DE1613668B2 - Schaltungsanordnung zur steuerung des von einer wechselstromquelle zu einer induktiven last fliessenden stromes - Google Patents
Schaltungsanordnung zur steuerung des von einer wechselstromquelle zu einer induktiven last fliessenden stromesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des von einer Wechselstromquelle
zu einer induktiven Last fließenden Stromes, mit einem der induktiven Last vorgeschalteten Thyristor und einer
mit der Wechselstromquelle verbundenen und an den Zündelektrodenkreis des Thyristors über einen Impulstransformator
angekoppelten Zündeinrichtung, die für jeden Zündvorgang eine Gruppe von Zündimpulsen mit
vorgegebenem Phasenwinkel zur Spannung der Wechselstromquelle erzeugt und einen Kipposzillator mit
einem ersten Ladewiderstand, einem Kondensator und einem spannungsgesteuerten negativen Widerstand
enthält, wobei der Kondensator jeweils über den ersten Ladewiderstand aufgeladen und bei Überschreiten eines
bestimmten Spannungsschwellwertes über den negativen Widerstand und die Primärwicklung des Impulstransformators
entladen wird.
Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt (»Controlled Rectifier Manual«, General Electric Company, 1.
Ausgabe, 1960, Seite 97 bis 100, insbesondere F i g. 7.14). Bei dem Kipposzillator dieser bekannten Schaltungsanordnung
hängt der Phasenwinkel der Gruppe von Zündimpulsen von der Amplitude einer mit der
Spannung der Wechselstromquelle phasengleichen Steuerwechselspannung ab, die mittels eines Transformators
einer Gleichspannung überlagert ist. Die resultierende Spannung steuert einen in einem Parallelzweig
zu dem Kondensator liegenden Transistor, der mit dem (einzigen) Ladewiderstand einen Spannungsteiler
bildet. Der Abstand zwischen den Zündimpulsen einer Gruppe hängt im wesentlichen von der Zeitkonstante
des Kondensators und des Ladewiderstandes sowie des Parallelzweiges ab. Durch die Verwendung
einer Steuerwechselspannung zur Zündwinkelsteuerung ergibt sich ein relativ großer schaltungstechnischer und
Bauteileaufwand.
Es ist ferner eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt (GB-PS 9 97 214), bei der statt
eines Kipposzillators mit einem spannungsgesteuerten negativen Widerstand ein Sperrschwinger-Oszillator
vorgesehen ist, der aus einem Kondensator, der Primärspule des Impulstransformators, einem Widerstand
und einem in diesem Oszillatorkreis befindlichen Transistor besteht und dessen Schwingen von einer
Zündwinkel-Steuereinrichtung jeweils zum gewünschten Zündzeitpunkt freigegeben wird.
Durch die Trennung zwischen Zündwinkelsteuerung und Zündimpulserzeugung ist auch hier ein relativ
großer schaltungstechnischer und Bauteileaufwand bedingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art den schaltungsmäßigen und den Bauteileaufwand zu verringern.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß parallel zum ersten Ladewiderstand eine Reihenschaltung aus einem zweiten, gegenüber dem ersten
Ladewiderstand niederohmigeren Ladewiderstand und aus einem triggerbaren Schalter liegt, der von dem
Entladekreis des Kondensators so gesteuert ist, daß er bei Entladung des Kondensators in den leitenden
Zustand gebracht wird, derart, daß der Kondensator über den zweiten Ladewiderstand wiederholt aufgeladen
und nach jeder Aufladung in gleicher Weise wie nach der ersten, über den ersten Ladewiderstand
erfolgten Aufladung entladen wird und durch die aufeinanderfolgenden Entladezyklen die Gruppe der
Zündimpulse liefert, wobei von der Zeitkonstanten des ersten Ladewiderstands und des Kondensators der
Phasenwinkel der Gruppe von Zündimpulsen und von der Zeitkonstante des zweiten Ladewiderstandes und
des Kondensators der Abstand zwischen den Zündimpulsen einer Gruppe abhängt.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Schaltung einfacher und mit weniger Bauteilen aufgebaut
ist. Es ist weder ein zusätzlicher Transformator noch eine von der Zündimpulserzeugungseinrichtung
gesonderte Zündwinkelsteuereinrichtung erforderlich. Vielmehr sind beide Funktionen in einer einzigen relativ
einfachen Einrichtung vereinigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in Kennzeichen der Unteransprüche angegebenen
Merkmale gekennzeichnet.
Durch die Zeitschrift »Electronics«, 21. September 1964, Seite 83, ist es bei einer Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Art, wobei allerdings die Last ohmisch ist und anstelle einer Gruppe von Zündimpulsen
jeweils nur ein einziger Zündimpuls erzeugt wird, an sich bekannt, daß entsprechend Merkmalen der
Unteransprüche der spannungsgesteuerte negative Widerstand ein Unijunction-Tranistor ist und der
Kondensator in dem Emitterkreis dieses Transistors liegt und zur Steuerung des Phasenwinkels der
Zündimpulse ein weiterer Ladekreis derart vorgesehen ist, daß der Kondensator zu Beginn jeder über den
ersten Ladewiderstand erfolgenden Ladung eine Anfangsladespannung erhält, die einer Steuergleichspannung
entspricht.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 das Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig.2 die Spannungswellen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 1.
Die Schaltung nach F i g. 1 dient der Steuerung des Stroms, der von einer mehrphasigen Wechselstromquelle
aus (nicht dargestellt) abgegeben und über Eingangsklemmen 1, Γ und 1" und Thyristoren 2, 2', 2"
einer induktiven Last 3 zugeführt wird. Als Last 3 ist bei dieser Ausführungsform ein Dreiphasenmotor gewählt.
Den Thyristoren 2, 2', 2" ist je eine Diode 4, 4' und 4" entgegengeschaltet, über die ein Rückstromweg von der
Last gebildet ist. Zwischen den Stromzuleitungen liegen ÄC-Filter 5, 5' und 5", um die auf die verschiedenen
Thyristoren wirkenden induktiven Ausgleichsströme zu verringern und eine Haltestromquelle für diese Thyristoren
zu bilden.
Jedem Thyristor 2, 2', 2" ist eine entsprechende Zündeinrichtung 6, 6', und 6" zugeordnet, von der der
Thyristor unter einem gewissen Phasenwinkel α bezüglich der dem Thyristor zugeführten Spannung
gezündet wird.
Die Zündeinrichtung 6 enthält einen spannungsgesteuerten negativen Widerstand 7, z. B. einen Unijunction-Transistor,
der einen Kondensator 8 immer dann entlädt, wenn die Spannung am Emitter das mit der
Zwischenbasisspannung multiplizierte stand-off-Spannungsverhältnis erreicht. Der Kondensator 8 wird über
den negativen Widerstand 7 der Zündeinrichtung und den Zündelektrodenkreis des Thyristors 2 entladen. Bei
der beschriebenen Ausführungsform findet die Entladung über die Primärwicklung 9p eines Impulstransformators
9 statt, an die eine Diode 10 angeschlossen ist, die die in der Primärwicklung am Ende eines
Entladezyklus induzierten Spannungen unterdrückt. Die Spannung in der Primärwicklung 9p wird über eine
Sekundärwicklung 9s an die Zündelektrode des Thyristors
2 gelegt und über eine Diode 11 zur Einschaltung des Thyristors 2 benutzt.
In der Zündeinrichtung 6 wird zweckmäßigerweise an einem Potentiometer 12 die Spannung zwischen der
zweiten Basis und der ersten Basis des Unijunction-Transistors 7 eingestellt. Von der Zündeinrichtung wird
für jeden Zündvorgang eine Gruppe von Zündimpulsen mit vorgegebenem Phasenwinkel zur Spannung der
Stromquelle erzeugt. Die Zündeinrichtung 6 ist mit einer neutralen Sammelleitung 14 verbunden und wird über
eine Leitung 15 mit einer halbwellengleichgerichteten, geregelten Spannung versorgt. Der Kondensator 8 wird
über einen ersten verstellbaren Ladewiderstand 16 und einen Widerstand 17 aufgeladen. Ein Ladewiderstand 18
und ein triggerbarer Schalter 19, der bevorzugt als Thyristor ausgebildet ist oder aus einer anderen Art
eines Auslöseschalters gebildet wird, überbrücken den ersten Ladewiderstand 16 jedesmal dann, wenn der
Stromfluß durch eine Diode 20 den triggerbaren Schalter 19 einschaltet.
Der Zündwinkel α der Thyristoren 2, 2' und 2" wird
von einem Ladekreis gesteuert, der im folgenden erläutert sei. An einem Verbindungspunkt 21 wird mit
Hilfe eines Widerstands 22, von Dioden 23 und 24, eines Widerstandes 25 und eines Transistors 26 eine
Anfangsladespannung aufrechterhalten. Die Diode 24 bringt einerseits Spannungsänderungen an den Verbindungspunkt
21 heran und isoliert andererseits die Zündeinrichtung 6 gegen die Zündeinrichtungen 6' und
6". Ein Kondensator 27 filtert die an einem Verbindungspunkt 28 beibehaltene Spannung. Der Betriebszustand
des Transistors 26 kann mit Hilfe einer Spannung beeinflußt werden, die von einer äußeren Spannungsquelle über Klemmen;30 zugeführt wird; die Wirkung
der Steuerspannung wird zweckmäßigerweise an einem Rheostaten 29 eingestellt. Wenn beispielsweise die
Motordrehzahl gerade reguliert wird, kann eine sich mit der Drehzahl ändernde Spannung an den Klemmen 30
angelegt werden. Andererseits kann ein veränderlicher Steuerstrom, eine Impedanz oder ein anderes Hilfsmittel,
das einen abgetasteten Zustand wiedergibt, an den Klemmen 30 angeschlossen werden. Die Kollektorspannung
des Transistors 26 wird an einem Verbindungspunkt 31 mit Hilfe einer Zenerdiode 32 und eines
Filterkondensators 33 aufrechterhalten, der zwischen dem Punkt 31 und der Sammelleitung 14 liegt.
Die Zündeinrichtungen erhalten ihren Strom aus der dreiphasigen Stromquelle über mehrere Kopplungs-
widerstände, die die Spannung gegenüber der Spannung an den Klemmen 1,1' und 1" und der neutralen Leitung
14 reduzieren. Der Strom kommt also von der Klemme 1 und fließt durch einen Widerstand 34 und eine Diode
35 zur Leitung 15 und durch eine Entkopplungsdiode 36 zum Punkt 31. Wegen der Diode 36 beziehungsweise
der entsprechenden Dioden 36' und 36" kann die halbwellengleichgerichtete, regulierte Spannung an den
Leitungen 15,15' und 15" unter Benutzung der einzigen Zenerdiode 32 beibehalten werden. Die Dioden 36, 36'
und 36" verhindern, daß höhere Spannungen aus den anderen Leitungen die Spannungen in den betreffenden
Leitungen nachteilig beeinflussen. Zwischen den Klemmen 1, 1' und 1" und der neutralen Sammelleitung 14
sind Widerstände 37,37' und 37" angeschlossen.
Hinsichtlich der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 1 sei auf die F i g. 2a bis 2d hingewiesen. In F i g. 2a
sind die Spannungen der drei Phasen an den Klemmen 1, Γ und 1" dargestellt. Die Zündimpulse, die von der
Zündeinrichtung 6, 6' bzw. 6" für die Phasen erzeugt werden, sind in den F i g. 2b, 2c und 2d dargestellt.
Um den Thyristor 2 einzuschalten, wird die Spannung der Klemme 1 über den Widerstand 34 und die Diode 35
zur Leitung 15 geleitet, wenn sie positiv bezüglich der neutralen Sammelleitung 14 ist.
Der Transistor 26 hält die gleichgerichtete Spannung am Verbindungspunkt 28, unter der Steuerung der
Spannung an den Klemmen 30, auf einer Größe, die von seinem Betriebszustand abhängig ist. Zu Beginn einer
positiven Halbwelle der Spannung an der Klemme 1 lädt sich der Kondensator 8 schnell über den
Widerstand 22 bis auf eine Anfangsladespannung auf, die mit der Gleichspannung am Punkt 28 übereinstimmt.
Eine weitere Aufladung über den Widerstand 22 wird unter der Klemmwirkung der Diode 24 vermieden.
Gleichzeitig wird ein zusätzlicher Ladestrom über den ersten Ladewiderstand 16 mit der ziemlich hohen
Impedanz herangeführt, um den Kondensator 8 über den Widerstand 17 weiter aufzuladen. Dementsprechend
ist die Spannung am Widerstand 17 positiv und hat dieselbe Polung wie der Emitter des Unijunction-Transistors
7 bezüglich des Kondensators 8. Hierdurch wird die Anode der Diode 20 negativ vorgespannt, so
daß die Diode 20 den Stromfluß aus dem Zündelektrodenkreis des triggerbaren Schalters 19 blockiert. Wenn
die Spannung am Emitter die Spitzenspannung des Unijunction-Transistors 7 nach einer Zeitspanne erreicht,
die in Fig.2b als Einschaltwinkel « angegeben
ist, wird der Kondensator 8 vom Unijunction-Transistor 7 über die Primärwicklung 9P entladen. Der erste Impuls
aus der Gruppe von Zündimpulsen, die in Fig.2b das Zündsignal für Phase 1 darstellt, wird durch den
Impulstransformator 9 auf die Sekundärwicklung 9s gekoppelt und durch die Diode 11 der Zündelektrode
und der Kathode des Thyristors 2 zugeführt. Dieser Impuls sucht den Thyristor 2 einzuschalten und den
Strom von der Klemme 1 durch die Kathode und Anode des Thyristors 2 hindurchzuleiten, vorausgesetzt, daß
seine Anode positiv zu seiner Kathode ist Da die Belastung 3 induktiv ist und eine Phasenverschiebung
zwischen der zugeführten Spannung und dem Strom verursachen kann, kann die Anodenspannung des
Thyristors 2 noch nicht positiv sein, so daß dieser nicht bei diesem ersten Impuls eingeschaltet wird.
Um sicherzustellen, daß der Thyristor 2, wenn erwünscht, eingeschaltet wird, wird von der Zündeinrichtung
6 ein Impulszug erzeugt. Wenn der Kondensator 8 vom Unijunction-Transistor 7 entladen wird, kehrt
sich die Polung der Spannung am Widerstand 17 um, so daß die Diode 20 nun in Durchlaßrichtung vorgespannt
ist. Der Strom fließt durch diese Diode und die Zündelektrode und Kathode des triggerbaren Schalters
19, um diesen während der Erzeugung des ersten Zündimpulses einzuschalten. Der triggerbare Schalter
19 überbrückt plötzlich über den Widerstand 18 den ersten, relativ großen Ladewiderstand 16, wodurch die
Zeitkonstante dieses Ladungsweges merkbar verringert wird. Infolgedessen fließt ein größerer Strom durch den
Widerstand 17, um den Kondensator 8 schneller auf die Spitzenspannung des Unijunction-Transistors 7 zu
bringen. Die Schaltung verhält sich dann als Kipposzillator; dieser zweite Impuls und die nachfolgenden Impulse
der phasengesteuerten Gruppe von Zündimpulsen werden in Zeitspannen erzeugt, die sehr kurz und
nahezu gleich sind. Hierdurch ergibt sich eine schnelle Folge von Zündimpulsen, so daß der Thyristor 2 in oder
kurz nach dem Zeitpunkt ausgelöst wird, in dem seine Anode positiv hinsichtlich der Kathode wird. Die
Impulsfolge dient auch dazu, den Thyristor leitend zu halten, bis der induktive Belastungsstrom sein Halteniveau
erreicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung des von einer Wechselstromquelle zu einer induktiven Last
fließenden Stromes, mit einem der induktiven Last vorgeschalteten Thyristor und einer mit der
Wechselstromquelle verbundenen und an den Zündelektrodenkreis des Thyristors über einen
Impulstransformator angekoppelten Zündeinrichtung, die für jeden Zündvorgang eine Gruppe von
Zündimpulsen mit vorgegebenem Phasenwinkel zur Spannung der Wechselstromquelle erzeugt und
einen Kipposzillator mit einem ersten Ladewiderstand, einem Kondensator und einem spannungsgesteuerten
negativen Widerstand enthält, wobei der Kondensator jeweils über den ersten Ladewiderstand
aufgeladen und bei Überschreiten eines bestimmten Spannungsschwellwertes über den negativen
Widerstand und die Primärwicklung des Impulstransformators entladen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Ladewiderstand (16) eine Reihenschaltung aus
einem zweiten, gegenüber dem ersten Ladewiderstand (16) niederohmigeren Ladewiderstand (18) und
aus einem triggerbaren Schalter (19) liegt, der von dem Entladekreis des Kondensators (8) so gesteuert
ist, daß er bei Entladung des Kondensators (8) in den leitenden Zustand gebracht wird, derart, daß der
Kondensator (8) über den zweiten Ladewiderstand (18) wiederholt aufgeladen und nach jeder Aufladung
in gleicher Weise wie nach der ersten, über den ersten Ladewiderstand (16) erfolgten Aufladung
entladen wird und durch die aufeinanderfolgenden Entladezyklen die Gruppe der Zündimpulse liefert,
wobei von der Zeitkonstanten des ersten Ladewiderstands (16) und des Kondensators (8) der
Phasenwinkel der Gruppe von Zündimpulsen und von der Zeitkonstante des zweiten Ladewiderstandes
(18) und des Kondensators (8) der Abstand zwischen den Zündimpulsen einer Gruppe abhängt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte negative
Widerstand (7) ein Unijunction-Transistor ist und der Kondensator (8) in dem Emitterkreis des
Unijunction-Transistors liegt, daß der triggerbare Schalter (19) ein Thyristor ist, dessen Anode am
Emitteranschluß des Unijunction-Transistors (7) liegt, daß zwischen dem Kondensator (8) und dem
Emitteranschluß des Unijunction-Transistors (7) ein dritter Widerstand (17) vorgesehen ist und daß die
Steuerelektrode des Thyristors (19) an der Verbindung zwischen dem Kondensator (8) und dem dritten
Widerstand (17) liegt, derart, daß bei Entladung des Kondensators (8) die an dem dritten Widerstand (17)
abfallende Spannung den Thyristor (19) zündet.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Steuerung des Phasenwinkels der Gruppen von Zündimpulsen ein dritter Ladekreis derart vorgesehen
ist, daß der Kondensator (8) zu Beginn jeder über den ersten Ladewiderstand (16) erfolgenden
Ladung eine Anfangsiadespannung erhält, die einer Steuergleichspannung entspricht.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zündeinrichtung (6) von der Wechselstromquelle (1) über eine Diode (35) gespeist ist, wobei zur
Erzeugung einer abgeschnittenen Halbwellenspan-
nung eine Zenerdiode (32) parallel zum Speiseeingang der Zündeinrichtung (6) liegt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 und 4 zur Verwendung bei einer
mehrphasigen Wechselstromquelle, wobei jede Phase einen der induktiven Last vorgeschalteten
Thyristor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phase (1, Γ, 1") eine eigene Zündeinrichtung (6,
6', 6") zugeordnet ist und daß alle Zündeinrichtungen (6, 6', 6") über ihre dritten Ladekreise von einer
gemeinsamen Steuergleichspannung beeinflußt werden, die den Zündwinkel aller Thyristoren (2, 2', 2")
gleichermaßen steuert.
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---|---|---|---|
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