AT378290B - Elektronischer schalter - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Elektronischen Schalter für ohmsche oder gemischt ohmsche-induktive Lasten, wobei im Hauptstromkreis mindestens ein Thyristor, dem vorzugsweise ein weiterer
Thyristor oder eine Diode antiparallel geschaltet ist und dieser Parallelschaltung ein Kommutierungskreis, bestehend aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Induktivität parallel- geschaltet ist. 



   Im grenzüberschreitenden Verkehr von Bahnfahrzeugen erweist sich die mehrsystemige Ausrüstung der relativ komplexen elektrischen und elektronischen Einrichtungen von Reisezugwagen als zwingende Notwendigkeit. Dies führte im Zuge der Vollklimatisierung schon bisher zu statischen
Umformern für die   Lüfter- und   Pumpenmotoren sowie für die Batterieladung. Lediglich die Heizungssteuerung blieb bislang konventionell, wobei für die verschiedenen Spannungsebenen unter- schiedliche Gruppierungen der in Heizregistern angeordneten Heizwiderstände gewählt werden. 



   In einer einfacheren Ausbildungsform werden mit Schützen über Schaltregler Einzelwiderstände geschaltet, die zufolge der nicht zu hohen Schaltfrequenz der Heizschütze einerseits und der geringen Wärmespeicherfrequenz der üblichen Heizwiderstände anderseits, technisch nicht befriedigen können. 



   Es sind auch Triac-Schaltungen bekannt, die bei Wechselspannungs- und Drehspannungsnetzen vielfach zur Speisung ohmscher und gemischt ohmscher-induktiver Lasten wie Glühlampen, Leuchtstoffröhren und Heizwiderständen einerseits und als soft-start-Einrichtungen bzw. Drehzahlstelleinrichtungen für Drehstromasynchronmotoren anderseits, angewendet werden. Die Triacs können bei grossen Spannungen und Leistungen durch Thyristoren ersetzt werden. Bei   Glühlampen- und   Leuchtstoffröhrenansteuerschaltungen und Drehzahlstelleinrichtungen wird das Anschnittsteuerverfahren angewendet, bei Heizwiderständen wegen der geringen Netzbelastung und der bei allen Widerständen beschränkt vorhandenen Wärmespeicherfähigkeit vorzugsweise die Pulspaketsteuerung. 



   Alle diese Schaltungen sind auf die netzgeführte Kommutierung angewiesen,   d. h.   auf den durch die Netzwechselspannung erzwungenen Stromnulldurchgang. 



   Bei Gleichspannungsspeisung muss die Abschaltung mittels eines zusätzlich angeordneten Kommutierungskreises erzwungen werden, wobei im Gegensatz zu ähnlichen Gleichstromstellerschaltungen die ohmsche bzw. die gemischt ohmsche-induktive Last ein integraler Bestandteil der Kommutierungsschaltung ist. 



   Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektronischen Schalter zu schaffen, der eine ausreichend hohe Taktfrequenz beherrscht und der bei Gleich- und Wechselspannungssystemen eingesetzt werden kann. 



   Der erfindungsgemässe elektronische Schalter der eingangs zitierten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsmesser mit seinen beiden Eingängen zwischen den Netzleitungen liegt, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Systemerkennungsschaltung verbunden ist, und dass der Ausgang der Systemerkennungsschaltung über eine Steuereinheit mit einer Zündeinheit verbunden ist, und dass der Ausgang der Zündeinheit mit mindestens einem Steuereingang des Thyristors vorzugsweise der Thyristoren, verbunden ist, wobei zur Erkennung des netzseitigen SpannungsSystems eine Spannungsmessung zur Systemerkennung durchgeführt wird, damit die Steuereinheit über die Zündeinheit eine gezielte Ansteuerung für den elektronischen Schalter auswählt. 



   Mit dieser erfindungsgemässen Schaltung ist eine einwandfreie Funktion des Leistungsteiles bei Gleich- oder Wechselspannungssystem unterschiedlicher Spannungshöhen gewährleistet. 



   Bei einer unipolaren Anordnung ist ein einfacher Aufbau des elektronischen Schalters gegeben, wodurch eine wirtschaftlich vertretbare Lösung erzielt wird. 



   Diesem Thyristor kann ein weiterer Thyristor antiparallelgeschaltet und dieser Parallelschaltung der Kommutierungskreis parallelgeschaltet sein. Diese Schaltung weist den Vorteil auf, dass sie bei bipolaren Gleichspannungen und Wechselspannungen einen geringen Bauteilaufwand und ausgezeichnete Kommutierungseigenschaften besitzt. 



   Diesem Thyristor kann auch eine Diode antiparallelgeschaltet sein und dieser Parallelschaltung ist der Kommutierungskreis parallelgeschaltet. Entsprechend dieser Schaltung sind asymmetrische Thyristoren, die also keine Sperrspannung aufnehmen, einsetzbar. Sie tragen zu einer Verkleinerung des Kommutierungsaufwandes bei gleicher Leistung bei und gleichzeitig zu einer Erhöhung der Sperrspannung pro Element. 

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   Die Kommutierungs- und Lastinduktivität können magnetisch gekoppelt sein. Diese Schaltung bewirkt die Zusammenfassung von zwei Bauteilen zu einem. Dadurch ist eine Platz- bzw. Gewichts- ersparnis gegeben. 



   Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt den elektronischen Schalter in unipolarer Anordnung, Fig. 2 bei bipolarer
Anordnung, Fig. 3 mit einer Freilaufdiode und Fig. 4 die Strom- und Spannungsverläufe gemäss der Schaltung in Fig. 1 und 2. 



   Gemäss Fig. 1 ist im Hauptstromkreis der Thyristor --1-- in Serie zur Last geschaltet. Diese
Last besteht aus einer   Induktivität --5-- und   einem ohmschen   Widerstand --6--.   Zur Erkennung des netzseitigen Spannungssystems sind eine Spannungsmessung --9-- und eine nachgeschaltete
Systemerkennung --10-- vorgesehen. Der Ausgang der Systemerkennung --10-- ist mit dem Eingang einer Steuereinheit --11-- verbunden. Die   Steuereinheit --11-- wählt   über eine nachgeschaltete   Zündeinheit --12-- eine   gezielte Ansteuerung für den elektronischen Schalter aus. Die Steuer- einheit --11-- wird über die Leitung --13-- gespeist. 



   Dem Thyristor-l-ist ein Kommutierungskreis, bestehend aus der Serienschaltung eines
Kondensators --3-- und einer   Induktivität --4--,   parallelgeschaltet. 



   Die Funktionsweise dieser Schaltung wird nachstehend beschrieben :
Bei Anlegen einer Gleichspannung wird der Kondensator --3-- über den Widerstand --6-- und die   Induktivitäten --4, 5-- auf   die Netzspannung aufgeladen. 



   Nach Zünden des   Thyristors --1-- wächst   der vom   Thyristor --1-- geführte   Laststrom auf den durch die Spannungsquelle und den Widerstand --6-- begrenzten Wert. Zugleich führt der Thyristor --1-- einen über die Schwingkreisimpedanz bestimmten Umschwingstrom, der nach beginnenden Rückschwingen zum Erlöschen des   Thyristors --1-- führt.   Im folgenden Zeitabschnitt t 2 (Fig. 4) liegt an der Serienschaltung des Widerstandes --6-- und der   Induktivitäten --4, 5--   die um die Kondensatorspannung erhöhte Netzspannung an. Bei rein ohmscher Last,   d. h.   verschwindender   Induktivität --5-- wird   der Spannungsabfall am Widerstand --6-- durch Erhöhung des Laststromes grösser. Es tritt Sperrspannung am   Thyristor --1-- auf.   



   In den beiden Fällen klingt der über den Kommutierungskreis geführte Laststrom entsprechend einer gedämpften Schwingung ab. 



   Gemäss Fig. 2 ist zum Thyristor --1-- antiparallel ein weiterer Thyristor --2-- angeordnet. 



  Der Funktionsablauf entspricht der Schaltung gemäss Fig. 1. 



   Gemäss Fig. 3 ist zum Thyristor-l-antiparallel eine Diode --14-- angeordnet, wobei der Funktionsablauf in der Zeitphase    t   identisch ist. Nach dem Verlöschen des Thyristors-lkommt es hier jedoch zu einem anschliessenden Rückschwingvorgang, nach dessen Ende der Kondensator --3-- die ursprüngliche Spannungspolarität mit geringem Spannungsverlust aufweist. Nach Sperren der Diode wird der Spannungsverlust über die Last augeglichen. 



   Fig. 4 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in Diagrammen für die Schaltungen gemäss Fig. 1 und 2. a) Ausgangsspannung bzw. die Spannung an der Last (u) b) Kommutierungsstrom (ik) c) Laststrom   (id)   d) Thyristorstrom   (it     e) Kondensatorspannung. (u ).  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Elektronischer Schalter für ohmsche oder gemischt ohmsche-induktive Lasten, wobei im Hauptstromkreis mindestens ein Thyristor, dem vorzugsweise ein weiterer Thyristor oder eine Diode antiparallelgeschaltet ist und dieser Parallelschaltung ein Kommutierungskreis, bestehend aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Induktivität parallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsmesser (9) mit seinen beiden Eingängen zwischen den Netzleitungen <Desc/Clms Page number 3> liegt, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Systemerkennungsschaltung (10) verbunden ist, und dass der Ausgang der Systemerkennungsschaltung (10) über eine Steuereinheit (11) mit einer Zündeinheit (12) verbunden ist, und dass der Ausgang der Zündeinheit (12) mit mindestens einem Steuereingang des Thyristors vorzugsweise der Thyristoren, verbunden ist,

   wobei zur Erkennung des netzseitigen Spannungssystems eine Spannungsmessung zur Systemerkennung durchgeführt wird, EMI3.1