DE1588846A1 - Gleichrichterschaltung mit gesteuertem Stromflusswinkel zur Stabilisierung der Ausgangsspannung einer Gleichstromversorgung - Google Patents

Description

• Gleichrichterschaltung mit gesteuertem Stromflueswinkel zur Stabilisierung der Ausgangsspannung einer Gleichstromversorgung.

  Die Erfindung bezieht sich auf eine Stabilisierung der Ausgangs-

  gleichspannung einer Gleihhrichterschaltung mit durch Phasenver-

  schiebung der ZUndwechselspannung gesteuertem Stromflusawinkel und

  einem beim Stromnulldurchgang am Ende einer Halbper:Lode selbsttätig

  abschaltenden Thyristor.

  0

  Zur Gleichstromversorgung von Schaltungen, deren Spannungsbedart un-

  ter dem Scheitelwert'der Netzspannung liegt, worden heute allgemein

  Transformatoren mit einer nachfolgenden Gleichrichterschaltung be-

  nutzt. Bisweilen werden auch direkt aus dem Netz gleichgerichtete

  Spannungen durch Spannungstellung auf den gewUnschten Wert gebracht

  und bei Bedarf stabilisiert. Bei grösserem Niederspannungs-IAistungs-

  bedarf ergeben sich dabei erhebliche Spannungsteilerverluste. Diese

  Verluste lassen sich, wie es bereits bekannt ist, durch gesteuerte

  Gleichrichterschaltungen (Thyristorsichaltungen), bei denen der

  Stromflusswinkel dem Ausgangsleistungsbedart angepa4st wird, vermeiden.

  Der Thyristor kann bekanntlich bei Anlegen einer Wech»Ispannung

  jeweils-während der positiven Halbwelle durch einen an die Steuer-

  elektrode angelegten Steuerimpuls gezUndet werden. U ist bekannt#

  durch zeitliche Verschiebung des Steuerimpulses den Stz=fluaawin-

  kel und hierdurch den Mittelwert des Verbraucherstroms kontinuier-

  lich einstellbar zu verändern (vergl. z.B. Gleichrichter Thyristoren

  Datenbuch 1967/68 ITT Intermetall, Seite 16).

  Es ist ferner bekannt bei Stromversorgungsgeräten eine Spa=unge-

  regelung durch Steuerung des ZUndeinsatzes zu erreichen (vergl. z. B. Wireleas World, September 1965, Seite 431). Diese bekannte SchaltunZ Ist aber sehr aufwendig und erfordert unter anderm mehrere Transistoren und einen Spezial-Halblelter.
• Auch ist es bekannt, die ZUndwinkelverschiebung mit Hilfe einer Pteuergleichspannung und einer Phasenschleberschaltung durchzufUhren ivergl. z.B. Valvo Technische Informationen te die Industrie TI 92, Seite 2 und 9), aber auch bei dieser bekannten Anordnung ist z.B. allein die Phasenschieberschaltung bereits relativ aufwendig. Die-Aufgabe der Erfindung besteht darin, fUr Thyristoren, die durch das Unterbrechen ihren Anodenstromen abgeschaltet werden mUssen und die durch das Uberschreiten einer gegebenen Stromschwelle an der Steuerelektrode gezUndet werden, eine besonders einfache Schaltung ,fUr die Stromflusawinkeleteuerung bei gleichzeitiger Stabilisierung der Ausga ffl gleichspannung zu schaffen. Bei der hier geforderten Ausgangespannung und -leistung soll der Stromfluns durch den Thyristor bezogen auf eine Weefiselspannungsperiode 2x am Eingang der Schaltung nach w/2 beginnen, wobei der Thyristor jewells am Erde

  der Halbparlode x, inder ein Stromfluns möglich Ist, automatisch

  ohne Steuerung abschaltet. 4 Die Aufgabe wird erfindungsgemäst, durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: a) Verwendung einer gegen die Eingangsvechselspannung und aus dieser abgeleiteten, um etwa verschobenen, konstanten ZUndwechselspannung.
• b) Der Ztkdwech»lopannuns ist zur zeitlichen Verscxhiebung den ZUndeinsatzes eine variable Gleichspannung Uberlfflrt" a) Die variable Gleichspannung ist gege:Mir der Ausgafflspa=üffl gegensinnig gesteuert. Um. die Phasenlage der ZUndspannung im gewUnachten Arbeitsbereich steuern zu können, wird die ZUndwechselapannung gegenUber der Eingangswechselapannung um etwa nacheilend verschoben, Bei grösserem Leistungebedarf kann die Verschiebung auch kleiner als sein (z.B. durch entsprechende Veränderung oder Umdimens--lonierung den Phase.-mehieberglieden). Die zusätzliche Uberlagerung der ZUMwaohselapannung mit einer variablen Gleichspannung bewirkt eine laufende, automatische Verschiebung den ZUndeinsatzes, und die gegenUber der Höhe der Ausgangsspannung gegensinnige Steuerung der Uberlagernden, variablen Gleichspannung erreicht automatisch die ioltliche Verschiebung des ZUndeineatzes derart, dass. die Ausgangegleichapannung auch bei wechselnder Belastung oder Eingangs- bzw. Metzepannung konstant bleibt.
• .Neben dem geringen Aufwand hat die Erfindung den Vorteil, da&& tUr die Stabilisierung nur wenig Leistung aufzubringen ist, da der Thyristor praktisch leistungslos gesteuert wird. DarUberhi werden im Gegensatz zu den Ublichen Stabilizierungsachaltungen mit einem nachfolgenden linearen Verstärkerelement (bei denen der UberschUssige Spannungsabfall mit relativ grosser Verluntleistung in dem Vor-stärkerel«nnt - Röhre, Transistor - auftritt) bei dir erti sen Schaltung kein Leistungstranziator" kein Transformator und auch keine KUhlbleche benötigt.
• Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Diizm- mw Erläuterung der Wirkungsweiae der In Figur 2 und Figur 3 dargestellten AusfUhrungsbeispiele der Erfindung.
• In Figur 1 Ist mit u 1 die Eingangswechselspannung (z.B. Metzepannung) bezeichnet. Aus dieser ist die ZUndwechselapannung abge. leitet und gegenUber der Eingangswechselspannung um etwa racheilmd verschoben. (Bei grösserem Leistungsbedarf kam die Verschiebung auch kleiner als sein.),Die ZUndung erfolgt beim ZUndwinkel a bei einer ZUndspannung u2z bzw. einer am lbyristor liegenden Wechselspannun& ulzl, so daas während der Zeit a bis x (ui-o) ein Stromfluss erfolgt$ der am Ausgang der Gleichrichterschaltung eine Ausgangsgleichspannung U erzeugt. U sei die zusätzlich In Abhängigkeit von 4 3 der Ausgangsgleichspannung U 4 erzeugte, der ZUndwechselepannung u2 Uberlagerte, gegeneinnige Gleichspannung. Es sei nun angenommen, daas infolge einer Belastungsänderung bzw4 einem grossen Leistungsbedarf am Ausgang der GleIchrichterschaltung oder Infolge einer Netzspannungsschwankung die Ausgangsgleichsparmung U 4 auf u4,2 absinkt. In Abhängigkeit hiervon sinkt dann aber auch die der ZUndwechselspannung u2 überlagerte U 4 entgegengesetzt gerichtete. Gleichsparmung auf U und verschiebt somit "3 3$2 u2 #u-f u2,2) In positive Richtung.-Hierdurch wird zeitlich gesehen die ZUndnpwmung u2z Mr den ZUndeinsatz eher erreicht (ZUndwinkel a 2 )# so daas die ZUndung bereits bei der. hohen Amplitude u2,z2 der FIngangewechselspannung und somit ein grösserer Stromfluss bzw. ein-grosser Ab- schnitt der positiven Halbwelle der Eingangswechsels'gannung zu . r Erzeugung der Ausgangsgleichspannung zur VerfUgung steht" wodurch die Ausgangsgleichspannung wieder auf den Wert U , stabilisiert wird. Figur 2 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel einer erfindungsgemissen Stabilisierautomatik tUr eine Gleichrichterschaltung" mit deren Hilfe die anhand der Figur 1 geschilderten Spannungsverhältniese &*schaffen werden können.
• 1 Ist ein phasengenteuerter Thyristor, dessen maximaler Strm mittels des Begrenzerwiderstandes 2 begrenzt wird und auf den Ladekondensator 3 flieset. 4 Ist der angeschlossene Verbraucher. Uber den ladekonden'aator 3 und den Koppelkondensator 5 und daß phasendrehende Netzwerk 6, 7, 8, 9 (Phasenschieber# sowie die Dlode 10 erhält die Steuerdiode 11 (gate) den 21Vristors 1 die ZUndimpulaspannung u2. Die Undschwelle wird mittels der am Kendenaator 5 erzeugten Gleichspannung U so verschoben, dus die 3 Uberlagerte ZUndwechselspannung u', die ZUndschwelie ZU vorschiedenen Zeitpunkten mit der aufsteigenden Flanke erreicht. Der Zeitpunkt ist von der Amplitude und Phasenlage der ZUndwechselspannung u2 sowie von der an den Kondensatoren 3 und 5 erzeugten Gleichspannung U und U abhängig. (Es sei in diesem Zusammenhang 4. 3 bemerkt, dass sich infolge des Kondensators 5 eine negative (und somit sperrend wirkende) Spannung aufbaut, so dass die Zündung #entsprechend früher erfolgen muss). Die Gleichspannung U wird-3 mittels des Transistors 12 von der Ausgangsgleichspannung U so 4 gesteuert, dass U 3 mit fallender Spannung U 4 um einen grösseren Absolutbetrag zunimmt als U 4 abfällt. Hierzu liegt der mit dem

  regelbaren Wiederst#nd 13 einstellbare Spannungsleiter 13Z14 an

  der Basis 15 des in Emitter-Baiiaschaltung arbeitenden Transistors 12, der seinen Kollektorstrom (der Kollektor ist mit 16 bezeichnet) Uber den Widerstand 17 bezieht. Die Stabilisierungsdiode 18 hält das Emitterpotential des Transistors 12 gegen die Basisspannung In an sich bekannter Weise fest. Fällt somit die Ausgangsgleiohapannung U 4, so nimmt die Spannung an der Basis gegen Emitter. ab. Hierdurch wird deV Kollektorstrom kleiner und damit steigt die Kollektorepannung U an, d.h. U wird positiver und der zeitliche ZUndein-3 3 satz von u2 wird hierdurch früher erreicht.
• Steigt dagegen U 4 und somit die Basisspannung des Transistors 16, z.B# durch geringere Belastung bei grösser werdendem Widerstand 4 oder durch Ansteigen der.Netzspannung u 1 , so sinkt die Kollektorspannung U 3 , die gleichzeitig den zeitlichen ZUndeii»atz tUr die Steuerung des Thyristors 1 verzögert. Infolgedessen wird die ZUndschwelle der ZUndwechselspannung u 2 später überschritten., und der Stromflusawinkel vermindert: U 4 sinkt wieder auf den vorgesehriebenen Wert. Man kann noch zusätzlich einen Widerstand 19 parallel zum Kollektor (Emitter den Transistors 12) vorsehen. Der Widerstand 19 erzeugt dann den Mindeststrom fUr die Stabilleierung«U-ode 18 und begrenzt die Kollektorspannung am Transistor 12. Zur Unterdrückung der Restwelligkeit kann noch ein Kondensator 20 vorgesehen sein$ wobei zu bemerken ist, dass auch der Kondensator zusätzlich eine solohe Funktion ertUllt. Der noch an die Steuerdiode 11 des Thyristors 1 angeschlossene Widerstand 21 dient zum ZUnden den Thyrintors beim ersten Einschalten.

  Figur 3 zeigt ein weiteren AusfUhrungsbelspiel der Erfindung.

  Gleiche Teile stnd mit gleichen Bezugszeichen versehen und sind

  daher Im einzelnen nicht erneut beschrieben, soweit sie tUr die

  Erläuterung dieses AustWunmgsbeispieles gegenüber den In FIgur 1

  beschriebenen nicht wesentlich sind.

  Ein etwas hochohmiger Aussenwiderstand für den Transistor 12

  (Figur 3) und eine entsprechend höhere Regelverstirkung lisst sich'

  erzielen, wenn der Widerstand 21 zwischer)die Anode der Diode 10

  und den Kollektor des Transistors 12 verlegt wird. Auf diese Art

  wird die Spannungsänderung von U , die den zeitlichen ZUndeinsatz

  3

  steuert,-parallel mit der ZUndweohselapannung u 2 am Ausgang den

  -phaseridrehenden Netzwerkes 6, 7, 8, 9 Uber die Diode 10 an die

  Steuerelektrode 11 des Thyristors 1 gebracht. Dabei kann der

  Widerstand 6 den Kondensator 7.direkt mit der positiven Kl#

  verbinden. Wenn der- Widerstand 6 variabel ausgebildet wird, kann

  mit ihm der gewünschte Arbeitsbereich und damit die Ir

  eingestellt werden.

  Gegen störende Einschwingvorgänge beim automatischen Ausregeln

  von Belastungsändärungen ist der Einsatz einen grösaeren Kondema-

  tors 24 parallel zu der StabilisierungsdIode Iß zweckmänzig.

  Palls hinter dem Ladekondensator 3 weitere Siebmittel, gleich wel-

  cher Art, z.B. ein Widerstand-Kondensator-Siebglied 22M vorgese-

  hen werden, kann der positive Anschluse des Widerstandes 14 »mittel-

  bar an der positiven Klemme den Verbrauchern liegen.

Claims (2)

1. PatentansprUche 01 Stabilisierung der Ausgangsgleichspannung einer Gleichrichterschaltung mit durch Phasenverschiebung der Zündwechselspannung gesteuertem Stromflusswinkel und einem beim Stromnulldurchgang am Ende eifter Halbperlode selbsttätig abschaltenden Thyriazor, g o k a n n z e i o h n e t d u r c h die Kombination fol' gender Merkmale a) Verwendung einer gegen die Eingangswechselspannung (u und aus dieser abgeleiteten, um etwa verschobenen, konstanten Zundwechselspannuns (u-,) b) der Zundwechseisparmung (u2) ist zur zeitlichen Verschiebung des ZUndeinsatzes eine variable Gleichspannung (U ) Uberlagert a) die variable GleichspannunG (U ) ist gegenüber der A4&Zmga-3 spannun& (U4) sesensinnis gesteuert.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e 1 a h n e t daas die variable Gleichspannung (U,) von 3 der Kollektor-Emitterspannung eines in Emitter-Basisachaltung betriebenen Transistors (12) abgeleitet wird, dessen- Buis (15) von einer von der Ausgangsgleichspannung (U ) abgeleiteten 3 Spannung (bzw. Strdm) gesteuer-b-. wird. Verzeichnis der verwendeten Bezeichnungen Bezug$- Ursprun&oproche D/Xx ilerletzung EXD -zeichen U, Igingangswechselspannung u2 ZUndwechselspannung a ZUndwinkel u2z ZUndspannurig (ZUMeinsatz, Schwel10 u lzl Am Thyris#or liegende Wechsel- spannung (Eingangsäpannung) bei ZUndeinsatz U4 Ausgangsgleichspannung U Gleichspannung,der ZUndwechsel- 3- sparmung. Uberlagert U4,2 Absinken von U4 bei Belastung U Absinken von U bei Belastung 392 3 u2,2 Verschiebung von u2 bei Belastung a2 ZUndwinkel bei Belastung u2"2 ZUndeinsatz der ZUndspannung 1 Thyristor 2 Begrefizerwiderstand 3 Ladokondensator 4 Verbraucher 5 Koppelkondensator 6,7,8,9 ph"erxtreheMes Netzwerk (Widerstand 6 ar. reselbar) 10 Diode 11 Steuerelektrode des Thyristors 1 12 Transistor 13 regelbarer WiderstäM 13/14 Spannungsteil 1.5 Basis des TrIstors 12 16 Kollektor den ansistors 12 17 'Widerstahd 18 Stabilisie: ode ig Widerstand Verzeichnis der verwendeten Bezeichnungen Bezugs- Ursprungssprache D;& üoersetzungxEr/D .z--ichen 20 Kondensator 21 Widerstand 22,23 Wide rstand, Kondensator, Siebglied 24 Kondensator