DE2937902B1 - Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines Umrichters - Google Patents

Description

• Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung für einen Mittelfrequenzumrichter, Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
• Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung für einen Mittelfrequenzumrichter ist aus der DE-OS 2445032 bekannt und wird dort im Rahmen der Figurenbeschreibung zur Fig.2 in allen Einzelheiten beschrieben. Zur Verdeutlichung wurden in der dargestellten bekannten Schaltungsanordnung die Kondensatoren C3 und C51 entfernt und in der Beschreibung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch die Kondensatoren Coli, C2l und C41 ersetzt Die Punkte A 1 bis A 6 bezeichnen die Anschlußpunkte der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten an den bekannten Umrichter.
• Bei der in der Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten des bekannten Umrichters liegt an den Eingangsklemmen A 1 und A 2 die gleichgerichtete Netzspannung an. Diese Netzspannung wird mittels der Kondensatoren Cli und C21 gesiebt und geglättet. Mit Hilfe des aus den Widerständen R I und R 2 bestehenden Spannungsteilers wird die Spannung symmetriert und der Basis eines Schalttransistors V3 zugeführt. Die Kondensatoren Cli und C21 haben außerdem die Funktion, Einbrüche der Netzspannung auszugleichen.
• Diese so erzeugte interne Betriebsgleichspannung ist je nach Höhe der Netzspannung starken Schwankungen unterworfen, die zwischen 260 und 400 Volt variieren kann. Um die von diesen Spannungsschwankungen ausgehenden Nachteile hinsichtlich der ansonsten erforderlichen Transistoren mit hoher Spannungsfestigkeit zu vermeiden, wird diese interne Betriebsgleichspannung über einen Thermowiderstand (Kaltleiter) R 3 einem nachgeschalteten Kondensator C3i und einer Zenerdiode V1 auf eine niedere Spannung von ca.
• 75 Volt stabilisiert. Diese Zwischenspannung wird über einen Widerstand R4, der als Begrenzungswiderstand dient, dem Schalttransistor V3 als Versorgungsspannung zugeführt. Der Kondensator C41, der mit dem Transistor V3 in Verbindung steht, entspricht dem aus der DE-OS 24 45 032 bekannten Zündkondensator C51.
• Zwischen der Basis des Transistors V3 und dem Erdpotential ist ein Optokoppler V2 angeordnet, der aus einer lichtemittierenden Diode und einem Schalttransistor besteht. Dieser Optokoppler V2 wird über am Steuereingang SE anliegende Steuersignale angesteuert Eine weitere Diode V4 verbindet den Emitter des Transistors V3 mit dem Eingang des Optokopplers V2.
• Die Funktion dieser Schaltungsanordnung zum Ein-und Ausschalten eines Umrichters wird im folgenden anhand der verschiedenen Betriebszustände beschrieben Das Einschalten der Hauptstromversorgung erfolgt durch Anlegen der Netzspannung an die Punkte 1 und 2 der Fig. 1. Durch dieses Anliegen ist die interne Betriebsgleichspannung an den Punkten A 1 und A 2 sofort vorhanden. Über den Thermowiderstand R 3, der im Einschaltmoment niederohmig ist, fließt ein hoher Einschaltstrom, der den Kondensator C31 lädt. Mit Erreichen der am Kondensator C3i anliegenden Zwischenspannung wird über den Widerstand R2 der Schalttransistor V3 leitend gesteuert, damit wird die Ladung des Kondensators C31 über den Widerstand R 4 an den Zündkondensator C41 übergeben. Beim Erreichen einer Spannung von ca. 26 bis 37 Volt an dem Zündkondensator C41 wird die in der F i g. 1 dargestellte Umrichterschaltung aktiv.
• Durch den hohen Einschaltstrom und die hohe Spannung an dem Widerstand R 3 wird dieser nun aufgrund seines positiven Temperaturkoeffizienten hochohmig und es fließt nur noch ein geringer Reststrom, der so groß ist, daß der Kondensator C31 immer im geladenen Zustand gehalten wird. Beim Übergang in den Arbeitsbetrieb wird der Zündkondensator C41 über die Diode V4 und den Anschluß A 3 entladen gehalten, um z. B. ein beständiges Zünden der Thyristoren der F i g. 1 zu vermeiden. Die im Kondensator C31 angespeicherte Energie steht aber jederzeit zur Verfügung, um nach einem nachstehend beschriebenen fremdgesteuerten Ausschalten die Umrichterschaltung wieder einzuschalten.
• Die gesamte Schaltungsanordnung kann nun mit Hilfe des Optokopplers V2 über ein am Eingang SE anliegendes Steuersignal in den »Stand-by«-Betrieb versetzt werden, bei dem die gesamte Stromversorgung außerordentlich wenig Strom verbraucht und aus dem Betriebszustand heraus ein schnelles Einschalten möglich ist. Ein derartiger Wechsel von Betriebszuständen ist notwendig, wenn über die dargestellte Stromversorgungsschaltung eine Fernschreibmaschine betrieben werden soll.
• Zum Abschalten der Hauptstromversorgung und den Übergang in den »Stand-by«-Betrieb wird über ein am Eingang SE liegendes Steuersignal der Schalttransistor des Optokopplers V2 leitend gesteuert. Damit wird die Basis des Transistors V3 auf Nullpotential gezogen und damit der Schalttransistor V3 gesperrt. Da gleichzeitig auch der Anschlußpunkt A 5 auf Nullpotential liegt, wird die Stromversorgung der F i g. 1 abgeschaltet. Der Zündkondensator C41 wird dabei über die Diode V4 im entladenen Zustand gehalten.
• Soll nun die Hauptstromversorgung neu eingeschaltet werden, so wird durch Unterbrechung des Steuersignales am Eingang SEder Schalttransistor im Optokoppler V2 gesperrt. Damit wird der Schalttransistor V3 leitend und die im Kondensator C31 gespeicherte Energie kann auf den Zündkondensator C41 umgeladen werden. Nach Erreichen der Schaltschwelle von ca. 26 bis 37 Volt wird der Umrichter erneut aktiv.
• Selbstverständlich kann mit der in der Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines Umrichters jeder beliebige Unrichter angesteuert werden, sei es nun ein Sperrumrichter oder ein Durchflußumrichter. Die Erfindung ist deshalb nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der bekannten Schaltungsanordnung aus der F i g. 1 beschränkt.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten eines Umrichters mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Einschaltspannung für den Steuerteil des Umrichters, dessen erster Schalttransistor mit seinem Kollektorkreis an einer Betriebsspannung liegt und durch den an der Basis liegenden Steuerteil abwechselnd gesperrt und durchgesteuert wird und mit einer Schalteinrichtung, die nach Erreichen einer an einem Zündkondensator liegenden vorgegebenen Spannung den Zündkondensator parallel an den Versorgungseingang des Steuerteiles anschaltet, gekennzeichnet durch einen über einen seinen elektrischen Widerstand lastabhängig verändernden Widerstand (R 3) an einer Eingangsspannung liegenden weiteren Kondensator (C31) mit zugeordnetem, die Spannung am weiteren Kondensator (C31) stabilisierenden Schaltelement (V1) und einem im Betriebszustand des Umrichters den Zündkondensator (C41) mit dem weiteren Kondensator (C31) verbindenden zweiten Schalttransistor (V3) und einer an der Basis des zweiten Schalttransistors (V3) anliegenden Fernschalteinrichtung (V2), die bei Vorliegen eines den Bereitschaftszustand des Umrichters entsprechenden Ansteuersignales (SE) durch Sperren des zweiten Schalttransistors (V3) die Verbindung zwischen dem Zündkondensator (C41) und dcm weiteren Kondensator (C31) unterbricht.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (R3) ein Kaltleiter ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten Schalttransistors (V3) über einen Spannungsteiler (R 1, R 2) an der Eingangsspannung liegt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltelement (V 1) eine Zenerdiode vorgesehen ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernschalteinrichtung (V2) aus einem Optokoppler besteht, dessen Ausgangstransistor die Basis des zweiten Schalttransistors (V3) in Abhängigkeit von einem am Eingang des Optokopplers anliegenden Steuersignal (SE)an Erdpotential legt.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DE-OS 24 45 032).

   Die Betriebsspannung von Umrichtern, seien es Sperrumrichter oder Durchflußumrichter, ist normalerweise die gleichgerichtete Netzspannung und liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 200 und 400 Volt. Der Steuerteil für den Schalttransistor im Umrichter wird dagegen gewöhnlich mit einer wesentlich niedrigeren Hilfsspannung betrieben.

   Dabei ist es am zweckmäßigsten, die Versorgung dieses Steuerteiles durch eine Hilfswicklung von der Sekundärseite des im Umrichter vorgesehenen Übertragers zu entnehmen. Allerdings ergibt sich daraus das Problem, daß beim Einschalten des Umrichters die Spannung auf der Sekundärseite noch nicht vorhanden ist, damit erhält auch der Steuerteil keine Hilfsspannung und damit kann der Transistor nicht durchschalten.

   Der Steuerteil muß also zum Anlaufen zunächst anderweitig gespeist werden. Dies geschieht bei der aus der DE-OS 2445032 bekannten Anordnung dadurch, daß zunächst ein Niederspannungs-Speicherkondensator geladen wird und sobald die gespeicherte Energie zum Anlauf ausreicht, schaltet ein nichtlineares Schaltelement die gespeicherte Ladung auf den Steuerteil und startet damit den Umrichter. Nach dem Anlaufen kann dann die Versorgung des Steuerteiles von der Sekundärseite des Umrichters aus geschehen.

   Um beim Einschalten von Umrichterstromversorgungen mit kurzen Einschaltzeiten auszukommen, ist es außerdem notwendig, kurzzeitig einen hohen Einschaltstrom zur Verfügung zu stellen, da im Zeitpunkt des Einschaltens zum Aufladen der sekundärseitigen Kapazitäten ein hoher Energiebedarf notwendig ist.

   Werden derartige Umrichterstromversorgungen im Rahmen von Druckeinrichtungen, wie sie z. B. Fernschreiber darstellen, verwendet, so wird angestrebt, die Gesamtverlustleistung derartiger Geräte dadurch auf ein Minimum zu reduzieren, daß man die Stromversorgung in eine Bereitschaftsstromversorgung - auch »Stand-by«-Stromversorgung genannt - und eine Hauptstromversorgung aufspaltet. Die »Stand-by«-Stromversorgung versorgt dabei das Gerät während der eigentlichen Bereitschaftszeit und bei Aufnahme der Betriebsfunktionen wird über ein externes Steuersignal die Hauptstromversorgung eingeschaltet.

   Beim Betrieb derartiger Stromversorgungen ist es außerdem zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades notwendig, den zum Einschalten benötigten erhöhten Einschaltstrom auf einen im eigentlichen Betrieb notwendigen Dauerstrom zu reduzieren.

   Aufgabe der Erfindung ist es, für einen Umrichter eine Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten bereitzustellen, die es ermöglicht, Umrichter über ein externes Ansteuersignal aus einem Bereitschaftszustand in einen Betriebszustand oder umgekehrt zu versetzen. Dabei soll das Umschalten in möglichst kurzer Zeit bei hohem Wirkungsgrad des Umrichters vor sich gehen.

   Diese Aufgabe wird bei einem Umrichter der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

   Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

   Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Schnelleinschaltung benötigt bei geringer Verlustleistung wenig Schaltungsaufwand. Dies wird durch eine kurze Ladezeit eines Energiezwischenspeichers und eine daraus resultierende kurze Einschaltzeit der Umrichterstromversorgung erreicht. Nach dem Einschalten der gesamten Stromversorgung wird der zum Einschalten benötigte Strom mit Hilfe eines Kaltleiters auf den zum Betrieb der Ein- und Ausschaltanordnung benötigten Reststrom reduziert. Der Betrieb der Schnelleinschaltanordnung erfolgt verlustarm durch eine Spannungswandlung von einer gleichgerichteten Netzspannung auf eine stabilisierte Zwischenspannung.

   Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, im Rahmen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Schalttransistoren mit geringer Spannungsfestigkeit zu verwenden.