DE2360670A1 - Schaltungsanordnung zur drahtlosen uebertragung eines steuersignals an die steuerstrecke eines steuerbaren halbleiterventils, insbesondere eines thyristors - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung" zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors, das vorzugsweise in einem Stromrichter für hohe -Spannung einsetzbar ist. ·

Die Übertragung, eines Steuersignals von einem Steuersignalgeber an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils wird stets dann auf drahtlosem Wege, also mit galvanischer Trennung, vorgenommen, wenn zwischen dem Steuersignalgeber und dem Halbleiterventil ein besonders großer Potentialunterschied herrscht, wenn zwischen ihnen ein besonders großer oder kleiner Abstand besteht, wenn beide nur schwer zugänglich sind, oder wenn sich Steuersignalgeber und Halbleiterventil relativ zueinander bewegen·.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 916 875 ist eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt. Es handelt sich dabei um eine Drehzahlsteuereinrichtung für eine elektrische Maschine» Hierbei kann die rotierende Ankerwicklung über einen Empfänger, der elektronische Schaltelemente enthält, kurzgeschlossen werden. Der Geber ist dabei am feststehenden Erreger angeordnet. Es ist möglich, als Geber für das Steuersignal eine Lichtquelle (z. B. Glühlampe, Lumineszenzdiode) und als Schaltelement zur Steuerung des Ankerstroms ein lichtgesteuertes elektronisches Bauelement (z. B. Pototransitor,. Fotothyristor)

509825/0421

- 2 - VPA 73/8342

zu verwenden. Die Übertragung des Steuersignals kann aber auch auf elektromagnetischem Wege erfolgen, z. B. mittels eines Transformators, dessen Primärwicklung als Steuersignalgeber und dessen Sekundärwicklung im Steue-rkreis eines Bauelements des Empfängers angeordnet ist, oder mittels eines Magnets als Steuersignalgeber und eines magnetfeldgesteuerten Halbleiterwiderstands als Empfängers. Auch eine elektrostatische Übertragung des Steuersignals ist möglich.

Auch aus der deutschen Patentschrift 1 538 099 ist eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bekannt. Es handelt sich dabei um eine Zündschaltung für ein steuerbares Halbleiterventil. Diese Zündschaltung ist so aufgebaut, daß sie die Zündenergie aus der Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Halbleiterventils ableitet. Dabei wird mittels dieser Spannung ein Impulskondensator aufgeladen, der über einen Hilfsschalter auf die Gitter-Kathoden-Strecke des Halbleiterventils entladen werden kann. Als Hilfsschalter ist ein lichtgesteuerter Thyristor vorgesehen, der durch Lichteinstrahlung von einer Lichtquelle gezündet werden kann. Die Lichtquelle ist hierbei als Steuersignalgeber anzusehen. Sie kann in einiger Entfernung von dem Halbleiterventil angeordnet sein. Diese Zündschaltung ist besonders geeignet für einen Thyristor, der - gegebenenfalls in Reihe zu weiteren Thyristoren - in einem Stromrichter für hohe Spannung angeordnet ist.

Die bekannten Schaltungsanordnungen machen demnach bei der drahtlosen Übertragung von einer lichtoptischen, einer elektromagnetischen oder einer kapazitiven Informationsübertragung Gebrauch. Bei der lichtoptischen Übertragung können sich Verunreinigungen, die' sich auf den optischen Bauelementen in der Übertragungsstrecke niederschlagen, auf längere Sicht störend bemerkbar machen. Bei der elektromagnetischen Übertragung ist man ebenso wie bei der kapazitiven Übertragung im allgemeinen auf einen kleinen Kopplungsabstand zwischen Steuersignalgeber und Halbleiterventil festgelegt, was aber häufig aus Gründen eines hohen Potentialunterschiedes nicht zulässig oder bei

509825/0421

2360870

- 3 - VPA 73/8342

rotierenden Maschinen nicht möglich ist.

Eine Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils, bei der das Steuersignal zur Modulation eines Hochfrequenz-Senders vorgesehen ist, der in einigem Abstand von einem Hochfrequenz-Empfänger angeordnet ist, welcher einen Demodulator enthält, dessen Ausgangssignal auf die Steuerstrecke des Ha-lbleiterventils gegeben ist, wird in der deutschen Patentanmeldung P.... ... (Aktenzeichen der Anmelderin: VPA 73/8339; Anmeldetag: 5. 12. 1973) vorgeschlagen.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist man nun daran inte-" ressiert zu erfahren, ob beim Betrieb des steuerbaren Halbleiterventils in dessen Anoden-Kathoden-Strecke ein Kurzschluß aufgetreten ist. Sind mehrere solcher Halbleiterventile z. B. in einem Stromrichter zusammengefaßt, so ist man auch daran interessiert zu erfahren, wie viele und welche Halbleiterventile ausgefallen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Schaltungsanordnung dafür zu sorgen, daß eine Rückmeldung über den Ausfall eines oder gegebenenfalls mehrerer Halbleiterventile mit geringem technischen und apparativen Übertragungsaufwand auf der Senderseite zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schaltungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuersignal zur Modulation eines Hochfrequenz-Senders vorgesehen ist, der in einigem Abstand von einem Hochfrequenz-Empfänger angeordnet ist, welcher einen Demodulator enthält, dessen Ausgangssignal auf die Steuerstrecke des Halbleiterventils gegeben ist, und daß zur Rückübertragung einer Information über den Zustand des Halbleiterventils die Empfangsantenne des Hochfrequenz-Empfängers als Sendeantenne und die Sendeantenne des Hochfrequenz-Senders als Empfangsantenne vorgesehen ist.

509825/0421

- 4 - VPA 73/8342

Sendeantenne und Empfangsantenne werden hierbei zur Informationsübertragung in beiden Richtungen ausgenutzt. Auf diese Weise läßt sich eine drahtlose Rückmeldung über den Zustand des Halbleiterventils von der Empfangsseite an die Sendeseite mit einem geringen Aufwand durchführen.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß an der Empfangs antenne des Hochfrequenz-Empfängers ein · Impedanzglied angeordnet ist, dessen Impedanz in Abhängigkeit von einer Kenngröße des steuerbaren Halbleiterventils gesteuert ist, und daß an der Sendeantenne des Hochfrequenz-Senders ein Rückmeldeempfanger angeordnet ist, der aus dem am Impedanzglied reflektierten, von der Empfangsantenne des Hochfrequenz-Empfängers abgestrahlten und von der Sendeantenne aufgefangenen RückmeldeSignal ein Signal über den Zustand des Halbleiterventils abtrennt.

Hierbei kommt man mit einem geringen Aufwand und einem geringen leistungsbedarf aus, da für die Rückübertragung keine besondere Energiequelle erforderlich ist. Es wird nämlich die für-die Ansteuerung verwendete, an der Empfangsantenne des Empfängers ankommende Hochfrequenzleistung an dem steuerbaren Impedanzglied teilweise reflektiert und zur drahtlosen Übertragung der Rückmeldung ausgenutzt.

Hierbei kann man insbesondere so vorgehen, daß zur Steuerung des Impedanzgliedes ein Kennfrequ^Jiz-Oszillator vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Sperrspannung am Halbleiterventil steuerbar ist. IJieser Kennfrequenz-Oszillator kann prinzipiell frequenz- oder amplitudengesteuert sein.

Aus Gründen der Störsicherheit wird man die Frequenzmodulation des Hochfrequenz-Senders und die Amplitudensteuerbarkeit des ,Kennfrequenz-Oszillators bevorzugen. Dann kann die Schaltungsanordnung so weitergebildet werden, daß die Kennfrequenz des iKennfrequenz-Oszillators konstant ist, und daß der Rückmeldeempfänger auf diese Kennfrequenz abgestimmt ist. Hierbei sollte

509825/0421

-. 5 - " · VPA 73/8342

der Kennfrequenz-Oszillator mit seiner Kennfrequenz das Impedanzglied bezüglich dessen Impedanz steuern und dadurch eine Amplitudenmodulation im reflektierten Rüclcmel de signal hervorrufen.

Es kann an die Anoden-Kathoden-Strecke des Halbleiterventils eine Spannungsüberwachungsschaltung geschaltet sein, die in Abhängigkeit von der Sperrspannung am Halbleiterventil der Ausgangesignal des Kennfrequenz-Oszillators an- und abschaltet.

Als Impedanzglied kann beispielsweise eine Kapazitätsdiode oder eine PIH-Diode vorgesehen sein= .

Besonders wichtig ist es, im Sendeteil eine scharfe Trennung des durch die Sendeantenne abgegebenen Sendesignals von dem durch dieselbe Sendeantenne aufgenommene Rückmeldesignal durchzuführen. Das wird bevorzugt durch verschiedene Modulationsarten erreicht. Wenn also das Sendesignal frequenzmoduliert ist, dann sollte das reflektierte Rückmeldesignal amplitudenmoduliert sein. - Ist eine Vielzahl von Halbleiterventilen vorhanden, so sollte die Übertragung der Steuersignale durch verschiedene Unterträgerfrequenzen erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von vier Figuren näher erläutert. Für gleiche Bauelemente werden dabei ,dieselben Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:

Figur 1 eine Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung zweier Steuersignale mit drahtloser Rückmeldung,

Figur- 2 eine Ausführungsform des dabei verwendeten Steuersenders, '"

Figur 3 eine Ausführungsform des dabei verwendeten Empfängers, und

Figur 4 eine Ausführungsform einer Kombination der dabei verwendeten Rückmeldeempfänger- und Auswerteschaltung.

509825/0421 \

- β - VPA 73/8342

Nach der schematischen Darstellung- in Pigur 1 ist ein Steuersender S vorgesehen, dem über eine Eingangsklemme ein Steuersignal si zur Zündung eines Halbleiterventils V1, insbesondere eines Thyristors, vorgegeben wird. Anstelle dieses e'inen Halbleiterventils V1 können hier auch mehrere in Reihe oder parallel zueinander geschaltete Halbleiterventile vorgesehen sein, die gleichzeitig zu zünden sind. Dem Steuersender S ist übereine weitere Eingangsklemme ein weiteres Steuersignal ö2 vorgegeben, das zur Zündung eines weiteren Halbleiterventils V2 oder einer Gruppe solcher Halbleiterventile herangezogen wird.

In Figur 1 sind abweichend vom normalen Fall nur zwei Halbleiterventile V1, V2 eingezeichnet. Es wird dabei angenommen, daß beide Halbleiterventile V1, V2 demselben Stromrichter für hohe Spannung, z. B. demselben Stromrichter für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, angehören, daß sie' aber'in verschiedenen Zweigen angeordnet^ind und zu unterschiedlichen Zundzeitpunkten gezündet werden sollen.

Der Steuersender S gibt über einen Zirkulator Z ein Sendesignal ρ an eine Sendeantenne A ab. Die Frequenz dieses Sendesignals ρ liegt beispielsweise im GHz-Bereich. Das Sendesignal ρ gelangt drahtlos zu einer Anzahl von Empfangsantennen B1, B2, ..., von denen nur die beiden Empfangsantennen B1, B2 dargestellt sind. Die drahtlose Übertragung des Sendesignals ρ ist durch die gewellten Pfeile in Figur 1 angedeutet. Die Empfangsantennen B1, B2 sind in einigem Abstand von der Sendeantenne A aufgestellt. Der minimale Abstand ist im allgemeinen ■ durch den Sicherheitsabstand bestimmt, welcher bei der größten Spannung des Stromrichters von dessen Halbleiterventilen eingehalten werden muß. In Figur 1 sind nur zwei Empfangsantennen B1 undB2 dargestellt. Im allgemeinen wird man jedem der vorhandenen Halbleiterventile V1, V2 eine solche Empfangsantenne B1, B2 zuordnen.

Jede Empfangsantenne B1, B2 ist zusammen mit einem Empfänger E1, E2, der jeweils einen Demodulator enthält, einem der HaIbleiterv'entile V1, V2 des Stromrichters zugeordnet. Die einzelnen

5098 25/0 421

-V- VPA'73/8342

«V

Empfänger E1, Ξ2 sind weitgehend gleich' aufgebaut. Sie haben die Eigenschaft, daß sie aus einer Vielzahl von angebotenen Steuersignalen das ihnen zugeordnete Steuersignal si bzw. s2 selektieren und in Abhängigkeit dieses Steuersignals si, s2 ein Zündsignal an die Steuerstrecke des Halbleiterventils V1 bzw. V2 geben.

Zwischen der Empfangsantenne ΒΊ, B2 und dem Empfänger E1, E2 ist jeweils ein steuerbares Impedanzglied 11 bzw« 12 angeordnet". Als Impedanzglied 11, 12 kann jeweils eine Kapazitätsdiode oder eine PIN-Diode vorgesehen sein. Dessen Impedanz kann jeweils von einem·Kennfrequenz-Oszillator 01, 02 mit einer Kennfrequenz n1 bzw. n2 moduliert werden. Die von den Kennfrequenz-Oszillatoren 01, 02 abgegebenen Kennfrequenzen n1, n2 sind ein Kennzeichen für das betreffende Halbleiterventil V1 bzw. V2. Es ist also die Kennfrequenz n1 dem Halbleiterventil V1 und die Kennfrequenz n2 dem Halbleiterventil V2 zugeo-rdnet. Die einzelnen Kennfrequenzen n1, n2 sämtlicher Halbleiterventile V1, V2 ... sind voneinander verschieden und können z. B. jeweils um 1 kHz auseinander liegen.

Das von der Empfangsantenne B1, B2 aufgenommene Sendesignal ρ gelangt über das Impedanzglied 11, 12 in den Empfänger E1, E2 und wird hier demoduliert. Dabei wird festgestellt, ob das demodulierte Signal zur Zündung des betreffenden Ventils V1 bzw. V2 auch wiifl.ich vorgesehen ist. Falls dies zutrifft, v/ird das demodulierte Signal zur Zündung des Halbleiterventils. V1 oder V2 herangezogen.

Die Kennfrequenz-Oszillatoren 01, 02 sind zur Rückmeldung einer Information über den Zustand des betreffenden Halbleiterventils V1 bzw. V2 sind insbesondere Spannungsüberwachungsschaltungen Ui, TJ2 vorgesehen, die die Anoden-Kathoden-Spannungen der Halbleiterventile V1 bzw. V2 messen. Falls die Anoden-Kathoden-Spannung 2TuIl ist, falls also eine Störung vorliegt, gibt die· Spannungsüberwachungsschaltung U1, U2 als Ausgangssignal u1 bzw. u2 ein Sperrsignal an den Kennfrequenz-■*vorgesehen. Zur Feststellung des Zustande der Halbleiterven-■ tile V1, «V2

509825/0421 - r _

- 8 - VPA 73/8342

Oszillator 01 bzw. 02 ab. Dieses Sperrsignal u1, u2 sperrt die Ausgangsspannung des Kennfrequenz-Oszillators 01, 02, d. h. macht diese Ausgangsspannung zu Null.

Im ungestörten Falle, wenn an den Halbleiterventilen V1, V2 eine Sperrspannung anliegt, gibt jede Spannungsüberwachungsschaltung U1, U2 kein Sperrsignal ab. Die Kennfrequenz-Oszillatoren 01, 02 verändern dann den Wert des zugeordneten Impedanzgliedes 11, 12 nach Maßgabe der Kennfrequenz n1, n2. Das ankommende Sendesignal ρ wird dadurch moduliert. Diese Modulation bewirkt, daß das Sendesignal ρ an der steuerbaren Impedanz 11, 12 teilweise reflektiert und über die Empfangsantenne B1, B2 als amplitudenmoduliertes Rückmeldesignal rl, r2 wieder abgestrahlt wird. Ein Teil der abgestrahlten Leistung gelangt über die Übertragungsstrecke zurück auf die Sendeantenne A.

Das von der Sendeantenne A empfangene Gemisch von Rückmeldesignalen r1, r2 wird über den Zirkulator Z als Empfangssignal e in einen Rückmeldeempfänger R geleitet. Dieser Rückmeldeempfänger R selektiert die von sämtlichen Empfangsantennen B1, B2 moduliert reflektierten Rückmeldesignale r1, r2 nach ihren Kennfrequenzen n1, n2 .... Ist eines der Halbleiterventile V1, Ί2 gestört, so fehlt die entsprechende Kennfrequenz n1 bzw. n2 im Empfangs signal e. Eine Auswerteschaltung W verarbeitet die vom Ruckmeldeempfänger R abgegebenen Signale weiter, so daß man Aufschluß über Kennzahl, Ort und/oder Anzahl der fehlerhaften Halbleiterventile Y1, V2 erhält. Die Auswerteschaltung W gibt an ihren Ausgangsklemmen den Ventilen V1, V2 zugeordnete Anzeigesignale al bzw. a2 ab, die zum Betrieb von Kontrollampen herangezogen werden können. Die Auswerteschaltung W gibt ferner ein Summensignal w ab, das zur Auslösung eines Alarms benutzt werden kann.

Damit das Sendesignal ρ und das Gemisch rückgestrahlter Rückmeldesignale r1, r2 sich nicht gegenseitig beeinflussen, müssen verschiedene Maßnahmen getroffen werden. Zunächst einmal sollten verschiedene Modulationsarten vorgesehen sein. Dabei kann beispielsweise das Sendesignal ρ im Takte der Steuersig-

509825/0421

360670

- 9 - VPA 73/8342

nale si, s2 frequenzmoduliert und das rückgemeldete Empfangssignal e - wie bereits erwähnt - amplitudenmoduliert sein. Man kann aber auch umgekehrt vorgehen: Das Sendesignal ρ kann amplitudenmoduliert und das Empfangssignal e kann frequenzmoduliert sein. Die erstgenannte Lösung ist jedoch die günstigere, weil ein frequenzmoduliertes Sendesignal ρ weniger anfällig gegen Störungen ist, die beispielsweise durch Glimmentladungen an dem Stromrichter hervorgerufen werde~n können. Ein frequenzmoduliertes Sendesignal ρ ist auf der Ventilseite einfacher und störsicherer zu verarbeiten.

Als weitere Maßnahme ist die Trennung von Sendesignal ρ und Empfangssignal e mittels des Zirkulators Z zu nennen. "Anstelle eines Zirkulators Z kann auch jede andere gebräuchliche Signalweiche verwendet werden. Und als dritte.Maßnahme sollte darauf geachtet werden, daß verschiedene Frequenzen für die Kennfrequenzen n1, n2 einerseits und - bei Frequenzmodulation des Sendesignals ρ - für die Modulationsfrequenzen im Steuersender S.benutzt werden.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Steuersenders S dargestellt.

Es wird davon ausgegangen, daß die zu zündenden Halbleiterventile in einem Stromrichter in Drehstrombrückenschaltung angeordnet sind. Ein (nicht dargestellter) Steuersignalgeber, der z. B. Bestandteil eines Regelkreises ist, gibt Steuersignale si, s2, ... s6 ab, die zur Zündung der Halbleiterventile in den sechs Zweigen des Stromrichters verwendet werden sollen. Die Frequenz dieser Steuersignale si, s2, ..., s6 betrage.ζ. B. 50 Hz.

Nach Figur 2 enthält der Steuersender S"einen Frequenzgenerator G1, z. B. einen Quarz-Oszillator, der ein Signal mit einer ' Frequenz f1 „abgibt. Diese Frequenz f1 ist konstant. Sie soll beispielsweise im Bereich von 6, 7 bis 11 MHz liegen. Diese Frequenz f1 wird im.folgenden als TJnterträgerfrequenz f1 bezeichnet. Das vom Frequenzgenerator G1 abgegebene .Signal wird

509825/0421

- 10 - VPA 73/8342

einem Modulator M1 zugeführt, der zur Amplitudenmodulation vorgesehen ist. Als Modulator MI kann'z. B. ein elektronischer Schalter, z. 3. ein Schalttransistor, vorgesehen sein. Dem Modulationseingang M1, z. B. der Basis des Schalttränsistors, wird das Steuersignal si zugeführt. Dieses Steuersignal si ist für eine gleichzeitige Zündung aller Halbleiterventile V1 eines Zweiges des Stromrichters vorgesehen. Das vom Modulator M1 abgegebene Signal ist ein Signal der Unterträgerfrequenz f1, welches im Takte des Steuersignals si, also z. B. mit 50 Hz, amplitudenmoduliert ist.

Für die Zündung der Halbleiterventile in den fünf anderen Zweigen des Stromrichters sind die weiteren Steuersignale s2 bis s6 vorgesehen. Pur jedes dieser Steuersignale s2 bis s6 ist eine Frequenzgenerator-Modulator-Kombination vorgesehen. Das Steuersignal s2 ist beispielsweise in den Modulationseingang eines Modulators M2 gegeben, der von einem Frequenzgenerator G 2 mit einem Signal der Unterträgerfrequenz f2 beaufschlagt ist. Die einzelnen Frequenzgenera'toren G1 , G2 ... besitzen verschiedene Unterträgerfrequenzen f1, f2, .... Die Ausgangsspannung en sämtlicher Modulatoren M1, M2 ... werden zusammengefaßt, d. h. addiert. Dazu ist ein Verknüpfungspunkt Q vorgesehen, der z. B. als Widerstand ausgebildet sein kann. Die am Verknüpfungspunkt Q zusammengefaßten Ausgangsspannungen werden einem Phasenmodulator M zugeführt.

Dem Phasenmodulator M ist ein Trägergenerator G vorgeschaltet, der als Quarz-Oszillator ausgebildet sein kann und beispielsweise ein Trägersignal mit einer konstanten Frequenz f/q von 51 MHz abgibt. Das von dem Trägergenerator G abgegebene Trägersignal wird im Phasenmodulator M durch das an dessen-Modulationseingang liegende Summensignal des Verknüpfungspunktes Q frequenzmoduliert. Das frequenzmodulierte Ausgangssignal des Phasenmodulators M wird einem Frequenz-Vervielfacher F zugeführt. Dieser Frequenz-Vervielfacher F kann z. B. einen Vervielfachungsfaktor q = 48 besitzen. Die Frequenz des Träger-^ genrators f/q wird dadurch um den Faktor q auf den Frequenzwert f Vergrößert. Am Ausgang des Frequenz-Vervielfachers F

509825/0421

- ii - VPA 73/8342

ersehe int somit ein- Signal, welches beispielsweise eine Trägerfrequenz f von 2-448 MHz besitzt. Dieses Signal wird durch einen Leistungsverstärker L auf die notwendige Ausgangsleistung verstärkt, die z. B. 2 W betragen kann. Das Ausgangssignal des Leistung sverstärkers L ist bereits das Sendesignal p. Es wird gemäß Figur 1 über den Zirkulator Z an die Sendeantenne A geführt. Das von der Sendeantenne A übertragene 'Sendesignal ρ besitzt somit eine Trägerfrequenz f-von 2,448 GHs,. Diese Trägerfrequenz f liegt im sogenannten internationalen Industrieband. Als Trägerfrequenz f kann abweichend.davon jede andere Frequenz oberhalb von 300 MHz verwendet werden.

Zum Steuersender S läßt sich zusammenfassend folgendes sagen: Man benutzt ein Trägersigna.! mit einer Trägerfrequenz f, auf das sechs Unterträgersignale durch Frequenzmodulation aufmoduliert sind. Im Frequenzdiagramm ergeben die Unterträgersignale jeweils sechs oberhalb und/oder unterhalb, der Trägerfrequenz f liegende Unterträger. Diese Unterträger können insbesondere jeweils voneinander gleichen Frequenzabstand besitzen. Es lassen sich die Unterträgerfrequenzen f1, f2 ... aus der Ausgangsfrequenz eines einzigen Frequenzgenerators, der anstelle der einzelnen Frequenzgeneratoren GM , G2, .... verwendet wird, herleiten. Auf jedes der sechs Unterträgersignale ist wiederum eines der sechs Steuersignale, die eine niedere Frequenz von ζ. B. nur 50 Hz aufweisen, durch Amplitudenmodulation aufmoduliert. - ·- - ·

Im folgenden wird eine Ausführungsform eines der in Figur 1 dargestellten Empfänger E1,;-E2 anhand von Figur 3 näher beschrieben. Diese Empfänger E1, E2 zeigen im wesentlichen alle denselben Aufbau, so daß es genügt, den Empfänger E1 näher zu betrachten.

Nach Figur 3 gelangt das von der Empfangsantenne E1 aufgenommene' Sendesignal ρ über das steuerbare Impedanzglied IT in den Empfänger E1. Hier trifft es direkt auf einen Ratio-Detektor oder allgemein Detektor -DI, der als FrequerJrnodulator wirkt. Er ist zur Demodulation der Trägerfrequenz f vorgesehen. Das Ausgang-

509825/0 42 1 --noRlGINAC

VPA 73/8342

signal des Detektors D1 wird, einem Filter HI zugeführt, das auf die Unterträgerfrequenz f1 abgestimmt ist. Die Frequenz, auf die das Filter H1 abgestimmt ist, richtet sich also nach dem gewählten Zweig des Stromrichters. Das entsprechende Filtei im Empfänger E2 ist somit auf die Unterträgerfrequenz f2 abgestimmt. Das Filter H1 läßt somit nur dann ein Signal durch, wenn das entsprechende Steuersignal si ungleich ITu11 ist und damit die Zündung des Halbleiterventils V1 als gewünscht anzeigt.

Dem Filter H1 ist ein Verstärker X1 nachgeschaltet. Sein Ausgangssignal, das noch, im Takte des Steuersignals si amplitudenmoduliert ist, wird auf einen Amplituden-Demodulator P1 gegeben. Diesem Amplituden-Demodulator P1, der für eine Amplituden-Demodulation sorgt, ist eine Kippstufe K1 , insbesondere ein Schnitt-Trigger, nachgeschaltet. Diese Kippstufe L1 sorgt für die Formung von rechteckigen Zündimpulsen für das Halbleiterventil V1. Die Kippstufe K1 ist ausgangsseitig an der Steuerstrecke des Halbleiterventils V1 angeschlossen. Der zeitliche Verlauf der an das Ilalbleiterventil V1 abgegebenen Zündimpulse entspricht dem Verlauf des Steuersignals si.

Der Empfänger E2, der dem Halbleiterventil V2 zugeordnet ist, ist entsprechend ausgebildet. Sein Filter ist - wie bereits erwähnt - auf die Unterträgerfrequenz f2 abgestimmt. Die von ihm abgegebenen Zündimpulse zur Zündung des Halbleiterventils V2 entsprechen somit in ihrem zeitlichen Verlauf dem Verlauf des Steuersignals s2. -

In einem praktischen Ausführungsbeispiel, bei dem die von der Sendeantenne A abgestrahlte Ausgangsleistung etwa 2 W betrug, ergab sich an der Empfangsantenne B1, die in einem Abstand von etwa 5 m aufgestellt worden war, eine Eingangsleistung .von 2 mW. Als Sendeantenne A füydie Trägerfrequenz von f = 2,448 G-Hz war dabei ein parabolischer Reflektor mit einem Durchmesser von 2 m verwendet worden. Da die empfangene Eingangsleistung relativ -hoch javar, war eine Eingangs verstärkung im Empfänger E1 nicht erforderlich. Als Filter H1 wurde ein Hochpaßfilter ver-

5098 2 5/0421

BAD ORIGINAL

VM 73/8342

wendet, wodurch niederfrequente Störungen wirksam ausgeschaltet werden konnten. .. ■ ^:- ■■.. .;.

In Figur 4 ist eine■ .Ausführungsform einer Kombination RW aus einem Rückmeldeempfänger.R und einer Auswerteschaltung W dargestellt. ".-\ ^; '

Nach Figur 4 wird das Empfangs signal.-""e, das aus einer Mischung der beiden Rückmeld esignale r1 und r2 besteht, zunächst einem Amplitude-n-Demodulator P zugeführt. Bei Defekt eines der Halbleiterventeile V1 und V2, z. B. des Halbleiterventils .Vl," "fehlt, das zugeordnete Rückmeldesignal, z;. B. das Ruekmeldesignal Π . Nach der Amplituden-Demodulation im Amplituden-DemodulätOr P wird das Empfangssignal e zwei verschiedenen Filtern Nl und N2 zugeführt. Jedes dieser beiden FilterN1 und N2, die nur eine geringe Bandbreite besitzen können, ist auf eine der Kennfre-. quenzen nT bzw. n2 abgestimmt. Es werden somit nur. Eehnsignale mit der betreffenden Kennfrequenz durchgelassen. Diese Signale werden getrennt Verstärkern Yi bzw. Y2- zugeführt., denen jeweils eine Kippstufe T1 bzw. Ϊ2, z. B. Schmitt-lrigger, nachgeschaltet ist. Diese Kippstufen T1, T2 dienen zur Formung von'Anzei— gesignalen al-, a2, die zur Speisung von Kontrollampen verwendet werden können. Die beiden Anzeifiesignäle al und a2 werden ■' auch einem. ODER-Glied, 0 zugeführt, das aus ihnen ein Summensignal w bildet. Dieses Summensignal w kann zur Auslösung eines Alarms herangezogen werden.- Mit diesem Sümmensignalw können auch Schutzmaßnahmen für die Halbleiterventile V1, V2, für den gestörten Zweig oder für den gesamten Stromrichter ausgelöst werden. .-. -- -. -". . '" ;■ ..-"■■ ·

Abweichend von der Darstellung in Figur 1 kann der Stromrichter · z. B. insgesamt 1000 Hälbleiterventile enthalten. Somit können im Empfangs signal e insgesamt, 1000 Rueknieldesignale r1, r2_;, ,..... , r1000 mit den. Kennfrequenzen n1,n2, ,.., n1000 enthalten sein. . Für diesen Fall sind insgesamt 1000 eingangsseitig parallel geschaltete Filter N-I", N2, ... N1000 geringer Bandbreite vorzusehen. Diese sind dann jeweils auf eine der Kennfrequenzen n.1,

S09825/0A21 -ΛΑ -

- 14 - VPA 73/8342

n2, ..., n1OOO abgestimmt. Der Frequenzabstand dieser Filter N1, N2_r ..., N1OOO kann z. B. fortschreitend 100 Hz betragen, wobei als Kennfrequenz f1 z. B. die Frequenz .1 ,1 M-Iz vorgesehen sein kann. Der ftüekmeldeempfänger R wirkt darin wegen der eingebauten Filter selektiv . Er kann insgesamt als eine Abfrageeinrichtung angesehe'n werden, die über den Zustand eines Halbleiterventils, das im allgemeinen nur schwer zugänglich ist, Auskunft gibt.

Man kann die Vielzalil der Filter ΜΊ , Ή2, ... einsparen, wenn man ein einziges Filter verwendet und dessen Frequenz;, ζ. B. ausgehend -von der'Frequenz 1,1 MHz, bei der Abfrage schrittweise, ζ. B. jeweils um 100 Hz, durchstimmt. -Die Verwendung eines Filters mit schrittweise veränderlicher Frequenz ist bei Betrieb eines Stromrichters mit einer Vielzahl von Halbleiterventilen kosten sparender als die parallele Anwendung einer'Vielzahl von Filtern mit fester Frequenz.

■4 Figuren
20 Patentansprüche

SO 9-8 25/0421

Claims (20)

1. VEA 73/8342

   Patentansnrüche

   'Schaltungsanordnung zur drahtlosen Übertragung eines Steuersignals an die Steuerstrecke eines steuerbaren Halbleiterventils, insbesondere eines Thyristors, das vorzugsweise in einem Stromrichter für höhe Spannung einsetzbar ist, dadurch gekennzeichne-t, daß das Steuersignal (uT, s2) zur Modulation eines Hochfrequenz-Senders (S) vorgesehen ist, der in einigem Abstand von einem Hochfrequenz-Smpfänger (El, E2) angeordnet ist, welcher einen Demodulator (P1) enthält, dessen Ausgangssignal auf die Steuerstrecke des Halbleiterventils (V1, V2) gegeben ist, und· daß zur Rückübertragung einer Information über den Zustand des HaIb- : leiterventils (V1 , V2) die Empfangsantenne (31) des Hochfrequenz-Empfängers (Ξ1 , E2) als Sendeantenne und die Sen- _: deantenne (A) des Hochfrequenz-Senders (S) als Smpfangsantenne vorgesehen ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an de-r Smpfangsantenne (B1,_ B2) des' Hochfrequenz-Empfängers (ET, E2) ein Impedanzglied (11, 12) angeordnet ist, dessen Impedanz in Abhängigkeit von einer Kenngröße des steuerbaren Halbleiterventils (VI, V2) gesteuert ist, und daß an der Sendeantenne (A) des Hochfrequenz-Senders (S) ein Rückmeldeempfanger (E) angeordnet ist, der aus demam Impedanzglied (11, 12) reflektierten, von der Empfangsantenne (B1, B2) des Hochfrequenz-Empfängers (E1, E2) abgestrahlten und von der Sendeantenne (A) aufgefangenen Rückmeldesignal (rl, r2) ein Signal (al, a2) über "den Zustand des Halbleiterventils (V1, V2) abtrennt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Impedanzgliedes (11, 12) ein Kennfrequenz-Oszillator (01 , 02) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Sperrspannung am Halbleiterventil (¥1, V2) steuerbar ist.

   509825/0421 " ¹⁶ ~

   -W- VPA 73/8342
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennfrequenz (n1, n2) des Kennfrequenz-Oszillators (01, 02) konstant ist, und daß der Rückmeldeempfänger (R) auf diese Kennfrequenz (n1, n2) abgestimmt ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Anoden-Kathoden-Strecke des Halbleiterventils (V1, V2) eine Spannungsüberwachungsschaltung (U1, U2) geschaltet ist, die in Abhängigkeit von der Sperrspannung am Halbleiterventil (V1, V2) das Ausgangssignal des Kennfrequenz-Oszillators (01, 02) an- und abschaltet.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzglied (11, 12) eine Kapazitätsdiode vorgesehen ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanzglied (11, 12) eine PIN-Diode vorgesehen ist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochfrequenz-Sender (S) und der Sendeantenne (A)' eine Signalweiche angeordnet ist, an die der Rückmeldeempfänger (R) angeschlossen ist.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalweiche ein Zirkulator (Z) vorgesehen ist.
10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Sender (S) einen Trägerfrequenzgenerator (G-, F) enthält, der ein Sendesignal (p) vorgegebener Trägerfrequenz (f) abgibt, daß zur Modulation dieses Sendesignals (p) über einen Modulator (M) ein Unterträgersignal vorgesehen ist, welches wiederum über einen weiteren Modulator (M1, M2) vom Steuersignal (si, s2) ^: moduliert ist.

    - 17 509825/04 2 1

    VPA73/8342
11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daI3 das Sendesignal (p) vom Tint erträgers ignal frequenzmoduliert und das. Unterträgersignal vom Steuersignal (si, s2) amplitudenmoduliert ist. '
12. 12. Schaltungsanordnung.nachAnspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerfrequenzgenerator (G, P) aus einem Trägergenerator (G) , der ein Trägersignal fester Frequenz (f/q) abgibt, und einem nachgeschalteten Erequenz-Vervielfacher (F) besteht, daß zwischen dem Trägergenerator (G) und dem Frequenz-Vervielfacher (F) ein Phäsenmadulätor

    (M) angeordnet ist, dessenModulationseingang von einem Modulator (Ml,. M2) gespeist ist, welcher zur Amplitudenmodulation vorgesehen sowie an einen eine Unterträgerfrequenz (f 1,f2) abgebenden Frequenzgenerator (Gl, G2) angeschlossen und an seinem Modulatioiiseingang vom Steuersig-^: nal (si, s2)'beaufschlagt ist (Fig. ^). ^:
13. 13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, .-_ dadurch gekennzeichnet, daß das am Impedanzglied (11, 12) reflektierte Rückmeldesignal (r1, r2) in anderer, Modulationsart moduliert ist als das durch den Modulator (M) modulierte Sendesignal (p). -
14. 14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13 mit einer Anzahl von steuerbaren,Halbleiterventilen, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Halblelterventii (V1, V2) eine eigene Empfangsantenne (BI, B2), ein eigenes Tmpedanzglied (11,12) und ein eigener Hochfrequenz-Empfanger ■ (E1, E2) vorgesehen ist.
15. 15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß. zur Steuerung der Impedanzgliedef ('Il, 12) Kennfrequenz-Oszillatoren (01, 02) mit jeweils verschiedene^ Kennfrequenz (n1, n2)_ vorgesehen sind. "-"._', ;.
16. 16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückmelde empfänger (R)""-eine der Anzahl .der Kennfre-

    S09825/04 2 1

    -10'- VPA 73/8342

    quenz-Oszillatoren (01, 02) gleiche Anzahl von Filtern (!Π , ΪΓ2) enthält, von denen je eines auf die Kennfrequenz (n1, n2) eines der Kennfrequenz-Oszillatoren (Ot, 02) abges-tinmt ist.
17. 17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückmeldeempfänger (R) ein Filter enthält, das nacheinander auf die verschiedenen Kennfreq.uenzen (n1, n2) abstimmbar ist.

    oder 17
18. 18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Ausgangssignalen :1er Filter (N1 , N2) Anzeigesignale (al, a2) gebildet sind.
19. 19. SohaltungsanOrdnung nach Anspruch 17, dadurcn. gekennzeichnet, daß die Anzeigesignale (al, a2) zum Betrieb von Anzeigelampen vorgesehen sind.
20. 20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Anzeigesignalen (al, a2) ein Alarmsignal (w) gebildet ist.

    509825/0421