DE2752139C2 - Netzgerät mit einer Sättigungsdrossel - Google Patents

Netzgerät mit einer Sättigungsdrossel

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DE2752139C2
DE2752139C2 DE2752139A DE2752139A DE2752139C2 DE 2752139 C2 DE2752139 C2 DE 2752139C2 DE 2752139 A DE2752139 A DE 2752139A DE 2752139 A DE2752139 A DE 2752139A DE 2752139 C2 DE2752139 C2 DE 2752139C2
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Description

dadurch gekennzeichnet, daß
c) ein Zweipunkt-Stromregler (100) mit einem Ist-Wert-Signal, das von einer im Laststromkreis auftretenden, zweiten elektrischen Kenngröße abhängt, und mit einem einstellbaren Soll-Wert-Signal die prlmärseitige Stromzufuhr zur Stromwickluns (41, 42) der Sättigungsdrossel (40) mittels Halbleiterschalter-Anordnungen (31, 32) regelt.
2. Netzgeräte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter-Anordnungen (31, 32) zwei antiparallel geschaltete, gesteuerte Halbleitergleichrichter (34, 35) aufweisen.
3. Netzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipunkt-Stromregler (100) Anordnungen zur Zündung und Löschung der gesteuerten Halbleitergleichrichter (34, 35) aufweist.
4. NetzgeiU nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zw/Mpunkt- Stromregler (100) eine Verzögerungsschaltung (108,123,132) für den Zündzeitpunkt der gesteuerten HalbHtergleichrichter (34, 35) aufweist.
5. Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Dreiphasen-Netzwerk Halbleiterschalter-Anordnungen (31, 32) für zwei Phasen vorgesehen sind.
6. Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu speisende Last eine Zerstäubungsanlage Ist, und daß die zweite elektrische Kenngröße mittels eines Detektors für das Auftreten von Lichtbögen in der Zerstäubungsanlage gewonnen wird.
7. Netzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektrische Kenngröße durch Integration von Amplitude und Dauer des Lichtbogens gewonnen wird.
8. Netzgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektrische Kenngröße die Spannung an der Zerstäubungskathode der Zerstäubungsanlage 1st.
Die Erfindung betrifft ein Netzgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem aus der DE-GM 17 19 798 bekannten Netzgerät dieser Art erfolgt eine Spannungsregelung unter normalen Betriebsverhältnissen ausschließlich durch die die Steuerwicklung der Sättigungsdrossel beaufschlagende Steuerstrom-Regelschaltung. Die Regelschaltung umfaßt ein an die Steuerwicklung der Sättigungsdrossel angeschlossenes Schaltglled und ein auf dieses Schaltglled selbsttätig einwirkendes Überspannungsrelals, das an der Klemmenspannung der Sättigungsdrossel Hegt. Beim Ansprechen dieses Überspannungsrelals wird der Steuerstrom in der Steuerwicklung der Sättigungsdrossel kurzzeitig unierbrochen. Mit der Stromwicklung der Sättigungsdrossel sind ein thermischer Auslöser sowie ein Netzschütz geschaltet, über die die betreffende Anlage beim Überschreiten einer kritischen Grenzbelastung völlig abgeschaltet wird. Nach einer solchen Notabschaltung muß die Anlage erneut eingeschaltet werden und wird daraufhin von neuem hochget,;gelt. Die Ansprechzeit einer Sättigungsdrossel ist im allgemeinen relativ groß, da stets eine gewisse Einschwingzeit berücksichtigt werden muß. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn sich während des normalen Betriebs die Last bzw. ein betreffender Betriebsparameter sehr schnell ändert und diese Änderungen der Betriebsverhältnisse möglichst unmittelbar ausgeregelt werden sollen.
In der DE-AS 10 46 683 ist ein Magneferstärker beschrieben, bei dem die Stromwicklungen zweier Drossein in Reihe mit einer Last geschaltet sind und Steuerwicklungen dieser Drosseln jeweils mit einem Gleichrichtereiement und einem Transistor einen Steuerkreis bilden, wobei diese Steuerkreise in Reihe oder parallel an eine gemeinsame Steuerspannung gelegt sind.
Eine Spannungsregelung erfolgt auch hierbei wiederum ausschließlich über die Drosseln. Obwohl die hierbei erhaltenen Ansprechzeiten kürzer gehalten werden können, liefert auch diese bekannte Vorrichtung insbesondere bei solchen Anwendungsfällen, bei denen eine extrem rasche Ausregelung von Laständerungen bzw. Änderung eines bestimmten Betriebsparameters erfolgen soll, noch keine befriedigenden Ergebnisse.
Besonders kritisch erweisen sich die genannten Ansprechzeiten sowie das Regelverhalten eines Netzgerätes beispielsweise beim Einsatz zur Versorgung von Gleichstrom-Zerstäubungssystemen.
Bei derartigen Zerstäubungssystemen werden nun in einer Kammer, die ein ionisierbares Gas reduzierten Drucks enthält, eine Anode und ek:e Kathode angeordnet, weiche ein Target aus demjenigen Material besitzt, das zerstäubt werden soll. Wenn die Elektroden an eine elektrische Spannungsquelle bzw. das betreffende Netzgerät angeschlossen werden, wird eine Glühentladung aufgebaut, bei der durch Ionenbeschuß Material vom Target entfernt wird. Dabei bildet sich auf einem In der Nähe angeordneten Substrat ein Niederschlag. Das erforderliche Potential hängt von mehreren Faktoren ab, zu denen auch der Zerstäubungsgasdruck zählt. Die Zerstäubungs- und Niederschlagsrate wächst mit dem Strom der Glühentladung an. Bei der reaktiven Gleichslromzerstäubung wird leitungsfähiges Target material In Uner Gasatmosphäre zerstäubt, die reaktives Gas enthält, wobei sich eine Verbindung auf dem Substrat niederschlägt. Hierzu sei beispielsweise auf das Zerstäuben von Titan In Sauerstoff verwiesen, bei dem Titanoxid gebildet wird.
Bei einer Versorgung derartiger Zerstäubungssysteme durch die bekannten Netzgerät, bei denen die Regelung während des Betriebs ausschließlich über die betreffende Drossel erfolgt, neigt die Drossel dazu, trotz Änderungen In der Lastimpedar.z zunächst eine gegebene Stromgröße In der Stromwicklung aufrechtzuerhalten. Die Größe des Stroms, der In der Stromwicklung fließt, wird hierbei dadurch variiert, daß ein im allgemeinen viel kleinerer Strom, der In der Steuerwicklung fließt, geregelt wird. Die sich ergebenden Einstellzelten sind bei den bekannten Netzgeräten immer noch so groß, daß eine unmittelbare Regelung, wie sie unter den Betriebsbedingungen bei den genannten Zerstäu-
buugssystemen erforderlich 1st, nicht erfolgen kann. Aufgrund der Reaktanz der Steuerwlcklur.g sind typischerweise ein oder zwei Sekunden erforderlich, um den Strom in der Stromwlcklung durch Variation des Steuerwicklungsstroms abzuschalten.
Beispielsweise bei Planarmagnetron-Zerstäubungssystemen ist die Lichtbogenbildung in der Umgebung des Targetmaterials äußerst kritisch. So können bei einem reaktiven Gleichstrom-Zerstäubungssystem mit einer Planarmagnetronquelle sogenannte »Rennbahn-Lichtbogen« entstehen. Hierbei treten Bögen in zufällig verteilten Zeltintervallen bei DurchschnUtsraten auf, die innerhalb eines großen Bereichs variieren. Eine typische Rate ist dabei zwei Bögen pro Sekunde. In den Bogenanfangszuständen steigt der Lichtbogenstrom im allgemeinen in einer sehr kurzen Zeit an, die kleiner als eine Millisekunde ist. Gewöhnlich wird die Größe des Bogenstroms schließlich durch das Vermögen des Netzgerätes begrenzt. Auch die Bogendauer variiert in einem großen Bereich, der von einer Millisekunde bis zürn im wesentlichen kontinuierlichen Bogen reichen kann.
Das ungünstige Regelungsverhalten der bekannten Netzgeräte ist auch im Zusammenhang mit der Lichtbogenbildung in einem vom betreffenden Netzgerät versorgten Zerstäubungssystem als kritisch anzusehen. Zunächst kann das Netzgerät selbst beschädigt werden, wenn keine Vorsorge für die Begrenzung des Maximalstroms getroffen wurde. Ferner verursacht scgar bei einer Versorgung mit konstantem Strom die Bogenbildung Veränderungen in der Zerstäubungsrate, da der Starkstrom im lokalisiert auftretenden Bogen die Ionenbeschußiate über dem größten Teil der Targetoberfläche reduziert. Insbesondere dann, wenn ein teildurchlässiger Film auf eine schnellbewegte Gebäudeglasscheibe aufgebracht wird, verursacht ein gebildeter Lichtbogen bei demjenigen Scheibenbereich, der während des Bogens dem Targetmaterial gegenüberlag, Flecken oder Streifen und damit sichtbare Mängel.
Ein einmai aufgebauter Lichtbogen kann dadurch gelöscht werden, daß das Zerstäubungspotential abgeschaltet wird. Nach einer kurzen Zeltdauer kann das Potential wieder aufgebaut werden, ohne daß der Bogen erneut gezündet wird. Die Größe der erforderlichen Zeit verändert sich mit den Betriebsbedingungen, wobei eine Verzögerung von ungefähr 40 Millisekunden gewöhnlich zur Unterdrückung von Bögen ausreichend ist.
Bei den bekannten Netzgeräten kann nun jedoch aufgrund der relativ großen Einstellzeiten die Größe des Steuerstroms nicht rasch genug verändert werden, um den Laststrom in einer derartigen Zeit abzuschalten und auch wieder aufzubauen, die mit der zum Unterdrücken von Bögen erforderlichen kurzen Zeit vergleichbar wäre.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Netzgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, da? bei einfachem Aufbau und zuverlässiger Betriebsweise 3xtrem rasch auf eine betreffende Störung anspricht und den Ausgangsstrom selbsttätig unmittelbar unterbrechen sowie nach Beheben der Störung unmittelbar wieder auf den Sollwert bringen kann.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Aufgrund des Umstandes, daß beim Auftreten einer sehr raschen Folge von Störungen bzw. bei rasch auszuregelnden Änderungen eines betreffenden Betriebsparameters lediglich die pr'märseltige Stromzufuhr zur Stromwlcklung der Sättigungsdrossel unterbrochen wird, während die Steuerstrom-Regelung voll in Betrieb bleibt, d. h. keine Unterbrechung des Steuerstroms in der Steuerwicklung stattfindet, ergeben sich extrem kurze Ein- und Ausschaltzeiten, wodurch auch bei extremen Betriebsbedingungen stets eine unmittelbare Regelung gewährleistet ist.
Sehr schnelle Laststromänderungen werden somit in erster Linie durch den Zweipunkt-Stromregler und nicht durch eine Änderung des Steuerstroms der Sättigungsdrossel ausgeregelt. Dieser in der Praxis entscheidende Vorteil wird wiederum beispielsweise bei einer Verwendung des Netzgeräts zur Versorgung eines Zerstäubungssystems deutlich. Hierbei können nun Bögen auf automatische Weise erfaßt und gelöscht werden, während gleichzeitig sichergestellt ist, daß nur geringe Schwankungen in der Niederschlagsrate entstehen.
Ferner kann der Ausgangsstrom des Netzgerätes auch konstant gehalten oder auf programmierte Weise verändert werden. Langsame Variationen Im Ausgangsstrom des Netzgerätes lassen sich nämlich ."'".durch erhalten, daß der Steuerstrom in der SteuerwicWung der Sättigungsdrossel durch die Steuerstrom-RegelschaUung moduliert wird. Schnellere Variationen des Ausgangsstroms des Netzgerätes lassen sich wiederum durch eine Modulation der Ausgangsspannung des Zweipunkt-Stromregiers erzielen.
Wesentlich ist auch, daß bei einer raschen Reduzierung des Ausgangsstroms des Netzgerätes bzw. bei einer erneuten Hochregelung dieses Ausgangsstromes ein nur relativ geringes Über- bzw. Unterschwingen entsteht, da die Reaktanz der Steuerwickiung der Sättigungsdrossel versucht, die Größe des Steuerstroms aufrechtzuerhalten, während der Wert des Ausgangsstromes reduziert ist.
Eine vorteilhafte, praktische Ausführungsform des Netzgerätes ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 2 angegeben.
Aufgrund dieser Ausbildung ist sichergestellt, daß der betreffende Source-Strom nur dann geschaltet wird, wenn er durch Null geht. Damit wird das Ausmaß induktiver Schaltvorgänge und Störungen im Hochfrequenzbereich, weiche durch das Schalten großer Ströme erzeugt werden, verringert. Insbesondere kanrj der Ausgangsstrom des Netzgerätes reduziert und rasch wieder aufgebaut werden, ohne daß starke Schaltvorgänge oder Störungen im Hochfrequenzbereich entstehen, da der Source-Strom nur während des Nulldurchgangs geschaltet wird und die Reaktanz der Stromwicklung in Serie mit diesem variablen Impedanzschaltglied liegt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird 'm folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 ein schemaiijches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Netzgerätes, und
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Zweipunkt-Stromreglers· des Netzgerätes.
Fig. 1 zeigt ein für einen Betrieb mit einer drelphaslgen Stromquelle von 50 bis 60 Hz Wechselstrom und 480 V konstruiertes Netzgerät. Das Netzgerät :st an Eingangsstromleitungen durch herkömmliche Eingangsanschlüsse 20, beispielsweise durch einen herkömmlichen Leistungsschalter 24 angeschlossen, der dafür geeignet ist, alle drei tingangsströme /ι, i2 und i, zu unterbrechen, wenn Irgendeiner dieser Eingangsströme einen vorbestimmten Wert überschreitet. Der Leistungsschalter 24 kann auch durch ein Relais ausge-
löst werden, das durch eine Überspannung oder einen anderen unnormalen Zustand im Inneren des Netzgerätes erregt werden kann. Der unnormale Zustand innerhalb des Netzgerätes wird durch einen konventioneilen internen Überlastdetektor 25 erfaßt.
Wenn der Leistungsschalter 24 geschlossen wird, werden die Eingangsströme ;t und /2 an Halbleiterschalter-Anordnungen 31, 32 wie beispielsweise herkömmliche SCR-Module angelegt. Jede Halbleiterschalter-Anordnung enthält eine große Anzahl von Schaltungselementen einschließlich zweier antiparallel angeordneter Halbleitergleichrichter 34, 35 wie beispielsweise Starkstrom-Sllizlum-Gleichrichter, einer Zündschaltung und einem Festkörperrelais, das eine Photolsolailonsstufe enthält. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wurden die meisten der internen Elemente der Halbleiterschalter-Anordnungen 31, 32 weggelassen. Jede Halbleiterschalter-Anordnung 3i, 32 wird durch eine ciiifache, in bezug auf die Funktion äquivalente Schaltung wiedergegeben, wie sie innerhalb des betreffenden Blocks in Flg. 1 gezeigt wird.
Der Betrieb beider Halbleiterschalter-Anordnungen 31, 32 wird durch einen Zweipunkt-Stromregler 100 gesteuert. Weiter unten wird ein vollständiges schematisches Diagramm und die Betriebswelse des Zweipunkt-Stromreglers erläutert. Während des normalen Betriebs, beispielsweise bei einer Verwendung des Netzgeräts zur Versorgung eines Verstäubungssystems während des Versiäubungsbetriebs, zeigen die Halbleiterschalter-Anordnungen 31 und 32 gegenüber den Eingangsströmen /, bzw. /2 niedrige Impedanz. Somit werden die Eingangsströme an erste und zweite Anschlüsse eines mechanischen Schützes 26 angelegt. Der Eingangsstrom /, wird direkt mit einem dritten Anschluß des Schützes 26 verbunden.
Das mechanische Schütz 26 stellt eine konventionelle Schaltvorrichtung dar, die etn Relais besitzt, das durch einen Drucktastenschalter 27 oder eine andere Vorrichtung manuell erregt werden kann. Damit soll eine geeignete und sichere Vorrichtung geschaffen werden, um die Eingangsströme /,, /2 und h an Stromwicklungen 41. 42 und 43 von drei Sättigungsdrossel 40 anzulegen oder von diesen Wicklungen abzutrennen. Steuerwicklungen 44, 45 und 46 der drei Sättigungsdrosseln liegen mit einer einstellbaren Steuerstromquelle in Reihe. Vorzugsweise sind die drei Sättigungsdrosseln einander identisch.
Der Steuerstrom für die Sättigungsdrosseln 40 wird durch eine herkömmliche Steuerstrom-Regelschaltung 90 bereitgestellt. Die tatsächliche Steuerstrom-Regelschaltung besitzt viele Schaltungselemente. Aus Gründen der Einfachheit wird diese Steuerstrom-Regelschaltung 90 jedoch durch die funktionell äquivalente Schaltung, die innerhalb des betreffenden Blocks in Fig. 1 gezeigt ist, dargestellt. Die Steuerstrom-Regeischaltung überwacht den Ausgangsstrom des Netzgerätes, indem sie das Potential an einem Widerstand 76. der in Reihe mit dem Ausgangsstrom der Leistungsversorgung liegt, mißt. Das gemessene Potential wird durch einen Operationsverstärker 92 verstärkt, dessen Ausgang mit dem positiven Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 93 verbunden ist. Dieser Eingang wird mit einem einstellbaren Referenzpotential verglichen, das an dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 93 anliegt. Das Referenzpotential wird von einer Potentialquelle 94 hergeleitet und wird durch ein Potentiometer 95 eingestellt, das somit eine Strom-Einstell-Steuerung darstellt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 93 ist an ein Durchgangselement, beispielsweise einen Transistor 96 angeschlossen, der den von einer Potentialquelle 97 zu den Steuerwicklungen 44, 45 und 46 fließenden Strom steuert. Kleinere Brummschwankungen der Spannung am Widerstand 76 werden durch die große Verstärkung der Operationsverstärker 92 und 93 so verstärkt, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 93 zerhackt und der Steuerstrom Impulsmoduliert wird. Eine Diode 98 schützt die Schaltung vor
ίο umgekehrt fließenden Strömen. Eine Diode 99 ist eine kommutlerende Diode, die dann einen Stromweg bereitstellt, wenn der Transistor 96 abgeschaltet ist. Die Steuerstrom-Regelschaltung 90 überwacht somit den Ausgangsstrom des Netzgerätes, vergleicht den erfaßten Ausgangsstrom mit einem manuell einstellbaren Bezugswert, und führt den geeigneten Strom an die Steuerwicklungen 44, 45 und 46, um die Größe der Eingangsströrnc /,, ;'i,:; in den StromwicklMngRn 41. 42. 43 aufrechtzuerhalten, womit ein Ausgangsstrom gewünschter Größe erzielt werden kann.
Die Stroniwicklungen 41, 42 und 43 sind auch mit den Primärwicklungen 51, 52 und 53 eines dreiphasigen Transformators 50 verbunden. Der Transformator 50 besitzt ein Windungszahlenverhältnis von 1:1. Jedoch können auch andere Verhältnisse verwendet werden, um die Spannung bei Bedarf hoch- oder herunterzutransi,-«mieren. Die Sekundärwicklungen 55, 56 und 57 des Transformators 50 sind an Dreiphasen-Vollweggleichrichterschaltungen 60 angeschlossen. Die Glelchrichterschaltungen 60 umfassen drei Gleichrichtermodule 61, 6?. und 63. Jeder Gleichrichtermodul enthält In Wirklichkeit eine große Anzahl Individueller Vorrichtungen. Um die Beschreibung übersichtlicher zu machen, wird jeder Gleichrichtermodul durch eine funktionsmäßig äquivalente Schaltung dargestellt, die aus zwei Dioden, wie beispielsweise den Dioden mit den Bezugszeichen 64 und 65 nach Fig. 1, besteht. Die Gleichrichtermodule 61, 62, 63 sind auch mit dem Widerstand 76 und mit herkömmlichen Ausgangsan-Schlußvorrichtungen 70, wie beispielsweise den elektrischen Leitern 72 und 74 verbunden.
Der Netzgeräteausgang bietet einen variablen Gleichstrom bis zu 30 A bei einer Hochspannung von 1 kV, der sich für den Betrieb eines Zerstäubungssystems eignet. Die Ausgangsanschlüsse des Netzgerätes werden mit einer Anode 82 und einer Kathode 84 einer Zerstäubungsanlage 80 verbunden.
In der Praxis dienen zusätzliche Schaltungsvorrichtungen in der Dreiphasen-Vollweg-Gleichrichterschaltung 60 als Schutz der Gleichrichter und anderer Schaltungselemente gegen eine Beschädigung durch Hochfrequenzstörungen und Übergangsströme, die In der Zerstäubungsanlage 80 oder in irgendeiner der mechanischen (24, 26) oder elektronischen (31, 32) Schaltvorrichtungen für den Leitungsstrom erzeugt werden.
Die gezeigte bevorzugte Ausführungsform des Netzgerätes arbeite: folgendermaßen: Während eines normalen Zerstäubungsbetriebs ist das Ausgangssignal des Zweipunkt-Stromreglers 100 ein Strom von etwa 20 mA bei 10 V. Dieser Strom fließt durch eine infrarotes Licht emittierende Diode 36, die im Inneren der Halbleiterschaiter-Anordnung 31 liegt. Das infrarote Ausgangslicht der Diode 36 wird von einem Photodetektor erfaßt, der einer. Schalter 37 wirksam in seiner geschlossenen Position hält und damit ermöglicht, daß die antiparallel geschalteten gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter 34 und 35 abwechselnd bei jedem halben Zyklus des Eingangsstroms t\ zünden können.
Als Ergebnis davon zeig· die Halbleiterschaiter-Anordnung 31 für den Eingangsstrom /| eine sehr geringe Impedanz. Gleichermaßen bewirkt der Ausgangsstrom des Zwelpunkt-Stromregiers 100, daß die Halbleiterschaiter-Anordnung 32 für den Eingangsstrom /i eine sehr niedrige Impedanz zeigt. Somit sind die Eingangsstrome /Ί, /j und I1 an die Stromwicklungen 41, 42 Uiiu 43 der drei Sättigungsdrosseln 40 angelegt. Die Sättigungsdrosseln 40, die Steuerstrom-Regelschaltung 90, der Transformator 50 und die Drelphasen-Vollweg-Glelchrichterschaltung 60 führen der ZerstUubungsanlage 80 konstanten Gleichstrom zu.
Die erste Funktion des Zwelpunkt-Stromregiers 100 besteht beim Auftreten eines Bogens In der Zerstäubungsanlage darin, das Vorhandensein des Bogens zu is registrieren. In den meisten Gleichstrom-Zerstäubungssystemen liegt die Anode auf oder beinahe auf Erdpotential, während die Kathode während eines normalen Betriebs auf einem großen negativen Potential liegt. Beim Auftreten eines Bogens nehmen die Impedanz des Zerstäubungssystems und die Spannung der Kathode gegenüber Erde ab. Damit stellt das Überwachen der Zerstäubungskathodenspannung ein Verfahren dar, mit dessen Hilfe ein Lichtbogen entdeckt werden kann.
Wenn die Lichtbogenbildung entweder in Ihrer Größe oder Dauer ausreichend stark ist, fällt die Spannung des Ausgangssignals des Zweipunkt-Stromreglers 100 von 10 V auf etwa 0,1 V ab. Die Im Innern der Halbleiterschaiter-Anordnung 31 angeordnete Diode 36, die eine Infrarotdiode Ist, empfängt zu wenig Betriebsstrom, als daß sie den inneren Schalter 37 in seiner geschlossenen Position halten könnte. Die gesteuerten Halbleitergleichrichter 34 und 35 im Inneren der Halbleiterschaiter-Anordnung 31 können bei offenem Schalter 37 nicht zünden. Der Eingangsstrom /Ί wird bei seinem nächsten, dem Spannungsabfall des Ausgangssignäls des Zwelpunkt-Stromregiers 100 folgenden Nulldurchgang unterbrochen. Auf gleiche Welse bewirkt der Spannungsabfall im Ausgangssignal des Zwelpunkt-Stromreglers 100 eine unterbrechung des Eingangsstroms /2 bei seinem nächsten Nulldurchgang.
Wenn zwei Eingangsströme i, und /2 unterbrochen werden, sind alle Ströme der Primärwicklungen des Transformators 50 abgeschaltet. Als Ergebnis wird der Gleichstrom, welcher zur Zerstäubungsanlage 80 geliefert wird, verkleinert, womit die Lichtbogen, welche diese Reduzierung auslösten, gelöscht werden. Typischerweise wird der Zerstäubungsstrom innerhalb 20 Millisekunden nach Auftreten eines starken Lichtbogens im wesentlichen auf Null gebracht.
Nach einer einstellbaren Zeitverzögerung stellt der Zweipunkt-Stromregler 100 für die infrarotes Licht emittierende Diode 36 wiederum ein normales Signal her und schließt den Schalter 37. Dies ermöglicht, daß die gesteuerten Halbleitergleichrichter 34 und 35 beim nächsten Nulldurchgang der Eingangswechselspanriung zünden können, worauf der Eingangsstrom i, wieder der Sättigungsdrossel 40 zugeführt wird. Auf gleiche Weise kann durch die Wiederherstellung des normalen Signals für die Halbleiterschaiter-Anordnung 32 der Strom i2 für die Sättigungsdrossel 40 wieder aufgebaut werden. Da der Strom in den Steuerwicklungen 44, 45 und 46 durch die Lichtbogenbildung nicht unterbrochen wurde, erreicht der Zerstäubungsstrom rasch den gewünschten Wert, der durch die Steuerstrom-Regelschaltung 90 eingestellt wurde. Typischerwelse wird die normale Zerstäubungsstromhöhe innerhalb etwa 60 Millisekunden nach Auftreten eines starken Lichtbogens wieder hergestellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Zwelpunkt-Stromregiers 100 Ist in Flg. 2 wiedergegeben. Der Zweipunkt-Stromregler 100 wird durch eine herkömmliche innere Gleichstromversorgung 150 erregt, die über eine Schmelzsicherung 153 mit einer 115-V-Wechselstromquelle verbunden Ist. Eine geeignete Gleichstromversorgung liefert beispielsweise bei 15 V 100 mA. Der Zweipunkt-Stromregler 100 enthält auch einen herkömmlichen Zeltgebermodul 10. Für den vorliegenden Zweck wird der Zeitgebermodul 10 durch die funktionsmäßig äquivalente Schaltung innerhalb des betreffenden Blocks in Fl g. 2 repräsentiert.
Widerstände 101, 102, 103 und ein Potentiometer 121 bilden einen Spannungsteller zwischen der Kathode 84 und dem positiven Ausgangsanschluß der Gleichstromversorgung 150. Der negative Anschluß der Gleichstromversorgung 150 ist geerdet. Das Potentiometer 121 Ist so eingestellt, daß die Basis eines Transistors 151 normalerweise weniger als etwa 0,6 V Spannung besitzt und der Transistor abgeschaltet ist. Beim Auftreten eines Bogens wächst die Spannung der Kathode 84 auf das Erdpotential an. Wenn die Basis des Transistors 151 über etwa 0,6 V ansteigt, schaltet der Transistor ein und beginnt einen Kondensator 131 über einen Widerstand 104 zu entladen. Wenn der Bogen von kurzer Dauer ist und die Spannung der Kathode 84 abfällt, wird der Transistor 151 wiederum abgeschaltet, während der Kondensator 131 mit Hilfe eines Spannungstellers aus Widerständen 105, 106 und einem Potentiometer 122 sich wieder auflädt.
Das Potentiometer 121 ist eine Schwellwert-Elnstellungs-Steuerung, die eine Einstellung der Anstiegshöhe In der Kathodenspannung ermöglicht, welche den Kondensator 131 entlädt. Das Potentiometer 122 bildet eine Steuerung für die Lichtbogenraien-Einsteüung, die eine Einsteilung der Geschwindigkeit ermöglicht, mit der der Kondensator 131 wieder aufgeladen wird. Der Kondensator 131 integriert die Höhe und die Dauer der Kathodenspannungsanstiege, die durch die Lichtbogenbildung im Zerstäubungssystem verursacht werden.
Die Spannung über dem Kondensator 131 wird von einer Komparatorschaltung 12 erfaßt, die im Inneren des Zeltgebermoduls 10 ausgebildet ist. Wenn die Spannung am Kondensator 131 unter etwa 5 V fällt, wird eine Flip-Flop-Schaltung 17, die im Innern des Zeitgebermoduls 10 angeordnet ist, getriggert. Eine innere Ausgangsschaltung 13 bewirkt, daß das Potential an einem Anschlußstift 3 des Zeltgebermoduls 10 vom normalen Wert auf ungefähr 0,1 V bis 12,5 V anwächst. Dieser Potentialanstieg erscheint an einem aus Widerständen 109, UO und Ul gebildeten Spannungsteiler und führt zu einem Anstieg des Basispotentials eines Transistors 152, womit dieser eingeschaltet wird. Somit wächst der Spannungsabfall an einem Widerstand 112 an. Das Ausgangssignal des Zweipunkt-Stromreglers 100 fällt vom Normalwert von ungefähr 10 V auf 0.1 V ab. Es wurde bereits erwähnt, daß als Ergebnis die Impedanz der Halbleiterschalter-Anordnungen 31 und 32 zunimmt, der Zerstäubungsstrom verkleinert und dadurch die Bogenbildung gelöscht wird.
Die nächste Aufgabe des Zweipunkt-Stromreglers 100 besteht darin, den Zerstäubungsstrom wieder herzustellen. Simultan mit dem oben erwähnten Anwachsen des Potentials am Anschlußstift 3 des Zettgebermoduls 10 nimmt der Strom durch einen Kontaktstift 7 und einen Widerstand 107 ab und es beginnt ein Kondensator 132,
sich über einen Widerstand 108 und ein Potentiometer 123 aufzuladen. Die über dem Kondensator 132 liegende Spannung wird durch einen Komparator 16 im Innern des Zeitgebermoduls 10 überwacht. Falls diese Spannung etwa 10 V übersteigt, wird die Innere FlIp-Flop-Schaltun? 17 wiederum getrlggert und die Spannung am Anschlußstift 3 auf etwa 0,1 V zurückgesetzt. Dies bewirkt, daß der Transistor 152 in seinen normalen Abschalt-Zustand zurückkehrt, und daß das normale Ausgangssignal des Zwelpunkt-Stromreglcrs 100 wieder hergestellt wird.
Das Potentiometer 123 und der Widerstand 108 bilden zusammen mit dem Kondensator 132 eine Ausschalt-Zeltverzögerungsschaltung, bei der die Aufladegeschwlndigkelt des Kondensators 132 geregelt und damit das Zeitintervall eingestellt wird, während dem der Zerstäubungsstrom verkleinert wird.
Während der Anschlußstift 3 des Zeitgebermoduis iö auf 12,5 V liegt, ermöglicht eine Diode 141 eine rasche Wiederaufladung des integrierenden Kondensators 131, so daß er, nachdem der Zerstäubungsstrom wieder aufgebaut ist, zur Erfassung zusätzlicher Lichtbögen vorbereitet ist. Wenn der Anschlußstift 3 auf 0,1 V zurückgesetzt wird, fällt das Potential am Kontaktstift 7 ab, während der Kondensator 132, der eine Rücksetzung verzögert, über den Widerstand 107 entladen wird. Kontaktstifte 4 und 8 werden, um falsche Rücksetzungen zu vermelden, mit dem positiven Anschluß der Gleichstromversorgung 150 verbunden.
Der Intern Im Zeitgebermodul 10 angeordnete Block 18 stellt eine Referenzspannungsquelle dar. Ein mit einem Kontaktstift 5 verbundener Kondensator 133 Ist ein Rauschfllter. Dioden 142 und 143 schützen den Zweipunkt-Stromregler 100 vor Leitungsschalt-Einschwingvorgängen, die in den Halbleiterschalter-Anordnungen 31, 32 hervorgerufen werden. Eine Diode 144 und ein Kondensator 134 schützen den Zweipunkt-Stromregler 100 vor Überspannungszuständen und hochfrequentem Störrauschen im Zerstäubungssystem.
In einer welter unte-n angegebenen Tabelle werden geeignete numerische Werte für die Widerstände, Kondensatoren und andere Schaltungselemente der bevorzugten Ausführungsform des Zweipunkt-Stromreglers 100 wiedergegeben.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Halbleiterschalter-Anordnungen 31 und 32 über die Stromwicklungen 41 und 42 mit den Primärwicklungen 51 und 52 des Transformators 50 verbunden. In einer alternativen Ausführungsform kann die Halbleiterschalter-Anordnung 31 zwischen der Sekundärwicklung 55 und dem Gleichrichtermodul 61 liegen, während die Halbleiterschalter-Anordnung 32 zwischen der Sekundärwicklung 56 und dem Gleichrichtermodul 62 Hegt. Die Halbleiterschalter-Anordnungen können hierbei außerdem noch effektiv in Reihe mit den Stromwicklungen geschaltet sein. Wenn ein hochtransformierender Transformator verwendet wird, soll bevorzugt das variable Impedanzglied (wie in Fig. 1) an die Primärwicklung gelegt werden, da gegenwärtig geeignete Halbleiterschaltungen viel leichter für niedrigere Spannungen zu erhalten sind.
Da das Netzgerät besonders für eine Versorgung mit großen Leistungen ausgebildet 1st, wurde die bevorzugte Ausführungsform anhand eines Drelphasen-Wechselsti'om-Geräts beschrieben. Bekanntlich kann jedoch ein Netzgerät, das mit einer Elnphasen-Wechselstromquelle arbeitet, nach einer dreiphasigen Ausführungsform gebaut werden. Ein derartiges Einphasen-Netzgerät könnte aus Eingangsanschlußvorrichtungen, einer einzigen Halbleiterschalter-Anordnung, einer einzigen Sättigungsdrossel, aus einem einphasigen Transformator, aus einphasigen Gleichrichterschaltungen, Ausgangs:nschlußvorrlchtungen, einer Steuerstrom-Regelschaltung und einem Zweipunkt-Stromregler bestehen. Der Schaltungsaufbau eines einphasigen Netzgerätes könnte ähnlich nach F i g. 1 aufgebaut sein, wenn die Elemente 32, 42, 56, 62 weggelassen und die Elemente 45, 46, 52, 53, 43 und 57 durch einfache elektrische Leiter ersetzt würden. Der Zwelpunkt-Regler und die Steuerstrom-Regelschaltung des einphasigen Netzgerätes können im wesentlichen die gleichen wie die der dreiphasigen Ausführungsform sein.
Statt einer Zweipunktregelung kann grundsätzlich auch eine kontinuierliche Regelung der betreffenden Impedanzen vorgesehen sein.
Tabelle:
Schaltungselemente des Zweipunkt-Stromreglers
Widerstand
kOhm
Kondensator
35 101 500 131 t
102 12 132 1
103 22 133 0,01
40 1.04 51 124 0,0005
105 180
106 250
45 107 0,047
108 51 Diode Typ
109 1 141 1N4006
110 4,7 142 1N4006
so Hl 4,7 143 1N4749
112 0,180 144 1N4749
Transistor Typ
55 151 2N3O53
152 2N3053
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Netzgerät
a) mit einer Sättigungsdrossel, die eine Stromwicklung und eine Steuerwicklung aufweist, und
b) mit einer Steuerstrom-R.egelschaltung, deren Ist-Wert-Signal von einer im Laststromkreis auftretenden ersten elektrischen Kenngröße abhängig und deren Soll-Wert-Signal einstellbar ist,
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