Schaltungsanordnung zum abwechselnden Zünden zweier antiparallel geschalteter Ignitrons Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum abwechselnden Zünden von zwei antiparallel geschalteten Ignitrons mittels eines einzigen steuer baren Elementes.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der französischen Patentschrift<B>1282</B> 577, insbesondere aus Fig. 2 bekannt. Dabei ist das steuerbare Element ein in beiden Richtungen leitender Schaltkontakt z. B. eines Relais.
Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanord nung zu schaffen, bei der dieser Schaltkontakt durch den Hauptstromelektrodenkreis eines gleichrichten den Halbleiterschalters z. B. eines steuerbaren Halb leitergleichrichters ersetzt ist. Dies bringt die Schwie rigkeit mit sich, dass es für eine gute Wirkung der Ignitrons innerhalb eines weiten Strom- und/oder Spannungsbereichs notwendig ist, die volle Anoden spannung des Ignitrons an dessen Zündelektrode an legen zu können, während die über dem Halbleiter schalter wirksame Spannung dann unter Umständen für dieses Element unzulässig hoch ist.
Die Erfindung schafft eine Lösung für diese Auf gabe, wobei die volle Anodenspannung an der Zünd- elektrode jedes Ignitrons angelegt werden kann, während die maximal über dem Halbleiterschalter wirksame Spannung höchstens gleich der Hälfte die ser Anodenspannung ist.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung hat das Merkmal, dass das steuerbare Element ein gleichrichtender Halbleiterschalter ist, dessen Haupt stromelektrodenkreis zwischen den Mittenanzapfun gen der Wicklungen von zwei Autotransformatoren geschaltet ist, dass die Wicklung, deren Mittenanzap fung mit der Anode des Halbleiterschalters verbun den ist, zwischen den Anoden der beiden Ignitrons eingeschaltet ist und dass jede Seite der anderen Wicklung mit den Anoden von zwei Dioden verbun den ist, deren Kathoden mit der Anode bzw. mit der Zündelektrode eines der beiden Ignitrons verbunden sind.
In den Fällen, in denen keine Phasenregelung der Zündung jedes Ignitrons erwünscht ist, kann der gleichrichtende Halbleiterschalter ein Leistungs gleichrichter sein, z. B. eine p-n-p-n-Diode mit einer genau definierten Schwellwertspannung, wobei ein mechanischer Ein-Aus-Schalter in Reihe damit ge schaltet werden kann.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist jedoch besonders geeignet bei Phasenregelung der Zündung. Der gleichrichtende Halbleiterschalter wird dabei durch einen steuerbaren Halbleitergleichrichter gebildet. Wie bereits vorgeschlagen, ist es meistens nütz lich und oft notwendig, ein Element mit stark span nungsabhängigem Widerstand, das erst leitend ist, wenn die Spannung über diesem Element die Anode- Kathode-Bogenspannung jedes der zwei Ignitrons oder deren Hälfte überschreitet, in Reihe mit dem gleichrichtenden Halbleiterschalter in dem Kreis zwi schen der Anode jedes Ignitrons und dessen Zünd- elektrode zu schalten Dieses Element kann ein span nungsabhängiger Widerstand (VDR) sein.
Es wird zu diesem Zweck jedoch vorzugsweise eine Diode mit einer Zenerspannung verwendet, die grösser ist als die Anode-Kathode-Bogenspannung jedes der zwei Ignitrons oder grösser als die Hälfte derselben ist, welche Diode in der Sperrichtung geschaltet wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die das Schema eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung dar stellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält zwei antiparallel geschaltete Ignitrons 1 und 2, über die eine Belastung 3 z. B. ein Schweisstransformator durch eine Wechselspannungsquelle 4 z. B. ein Wechselspannungsnetz von z. B. 50 Hz gespeist wird.
Die Schaltungsanordnung zum Zünden der Ignitrons 1 und 2 enthält einen gleichrichtenden Halbleiter schalter 5 in Form eines steuerbaren n-p-n-p-Halblei- tergleichrichters, dessen Hauptstromelektrodenkreis in Reihe mit einer in der Sperrichtung geschalteten Halbleiterdiode 6 zwischen den Mittenanzapfungen der Wicklungen 7 und 8 von zwei Autotransformato ren 9 und 10 eingeschaltet ist. Die Anode des steuer baren Gleichrichters 5 ist mit der Anode der Diode 6 verbunden und die Kathode dieser Diode ist an die Mittenanzapfung der Wicklung 7 angeschlossen, die zwischen den Anoden der zwei Ignitrons 1 und 2 ein geschaltet ist.
Der n-Typ Emitter des steuerbaren Gleichrichters 5 ist mit der Mittenanzapfung der an deren Wicklung 8 und mit einer Klemme einer Quelle 11 für in der Phase regelbare Steuerimpulse mit einer Wiederholungsfrequenz von, z. B. 100 Hz verbunden. An die andere Klemme dieser Quelle ist die Regel elektrode des steuerbaren Gleichrichters 5 angeschlos sen, so dass dieser Regelelektrode positive Steuerim pulse zugeführt werden. Jedes Ende der anderen Wicklung 8 ist mit den Anoden von zwei Dioden 12 und 14 bzw. 13 und 15 verbunden, deren Kathoden mit der Anode und mit der Zündelektrode des zuge hörenden Ignitrons 1 bzw. 2 verbunden ist. Wenn z. B. die obere Klemme der Spannungs quelle 4 von z.
B. 220 V positiv wird, ist das Ignitron 2 noch nicht leitend, während das Ignitron 1 bereits erloschen ist, da der durchfliessende Strom kleiner als sein Haltestrom geworden ist. Die Spannung der Quelle 4 ist somit über der Reihenschaltung der Be lastung 3 und der Wicklung 7 wirksam. Die Impe danz dieser Wicklung ist gross im Vergleich zu der der Belastung 3 so dass praktisch die ganze Spannung der Quelle 4 über der Wicklung 7 wirksam ist.
An dem gewählten Zeitpunkt, wenn ein Vorwärts impuls von der Quelle 11 zwischen Emitter und Regelelektrode des steuerbaren Gleichrichters 5 an gelegt wird, wird letzterer leitend gemacht und die Spannung über der linken Hälfte der Wicklung 7 er zeugt einen Strom durch diese Hälfte der Wicklung, durch die Diode 6, den steuerbaren Gleichrichter 5, die linke Hälfte der Wicklung 8 und die Diode 12. Dieser Strom erzeugt über der ganzen Wicklung 8 eine Spannung, die nahezu gleich der Spannung über der ganzen Wicklung 7 und dem Augenblickswert der Spannung der Quelle 4 ist, und die über die Diode 15 an der Zündelektrode des Ignitrons 2 angelegt wird.
Infolge dieser Spannung entsteht ein Bogen zwischen der Zündelektrode und der Kathode des Ignitrons 2. Dieser Bogen bildet einen Kathodenfleck auf der Oberfläche der Quecksilberkathode, worauf der Quecksilberdampf im Ignitron ionisiert und ein Bogen zwischen Anode und Kathode gezündet wird. Dieser Bogen führt den Hauptstrom durch die Bela stung 3 und bildet eine starke Dämpfung über die Wicklung 7. Während des verbleibenden Teiles der betreffenden Halbperiode der Speisespannung ist die Spannung über dieser Wicklung und somit auch über der Wicklung 8 maximal gleich der Anode-Kathode- Bogenspannung des Ignitrons 2 von z. B. 20 V.
In Abhängigkeit von den Kennlinien des ange wandten Ignitrons, von der Spannung der Quelle 4 und von der Impedanz der Belastung 3 wird die Ent ladung zwischen der Zündelektrode und der Kathode des Ignitrons 2 unmittelbar nach dem Zünden der Hauptentladung zwischen Anode und Kathode erlö schen. Es kann jedoch vorkommen, dass die Span nung, die nach dem Zünden der Hauptentladung noch zwischen Zündelektrode und Kathode angelegt wird, nicht hinreichend herabgemindert ist, um Erlö schen des Zündbogens zu gewährleisten.
Es fliesst dann nach wie vor ein starker Strom während des verbleibenden Teiles der Halbperiode nach der Zünd- elektrode, die schliesslich verbrannt oder stark be schädigt wird. Ein gleich grosser Strom fliesst auch nach wie vor durch die Diode 12 und ein zweimal grösserer Strom fliesst durch den steuerbaren Halb leitergleichrichter, so dass insbesondere letzteres Ele ment bald überlastet wird. Dies wird durch die Diode 6 verhütet, die sperrt, sobald die Spannung über dem linken Teil der Wicklung 7 kleiner wird als die Zener-Durchschlagspannung von z. B. 12 V.
Der steuerbare Gleichrichter 5 wird daher unmittelbar gesperrt, so dass jede Stromzufuhr nach der Zünd- elektrode des Ignitrons 2 unterbrochen wird.
Die Halbleiterdiode 6 kann man somit auch durch ein anderes Element mit spannungsabhängi gem Widerstand ersetzen, das erst leitend wird, wenn seine Spannung die Hälfte der Kathode-Anode-Bo genspannung jedes der zwei Ignitrons überschreitet, z. B. durch einen sogenannten spannungsabhängigen Widerstand (VDR). Statt einer Halbleiterdiode oder eines VDR-Widerstandes können auch zwei entspre chende Elemente z. B. in der Verbindung zwischen jedem Ende der Wicklung 7 und der Anode des Igni- trons 1 bzw. 2 oder in der Verbindung zwischen jedem Ende der Wicklung 8 und den Anoden der Dioden 12 und 14 bzw. 13 und 15 oder in Reihe mit den Dioden 12 und 13 oder mit den Dioden 14 und 15 benutzt werden.
In Abhängigkeit von der gewähl ten Stelle dieser Elemente müssen sie eine Leitungs- schwellwertspannung grösser als die Hälfte der Ano- de-Kathode-Bogenspannung jedes Ignitrons oder grösser als diese Bogenspannung haben, während in gewissen Fällen z. B. Halbleiterdioden oder VDR- Widerstände in Reihe mit den Dioden 14 und 15 das Erlöschen oder ein schwaches Leitendwerden dieser Elemente nicht notwendigerweise das Erlöschen des steuerbaren Halbleitergleichrichters mit sich bringt. Es kann z.
B. ein Umlaufstrom während des verblei benden Teiles der Halbperiode nach wie vor durch die linke oder rechte Hälfte der Wicklungen 7 und 8, die Diode 12 oder 13 und den steuerbaren Gleich richter 5 fliessen.
Es sei schliesslich noch bemerkt, dass, wenn eine besonders kräftige Zündung der Ignitrons 1 und 2 erwünscht wird, es noch möglich ist, die Spannung über der Wicklung 8 und somit die an der Zündelek- trode jedes Ignitrons angelegte Spannung um ein Verhältnis von mehr als 1:2 hochzutransformieren, z. B. um den Spannungsverlust über die Diode 6 oder über entsprechende Elemente zu kompensieren. Zu diesem Zweck genügt es, die Anode jeder der Dioden 12 und 13 an eine Anzapfung der Wicklung 8 zwi schen deren Ende mit der angeschlossenen Diode 14 bzw. 15 und der Mittenanzapfung dieser Wicklung anzuschliessen.
Circuit arrangement for the alternating ignition of two antiparallel-connected ignitrons The invention relates to a circuit arrangement for the alternate ignition of two antiparallel-connected ignitrons by means of a single controllable element.
Such a circuit arrangement is known from French patent specification <B> 1282 </B> 577, in particular from FIG. 2. The controllable element is a switching contact that is conductive in both directions, for. B. a relay.
The invention aims to provide a Schaltungsanord voltage in which this switch contact through the main current electrode circuit of a rectify the semiconductor switch z. B. a controllable semiconductor rectifier is replaced. This brings with it the difficulty that it is necessary for a good effect of the ignitrons within a wide current and / or voltage range to be able to apply the full anode voltage of the ignitrons to its ignition electrode, while the voltage across the semiconductor switch is effective then possibly inadmissibly high for this element.
The invention creates a solution for this task, whereby the full anode voltage can be applied to the ignition electrode of each Ignitron, while the maximum effective voltage across the semiconductor switch is at most equal to half this anode voltage.
The circuit arrangement according to the invention has the feature that the controllable element is a rectifying semiconductor switch, the main current electrode circuit of which is connected between the Mittenanzapfun conditions of the windings of two autotransformers, that the winding whose center tap is connected to the anode of the semiconductor switch is connected between the anodes of the two ignitrons is switched on and that each side of the other winding is connected to the anodes of two diodes, the cathodes of which are connected to the anode or to the ignition electrode of one of the two ignitrons.
In those cases where no phase control of the ignition of each Ignitron is desired, the rectifying semiconductor switch can be a power rectifier, e.g. B. a p-n-p-n diode with a well-defined threshold voltage, with a mechanical on-off switch in series so that ge can be switched.
However, the circuit arrangement according to the invention is particularly suitable for phase control of the ignition. The rectifying semiconductor switch is formed by a controllable semiconductor rectifier. As previously suggested, it is mostly useful and often necessary to have an element with a highly voltage-dependent resistance, which is only conductive when the voltage across that element exceeds the anode-cathode arc voltage of each of the two ignitrons or half of them in series with the rectifying semiconductor switch in the circuit between the anode of each Ignitron and its ignition electrode. This element can be a voltage-dependent resistor (VDR).
For this purpose, however, a diode is preferably used with a Zener voltage which is greater than the anode-cathode arc voltage of each of the two ignitrons or greater than half of the same, which diode is switched in the reverse direction.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing, which represents the scheme of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention. The illustrated embodiment contains two anti-parallel connected Ignitrons 1 and 2, via which a load 3 z. B. a welding transformer by an AC voltage source 4 z. B. an AC voltage network of z. B. 50 Hz is fed.
The circuit arrangement for igniting the ignitrons 1 and 2 contains a rectifying semiconductor switch 5 in the form of a controllable npnp semiconductor rectifier, whose main current electrode circuit is in series with a semiconductor diode 6 connected in the reverse direction between the center taps of the windings 7 and 8 of two autotransformers 9 and 10 is switched on. The anode of the controllable rectifier 5 is connected to the anode of the diode 6 and the cathode of this diode is connected to the center tap of the winding 7, which is connected between the anodes of the two ignitrons 1 and 2.
The n-type emitter of the controllable rectifier 5 is connected to the center tap of the winding 8 and to a terminal of a source 11 for control pulses adjustable in phase with a repetition frequency of, for. B. 100 Hz connected. At the other terminal of this source, the control electrode of the controllable rectifier 5 is ruled out, so that this control electrode positive Steuerim pulses are supplied. Each end of the other winding 8 is connected to the anodes of two diodes 12 and 14 or 13 and 15, the cathodes of which are connected to the anode and to the ignition electrode of the associated Ignitron 1 and 2, respectively. If z. B. the upper terminal of the voltage source 4 of z.
B. 220 V is positive, the Ignitron 2 is not yet conductive, while the Ignitron 1 has already gone out, since the current flowing through has become less than its holding current. The voltage of the source 4 is thus load 3 and the winding 7 across the series connection. The impedance of this winding is large compared to that of the load 3 so that practically the entire voltage of the source 4 is effective across the winding 7.
At the selected point in time, when a forward pulse is applied from the source 11 between the emitter and control electrode of the controllable rectifier 5, the latter is made conductive and the voltage across the left half of the winding 7 generates a current through this half of the winding the diode 6, the controllable rectifier 5, the left half of the winding 8 and the diode 12. This current generates a voltage over the whole winding 8 which is almost equal to the voltage over the whole winding 7 and the instantaneous value of the voltage of the source 4 , and which is applied via the diode 15 to the ignition electrode of the ignitrone 2.
As a result of this voltage, an arc is created between the ignition electrode and the cathode of the ignitron 2. This arc forms a cathode spot on the surface of the mercury cathode, whereupon the mercury vapor in the ignitron is ionized and an arc is ignited between the anode and cathode. This arc leads the main current through the load 3 and forms a strong damping over the winding 7. During the remaining part of the relevant half cycle of the supply voltage, the voltage across this winding and thus also across the winding 8 is at most equal to the anode-cathode arc voltage of the ignitrons 2 of z. B. 20 V.
Depending on the characteristics of the applied ignitrons, the voltage of the source 4 and the impedance of the load 3, the discharge between the ignition electrode and the cathode of the ignitrons 2 will be extinguished immediately after the ignition of the main discharge between the anode and cathode. However, it can happen that the voltage that is still applied between the ignition electrode and the cathode after the ignition of the main discharge is not sufficiently reduced to ensure that the ignition arc is extinguished.
A strong current then continues to flow during the remaining part of the half-cycle after the ignition electrode, which is ultimately burned or severely damaged. A current of the same size also continues to flow through the diode 12 and a current that is twice as large also flows through the controllable semiconductor rectifier, so that the latter element in particular is soon overloaded. This is prevented by the diode 6, which blocks as soon as the voltage across the left part of the winding 7 is less than the Zener breakdown voltage of z. B. 12 V.
The controllable rectifier 5 is therefore blocked immediately, so that any power supply after the ignition electrode of the ignitron 2 is interrupted.
The semiconductor diode 6 can thus be replaced by another element with voltage-dependent gem resistance that only becomes conductive when its voltage exceeds half the cathode-anode-Bo gene voltage of each of the two ignitrons, for. B. by a so-called voltage-dependent resistor (VDR). Instead of a semiconductor diode or a VDR resistor, two corre sponding elements z. B. in the connection between each end of the winding 7 and the anode of the Ignitron 1 or 2 or in the connection between each end of the winding 8 and the anodes of the diodes 12 and 14 or 13 and 15 or in series with the Diodes 12 and 13 or with diodes 14 and 15 can be used.
Depending on the chosen point of these elements, they must have a conduction threshold voltage greater than half the anode-cathode arc voltage of each ignitron or greater than this arc voltage, while in certain cases z. B. semiconductor diodes or VDR resistors in series with the diodes 14 and 15, the extinction or weak conductivity of these elements does not necessarily bring the extinction of the controllable semiconductor rectifier with it. It can e.g.
B. a circulating current during the remaining part of the half-cycle still flows through the left or right half of the windings 7 and 8, the diode 12 or 13 and the controllable rectifier 5.
Finally, it should be noted that if a particularly powerful ignition of the ignitrons 1 and 2 is desired, it is still possible to reduce the voltage across the winding 8 and thus the voltage applied to the ignition electrode of each ignitrons by a ratio of more than To be stepped up 1: 2, e.g. B. to compensate for the voltage loss across the diode 6 or appropriate elements. For this purpose, it is sufficient to connect the anode of each of the diodes 12 and 13 to a tap of the winding 8 between its end with the connected diode 14 or 15 and the center tap of this winding.