch die vorliegende Erfindung bezieht.

Die US-PS 37 13 012 zeigt ein Verfahren zum Ansteuern gegenparalleler Stromrichter, bestehend aus zwei Thyristorbrücken, die eine Gleichstrommaschine speisen. Es wird dabei vorgeschlagen, die Pausenperiode mit Hilfe einer Schaltung zu verkürzen, die den Steuerwinkel der Thyristoren auf eine vorbestimmte untere Grenze reduziert, dann die in diesem Zustand befindliche Thyristorbrücke schaltet, das Fehlersignal so beeinflußt, daß dieses zu einer raschen Zunahme des Steuerwinkels weg von der vorbestimmten unteren Grenze führt und die Einflußnahme beendet, wenn die nun den Betrieb aufnehmende Thyristorbrücke zur Stromlieferung bereit ist. Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt im Bereich des Verstärkerteils für das Fehlersignal. Dessen Arbeitsweise läßt sich niemals vollständig verzögerungsfrei ausbilden, so daß nach wie vor eine unerwünschte Pause im Nullstromzustand verbleibt, die nicht eliminiert werden kann.

Auch die nachveröffentlichte DE 28 27 358 C2 beschreibt eine Regeleinrichtung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter. Eine Umkehrlogikschaltung arbeitet dabei mit Richtungsspeicher und mehreren stabilen Schaltzuständen.

Generell besteht das Ziel im Stand der Technik darin, die während der Umkehrphase, also beim Nulldurchgang des Laststromes, entstehende Pause möglichst klein zu halten. Die Länge dieser Pause beträgt dennoch einige wenige Hauptzyklen, wobei der Hauptzyklus in einem System bei 50 Hz etwa 3,3 ms beträgt. So auch bei der eingangs genannten BBC-Druckschrift. Dort wird ebenfalls eine vorzeichenlose Strommessung eingesetzt und beide (gegenparallele) Thyristorbrücken von nur einer Analogspannung angesteuert. Zur Beschleunigung des Umsteuer-Vorganges und zur Verkürzung der stromlosen Pause wird eine EMK-proportionale Vorsteuerung (hinter dem Stromregler) eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die ein Auftreten der stromlosen Pause weitmöglichst verhindern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einer Vorrichtung wird diese Aufgabe gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 3 gelöst.

Während in dem unkritischen Bereich, in dem der Laststrom nicht nahe Null ist, jeweils eine der beiden Thyristorbrücken allein arbeitet, wird in dem Bereich nahe Null eine oszillierende Arbeitsweise gewählt. Ein Vorteil besteht darin, daß eine Übergangsphase pausenlos ist. Unmittelbar im ersten möglichen Moment leitet die zweite Thyristorbrücke, das bedeutet 3,3 ms nach dem vorangehenden Strompuls mit anderem Vorzeichen. Damit treten die oben erwähnten Nachteile (unkontrolliertes Arbeiten, schlechte Starteigenschaften) nicht auf.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Verfahrens-Erfindung besteht darin, daß die die Thyristorbrücken steuernde Analogspannung zwei Minimalwerte entgegengesetzten Vorzeichens aufweist, die nur unterschritten werden, wenn der Laststrom zu Null wird (Anspruch 2).

Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß das Risiko eines Kurzschlußverhaltens eliminiert wird. Dieses Risiko tritt sonst im System in dem Moment auf, in dem die Thyristorbrücken geschaltet werden, da der Strom in die Schaltung eintritt. Durch die Minimalwert-Grenzen werden die Thyristorbrücken stattdessen genau in dem Moment geschaltet, in dem der Strompuls endet und keine Gefahr mehr besteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Anspruch 3) zeichnet sich dadurch aus, daß eine Speichereinrichtung vorgesehen ist, der ein das Vorhandensein von Strom anzeigender Stromanzeigewert V_I und das Ausgangssignal des Verstäärkers zugeführt wird, und dessen Ausgangssignal einem Komparator als Oszillationsschalter zugeführt wird, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal und dem Stromsollwert den Verstärker oszillierend/nicht oszillierend steuert. Diese Steuerung erfolgt durch drei Signale a, b und c.

Als Eingangssignale werden dem Verstärker also ein Signal c von der Begrenzungsschaltung, ein Signal b, das von einem Steuerverstärker kommt, in dem Stromist- und Stromsollwert subtrahiert werden, sowie drittens ein Signal a zugeführt, das einem Komparatorausgang entnommen wird. Dieses Komparatorausgangssignal wird ermittelt aus dem Stromsollwert V₀ und dem Ausgangssignal e der Speichereinrichtung. Ihr Verhalten wird von dem Stromanzeigewert und dem Ausgangssignal des Verstärkerschaltkreises - wie erwähnt - bestimmt. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine verzögerungsfreie Schaltung der Thyristoren erreicht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Form wesentliche Elemente des Leistungsteils des statischen Wandlers,

Fig. 2 die charakteristischen Kurven des Steuersatzes aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Stromsteuer- und -regeleinrichtung aus Fig. 1,

Fig. 4 eine detailliertere Darstellung der Fig. 3,

Fig. 5 die Spannungssignale an verschiedenen Punkten der betrachteten Schaltung bei einem vorgegebenen Arbeitszustand,

Fig. 6 das Stromsignal der Vorrichtung gemäß der US-PS 37 13 012 in Abhängigkeit von der Zeit und

Fig. 7 das Stromsignal der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 1 zeigt wesentliche Elemente des Leistungsteils des Stromrichters. Dem Leistungsteil sind eine Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26 sowie eine Zündeinrichtung bzw. ein Steuersatz 27 zugeordnet. Der Leistungsteil weist zwei Thyristorbrücken 13 und 14 auf. Zur ersten Thyristorbrücke 13 gehören Thyristoren 1 bis 6, zur zweiten Thyristorbrücke 14 Thyristoren 7 bis 12. Der Leistungsteil weist ferner eine Stromerfassung mit Stromwandlern 17 bis 19, Dioden 20 bis 22 und einem Wiederstand 24 auf. Der Stromistwert der Stromerfassung wird durch einen Anschluß 23 erhalten, während ein weiterer Anschluß 25 geerdet ist. Außerdem besitzt der Leistungsteil einen Gleichstrommotor 15 mit einer Erregerwicklung 16. Die Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26 sowie der Steuersatz 27 werden in Fig. 1 lediglich als Blockschaltbilder dargestellt, um die Figur übersichtlicher zu halten.

Fig. 2 zeigt charakteristische Kurven des Steuersatzes 27. Generell arbeitet die Thyristorbrücke 13 bei positiven, die Thyristorbrücke 14 bei negativen Spannungen. Der Steuersatz arbeitet winkellinear, so daß einer Eingangsspannung von 0 Volt ein Steuerwinkel von 0° und eine Eingangsspannung von +10 Volt einem Steuerwinkel von 180° der Thyristorbrücke 13 entspricht. Analog dazu entsprechen 0 Volt einem Steuerwinkel von 0° und -10 Volt einem Steuerwinkel von 180° der Thyristorbrücke 14.

Die X-Achse der Fig. 2 repräsentiert die Eingangsspannung und entspricht dem Signal "L" gemäß Fig. 1. Dieses Signal ist zugleich die normale Ausgangsspannung der Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26, die innerhalb von +10 Volt und -10 Volt variieren kann.

Die Y-Achse gibt die Ausgangsspannung der Thyristorbrücken 13 und 14 wieder, welche gemäß Fig. 1 den Anschlüssen des Motors 15 zugeführt wird.

Die Kurve 28 zeigt die Spannung der Thyristorbrücke 13 und analog die Kurve 29 die der Thyristorbrücke 14. Diese beiden Kurven werden - wie noch erläutert wird - aus einer gestrichelten Kurve 30 erhalten, die die Ausgangsspannung eines Stromreglers SV (vgl. Fig. 4) darstellt.

Die Spannung 34 ist die größte mögliche positive Spannung, die durch die Thyristorbrücken geliefert wird. Die Spannung 35 ist die äquivalente negative Spannung von größtem Wert. Eingangsspannung 31 ist die niedrigstmögliche Steuerspannung, bei der die Thyristorbrücke 13 im Leitfähigkeitszustand noch ohne Schwierigkeiten arbeitet. Diese Eingangsspannung 31 wird hier auch als positive Minimumgrenze bezeichnet; sie entspricht üblicherweise bei Thyristoren einem Steuerwinkel von 30°. Die Eingangsspannung 32 ist die äquivalente niedrigstmögliche Spannung bzw. deren absoluter Wert für die Thyristorbrücke 14. Dieser Wert der Eingangsspannung wird auch als negative Minimumgrenze bezeichnet und liegt üblicherweise bei 5% des Nominalwertes, in diesem Falle (bei ±10 Volt Nom) bei ±0,5 Volt.

Fig. 3 zeigt in allgemeiner Form das in Fig. 4 detaillierter dargestellte Schaltbild der Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26.

Die oszillierende Arbeitsweise ist dann aktiv, wenn ein Stromsollwert V₀ kleiner ist als das Ausgangssignal eines Speichers M. Die oszillierende Arbeitsweise ist nur dann gegeben, wenn der Stromsollwert V₀ sich nahe bei Null befindet (im Beispiel unter 5% des Nominalwertes). Der Stromsollwert wird durch eine Spannung gegeben, die von +10 Volt bis -10 Volt geregelt wird. Dann ist die oszillierende Arbeitsweise aktiv, wenn V₀ zwischen +0,5 Volt und -0,5 Volt liegt.

Das Oszillieren geschieht folgendermaßen: Angenommen, anfangs sei die Ausgangsspannung eines Verstärkers YV negativ und es fließe kein Strom. Dann ist ein Schaltkreis KY3 in seinem nichtleitenden Zustand und der Speicher M behält seinen früheren Zustand. Da das Ausgangssignal des Verstärkers YV negativ ist, ist der Ausgang eines Komparators K1 positiv. Demzufolge ist auch der Ausgang des Speichers M positiv. Die Spannnung d wartet zu dieser Zeit ab, da kein Strom fließt. Tritt ein Stromimpuls 42 auf, wird der Schaltkreis KY3 geschlossen, und da d negativ ist, wird auch der Speicher M negativ angesteuert, und der Ausgang von M geht auf einen negativen Wert. Ebenso geht auch der Ausgang von K1 auf einen negativen Wert. Dies geschieht, wenn der Absolutwert von V₀ klein genug ist. Falls der Absolutwert von V₀ größer ist als der Ausgangswert von M, bestimmt V₀ allein den Zustand von K1. Der negative Wert von K1 versucht, die Spannung d auf einen positiven Wert zu bringen. Dies geschieht jedoch nicht, da bei positivem Strom die negative Minimumgrenze von K2 aktiv wird, ausgewählt durch einen Schaltkreis KY2 und zugelassen durch KY1. So geht d auf einen negativen Minimumwert 32. Nach Nullwerden des Stromes öffnet KY1, d geht auf einen positiven Wert, so daß ein negativer Stromimpuls von der anderen Thyristorbrücke kommt. Der Speicher M ändert dennoch seinen Zustand nicht, da KY3 nach Stromnullwerden geöffnet ist. Nun ist die Steuer- und Regeleinrichtung in einem Zustand, daß beim nächsten Schritt der vorbeschriebene Prozeß aus der anderen Richtung geschieht, d. h. daß die Ausgangsspannung des Verstärkerschaltkreises YV positiv ist und kein Strom fließt. So setzt sich die Oszillation fort, und die Thyristorbrücken öffnen abwechselnd.

Die Einzelheiten sind in Fig. 4 besser zu erkennen.

Der Stromsteuer- und -Regeleinrichtung werden ein Stromsollwert V₀ und ein Stromistwert V zugeführt. Der Stromistwert V wird aus dem von der Stromerfassung übermittelten Wert abgeleitet. Aus Fig. 1 geht bereits hervor, daß der Strom mittels der Dioden 20 bis 22 so geformt wird, daß der deren Stromistwerten proportionale Spannungswert an dem Widerstand 24 anliegt.

Wie auch im Stand der Technik wird der Dreiphasenwechselstrom an den Punkten R, S und T der Fig. 1 in Eingängen der Thyristorbrücken 13 (mit den Thyristoren 1 bis 6) und 14 (mit den Thyristoren 7 bis 12) zugeführt. Die Stromwandler 17 bis 19 sind jeweils mit einer Phase verbunden. Der Ausgang der Stromwandler 17 bis 19 wird über die Dioden 20 bis 22 und den Widerstand 24 geführt.

Durch die Dioden wird stets eine Spannung gleichen Vorzeichens geliefert, der Stromistwert V wäre daher stets positiv. Er wird jedoch durch einen Polaritätswender (der nicht dargestellt ist) umgeformt, der diese stets gleiche Spannung in eine positive oder negative Spannung in Abhängigkeit von der gerade ausgewählten Thyristorbrücke 13 bzw. 14 umwandelt.

Dieser so umgewandelte Stromistwert, dessen Vorzeichen von der gerade arbeitenden Thyristorbrücke abhängt, wird einem Stromregler SV in der Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26 zugeführt. Kern des Stromreglers SV ist ein Operationsverstärker OP1.

Aus dem Stromistwert V wird noch ein Stromanzeigewert V_I gebildet angibt, ob der Stromistwert V gleich Null ist oder nicht. Die Formung dieses Stromanzeigewertes V_I ist hier nicht dargestellt.

Die Ausgangsspannung des Stromreglers SV, also die Kurve 30 aus der Fig. 2 bzw. die an Punkt b anliegende Spannung kann nur um +5 oder -5 Volt verschoben werden. Dies wird möglich mit Hilfe eines Niveauoffset-Verstärkers OP2, der in dem Verstärker YV vorgesehen ist.

Durch diese Verschiebung ergibt sich aus der Kurve 30 entweder die Kurve 28 oder die Kurve 29 in Fig. 2. Welche Niveauversetzung vorgenommen wird, wird gesteuert durch den Arbeitsverstärker OP3 (weiter unten näher beschrieben). Beim Betrieb bedeutet eine Änderung der Verschiebung exakt einen 10-Volt-Spannungssprung, beispielsweise eine Versetzung von Punkt A der Kurve 28 in Fig. 2 zu Punkt B der Kurve 29. Dieser Sprung von A nach B tritt auf, wenn die Drehzahl des Motors 15 gerade durch die Spannung 33 repräsentiert wird. Wenn diese Drehzahl dagegen Null ist, erfolgt der korrespondierende Sprung von Punkt C zu Punkt D. Es hängt von der jeweiligen Drehzahl ab, auf welchem Niveau der Sprung stattfindet. Der Niveausprung selbst mit Hilfe des Verstärkers OP2 wird in allgemein bekannter Weise verwirklicht, und zwar durch Verwendung von Arbeitsverstärkern. Gesteuert wird die Versetzung durch den Verstärker OP3 (s. unten).

Die Ausgangsspannung des Verstärkers OP2, also das Signal d, wird nun einer weiteren Schaltung KY2 zugeführt, die zwei Brückenauswahlverstärker OP5 und OP6 aufweist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers OP2, also das Signal d, wird nun einer weiteren Schaltung KY2 zugeführt, die zwei Brückenauswahlverstärker OP5 und OP6 aufweist. Ist die Ausgangsspannung des Verstärkers OP2, also das Signal d, positiv, so liefert der Verstärker OP5 eine negative Ausgangsspannung, der Verstärker OP6 wiederum eine positive. Beide Verstärker OP5 und OP6 sind Komparatoren, sie arbeiten stets bis zu ihrem Sättigungswert um ±12 Volt. Sie folgen daher stets der Ausgangsspannung des Verstärkers OP2. Ihre Ausgangsspannungen werden für die Schaltung zweier Spannungsbegrenzer K2, K3 verwendet.

Die Spannungsbegrenzer K2, K3 besitzen jeweils einen Operationsverstärker OP7 bzw. OP8. Durch sie werden die obengenannten Minimumgrenzen der Steuerspannung für den Steuersatz 27 festgelegt. Die Größe wird dabei durch Widerstände R18, R19, R20 und R21 bestimmt. Diese Minimumspannungsgrenzen entsprechen dem 30°-Steuerwinkel der Thyristorbrücken.

Sie haben dabei zwei Funktionen. Zum einen sorgen sie für eine ordnungsgemäße Arbeitsweise der Thyristorbrücken. Auf der anderen Seite werden sie eingesetzt, um eine Schaltung der Thyristorbrücken 13, 14 zu verhindern solange Strom fließt und es zu Kurzschlußschaltungen kommen könnte. Im Vorgriff auf die Beschreibung von Fig. 5 sei darauf hingewiesen, daß dort die Minimumspannungsgrenzen mit den Bezugszeichen 31 und 32 versehen sind.

Der Schaltkreis KY2 weist außerdem zwei Feldeffekttransistoren F2 und F3 auf, die auswählen, welche der beiden Minimumgrenzen gelten soll. Dies hängt von den Ausgangssignalen der Operationsverstärker OP5 und OP6, abhängig davon, welche der beiden Thyristorbrücken 13 bzw. 14 eingeschaltet worden ist.

Ist beispielsweise die Ausgangsspannung des Verstärkers OP5 positiv, also d negativ, so liegt das Gitter des Feldeffekttransistors F2 über eine Diode D6 an Nullpotential über einen Widerstand R17. Demzufolge wird der Feldeffekttransistor F2 leitfähig. Im gleichen Zustand ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP6 negativ und analog dazu liegt das Gitter des Feldeffekttransistors F3 an einer Spannung von -12 Volt über eine Diode D9. In diesem Zustand ist der Feldeffekttransistor F3 nicht leitend. Somit gilt in diesem Moment die negative Minimumspannungsgrenze 32, welche zugleich die Thyristorbrücke 14 rrepräsentiert, die allein bei einer negativen Ausgangsspannung 38 leitet.

Ein weiterer Feldeffekttransistor F1 ist vorgesehen, der in Abhängigkeit davon, ob ein Strom vorliegt oder Nullstromzustand herrscht, diese Minimumspannungsgrenze 31 bzw. 32 der Schaltungen K2 bzw. K3 wirksam oder unwirksam macht. Liegt Strom vor und ist damit auch das Stromanzeigesignal V_I positiv, so hält der Feldeffekttransistor F1 die Minimumspannungsgrenze aufrecht, sie bleibt also wirksam. Endet jedoch der Stromimpuls und V_I wird negativ, so wird die Wirksamkeit der Minimumspannungsgrenze durch den Feldeffekttransistor F1 sofort gelöscht. Dadurch kann dann die Umschaltung der Thyristorbrücken 13/14 ohne Pause weitergehen.

Ein weiteres Element der in Fig. 4 dargestellten Schaltung ist der Speicher M, dem zusätzlich der Schaltkreis KY3 vorgeschaltet ist.

Der Speicher M enthält einen Operationsverstärker OP4.

Die Aufgabe des OP3 in Komparator K1 besteht darin, die Thyristorbrücken in Abhängigkeit von einem Signal "e" zu schalten, wenn der Stromsollwert V₀ klein ist. Ist diese Situation gegeben, so arbeitet das ganze System in einer oszillierenden Arbeitsweise. Diese ist das wesentliche Lösungsmerkmal der vorliegenden Erfindung.

Diese oszillierende Arbeitsweise liegt nur vor, wenn der Laststrom nahe Null ist. Ist dies nicht der Fall, arbeiten die Brückenhälften nicht oszillierend. Diese zweite oder andere Arbeitsweise ist über den größeren Teil der Zeit in Wirkung und für die Zuverlässigkeit und Funktionstüchtigkeit des Systems nicht so kritisch wie die oszillierende Arbeitsweise.

Bei dieser nichtoszillierenden Arbeitsweise ist der absolute Wert von V₀ größer als die Ausgangsspannung "e" des Speicherschaltkreises M. Der Stromsollwert V₀ ist in diesem Falle hoch genug, d. h. weit genug vom Nullstromzustand entfernt. Da V₀ größer als "e" ist, bestimmt V₀ allein die Schaltung der Thyristorbrücken 13, 14. Der Betrieb erfolgt in diesem Falle jeweils nur mit einer Thyristorbrücke. Liegt der Arbeitspunkt auf der positiven Seite, wird die Thyristorbrücke 13 eingeschaltet, bis der Arbeitspunkt sich dem Nullstromzustand annähert.

Bei einem vorgegebenen Wert von V₀ schaltet schließlich das System von dieser zu der oszillierenden Arbeitsweise um, in der beide Thyristorbrücken 13, 14 sich abwechseln, und zwar synchron mit der Hauptfrequenz.

Wird der Arbeitspunkt aus dem Nullstromzustand weiter in negativer Richtung verschoben, so kehrt das System nach Überschreiten eines anderen vorgegebenen Wertes von V₀ wieder zur normalen Arbeitsweise zurück, wobei nun jedoch nur noch die Thyristorbrücke 14 eingeschaltet bleibt.

In der umgekehrten Richtung, also vom negativen Zustand zum positiven, wird bei Überschreiten der gleichen vorgegebenen Werte von V₀ umgekehrt verfahren.

Der Komparator K1, dessen wesentlicher Bestandteil der Operationsverstärker OP3 ist, sowie der Speicherschaltkreis M dienen dazu, die oszillierende Arbeitsweise zu steuern.

Wie bereits erwähnt, wird dabei durch den Operationsverstärker OP3 die Entscheidung betreffend das Schalten getroffen, und zwar in Abhängigkeit von der Größe des Stromsollwertes V₀. Zwei Widerstände R7 und R8 bestimmen die Spannung am Pluseingang des Operationsverstärkers OP3 bei Stromsollwerten, die niedriger liegen als die, bei denen eine kontinuierliche, nichtoszillierende Thyristorbrücken-Arbeitsweise fortgesetzt wird.

Der Operationsverstärker OP4 im Speicher M dient als eigentlicher Speicher während des Umschaltens. Wenn auf die andere Thyristorbrücke umgeschaltet wird, gibt der Teil OP4 an, welche Thyristorbrücke zuletzt in Funktion war bzw. leitete, und ändert seinen Zustand nicht, bis der Stromanzeigewert V_I eine Information über das Vorhandensein von Strom liefert. Dadurch wird sichergestellt, daß die Brückenumschaltung korrekt durchgeführt wird.

Der Operationsverstärker OP4 ändert seinen Zustand deshalb nicht vorher, weil ein Feldeffekttransistor F4 in KY3 nicht leitet, solange kein Strom fließt und damit das Stromanzeigesignal V_I negativ ist. Nur dann, wenn ein Strom fließt, öffnet der Feldeffekttransistor F4 über eine Diode D5. Dadurch wird eine Verbindung vom Operationsverstärker OP5 im Schaltkreis KY2 über den geöffneten Feldeffekttransistor F4 zum Operationsverstärker OP4 im Speicher M geschaffen, die es ermöglicht festzustellen, welche Thyristorbrücke nun eingeschaltet worden ist. Durch den Feldeffekttransistor F4 wechselt der Operationsverstärker OP4 als Speicher seinen Zustand und gibt die neue Thyristorbrücke an.

Fig. 5 zeigt die Ausgangsspannungen an verschiedenen Punkten der beispielhaften Schaltung, wobei sich diese in einem vorgegebenen Arbeitszustand befindet. Die oberste Funktion V ist der Stromistwert. Dabei ergeben sich in Abhängigkeit von der Zeit Stromimpulse mit wechselnden Vorzeichen. Zwischen den Stromimpulsen liegt eine Pasue, so daß der Stromimpulse und die Pause zusammen eine Zeitspanne von 3,3 ms betragen. Da die Stromimpulse 42, 43 wechselndes Vorzeichen aufweisen, handelt es sich um die oszillierende Arbeitsweise.

Die dritte Funktion ist das Stromanzeigesignal V_I, das stets auf einem Niveau 41 bleibt, außer bei Vorhandensein eines Stromimpulses 42 oder 43 beim Stromistwert. In diesem Falle wechselt es jeweils auf das Niveau 40.

Die zweite Funktion "d" ist die Ausgangsspannung des Verstärkers YV. Sie ist zugleich die Ausgangsspannung L der gesamten Stromsteuer- und -regeleinrichtung 26. Zu einem gewählten Anfangszeitpunkt weist die Spannung "d" einen Spannungswert 38 auf, der in diesem Beispiel eine Spannung von -5 Volt sei.

Es tritt nunmehr ein Strom auf, in diesem Falle der erste positive Stromimpuls 42. Die Schaltung versucht nunmehr, die andere Thyristorbrücke einzuschalten, was bedeutet, daß "d" in Richtung auf eine positive Spannung läuft. Da der Stromimpuls 42 jedoch zu diesem Zeitpunkt noch andauert, ist die minimale Spannungsgrenze 32 wirksam. Sie besitzt in diesem Falle einen Wert von -1,5 Volt. Der Wert "d" wird daher nicht Null oder positiv, sondern verbleibt auf dieser negativen Minimumspannungsgrenze 32.

Ist der Stromimpuls 42 beendet, der Stromimpulswert also Null und damit des Stromanzeigesignal V_I vom Niveau 40 auf das Niveau 41 gewechselt, so wird durch den Feldeffekttransistor F1 (s. oben) die Wirkung der Minimumspannungsgrenze 32 aufgehoben, nämlich die Spannungsbegrenzer K2, K3 mit den Operationsverstärkern OP7 und OP8 deaktiviert. Damit wird jetzt der gesamte Spannungssprung von 10 Volt bis zum Spannungsniveau 39 vervollständigt, das eine Spannung von +5 Volt repräsentiert.

Zu dem Zeitpunkt, als der Stromimpuls 42 begann, veränderte der Speicher M mit dem Operationsverstärker OP4 gleichzeitig seinen Zustand, da das Stromanzeigesignal V_I den Feldeffekttransistor F4 leitend gemacht hatte. Die Ausgangsspannung "e" des Speichers M, die in der vierten Graphik in Fig. 5 dargestellt ist, wechselte daher im gleichen Moment vom Niveau 40 auf das Niveau 41. Die Beendigung des Stromimpulses 42 hat jedoch keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung "e" des Speichers M. Dieser bleibt vielmehr in seinem Zustand, bis der nächste Stromimpuls 43 eintritt.

Setzt der neue Stromimpuls 43 nach 3,3 ms ein, so springt die Ausgangsspannung "d" vom Niveau 39 in Richtung zum negativen Bereich. Sie bleibt jedoch bei der positiven Minimumspannungsgrenze 31 für die Dauer des Stromimpulses 43. Die positive Minimumspannungsgrenze 31 liegt bei +1,5 Volt. Es gelten jetzt die gleichen Überlegungen wie vorstehend für den Stromimpuls 42 hinsichtlich der anderen Funktionen, nur in jeweils umgekehrter Richtung.

Endet der Stromimpuls 43 und wird der Stromistwert V erneut Null, so springt "d" auf das Spannungsniveau 38, welches -5 Volt beträgt und das bereits vor dem Stromimpuls 42 galt.

Die Minimumspannungsgrenzen verhindert Kurzschlüsse im Augenblick des Thyristorbrückenwechsels. Würde die Spannung "d" direkt von +5 Volt auf -5 Volt springen, also vom Niveau 39 auf das Niveau 38, so könnte dies zu Stromkurzschlüssen führen.

Die beiden unteren mit OP5 und OP6 gekennzeichneten Funktionen zeigen die Ausgangsspannungen an den Operationsverstärkern OP5 und OP6 in dem zu der jeweiligen Zeit geltenden Zustand.

Alle Funktionen zeigen die gleiche Zeitabhängigkeit in der oszillierenden Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die Stromkurve einer Schaltung gemäß dem Stand der Technik, wie er in der US-PS 37 13 012 angegeben ist, ist in Fig. 6 dargestellt. Deutlich ist eine Lücke zu erkennen, wenn der Strom seinen Nullwert annimmt. Außerdem ist eine lange Anfangs- oder Anlaufphase nach der mit dem Nullwert verbundenen Pause vorgesehen, durch die versucht wird, eine Kontinuität gegenüber der ursprünglichen Kurve 36 zu erzielen.

Die Stromkurve nach Fig. 7 entspricht der vorliegenden Erfindung und zeigt diese Lücke nicht.

Es sei angemerkt, daß diese beiden Kurven Mittelwerte wiedergeben und aus Stromimpulsen zusammengesetzt sind, die im aufsteigenden oder absteigenden fortschreitenden Rhythmus auftreten.

Beim Übergang von der oszillierenden zu der nicht oszillierenden Arbeitsweise in den Beispielen der Erfindung wird zunächst der oszillierende Zustand asymmetrisch, indem beispielsweise die positiven Stromimpulse größer als die negativen werden. Danach folgt der zweite (oder andere) Zustand, in dem nur eine Thyristorbrücke arbeitet, in diesem Falle die positive.

Claims (4)

1. Verfahren zum Ansteuern gegenparalleler Stromrichter, bestehend aus zwei Thyristorbrücken, die eine Gleichstrommaschine speisen, wobei

• - beide Thyristorbrücken (13, 14) von nur einem Analogsignal (L; X; d) angesteuert werden,
• - bei positivem Analogsignal (L; X; d) die erste Thyristorbrücke (13) und bei negativem Analogsignal (L; X; d) die zweite Thyristorbrücke (14) leitet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - bei einem Laststrom nahe Null beide Thyristorbrücken (13, 14) in eine oszillierende Arbeitsweise übergehen, in der sie (13, 14) sich abwechseln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Thyristorbrücken (13, 14) steuernde Analogspannung (L; X; d) zwei Minimalwerte (31, 32) entgegengesetzten Vorzeichens aufweist, die nur unterschritten werden, wenn die Latstrom zu Null wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, mit einer Stromsteuer- und regeleinrichtung, gekennzeichnet durch

• - einen Stromerzeuger (SV), an dessen Eingang der Stromsollwert (V₀) und der Stromistwert (V) anliegen, und der ein Ausgangssignal (b) abgibt;
• - einen Verstärker (YV), an dessen eingang das Stromregler-Ausgangssignal (b) anliegt, und der ein Ausgangssignal (L; X; d) abgibt,
• - eine Speichereinrichtung (M, KY3), an deren Eingang ein das Vorhandensein vom Strom anzeigendes Signal (V_I) und das Asuagngssignal (L; X; d) des Verstärkers (YV) anliegt und die ein Ausgangssignal (e) abgibt,
• - einen Komparator (K1) als Oszillationsschalter, an dessen Eingang das Ausgangssignal (e) der Speichereinrichtung (M, KY3) sowie der Stromsollwert (V₀) anliegen, und dessen Ausgangssignal (a), abhängig von den Eingangssignalen (V₀, e), den Verstärker (YV) oszillierend/nicht oszillierend steuert,
• - eine Signalbegrenzungseinrichtung (KY2, K2, K3), die das Ausgangssignal des Verstärkers (YV) begrenzt und dieses als Analogsignal (L; X; d) dem Steuersatz (27) für die Thyristoren (1-12) zuführt.