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Thyristor-Gleichstromsteller für mit einem Hauptthyristor seriegeschaltete Verbraucher, insbesondere für die
Wirbelstrombremse von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft einen Thyristor-Gleichstromsteller für mit einem Hauptthyristor seriegeschaltete Verbraucher, insbesondere für die Wirbelstrombremse von Kraftfahrzeugen, mit einem
Löschkreis, welcher einen Löschthyristor und einen Löschkondensator enthält, und mit je einem transistorisierten Kippimpulsgeber zum Ansteuern des Hauptthyristors bzw. des Löschthyristors.
In der brit. Patentschrift Nr. 1, 010, 807 ist ein derartiger Gleichstromsteller mit zwei Impulsgebern beschrieben, von denen der eine, welcher die Einschaltung des Löschthyristors bewirkt, mit einer festen Frequenz von z. B. 5 kHz schwingt und der andere Impulsgeber, gesteuert von einem Spannungsregelkreis, nach Einschalten des erstgenannten Impulsgebers früher oder später einen Impuls zum Einschalten des Hauptthyristors abgibt ; bei dieser Schaltung besteht jedoch die Gefahr, dass beide Impulsgeber fast gleichzeitig oder sogar gleichzeitig einen Impuls abgeben, wobei dann die Aufladung des Löschkondensators und damit die Kommutierung des Gleichstromstellers nicht mehr gewährleistet sind.
Soll nun bei der bekannten Einrichtung dieser Nachteil mit Sicherheit vermieden werden, dann kann das Tastverhältnis der Impulse nur in bestimmten, engen Grenzen verändert und dadurch nur ein kleiner Stellbereich erhalten werden.
Weiters ist es aus der brit. Patentschrift Nr. 1, 038, 374 bekannt, einen Gleichstrommotor dadurch zu bremsen, dass man in einem Parallelkreis zu ihm einen Thyristor in Serie mit einem Bremswiderstand schaltet, und dass man am Ende des Bremsvorganges diesen Thyristor über einen Löschthyristor und einen Löschkondensator wieder sperrt. Mit dieser Schaltung wird also die Bremsung eines Gleichstrommotors ermöglicht. Für die anders gelagerten Verhältnisse bei einer sogenannten Wirbelstrombremse, wie sie hauptsächlich in Omnibussen und Lastkraftwagen verwendet werden, konnte diese Patentschrift jedoch keine Hinweise geben.
Es soll nun ein Thyristor-Gleichstromsteller geschaffen werden, welcher bei sicherer Kommutierung einen grossen Stellbereich des Tastverhältnisses ermöglicht und besonders für die Steuerung von Wirbelstrombremsen geeignet ist.
Nach der Erfindung wird dies bei Gleichstromstellern der eingangs beschriebenen Bauart dadurch erreicht, dass beide Kippimpulsgeber, deren Ladekondensatoren zur gegensinnigen Ladestromvorgabe mit einem gemeinsamen Stellglied verbunden sind, mit ihren Steuereingängen an der Anode des einen der beiden Thyristoren angeschlossen sind, deren dort anliegender Spannungswert als gegensinnige Steuergrösse der Kippimpulsgeber dient. Hiedurch wird eine solche gegensinnige Verriegelung der beiden Impulsgeber bewirkt, dass immer nur einer derselben einen Impuls abgeben kann ; weiters wird durch das gemeinsame Stellglied erreicht, dass der Stellbereich voll ausgefahren werden kann, ohne die Kommutierung zu gefährden, da nämlich und nicht nur einer von ihnen, wie in der Anordnung nach der erstgenannten brit. Patentschrift.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Thyristor-Gleichstromstellers sind die Steuereingänge der Kippimpulsgeber je über ein Schwellwertglied an der Verbindungsleitung zwischen
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Hauptthyristor und Verbraucher angeschlossen. Weiters wird zweckmässig der an der Verbindungsleitung zwischen Hauptthyristor und Verbraucher abgegriffene Spannungswert dem einen Kippimpulsgeber über eine umkehrstufe zugeführt. Als gemeinsames Stellglied zur gegensinnigen Verstellung der Ladeströme wird vorteilhafter Weise ein Stellpotentiometer verwendet.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Thyristor-Gleichstromstellers zur Steuerung der Wirbelstrombremse von Kraftfahrzeugen veranschaulicht. Es zeigen Fig. l die vollständige Schaltung eines solchen Thyristor-Gleichstromstellers, Fig. 2 bis 4 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Gleichstromstellers und schliesslich Fig. 5 eine Variante der Schaltung nach Fig. 1.
Bei der in Fig. l dargestellten Anordnung hat die vorhandene Wirbelstrombremse des Kraftfahrzeuges eine Magnetwicklung-10--. Fliesst nun durch diese Magnetwicklung --10-- ein starker Strom, dann wird das Kraftfahrzeug stark gebremst ; bei Aufnahme eines schwachen Stromes dagegen wird auch nur schwach gebremst. Der Strom-i-durch die Magnetwicklung --10-- wird von einem Bremspedal --11-- als Stellglied gesteuert. Als Gleichstromquelle dient eine Batterie --12-- von 24 V Spannung.
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wieder sperrt, wenn seine Anode negativer wird als seine Kathode ; zum Sperren dieses Thyristors --13-- dient ein zweiter Thyristor --14-- und ein Kondensator--15--.
Zum Liefern der Zündimpulse für den ersten Thyristor --13-- dient ein erster Impulsgeber --16--, und zum Liefern der Zündimpulse für den zweiten Thyristor --14-- dient ein zweiter
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Spannung zwischen-Bl und Ein--einen festgelegten Wert, so wird die Strecke-Bl bis Em- leitend, wie das dem Fachmann geläufig ist.
Zum Steuern der beiden Impulsgeber--16 und 17-dient ein Potentiometer --22-- von 10 kOhm mit zwei Anschlüssen --F und D-und einem Abgriff --23-- mit einem Anschluss --E--. Der Abgriff--23-ist so mit dem Bremspedal --11-- gekuppelt, dass er sich bei stärkerem Bremsen in Richtung vom Anschluss Anschluss-F-verschiebt, wobei der Strom-i-durch den ersten Thyristor --13-- stetig zunimmt, wie das in den Fig. 2 bis 4 graphisch dargestellt ist.
Im einzelnen ist die Schaltanordnung wie folgt aufgebaut : Die Plusklemme der Batterie-12-
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als Freilaufdiode dient und deren Anode an einem Verbindungspunkt --30-- mit dem andern Anschluss der Magnetwicklung --10-- und über die Primärwicklung --27-- eines Übertragers - mit der Anode des Thyristors --13-- verbunden ist, dessen Kathode, ebenso wie die
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--12-- angeschlossenenMinusleitung --29-- verbunden ist.
Zwischen den Anoden der Thyristoren --13 und 14-liegt der Kondensator --15-- von 100 F; die Anode des Thyristors --14-- ist mit der Kathode einer Diode --32-- verbunden, deren Anode über die Sekundärwicklung --33-- des Übertragers --28-- mit der Minusleitung --29-- in Verbindung steht.
Das Relais --24-- ist mit einem Anschluss mit dem Pluspol der Batterie --12-- und mit dem andern Anschluss über einen vom Bremspedal --11-- betätigten Kontakt --34-- mit der Minusleitung--29--verbunden, mit der auch über einen Widerstand --35-- von 200 # und einen vom Bremspedal --11-- betätigten Kontakt --36-- die Anode des Thyristors --14-- in Verbindung steht.
Die Kontakte-34 und 36-sind so ausgebildet, dass beim Bremsen (Niedertreten des Bremspedals-11--) zuerst der Kontakt --34-- geschlossen und dadurch über das Relais-24auch der Kontakt --25-- geschlossen wird, und dass erst dann bei weiterem Bremsen der Kontakt - 36-geöffnet wird.
Die Impulsgeber--16 und 17-- sind in untereinander gleicher Weise aufgebaut. Die erste Basis --Bl-des Transistors-18-ist direkt mit der Steuerelektrode des Thyristors --13-- und über einen Widerstand --37-- von 20 n mit der Minusleitung --29-- verbunden. Seine zweite Basis - zist über einen Widerstand --38-- von 100 n mit der Kathode einer Zenerdiode-39-
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verbunden, die ihrerseits über einen Widerstand --40-- mit der Kathode der Freilaufdiode-26-- verbunden ist, während die Anode der Zenerdiode --39-- an die Minusleitung-29-angeschlossen ist.
Wie ersichtlich, liegt bei geschlossenem Kontakt --25-- eine konstante Spannung an der Zenerdiode-39--, wie in Fig. l eingezeichnet, mit einer Schleusenspannung von 8 V. Diese
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mit der Minusleitung --29-- und über einen Widerstand --44-- von 200 # mit dem Anschluss - F-des Potentiometers-22-verbunden, dessen Anschluss-E-mit der Kathode der Zenerdiode --39-- und dessen Anschluss-D-über einen Widerstand --45-- von 2,7 k# mit dem Emitter --Em-- des Transistors --19-- verbunden ist. Wie ersichtlich, ist der Widerstand - über zehnmal grösser als der Widerstand--44-- ; diese Bemessung hat sich als günstig erwiesen.
Die erste Basis --B1-- des Transistors --19-- ist direkt mit der Steuerelektrode des Thyristors --14-- und über einen Widerstand --46-- von 20# mit der Minusleitung-29-verbunden. Seine zweite Basis --B2-- ist über einen Widerstand --47-- von 100 # mit dem Anschluss-E-verbunden, und zwischen seinem Emitter-Em-und der Minusleitung-29-liegt ein Kondensator --48-- von 1,5 F.
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an den Emitter des Transistors --19-- und mit seinem Emitter an die Minusleitung-29-angeschlossen ; seine Basis ist mit der Anode einer Zenerdiode --54-- und über einen Widerstand - von 25 k# mit der Minusleitung --29-- verbunden.
Die Kathode der Zenerdiode-54ist über einen Widerstand --56-- von 25 ka mit dem Punkt --30-- verbunden.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. l arbeitet wie folgt : Es sei zunächst angenommen, dass sich das Potentiometer --22-- in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befinde. Beim Niedertreten des Bremspedals --11-- wird zunächst der Kontakt --34-- und über ihn und das Relais --24-- der Kontakt --25-- geschlossen. Dadurch kann über die Wicklung-10-, die Primärwicklung --27--, den Kondensator--15--, den Widerstand--35--und den Kontakt--36--ein Strom fliessen, der den Kondensator --15-- so auflädt, dass seine linke Elektrode positiver ist als seine rechte Elektrode.
Gleichzeitig fliesst vom Punkt --30-- über den Widerstand-56--, die Zenerdiode-54und den Widerstand --55-- ein Strom zur Minusleitung-29--, der den Transistor-52leitend hält, so dass dieser den Kondensator --48-- überbrückt und dessen Aufladung verhindert. Der zweite Impulsgeber --17-- ist hiedurch blockiert.
Ebenso fliesst von der Batterie --12-- über den Widerstand-40-, den Abgriff --23-- des Potentiometers --22-- und den Widerstand --44-- ein Ladestrom zum Kondensator-43--, der diesen nach einer Exponentialfunktion auflädt.
Hat die Spannung am Kondensator --43-- einen bestimmten Wert erreicht, so wird die Strecke --Em bis B1-- des Zweibasistransistors --18-- plötzlich stark leitend, wobei der Kondensator --43-- über den Widerstand --37-- entladen wird und an diesem im Zeitpunkt --t1-- (Fig.2)
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An der Magnetwicklung --10-- liegt jetzt praktisch die volle Batteriespannung (in den Fig. 2 bis 4 ist die Spannung an der Wicklung --10-- mit ausgezogenen Linien dargestellt) und der Strom - in ihr steigt exponentiell an. (Der Strom-i-ist in den Fig. 2 bis 4 gestrichelt dargestellt.)
Der Punkt --30-- hat nun fast das Potential der Minusleitung--29--, und der Kondensator - kann sich zunächst nicht wieder aufladen, da er über die Diode --51-- praktisch kurzgeschlossen ist, d. h. der erste Impulsgeber ist nun blockiert.
Gleichzeitig wird der Transistor--52--nichtleitend, da die Restspannung zwischen dem Punkt --30-- und der Minusleitung --29-- nicht mehr ausreicht, um die Zenerdiode --54-- leitend zu machen und daher der Transistor --52-- keinen Basistrom mehr erhält. Der Kondensator--48-kann sich jetzt über den Widerstand--40--, das Potentiometer --22-- und den Widerstand --45-- aufladen, und nach einer Zeit --tE-- (Fig.2) wird die Strecke-Bl bis Em-des Zweibasistransistors--19--leitend und es wird ein Impuls erzeugt, der den Thyristor--14--
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