DE1801404C - Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern - Google Patents

Description

x5 Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern durch Thyristoren mittels Impulsgruppensteuerung, insbesondere für elektrische Heizungen, bei der jeweils vollständige

ao Sinusschwingungen der Versorgungswechselspannung an den Verbraucher geliefert werden, die erste Halbwelle jeder Impulsgruppe dieselbe Polarität aufweist und aus dem Spannungsabfall, den diese Halbwelle am Verbraucher verursacht, ein Zündimpuls für die

as darauffolgende Halbwelle der entgegengesetzten Polarität abgeleitet wird.

Bei einer Impulsgruppensteuerung erstrecken sich die Zeiträume, in denen im Verbraucher Leistung umgesetzt bzw. nicht umgesetzt wird, über Vielfache der Periodendauer der Versorgungsspannung. Es wechseln sich also Leistungspakete und Pausen ab. Da Impulsgruppenschaltungen Leistungspakete schalten, deren Dauer ein Vielfaches der Periodendauer der Wechselspannung ist, ist die Schaltfrequenz der Leistung immer geringer als bei einer Phasenanschnittsteuerung, bei der die Frequenz der Leistung das Doppelte der Frequenz der Versorgungswechselspannung beträgt. Schaltungsanordnungen nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung haben aber den Nachteil, daß durch den unter Umständen starken Phasenanschnitt steile Flanken, Funkstörungen und erhebliche Blindströme entstehen und den Oberwellengehalt der Netzspannung erhöhen. Diese Nachteile einer Phasenanschnittsteuerung werden durch die Impulsgruppensteuerung nur dann beseitigt, wenn in der Nähe des Spannungsnulldurchganges geschaltet wird und mindestens eine volle Periode der Wechselspannung (positive und negative Halbwelle) die kleinste Impulsgruppe bildet.

Zwei Thyristorschaltungen mit antiparallel geschalteten Thyristoren und mit Impulsgruppensteuerung sind in der Zeitschrift »Elektronik«, 1968, S. 111, beschrieben. Bei der einen Thyristorsteuerschaltung bestimmt das von der Größe zweier Wider- stände abhängige Tastverhältnis eines astabilen Multi vibrators, dessen Frequenz im wesentlichen konstant und niedriger als die der Versorgungswechselspannung ist, die Größe der im Verbraucher umgesetzten Leistung. Da die Dauer eines Leistungspaketes bzw. einer Pause immer ein Vielfaches der Periodendauer der Versorgungswechselspannung ist und die Periodendauer der Rechteckschwingung des astabilen Multivibrators konstant ist, kann die umgesetzte Leistung nicht stufenlos verstellt werden. Die Anzahl der Perioden der Versorgungswechselspannung, die in die Dauer einer Rechteckschwingung des astabilen Multivibrators fällt, ist deshalb ein Maß für die Fein- stufigkeit der Leistungseinstellung. Die andere Thy-

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ris£jrschaltung betrifft einen Temperaturregelkreis, sondere Fig.4, ist eine Schaltungsanordnung zur bei dem die beiden antiparallelgeschalteten Thyristo- kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselren eigene Zündkreise besitzen und über einen spannungsyerbrauchern mittels eines bidirektionalen Gegentaktzündimpulsübertrager gesteuert werden. Thyristors mit nur einer Steuerelektrode für die Zün-Uberschreitet der Widerstandswert eines als Tempe- s dung der positiven und negativen Halbwelle bekannt, raturfühler dienenden NTC-Widerstandes einen vor- In dem Zündkreis des bidirektionalen Thyristors liegt bestimmten Wert, so werden die antiparallelgeschal- die Reihenschaltung eines Kondensators und eines teten Thyristoren phasenrichtig gezündet; unter- bidirektionalen Triggerelementes, das einen definierschreitet der Widerstandswert jedoch den vorbe- ten Zündimpuls an die Steuerelektrode des bidirekstimmten Wert, so werden keine Zündimpulse für die io tionalen Thyristors abgibt, wenn die am Konden-Thyristoren geliefert. Bei dieser Thyristorschaltung sator anliegende Spannung die Durchbruchspannung ist nicht dafür gesorgt, daß die Leistungspakete je- des bidirektionalen Triggerelementes überschreitet, weils aus ganzen Perioden der Versorgungswechsel- Parallel zu diesem Kondensator ist eine Begrenspannung bestehen, so daß durch den Gleichstrom- zungsschaltung aus vier Dioden in Brückenschaltung anteil eine störende Vormagnetisierung des Versor- 15 und einem Transistor in einer der Brückendiagonalen gungstransformators entstehen kann. angeordnet; die in Abhängigkeit von der Höhe der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingangssteuerspannung entweder die Spannung am Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu Kondensator auf einen Wert unterhalb der Durchschaffen, die mit der für jeden Stellgrad zwischen bruchspannung des bidirektionalen Triggerelementes 0 und 100 °/o jeweils höchsten möglichen Schalt- ao begrenzt oder aber unwirksam ist. Diese Veröffentfrequenz arbeitet, eine stetige Verstellung des Stell- lichung behandelt den Aufbau von Schaltungsanordgrades zuläßt und keine elektromechanischen Bau- nungen zürn Steuern der an Wechselspannungsverelemente enthält. Weiterhin soll der Stellgrad linear braucher abgegebenen Leistung mittels Impulsgrupvon einer Eingangssteuerspannung abhängig sein. pen im allgemeinen. Da jedoch die Wirkung der Be-

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Schal- »5 grenzungsschalrung zu jedem beliebigen Zeitpunkt tungsanordnung der eingangs genannten Art da- aufgehoben werden kann, können — wie bei einer durch, daß als Leistungsschalter ein bidirektionaler Phasenanschnittsteuerung — steile Spannungsflanken Thyristor mit nur einer Steuerelektrode für die Zün- entstehen, die für Funkstörungen verantwortlich dung der positiven und negativen Halbwellen dient, sind. Handelt es sich um kurze Impulsgruppen, die daß in dessen Zündkreis die Reihenschaltung eines 30 nur aus wenigen Halbwellen bestehen, so treten Kondensators und eines bidirektionalen Trigger- auch bei ohmschen Verbrauchern Blindströme auf. elementes liegt, das einen definierten Zündimpuls an Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltungsdie Steuerelektrode des bidirektionalen Thyristors anordnung besteht darin, daß sie sowohl für positive abgibt, wenn die am Kondensator anliegende Span- als auch für negative Halbwellen wirksam ist. Da nung die Durchbruchspannung des bidirektionalen 35 die Anzahl der positiven Halbwellen im allgemeinen Triggerelementes überschreitet, daß dem Konden- ungleich derjenigen der negativen Halbwellen ist, sator über ein Netzwerk die Versorgungswechsel- kann durch den auf diese Weise entstehenden spannung zugeführt ist, daß parallel zu dem Kon- Gleichstromanteil eine störende Vormagnetisierung densator als Begrenzungsschaltung zwei antiparallel- des Versorgungskondensators entstehen, die um so geschaltete Reihenschaltungen mit jeweils einem 40 größer ist, je kürzer die Impulsgruppen sind.
Transistor und einer Diode in Durchlaßrichtung ge- Weiterhin ist aus der F i g. 2 der deutschen Ausschaltet sind, von denen die eine Reihenschaltung legeschrift 1 058 615 eine Schaltungsanordnung, bei während der positiven Halbwelle und die andere der zwei Reihenschaltungen aus je einem Transistor Reihenschaltung während der negativen Halbwelle und einer Diode in Durchlaßrichtung antiparallel gederart wirksam ist, daß in Abhängigkeit von den 45 schaltet sind, an sich bekannt. Bei dieser Schaltungsden Basisanschlüssen der Transistoren zugeführten anordnung handelt es sich aber nicht um eine Span-Steuersignalen entweder die Spannung am Konden- nungsbegrenzungsscbaltung für Steuersignale, sonsator auf einen Wert unterhalb der Durchbruch- dem um antiparallelgeschaltete Lastschalter, die in spannung des bidirektionalen Triggerelementes be- Reihe mit der Versorgungsquelle und dem Verbraugrenzt wird oder die Transistoren unwirksam sind, 50 eher liegen.

daß ein weiteres Netzwerk vorgesehen ist, das aus Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die

der am bidirektionalen Thyristor anliegenden Span- Zeitkonstante des verzögernden Netzwerkes in der

nung einen Verriegelungsstrom ableitet, welcher die Rückführung mindestens 50mal so groß wie die

Zündung der gesteuerten Halbwelle nur im Bereich Periodendauer der Wechselspannung. Diese Maß-

zwischen 8 und 20° nach dem Nulldurchgang der 55 nähme bewirkt eine Verbesserung der Linearität

Versorgungswechselspannung gestattet, und daß eine zwischen der Eingangssteuerspannung und der im

Rückführschaltung mit einem Gleichrichter und Verbraucher umgesetzten Leistung,

einem verzögernden Netzwerk vorgesehen ist, das In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der

den Mittelwert der gleichgerichteten Verbraucher- Erfindung besteht zur Verringerung der Verlust-

spannung bildet und einen diesem proportionalen ^6o leistung der Schaltungsanordnung das Netzwerk,

Rückführstrom abgibt, der zusammen mit einem aus über das dem Kondensator die Versorgungswcchsel-

einer Eingangssteuerspannung gewonnenen Strom spannung zugeführt ist, aus der Reihenschaltung

und dem Verriegelungsstrom das Steuersignal für eines Kondensators und eines Widerstandes; dem

den einen (ersten) Transistor der Begrenzungsschal- ersten Transistor ist ein weiterer Transistoi in Emit-

turig bildet, während das Steuersignal für den ande- 65 terschaltung vorgeschaltet, dessen Emitter mit dem

ren (zweiten) Transistor aus dem Spannungsabfall Emitter des ersten Transistors und dessen Kollektor

über dem Verbraucher abgeleitet ist. über einen ersten Widerstand mit der Basis und über

Aus der britischen Patentschrift 1 120 637, insbe- einen zweiten Widerstand mit dem Kollektor des

ersten Transistors verbunden ist. Auf Grund der sistor 8 während der positiven Halbwelle gesperrt, so

verringerten Verlustleistung dieser Schaltungsanord- ist die Begrenzungsschaltung nicht wirksam, und der

nung kann die gesamte Schaltungsanordnung ohne Kondensator 6 kann sich auf die zur Zündung des

ein zusätzliches Gehäuse direkt auf dem Kühlkörper bidirektionalen Thyristors 4 erforderliche Spannung

für den bidirektionalen Thyristor befestigt werden. 5 aufladen. Die Reihenschaltung aus dem Transistor

An Hand der Figuren werden zwei Ausführungs- 10 und der Diode 11 arbeitet während der negativen

beispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt Halbwelle analog der Reihenschaltung aus dem

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge- Transistor 8 und der Diode 9. Ist der Transistor 10

mäßen Schaltungsanordnung mit angeschlossenem leitend, wird die Spannung an dem Kondensator 6

Verbraucher, io begrenzt, ist der Transistor 10 gesperrt, kann sich der

F i g. 2 eine Darstellung des Bereiches, innerhalb Kondensator 6 auf die zur Zündung des bidirektio-

dessen die Zündung der positiven Halbwelle mög- nalen Thyristors erforderliche Spannung aufladen,

lieh ist, an Hand eines Liniendiagramms der Versor- Ist der Transistor 8 zu Beginn der positiven HaIb-

gungswechselspannung, welle auf Grund seines Eingangssignals gesperrt,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin- 15 kann sich der Kondensator6 auf die Durchbruchdungsgemäßen Schaltungsanordnung mit angeschlos- spannung der Zweiwegeschaltdiode 5 aufladen, und senem Verbraucher, die eine höhere Eingangsemp- diese gibt ihrerseits einen definierten Zündimpuls an findlichkeit und eine geringere Verlustleistung als das den bidirektionalen Thyristor 4. Während der posi-Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besitzt, tiven Halbwelle fließt dann ein Strom durch den Ver-

F i g. 4 die Schaltung zweier antiparallelgeschalte- ao braucher 3. Gleichzeitig wird der Kondensator 12

ter Thyristoren als Ersatz für einen bidirektionalen über den Widerstand 13 und.die Diode 14 auf eine

Thyristor, solche Spannung aufgeladen, daß in der folgenden

F i g. 5 die Schaltung eines bekannten passiven negativen Halbwelle der Transistor 10 sperrt. Da-

Gleichspannungswandlers zur Trennung der Poten- durch kann sich der Kondensator 6 auch während

tiale von Eingangssteuerspannung und Versorgungs- 25 der negativen Halbwelle auf die Durchbruchspan-

wechselspannung, nung der Zweiwegeschaltdiode 5 aufladen, und diese

F i g. 6 den räumlichen Aufbau der gesamten liefert einen definierten Zündimpuls an den bidirek-

Schaltungsanordnung und , tionalen Thyristor 4. Das bedeutet, daß während dei

F i g. 7 den Spannungsverlauf am Verbraucher für negativen Halbwelle nur dann Strom durch den Ververschiedene Werte des Stellgrads. 30 braucher 3 fließt, wenn auch in der vorhergehenden

An den Klemmen 1 und 2 in F i g. 1 wird die Ver- positiven Halbwelle Strom durch den Verbraucher 3

sorgungswechselspannung zugeführt. Zwischen die- geflossen ist.

sen Klemmen liegt die Reihenschaltung des Ver- Ist der Transistor 8 jedoch auf Grund seines Einbrauchers 3 und des bidirektionalen Thyristors 4. In gangssignals zu Beginn der positiven Halbwelle leidem Thyristorzündkreis liegt die Reihenschaltung 35 tend, so wird die Spannung am Kondensator 6 beder Zweiwegeschaltdiode 5 und des Kondensators 6. grenzt. Der bidirektionale Thyristor 4 erhält keiner Der Kondensator 6 wird über den Widerstand 7 auf- Zündimpuls, und es fließt deshalb während der po· geladen. Überschreitet die Spannung am Konden- sitiven Halbwelle kein Strom durch den Verbrausator 6 die Durchbruchspannung der Zweiwege- eher 3. Aus diesem Grund wird auch der Kondenschaltdiode 5, so wird dem bidirektionalen Thyri- 40 sator 12 nicht aufgeladen, und der Transistor 10 isl slor4 ein definierter Zündimpuls zugeführt, und es deshalb während der negativen Halbwelle leitend, kann ein Strom durch den Verbraucher 3 fließen. Das bedeutet, daß auch während der negativen HaIb-Der Widerstand 7 ist kleiner als der Blindwiderstand welle kein Strom durch den Verbraucher 3 fließen des Kondensators 6. kann. Der Widerstand 17 dient einerseits zum Schufc

Die Bauelemente dieser Teilschaltung sind so di- 45 des Transistors 10, andererseits bewirkt er zusammen

mensioniert, daß bei einem elektrischen Winkel von mit dem Widerstand 16, daß der Transistor 10 wäh-

ungefähr 8° nach dem Nulldurchgang jeder Halb- rend der negativen Halbwelle übersteuert wird, wenn

welle der bidirektionale Thyristor 4 gezündet werden seiner Basis kein zusätzliches Signal zugeführt wird

kann. Durch die noch zu beschreibende Begren- D·** BeTenrunosschaltun? für die negative HaIb-

zungsschaltung ist es möglich, den Spannungsabfall 5° welle arbeitet als frei laufende Begrenzungsschaltung

an dem Kondensator 6 auf einen Wert zu begrenzen, deren Wirkung durch ein Steuersignal aufgehober

der unterhalb der Durchbruchspannung der Zwei- wird.

wegeschaltdiode 5 liegt und somit eine Zündung des Parallel zu dem Verbraucher 3 liegt die Reihenbidirektionalen Thyristors 4 zu verhindern, schaltung der Diode 18 und des Widerstandes 19

In den folgenden Ausführungen wird die Halb- 55 Das verzögernde Netzwerk aus den Widerständen 2C welle, in der das Potential der Klemme 2 positiv und 21 sowie dem Kondensator 22 bildet den Mitgegenüber dem Potential der Klemme 1 ist, als »po- telwert der während der negativen Halbwelle air sitive Halbwelle« und die Halbwelle, in der das Po- Verbraucher 3 abgefallenen Spannung. Die Zeitkon tential der Klemme 2 negativ gegenüber dem Poten- stante des verzögernden Netzwerkes ist 50mal größei tial der Klemme 1 ist, als »negative Halbwelle« be- ⁶° als die Penodendauer der Versorgungswechselspanzeichnet. Ist der Transistor 8 während der positiven nung. Dadurch wird die Linearität zwischen der Ein-Halbwclle leitend, so begrenzt die Reihenschaltung gangssteuerspannung und der im Verbraucher 3 umdes Transistors 8 und der Diode 9 die Spannung am gesetzten Leistung verbessert. Die am Widerstand IS Kondensator 6 auf einen Wert, der sich aus der abfallende pulsierende Gleichspannung wird"genü-Summe der Diodcndurchlaßspannung und der KoI- 65 gcnd geglättet, gleichzeitig ist der Einfluß des verlcktor-F.mittcr-Spannung des Transistors 8 zusam- zögernden Netzwerkes auf das Zcitvcrhalten der ermcnsctzt und der unterhalb der Durchbruchspan- findungsgemäßen Schaltungsanordnung doch vernung der Zweiwegeschaltdiode 5 liegt Ist der Tran- nachlässigbar klein, so daß sie im wesentlichen ein

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P-Verhalten aufweist. Der Basis des Transistors 8 F i g. 1 auf. Gleichzeitig besitzt diese Schaltung einen wird die vorzeichenbewertete Summe des Eingangs- größeren Eingahgswiderstand als die Schaltung nach stromes /„, des Rückführstromes i, und eines Verrie- Fig. 1. In der Fig. 3 sind die Bauelemente, die mit gelungsstromes i_v zugeführt. Die Wirkung des Ver- denen der F i g. 1 übereinstimmen, mit denselben riegelungsstromes i„ wird weiter unten beschrieben. 5 Bezugszeichen versehen. Der Widerstand 7 wurde Zwischen der negativen Eingangsklemme und der durch die Reihenschaltung des Kondensators T und Basis des Transistors 8 liegt der Widerstand 23. eines im Verhältnis zum Widerstand 7 kleinen Wi-Zur Erläuterung der Wirkungsweise der gesamten derstandes?" ersetzt. Die im Widerstand?" umge-Schaltungsanordnung sei zunächst angenommen, daß setzte Verlustleistung ist geringer als die im Widerder Verriegelungsstrom i_v vernachlässigbar klein sei. io stand 7 umgesetzte Verlustleistung. Solange die Be-Ist unter dieser Voraussetzung der Eingangsstrom i_e grenzungsschaltungen aus den Transistoren 8 und 10 größer als der Rückführstrom i_r, so ist der Transi- und den Dioden 9 und 11 unwirksam sind, wirkt das stör 8 gesperrt. Das bedeutet, daß der bidirektionale Netzwerk aus den Kondensatoren 6 und 7' und den Thyristor 4 zu Beginn der positiven Halbwelle ge- Widerständen 7" und 26 im wesentlichen als kapazizündet wird und daß über die Folgesteuerung des 15 tiver Spannungsteiler. Dieser Spannungsteiler ist so Transistors 10 auch die negative Halbwelle gezündet ausgelegt, daß die Schaltungsanordnung ohne die Bewird. Damit vergrößert sich aber auch der Rückführ- grenzungsschaliung den bidirektionalen Thyristor 4 strom I_n der ein Maß für die im Verbraucher umge- bei einem elektrischen Winkel von etwa 8° nach setzte Leistung ist, und die Differenz zwischen dem dem Nulldurchgang jeder Halbwelle der Versor-Eingangsstrom i_e und dem Rückführstrom i_r verrin- ao gungswechselspannung zündet. Der Widerstand 26 gert sich. Ist zu Beginn der nächsten positiven Halb- dient zur Entladung der Kondensatoren 6 und T. Ist welle der Eingangsstrom i_e immer noch größer als der Transistor 28 leitend, wird der Verriegelungsder Rückführstrom i_r, so wird der bidirektionale strom /_v der Basis des Transistors 8 über den Wider-Thyristor zu Beginn der positiven Halbwelle wieder stand 24, die Diode 27, den Widerstand 29 und die gezündet und durch die Folgesteuerung gleichfalls zu as Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 28 zuge-Beginn der darauffolgenden negativen Halbwelle. führt. Der Transistor 28 erhält seine Arbeitsspan-Hat der Rückführstrom i_r zu Beginn der nächsten nung über den Widerstand 30. Ist der Transistor 28 positiven Halbwelle die Größe des Eingangsstro- während der ersten 20° der positiven Halbwelle leimes i_c erreicht, so wird der Transistor 8 in den lei- tend, so ist der Transistor 8 gesperrt, und der bitenden Zustand gesteuert. Die Spannung über dem 30 direktionale Thyristor 4 erhält einen Zündimpuls. Ist Kondensator 6 wird begrenzt, und damit kann dem der Transistor 28 während der ersten 20° der posibidirektionalen Thyristor 4 während der positiven tiven Halbwelle gesperrt oder aber sind mehr als 20° und auch während der darauffolgenden negativen elektrisch nach dem Nulldurchgang der positiven Halbwelle kein Zündimpuls zugeführt werden. Halbwelle vergangen, so ist der Transistor 8 leitend,

Über den Widerstand 24 wird der Basis des 35 und es wird eine Zündung des bidirektionalen Thy-Steuertransistors 8 dann noch zusätzlich der Verrie- ristors 4 verhindert. Die Dioden 25 und 31 dienen gelungsstrom i_v zugeführt. Der Widerstand 24 ist so zur Spannungsbegrenzung während der negativen dimensioniert, daß der Einfluß des Verriegelungs- Halbwelle. Das Netzwerk aus der Diode 27 und dem stromes i_v bis zu einem elektrischen Winkel von 20°, Widerstand 32 bewirkt eine Nullpunktkorrektur der bezogen auf den Nulldurchgang der positiven Halb- 40 Kennlinie, die die Abhängigkeit des Stellgrades bzw. welle, bei der vorzeichenbewerteten Summation der der mittleren im Verbraucher umgesetzten Leistung Ströme i_e, i_r und i_v vernachlässigbar klein ist. Eine von der Eingangssteuerspannung darstellt.
Zündung des bidirektionalen Thyristors 4 ist deshalb Wegen des Ersatzes des Widerstandes 7 durch die nur bis zu einem Winkel von 20° möglich. Danach Reihenschaltung des Kondensators 7' und des Wiist der Verriegelungsstrom i_r so groß, daß er unab- 45 derstandes 7" beginnt sich der Kondensator 6 bereits hängig von der Größe der Differenz aus dem Rück- während der negativen Halbwelle mit dem Beginn führstromi,. und dem Eingangsstrom/,, den Steuer- der positiven Änderung der Versorgungswechseltransistor 8 leitend steuert. Die Zündung eines Lei- spannung nach der Zeit auf eine positive Spannung stungspaketes, das mindestens aus einer positiven aufzuladen. Durch die Reihenschaltung der Wider- und aus einer negativen Halbwelle besteht, ist also 50 stände 29 und 30 wird die Begrenzungsschaltung aus nur während eines elektrischen Winkels von etwa dem Steuertransistor 8 und der Diode 9 auch wäh-8 bis 20° nach dem Nulldurchgang der positiven rend der negativen Halbwelle der Versorgungswech-Halbwelle möglich. Dieser Bereich ist in Fig. 2 in selspannung wirksam und vermeidet so eine unbeabeinem Liniendiagramm der Versorgungswechselspan- sichtigte Zündung des bidirektionalen Thyristors 4 ir nung schraffiert dargestellt. Durch das Einführen des 55 der zweiten Hälfte der negativen Halbwelle.
Verriegelungsstromes i,, arbeitet der Stellverstärker Zur Kompensation des geringen D-Verhaltens, da als Nullspannungsschalter, da die größte am bidirek- durch das verzögernde Netzwerk 20, 21, 22 in dei tionalen Thyristor 4 vorkommende Schaltspannung Rückführung verursacht wird, dient das aus dei nur etwa Vs des Scheitelwertes der Versorgungswech- Widerständen 23 und 33 sowie dem Kondensator 3< selspannung beträgt. Wätirend der negativen Halb- 60 bestehende .RC-Netzwerk im Eingangskreis. Ist de welle begrenzt die Diode 25 die Basis-Emitter-Span- Eingangsstrom i_e größer als der Rückfuhrstrom i_r, » nung des Steuertransistors 8 auf die Diodendurchlaß- wird der bidirektionale Thyristor 4 gezündet, und e spannung. fließt durch den Verbraucher 3 ein Strom, der dei

F i g. 3 zeigt ein weiteres vorteilhaftes Ausfüh- Rückführstrom i_r so lange vergrößert, bis der Rück rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungs- 65 führstrom gleich dem Eingangsstrom ist. Die Zün

anordnung mit angeschlossenem Verbraucher. Bei dung des Thyristors 4 wird dann so lange verhinderl dieser Schaltungsanordnung tritt eine geringere Ver- bis der Rückführstrom i_T den Eingangsstrom 1, wie

lustleistung als bei der Schaltungsanordnung nach der unterschreitet Wie in der Schaltungsanordnuni

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nach der F i g. 1 werden jeweils nur volle Perioden erreichen, wird den Schaltungsanordnungen nach

gezündet. Fig. 1 und 3 ein passiver Gleichspannungswandlei

F i g. 7 zeigt den Spannungsverlauf am Verbrau- vorgeschaltet. In F i g. 5 ist ein unter dem Namen

eher für verschiedene Werte des Stellgrades. Bei Flußwandler bekannter passiver Gleichspannungs-

einem Stellgrad von 0%> fließt kein Strom durch den 5 wandler gezeigt. Die Eingangssteuerspannung wird

Verbraucher, und bei einem Stellgrad von 100 %> den Klemmen 41 und 42 des Flußwandlers zugeführt

fließt während jeder Periode der Versorgungswech- An die Klemmen 43 und 44 wird die Schaltungs-

selspannung Strom durch den Verbraucher. Bei den anordnung nach F i g. 1 oder 3 angeschlossen,

in :-^T i g. 7 gezeigten Liniendiagrammen sind zehn Auf Grund der nur geringen Verlustleistung (ins-

Perioden der Versorgungswechselspannung als Zeit- io besondere im Hinblick auf die Schaltung der F i g. 3]

basis gewählt worden. Entspricht die Eingangssteuer- und der geringen Anzahl von Bauelementen ist es

spannung einem anderen Stellgrad als den in der möglich, die beschriebene Schaltungsanordnung aui

Fig. 7 gezeigten Beispielen, so stellt sich die Zeit- einer einzigen' Isolierstoffplatte anzuordnen, die

basis zwangläufig auf eine andere Anzahl von ihrerseits zweckmäßigerweise so in dem freien Raum

Perioden der Versorgungswechselspannung ein. 15 eines Kühlkörpers mit H-förmigem Querschnitt füi

F i g. 4 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung den bidirektionalen Thyristor 4 befestigt ist, da£

mit zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren 35 und kein Bauteil über die äußeren Begrenzungsflächer

36, deren Steuerelektroden über den übertrager 37 des Kühlkörpers hinausragt. F i g. 6 zeigt den räum-

und die Dioden 38 und 39 an eine gemeinsame liehen Aufbau. In dem oberen freien Raum des

Steuerelektrode 40 geführt sind. Der aus einer einzi- ao Kühlkörpers 45 befinden sich die Anschlußklemmer

gen Halbleitertriode bestehende bidirektionale Thyri- 46 und 47 für die Eingangssteuerspannung, die An-

stör 4 in den Fi g. 1 und 3 kann durch die in Fi g. 4 schlußklemmen 1 und 2 für die Versorgungswechsel·

gezeigte Schaltungsanordnung eines aus zwei jeweils spannung und die Anschlußklemmen 1 und 411 füi

nur in einer Richtung leitfähigen Thyristoren gebil- .den Verbraucher 3. Der bidirektionale Thyristor 4

deten bidirektionalen Thyristor ersetzt werden. »5 ist in den Kühlkörper 45 eingepreßt. In dem unterer

Durch diese Kunstschaltung ist es möglich, antiparal- freien Raum des Kühlkörpers 45 ist die Isolierstoff

lelgeschaltete Thyristoren durch die Zündimpulse platte 49 mit der elektronischen Schaltung befestigt

einer Zweiwegeschaltdiode zu zünden. Da kein Gehäuse für die Schaltungsanordnung erfor

Um eine Potentialtrennung zwischen der Versor- derlich ist, kann die Verlustwärme gut von den

gungsspannung und der Eingangssteuerspannung zu 30 Kühlkörper abgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur kontaktlosen Steuerung der Leistung von Wechselspannungsverbrauchern durch Thyristoren mittels Impulsgruppensteuerung, bei der jeweils vollständige Sinusschwingungen der Versorgungswechselspannung an den Verbraucher geliefert werden, die erste Halbwelle jeder Impulsgruppe dieselbe Polarität aufweist und aus dem Spannungsabfall, den diese Halbwelle am Verbraucher verursacht, ein Zündimpuls für die darauffolgende Halbwelle der entgegengesetzten Polarität abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsschalter ein bidirektionaler Thyristor (4) mit nur einer Steuerelektrode für die Zündung der positiven und negativen Halbwellen dient, daß in dessen Zündkreis die Reihenschaltung eines Kondensators (6) und eines bidirektionalen Triggerelementes (5) liegt, das einen definierten Zündimpuls an die Steuerelektrode des bidirektionalen Thyristors (4) abgibt, wenn die am Kondensator (6) anliegende Spannung die Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerelementes (5) überschreitet, daß dem Kondensator (6) über ein Netzwerk (7, 7', 7") die Versorgungswechselspannung zugeführt ist, daß parallel zu dem Kondensator (6) als Begrenzungsschaltung zwei antiparallelgeschaltete Reihenschaltungen mit jeweils einem Transistor (8, 10) und einer Diode (9, 11) in Durchlaßrichtung geschaltet sind, von denen die eine Reihenschaltung (8, 9) während der positiven Halbwelle und die andere Reihenschaltung (10, 11) während der negativen Halbwelle derart wirksam ist, daß in Abhängigkeit von den den Basisanschlüssen der Transistoren (8, 10) zugeführten Steuersignalen entweder die Spannung am Kondensator (6) auf einen Wert unterhalb der Durchbruchspannung des bidirektionalen Triggerelementes (5) begrenzt wird oder die Transistoren unwirksam sind, daß ein weiteres Netzwerk (24, 24, 27, 28, 29) vorgesehen ist, das aus der am bidirektionalen Thyristor (4) anliegenden Spannung einen Verriegelungsstrom (i'_v) ableitet, welcher die Zündung der gesteuerten Halbwelle nur im Bereich zwischen 8 und 20° nach dem Nulldurchgang der Versorgungswechselspannung gestattet, und daß eine RUckführschaltung mit einem Gleichrichter (18) und einem verzögernden Netzwerk (20 bis 22) vorgesehen ist, das den Mittelwert der gleichgerichteten Verbraucherspannung bildet und einen diesem proportionalen Rückführstrom (i_r) abgibt, der zusammen mit einem aus einer Eingangssteuerspannung gewonnenen Strom (/_t.) und dem Verriegelungsstrom (f'_v) das Steuersignal für den einen (ersten) Transistor (8) der Begrenzungsschaltung (8 bis 11) bildet, während das Steuersignal für den anderen (zweiten) Transistor (10) aus dem Spannungsabfall über dem Verbraucher (3) abgeleitet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des verzögernden Netzwerkes (20 bis 22) mindestens 50mal so groß wie die Periodendauer der Wechselspannung ist.

IV Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk, über das dem Kondensator (6) die Versorgungswechselspannung zugeführt ist, aus der Reihenschaltung eines Kondensators (7') und eines Widerstandes (7") besteht, dem ersten Transistor (8) ein weiterer Transistor (28) in Emitterschaltung vorgeschaltet ist, dessen Emitter mit dem Emitter des ersten Transistors (8) und dessen Kollektor über einen ersten Widerstand (29) mit der Basis und über einen zweiten Widerstand (30) mit dem Kollektor des ersten Transistors (8) verbunden ist.