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Verfahren und Anordnung zur Erzeugung eines Zündimpulses mit einer
hohen steilen Spitze und einem Impulsrücken Für die Zündung von Thyristoren werden
Zündimpulse mit einer möglichst großen Steilheit und Höhe verlangt. Das gilt besonders
für die Reihen- oder Parallelschaltung von Thyristoren. Bei der Reihenschaltung
ist ein gleichzeitiges. Zünden der Thyristoren erforderlich, damit der zuletzt gezündete
Thyristor nicht mit Uberspannung beansprucht wird. Bei der Parallelschaltung darf
der zuerst gezündete Thyristor nicht strommäßig überlastet werden. Nach dem Zünden
der Thyristoren soll außerdem die Zündbereitschaft noch einige 100 nikrosekunden
erhalten bleiben, weil die Thyristoren durch Stromschwingungen leicht verlöschen
können. In der Praxis werden daher Zündimpulse verwendet , wle sie in Figur 1 der
Zeichung dargestellt sind. Zündimpulse mit dieser Impulsform können auf verschiedene
Weise erzeugt werden. In den Figuren 2 und 3 sind zwei bekarinte Schaltungen dargestellt
(Siemena-Zeitschrift, März 1965, Seite 187, Bild 4). In Figur 2 wird beim Anlegen
der Spannungsquelle 1 und beim Aufsteuern des
Transistors 2, der
als Schalttransistor betrieben wird, im ersten Augenblick die gesamte Spannung über
den Kondensator 4 an den Inpulsübertrager 5 gelegt. Die volle auf die Sekundärseite
des Ubertragers 5 transformierte Spannung wird über die Diode 6 an die Steuerstrecke
des Thyristors 7 geschaltet.
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Nacn der Aufladung des Kondensators 4 wird der Strom durch den Widerstand
3 begrenzt, so daß dann dem Thyristor 7 mir noch der Impulsrückenstrom zugefiihrt
wird. Der wesentliche Nachteil dieser Schaltung ist der schlechte Wirkungsgrad.
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Der größte Teil der Leistung wird im Widerstand 3 umgesetzt.
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Die Zündspannungsquelle 1 muß sehr leistungsstark sein.
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In Figur 3 ist eine andere bekannte Schaltung mit besserem Wirkungsgrad
dargestellt. Be-im Aufsteuern des Transistors 2 wird der vorher über die Zündspannungsquelle
1 und den Impulsübertrager 5 aufgeladene Kondensator 9 auf die Primärwicklung eines
zweiten Ubertragers 8 geschaltet, der die Spannung über die Diode 10 auf den Thyristor
7 schaltet.
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Da der über den zweiten tbertrager 8 übertragene Impuls sehr schmal
ist und daher nur eine geringe Spannungs zeitfläche erforderlich ist, genügen wenige
Windungen auf dem 8bertrager 8, 90 daß bei der geringen Ubertragerstreuung die Übertragung
eines steilen Impulses möglich ist. Der Impuisrücken wird silber den Übertrager
5 und die Diode 6 übertragen. Dem Thyristor 7 wird also die Summe der übertragenen
Ströme zugeführt. Der Wirkungsgrad dieser Anordnung ist relativ gut. Der Nachteil
dieser Schaltung ist aber die Notwendigkeit eines zweiten Übertragers. Ein weiterer
Nachtell der belden bekannten Schaltungen ist die Notwendigkeit,
besondere
Mittel für die Abmagnetisierung der übertrager vorzusehen. Dazu werden im allgemeinen
entweder Zenerdioden oder Widerstände mit Dioden in Reihe parallel zu den Übertragern
geschaltet. Die in der Zenerdiode oder im Widerstand umgesetzte Leistung liegt bei
ca. 10 % der Impuisleistung, ist also recht beachtlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine
Anordnung zur Erzeugung von Zündimpulsen der obengenannten Art anzugeben, mit denen
die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden. Demzufolge betrifft die
Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Zündimpulses mit einer hohen steilen
Spitze und einem Impulsrücken zur Zündung von steuerbaren Stromrichterventilen,
unter Verwendung einer Zündspannungsquelle, eines elektronischen Schaltelementes
und eines Impulsübertregers e ist durch gekennzeichnet, daß die Abmagnetisierungsenergie
des Impulsübertragers auf einen kapazitiven Energiespeicher übertragen wird und
danach zur Erzeugung der hohen steilen Spitze des Zündimpulses herangezogen wird.
Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnest, daß
zwischen der Zündspannungsquelle und dem Impulsübertrager eine in Durchlaßrichtung
gepolte erste Diode angeordnet ist, welcher einerseits ein erster Kondensator und
andererseits eine Reihenschaltung aus einer Impedanz und einem zweiten Kondensator
mit einer im Vergleich zum ersten Kondensator großen Kapazität parallelgeschaltet
ist, wobei der zweite Kondensator über die erste Diode und eine zweite Diode in
der Weise mit der Primärwicklung des Impulsübertregers
verbunden
ist, daß er durch den Abmagnetisierungsstrom des Impulsübertragers aufladbar ist.
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An Hand der Figuren 4 und 5 der Zeichnung seien zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
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In Fig. 4 sind eine Zündspannungsquelle 1, ein elektronisches Schaltelement
2, hier ein Schattransistor, und die Primärwicklung eines Impulsübertragers 5 in
Reihe geschaltet. Die Sekundärwicklung des Übertragers 5 ist über eine Diode 6 mit
der Steuerstrecke eines steuerbaren Stromrichterventils 7, hier eines Thyristors,
verbunden. Der Thyristor 7 ist Teil einer nicht weiter dargestellten beliebigen
Stromrichterschaltung. Zwischen der Zündspannungsquelle 1 und der Primärwicklung
des Übertragers 5 ist eine in Durehlaßrichtung gepolte Diode 15 angeordnet. Dieser
Diode 15 ist einerseits ein Kondensator 11 und andererseits eine Reihenschaltung
aus einer Impedanz 12 und einem zweiten Kondensator 14 parallelgeschaltet. Der zweite
Kondensator 14 ist über die erste Diode 15 und eine zweite Diode 13 in der Weise
mit der Primärwicklung des Impulsübertragers 5 verbunden, daß fur die eine Stromrichtung
ein geschlossener Stromkreis entsteht. Durch gestrichelte Darstellung ist angedeutet,
daß gegebenenfalls parallel zum zweiten Kondensator 14 eine Zenerdiode 16, bzw,
ein entsprechendes spannungsbegrenzendes Bauelement, oder eine zusätzliche Spannungsquelle
17 geriger Leistung parallelgeschaltet sein kann.
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In Fig. 5 ist eine Anordnung zur Erzeugung von zwei Zündimpulsen pro
Periode dargestellt. Zwei Zündimpulse pro Periode werden für zweipulsige Stromrichterschaltungen
benötigt. Entsprechend sind für p-pulsige Stromrichterschaltungen p Zündimpulse
pro Periode erforderlich. Prinzipiell stimmt die in Fig. 5 gezeigte Anordnung mit
der in Fig. 4 dargestellten Anordnung überein. Wegen der zu erzeugenden zwei Impulse
pro Periode sind nunmehr Jedoch Jeweils zwei Transistoren 22,21, Impulsübertrager
51,52, erste Dioden 151,152, erste Kondensatoren 111,112, Impedanzen 121,122 und
zweite Dioden 131,132 vorhanden. Die übrigen Elemente der Schaltung bleiben unverändert.
In entsprechender Weise ist auch eine Anordnung zur Erzeugung von p Impulsen pro
Periode aufzubauen.
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Die Funktionsweise der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist folgende.
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Es sei zunächst angenommen, daß die Kondensatoren 11,14 mit der eingezeichneten
Polarität aufgeladen sind. Die Spannung dieser Kondensatoren sei beispielsweise
um den Faktor 3 größer als die Spannung der Zündspannungsquelle 1. Die Diode 15
ist dann also gesperrt. Beim Durchschalten des Transistors 2 wird über die Loltusg
18 die Summe der Spanmingen von 1 und 11 an den Übertrager 5 gelegt. Diese hohe
Spannung Erzeugt einen entsprechend steilen und hohen Ziindimpuls rür den Thyristors
7. Durch die Wahl der Kapazität dcs Kondensateru 11 kann die Impulsbreite beispielsweise
zu ca. 10-30 /uo tjefltimmt werden. Nach der Entladung des Kondensators
11
wird die Diode 15 leitend, so daß die Spannungsquelle 1 die Stromlieferung für den
Impulsrücken übernimmt.
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Die dann noch am zweiten Kondensator 14, der eine im Vergleich zum
ersten Kondensator 11 große Kapazität besitzt, liegende Spannung wird an die Impedanz
12 gelegt. Nach dem Sperren des Transistors 2 wird die Abmagnetisierungsenergie
des Impulsübertragers 5 erfiadungsgemäß auf den zweiten Kondensator 14 übertragen,
Das geschieht in der Weise, daß der Ubertrager 5 über die zweite Diode 13, den zweiten
Kondensator 14 und die erste Diode 15 abmagnetisiert und damit den Kondensator 14
auflädt. Die Energie des Impulsübertragers 5 wird dabei nahezu verlustlos an den
Kondensator 14 abgegeben. Die am zweiten Kondensator 14 anstehende Spannung wird
über die Impedanz 12 auf den ersten Eondensator 11 geschaltet. Die Impedanz 12 kann
relativ hochohmig sein, da die Kapazität des autzuladenden Kondensators 11 klein
ist und die Zeit für die Aufladung zwischen dem Ende des Impulses und dem Beginn
des folgenden Impulses relativ groß ist. Die Impedanz kann wahlweise aus einer Drossel
oder einem ohmschen Widerstand bestehen. Beim Einsatz einer Drossel ist in Reihe
mit der Drossel eine Diode zu schalten, um Stromschwingungen zu vermeiden. Da die
Verlustleistung int Widerstand sehr gering tat, empfiehlt sich dessen Einsatz ans
Platz- und Preisgründen. Bei reichlich zur Verfügung stehender Abmagnetisierungsenergie
kann ein spannungsbegrenzenden Element, wie z.B. eine Zenerdiode, parallel zum zweiten
Kondensator vorgesehen werden. Falls die Magnettsierungsenergie Jedoch nicht ausreichend
ist oder schon beL
dem ersten Impuls nach dem Einschalten der Anlage
ein steiler und hoher Impuls verlangt wird, kann parallel zum zweiten Kondensator
14 eine zusätzliche Spannungsquelle 17 geschaltet werden. Die Leistung dieser Spannungsquelle
kann im Vergleich zur Zündspannungsquelle sehr niedrig sein. Die Zenerdiode 16 kann
dabei fortgelassen werden.
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Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht also im wesentlichen
darauf, daß die Magnetisierungsenergie, die der Ubertrager während der Impulsdauer
aus der Zündspannungsquelle 1 bezogen hat, an die Kondensatoren 11 und 14 abgegeben
wird, wo sie wiederum für die Erzeugung der Impulsspitze zur Verfügung steht Der
Wirkungsgrad der Anordnung ist folglich sehr gut.
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Bei der Parallel- oder Reihenschaltung mehrerer Thyristoren sind gegebenenfalls
mehrere parallele Impulsübertrager notwendig. Dabei ändert sich am Prinzip der Schaltung
nichts.
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Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung arbeitet nach dem gleichen Prinzip
wie die Anordnung nach Fig. 4, nur daß an Stelle eines einzigen Transistors nunmehr
zwei Transistoren im Rhytmus der zu erzeugenden Zündimpulse leitend gemacht werden.
Die dazu erforderlichen auf die Basis der Transistoren wirkenden Steuer- oder Regeleinrichtungen
sind nicht besonders dargestellt.
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7 Seiter Beschreibung, 9 Patentansprüche und 1 Blatt Zeichnungen mit
5 Figuren