DE1763751C3 - Impulsgenerator für eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel - Google Patents

Impulsgenerator für eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel

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DE1763751C3 DE1763751A DE1763751A DE1763751C3 DE 1763751 C3 DE1763751 C3 DE 1763751C3 DE 1763751 A DE1763751 A DE 1763751A DE 1763751 A DE1763751 A DE 1763751A DE 1763751 C3 DE1763751 C3 DE 1763751C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, der eine mit einer Wechselspannung synchrone
ίο Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel abgibt, mit einem periodisch aufgeladenen und entladenen Kondensator, der in Reihe mit einer ersten Diode und einem ersten Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen und über die Diode und den
Widerstand mit e;nei Zeitkonstante aufladbar ist, die klein gegen die Wechselspannungsperiodendauer ist, mit einem ersten Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zu der Reihenschaltung aus der ersten Diode und dem Kondensator in gleicher Polung wie die
ao erste Diode parallel geschaltet ist und parallel zu dessen Steuerstrecke eine Spannungsquelle liegt, die eine aus der Wechselspannung abgeleitete, ungeglättete Gleichspannung liefert, mit einer Steuerspannungsquelle, die eine einstellbare Vergleichsspannung liefert, deren Höhe den Sperrzeitpunkt eines zweiten Transistors in bezug auf die Wechselspannung bestimn t, wobei an der Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors die Impulsfolge abgenommen wird.
Ein solcher Impulsgenerator ist bekannt (US-PS 3 243 711, insbesondere Fig. 10). Bei diesem bekannten Impulsgenerator wird eine der Differenzspannung aus der Kondensatorspannung und ^r einstellbaren Vergleichsspannung entsprechende S annung in einer Brückenschaltung gebildet. Diese Spu.inung liegt an der Steuerstrecke des zweiten Transistors. Dieser wird dann gesperrt, wenn die Kondensatorspannung einen durch die Vergleichsspannung bestimmten Wert unterschreitet. Zu Beginn jeder Periode der Wechselspannung wird der Kondensator infolge eines kurzzeitigen Sperrens des ersten Transistors und damit während eines kurzzeitigen Aufhebens des durch den ersten Transistor bewirkten Kurzschlusses des Ladekreises schnell aufgeladen, worauf der zweite Transistor wieder leitend wird. An der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors treten also Impulse auf, deren Folgefrequenz von der Frequenz der Wechselspannung und deren Phasenlage von der Vergleichsspannung abhängt. Bei dem bekannten Impulsgenerator wird mit den an der Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors abgenommenen Impulsen ein frei laufender Sperrschwinger angesteuert. Der frei laufende Sperrschwinger erzeugt Reihenimpulse großer Impulsfrequenz, die entweder direkt oder nach Gleichrichtung als Impulsfolgen des Impulsgenerators beispielsweise für Steuerzwecke verwendet werden. Die Reihenimpulse besitzen eine steile Anstiegsflanke. Die Anstiegsflanke der am zweiten Transistor abgenommenen Impulse sind weniger steil und können für manche Steuerzwecke nicht eingesetzt werden. Um ihre Steilheit zu vergrößern, ist dem zweiten Transistor ein dritter nachgcschaltet, der den Sperrschwinger ansteuert. Mit dem bekannten Impulsgenerator werden zwar Impulsfolgen mit steilen Anstiegsflanken erhalten, aber es ist hierfür ein gesonderter Sperrschwinger vorzusehen, womit der bekannte Impulsgenerator im Aufbau kompliziert und teuer ist. Es besteht die Aufgabe, einen Impulsgenerator der
eingangs genannten Art so aufzubauen, daß mit nur kondensator Kl parallelzuschaltenden, veränJerbaren
zwei Transistoren Impulse mit steilen Flanken Spannungsteiler abgegriffen werden.
erzeugbar sind. Weiterhin besteht der Impulsgenerator aus einem
Erfindungsgemab wird diese Aufgabe dadurch zweiten Transistor ρ2, dessen Emitter-Kollektorgelöst, daß der ersten Diode die Reihenschaltung aus 5 Strecke über einen Widerstand an die Glsichspancinem zweiten Widerstand und einer zweiten Diode nungsquelle und üter eine Diode η6 an die Steuerparallel geschaltet ist, wobei diese Diode so fepolt strecke eines Triacs/>3 angeschlossen ist und dessen ist, daß sich der Kondensator über sie, den zweiten Steuerstrecke über einen Widerstand rA und eine Widerstand und die Kollektor-Emitter-Strecke des Diode «4 einen Steuerstrom erhält, der diesen Tranersten Transistors entladen kann, daß m der Steuer- io sistor öffnet. Zwischen dem Widerstand rA und der strecke des ersten Transistors außerdem der zweite Diode «4 liegt eine weitere Diode «3, deren Anode Widerstand parallel geschaltet ist, daß der Kollektor- mit dem Kollektor des Transistors ρ 1 verbunden ist. Emitter-Strecke des ersten Transistors die Steuer- Über die Laststrecke des Triac p3 ist eine Bespannungsquelle so über eine dritte derart gepolte lastung L an die Wechselspannungsquelle Un ange-Diode parallel geschaltet ist, daß die Spannung, auf 15 schlossen, an der auch der Gleichrichter G liegt,
die sich der Kondensator auflädt, auf die Höhe der Zur Erläuterung der Funktion dieser Anordnung Steuergleichspannung begrenzt ist, daß durch die wird auf die F i g. 2 verwiesen. In Zeile a der F i g. 2 Steuerstrecke des zweiten Transistors über eine vierte ist der Verlauf der über den Widerstand rl an die Diode ein ihn öffnender Steuerstrom fließt, daß die Steuerstrecke des Transistors ρ 1 gelegten Steuergleich-Reihenschaltung aus der vierten Diode und der 20 spannung UG gezeigt. Diese Spannung U0 ist die unSteuerstrecke des zweiten Transistors über eine geglättete, durch Vollweggleichrichtung aus der synfünfte, derart gepolte Diode der Emitter-Kollektor- chronisierenden Wechselspannung Un abgeleitete Strecke des ersten Transistors parallel geschaltet ist, Gleichspannung. Mit Ausnahme eines kleinen Bedaß der ί t uerstrom über die fünfte Diode abfließt, reiches^ bis J1 (Fig. 2, Zeile a), in dem die Spanwenn die Emitter-Kollektor-Spannune am ersten 25 nung fast oder ganz Null ist, ist die Spannung groß Transistor einen durch die Schwellwerte der vierten genug, um den Transistor p\ über den Widerstand rl Diode und der Steuerstrecke des zweiten Transistors auszusteuern. Damit kann sich der Kondensator Kl bestimmten Wert unterschreitet. vom Zeitpunkt /4 an über den Widerstand r3 auf den
Vorzugsweise kann der Impulsgenerator als Steuer- Wert der Vergleichsspannung Us aufladen, was in
satz für über eine Last an einer Wechselspannungs- 30 Fig. 2, Zeile b, die den Spannungsverlauf an der
quelle liegende steuerbare Halbleiterbauelement ver- Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors ρ 1 und
wendet werden. Insbesondere ist dabei an sogenannte den Verlauf der Kondensatorspannung darstellt,
Triacs gedacht, die sich von Thyristoren dadurch un- wiedergegeben ist. Der Widerstand r3 ist so bemessen,
terscheiden, daß ein Stromfluß in beiden Richtungen daß die Aufladezeit des Kondensators im Vergleich
durch denselben Klemmen zugeführte Steuerimpulse 35 zur Dauer einer Halbwelle der Wechselspannung U\
steuerbar ist. sehr klein ist. Zum Zeitpunkt I1 wird der Transistor/?!
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs- wieder leitend gesteuert, so daß sich der Kondensa-
beispieles in Verbindung mit den Figuren näher er- tor ΛΊ über dessen Kollektor-Emitter-Strecke, die
läutert. Es zeigt Diode η 1 und den Widerstand rl entladen kann.
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiei der Erfindung, 40 Wenn — wie vorausgesetzt — die Entladezeitkonstante
F i g. 2 den Spannungsverlauf an einigen Punkten wesentlich größer als die Ladezeitkonstante ist, er-
c ν Impulsgenerators nach F i g. 1 und gibt sich der in Zeile b der F i g. 2 für zwei Vergleichs-
1 i g. 3 einen Wechselstromsteller r ι drei Im- spannungen (/.sjund £/.va wiedergegebene sägezahn-
pulsgeneratoren gemäß Fig. 1. artige Verlauf der Kondensator und der Tran-
Der in F i g. 1 gezeigte Impulsgenerator besteht 45 sistorspannung UP1. Dieser Verlai f stellt in erster Anim wesentlichen aus einem Transistor ρ 1, dessen näherung einen Ausschnitt aus einer cos-Kurve dar Kollektor-Emitter-Strecke die Reihenschaltung eines und ist auf die differenzierende Rückführung über Kondensators Ki und einer Diode nl parallel ge- Kondensator Kl und Widerstand rl zurückzuführen, schaltet ist. Diese Reihenschaltung liegt über einem Solange das Potential am Kollektor von p\ minderelativ niederohmigen Widerstand r3 auc!. an einer 50 stens um den Schwellwert der Diode «3 größer als Gleichspannungsquelle, die aus einem Gleichrichter G, das Potential des Verbindungspunktes öder Dioden /i3 einem Ventil/18 und einem Speicher-Kondensator Kl und «4 ist, ist /;3 gesperrt und pl durchlässig. Sinkt besteht. Der Diode «2 ist die Reihenschaltung aus · die Kondensatorspannung auf einen Wert £/,·, bei einer weiteren Diode nl und einem Widerstand r2 dem das Potential an der Kathode dei Diode «3 zuparallel geschaltet, wobei diese Diode so gepolt ist, 55 züglich ihres Schwellwertes kleiner als das Potential daß sich der Kondensator A'l bei leitendem Tran- am Punkt B ist, so fließt der Steuerstrom für den sistorpl über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistor ρ 2 durch die Diode «3 ab. Der Transistor Transistors ρ 1, die Diode «2 und den Widerstand rl pi sperrt damit. Dieser Sperrvorgang erfolgt sehr entladen kann. Die Steuerstrecke des Transistors pl schnell, da sich der durch die Diode «3 fließende ist über einen Widerstand rl und den Gleichrichter G 60 Strom aufteilt und einerseits durch den Transistor pl an eine Wechselspannungsquelle Un und außerdem und andererseits in den schon teilweise entladenden an den Widerstand r2 angeschlossen. Dieser Wider- Kondensator Kl fließt. Der Steuerstrom für den Transtand ist relativ hochohmig, so daß die Entladezeit sistor pl reißt also sehr schnell ab, wodurch die gedes Kondensators ΛΊ groß gegenüber seiner Auflade- wünschte Steilheit des Spannungseinsatzes an der zeit ist. An die Kollektor-Emitter-Strecke des Tran- 65 Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors pl erreicht sistorspl ist über eine Diode nl eine Steuerspannungs- wird.
quelle angeschlossen, die eine einstellbare Vergleichs- Dieser Vorgang wiederholt sich in jeder Halbwelle
spannung Us liefert; sie kann von einem dem Speicher- der Wechselspannung. An der Emitter-Kollektor-
Strecke entsteht dann eine Impulsfolge, deren Frequenz gleich der doppelten Frequenz der Wechselspannung ist. Die Spannung, auf die der Kondensator Kl aufgeladen wird, ist durch die Höhe der Steuergleichspannung Us bestimmt, die an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors ρ 1 liegt. Je größer diese Steuergleichspannung ist, um so größer ist auch der Spannungswert, auf den der Kondensator Ki aufgeladen wird. Die Zeit, die die Kondensatorspannung benötigt, um auf einen bestimmten Wert abzusinken, wird mit steigender Steuergleichspannung größer. Damit wächst auch die Zeit, in der das Potential am Kollektor des Transistorspl bis auf die Größe des Basispotentials des Transistors pl abgefallen ist. Mit Hilfe der Größe der Steuergleichspannung Us kann daher der Zeitpunkt, zu welchem der Transistor ρ 2 bezüglich der synchronisierenden Wechselspannung Uk bzw. der Gleichspannung Ug sperrt, eindeutig bestimmt werden.
Die Ausgangsspannung UP2 des Transistors/»2 ist in Zeile c der F i g. 2 dargestellt. Dabei ist mit ausgezogener Linie eine Impulsfolge gezeigt, bei der die Impulse jeweils im Zeitpunkt t3 beginnen, der der relativ hohen Vergleichsspannung CZs1 entspricht. Mit gestrichelten Linien ist eine andere Impulsfolge dargestellt, bei der die Impulse jeweils im Zeitpunkt t2 beginnen, der der niedrigeren Vergleichsspannung i/s2, bezogen auf die Vergleichsspannung Usu entspricht. Es ist ersichtlich, daß mit steigender Vergleichsspannung Us der Transistor ρ 2 immer später sperrt, so daß der am Ausgang des Transistors p2 auftretende Spannungsimpuls immer kurzer wird. Die Impulse enden aber in jedem Fall zur Zeit tt, d. h. mit der Sperrung des Transistors pl. Mit dieser Anordnung lassen sich daher Steuerimpulse erzeugen, deren ίο Breite 180° —α beträgt. Dabei ist α = ωί2 bzw. COt3.
F i g. 2d zeigt den zeitlichen Verlauf der Lastspannungen Ul, die bei Phasenanschnittssteuerung in den Zeitpunkten /2 oder t3 an der Last L liegen.
Besonders vorteilhaft läßt sich mit η Impulsgeneratoren die Leistungsaufnahme eines n-phasigen Verbrauchers steuern, wenn in jeder Phasenleitung ein steuerbarer Gleichrichter liegt. In F i g. 3 ist die Verwendung solcher Impulsgeneratoren für einen dreiphasigen Verbraucher gezeigt. Dabei ist für jede Phase ein Impulsgenerator (r, s, t) vorgesehen. Als Synchronisierspannungen werden diesen Impulsgeneratoren jeweils die Spannung zwischen der entsprechenden Phasenleitung und dem Sternpunkt des Verbrauchers zugeführt. Die Vergleichsspannung Us ist allen Impulsgeneratoren gemeinsam.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

/οι Patentansprüche:
1. Impulsgenerator, der eine mit einer Wechselspannung synchrone Impulsfolge mit einstellbarem Phasenwinkel abgibt, mit einem periodisch aufgeladenen und entladenen Kondensator, der in Reihe mit einer ersten Diode und einem ersten Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen und über die Diode und den Widerstand mit einer Zeitkonstante aufladbar ist, die klein gegen die Wechselspannungsperiodendauer ist, mit einem ersten Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zu der Reihenschaltung aus der ersten Diode und dem Kondensator in gleicher Polung wie die erste Diode parallel geschaltet ist und parallel zu dessen Steuerstrecke eine Spannungsquelle liegt, die eine aus der Wechselspannung abgeleitete, ungeglättete Gleichspannung liefert, mit einer Steuerspannungsquelle, die eine einstellbare Vergleichsspannung liefert, deren Höhe den Sperrzeitpunkt eines zweiten Transistors in bezug auf die Wechselspannung bestimmt, wobei an der Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors die Impulsfolge abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Diode (nl) die Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand (rl) und einer zweiten Diode (nl) parallel geschaltet ist, wobei diese Diode (nl) so gepolt ist, daß sich der Kondensator (Kl) über sie, den zweiten Widerstand (rl) und die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors (pl) entladen kann, daß zu der Steuerstrecke des ersten Transistors (pl) außerdem der zweite Widerstand (rl) parallel geschaltet ist, daß der Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors (pl) die Steuerspannungsquelle so über eine dritte derart gepolte Diode (nl) parallel geschaltet ist, daß die Spannung, auf die sich der Kondensator (Kl) auflädt, auf die Höhe der Steuergleichspannung begrenzt ist, daß durch die Steuerstrecke des zweiten Transistors (pl) über eine vierte Diode («4) ein ihn öffnender Steuerstrom fließt, daß die Reihenschaltung aus der vierten Diode (n 4) und der Steuerstrecke des zweiten Transistors (pl) über eine fünfte, derart gepolte Diode (η3) der Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors (p\) parallel geschaltet ist, daß der Steuerstrom über die fünfte Diode (n3) abfließt, wenn die Emitter-Kollektor-Spannung am ersten Transistor (pl) einen durch die Schwellwerte der vierten Diode (n4) und der Steuerstrecke des zweiten Transistors (pl) bestimmten Wert unterschreitet.
2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung als Steuersatz für über eine Last an einer Wechselspannung liegende steuerbare Halbleiterelemente.
3. Steuersatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung von η steuerbaren Halbleiterbauelementen, von denen jeweils eines in einer Phasenleitung eines n-phasigen Verbrauchers mit zusätzlichem Sternpunkt liegt, η Impulsgeneratoren vorgesehen sind, denen dieselbe steuerbare Gleichspannung (Us) zugeführt ist, und daß diesen als die zur Erzeugung der ungeglätteten Gleichspannung benötigte Wechselspannung jeweils die Wechselspannung zwischen Sternpunkt und der entsprechenden Phasenleitung zugeführt ist.
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